譚 琳 肖麗娜 江 瑤 張中瑞

（1.廣東省林業(yè)科技推廣總站，廣東 廣州 510173；2.廣東省森林培育與保護利用重點實驗室/廣東省林業(yè)科學研究院，廣東 廣州 510520）

森林土壤重金屬污染是目前廣受關注的熱點問題[1]，重金屬污染具有持久性、潛伏性、毒害性等特點，容易造成或引起潛在的土壤質量下降、森林生態(tài)環(huán)境惡化等危害，甚至可能會對林產品安全及人類健康造成嚴重威脅[2]。目前不少學者陸續(xù)開展了森林土壤重金屬含量分布特征、污染程度評價、生態(tài)風險評估等研究[3-4]。其中，開展土壤重金屬元素的空間分布特征研究，能夠直接反映污染的重點分布區(qū)域及污染蔓延趨勢。對森林土壤重金屬污染進行客觀精確的評價及風險評估，能夠為下一步的污染防控和區(qū)域生態(tài)安全保護提供依據。

華南沿海地區(qū)經濟發(fā)展快、城市化程度高，且長期受到高強度酸沉降的影響，森林土壤重金屬大量積累，森林生態(tài)系統(tǒng)的承載能力不斷下降[5]。森林土壤重金屬污染問題正逐步發(fā)展成為影響生態(tài)環(huán)境、制約經濟發(fā)展的關鍵因子，應當引起重視。本研究選擇華南沿海地區(qū)森林土壤作為研究對象，分析土壤中鎘、鉛、銅、鎳元素含量狀況及空間分布特征，并利用經典污染評價方法評估土壤中各元素污染程度，以期為森林土壤重金屬含量分布特征及污染評價方法的研究奠定基礎，也為森林土壤生態(tài)環(huán)境安全和保護提供建議和意見。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于華南沿海地區(qū)珠海市南部的橫琴新區(qū)，瀕臨南海，屬南亞熱帶海洋性季風氣候區(qū)，年平均氣溫為22-23 ℃，年平均降水量為2 015.9 mm。研究區(qū)主要地貌有山地、丘陵、平地、灘涂等。南部主要分布有大橫琴山、丘陵、平地、灘涂和水域，北部主要分布有小橫琴山、填海、圍墾地，中部多是圍墾、填海地、灘涂等[6]?？偟膩碚f，南、北部地區(qū)多山地、森林及旅游景區(qū)等，中部地區(qū)以居民生活區(qū)為主。研究區(qū)土壤類型包括紅壤、赤紅壤、石質土、海濱沙土、鹽漬沼澤土、沖積土等。研究區(qū)植被茂密，主要的森林類型有榕樹林、紅樹林和野生蘆葦Phragmites australis，原生植被覆蓋率高。

1.2 調查及采樣方法

根據研究區(qū)植被、地形、氣候特征等狀況，確定基本樣本量（n=30），并采用典型抽樣法布設樣點。選擇樣點內具有代表性的區(qū)域挖掘3 個土壤剖面，各剖面水平距離應大于10 m。每個剖面長1.2 ～ 1.5 m，寬0.8 ～ 1.0 m，剖面深度達母質層或地下水，土層較厚時深度達到1.0 m。各剖面每隔20 cm 分層取樣，將各層樣品混合均勻后作為該剖面的樣品。采集后的土壤樣品妥善保存，并及時帶回實驗室，風干、過篩后以便后續(xù)分析。

1.3 指標測定方法

土壤樣品重金屬含量分析與測定方法分別為：鎘含量采用石墨爐原子吸收分光光度法測定，鉛含量采用原子熒光法測定，采用火焰原子吸收分光光度法測定銅、鎳含量[7]。

1.4 數據處理及制圖

采用 SPSS 18.0 軟件對土壤重金屬元素含量的均值、標準差及變異系數等作描述性統(tǒng)計，計算Kolmogorov-Smirnov 值以檢驗數據是否符合正態(tài)分布（顯著水平α =0.05）。利用ArcGis10.7 軟件對土壤重金屬含量的空間分布作克里金空間插值分析，并制作空間分布特征圖[8]。

1.5 土壤污染評價

土壤重金屬污染評價采用單因子污染指數法和內梅羅綜合指數法[9]。其中，單因子污染指數法用于研究單一重金屬元素對土壤的污染狀況；內梅羅綜合污染指數法能夠綜合反應多種重金屬對土壤的污染狀況，并突出高濃度重金屬對土壤質量的影響作用。兩種評價方法的計算公式分別為：

公式（1）中，Pi為土壤重金屬i 的單因子污染指數；Ci為重金屬i 的實測值(mg/kg)；Si為重金屬評價標準值(mg/kg)。由于目前尚無森林土壤重金屬相關的限量標準，本研究采用《土壤環(huán)境質量農用地土壤污染風險管控標準(試行)》[10](GB 15618—2018)中pH<5.5 非水田條件下的風險篩選值。公式（2）中，P 為內梅羅綜合污染指數，Pimax為重金屬單因子污染指數最大值，Piavg為重金屬單因子污染指數平均值。單因子污染指數法評價標準：Pi≤1，無污染；1 ＜Pi≤2，輕度污染；2 ＜Pi≤3，中度污染；Pi≥3，重度污染。內梅羅污染指數可分為5 級，P ≤0.7 時表示土壤仍清潔；0.7 ＜P ≤1.0 表示土壤尚清潔(警戒線)，1.0 ＜P ≤2.0 表示土壤輕度污染，2.0＜P ≤3.0 表示土壤中度污染，P ＞3.0 表示土壤受到重污染。

1.6 潛在生態(tài)風險評估

本研究采用潛在生態(tài)風險指數法[11]來評價重金屬元素對生態(tài)系統(tǒng)的潛在風險。該方法能夠分別反映研究區(qū)域中單個及多種重金屬元素對土壤的潛在生態(tài)影響。計算公式為：

2 結果與分析

2.1 土壤重金屬含量特征

研究區(qū)森林土壤重金屬元素含量的描述統(tǒng)計結果見表 1。其中，鉛元素含量平均值最高，達到88.54 mg/kg，高于標準規(guī)定的鉛元素土壤污染風險篩選值（70 mg/kg）；鎘元素含量平均值最低，為0.05 mg/kg，低于標準規(guī)定的鎘元素污染風險篩選值（0.3 mg/kg）；銅、鎳元素含量平均值分別為7.36 mg/kg，9.03 mg/kg，均低于標準規(guī)定的銅、鎳元素污染風險篩選值（50 mg/kg，60 mg/kg）。對4 種重金屬元素的變異系數進行分析，變異值由大到小依次為鎘(0.40)，鎳（0.39），銅（0.38），鉛（0.29），均處于中等變異程度（0.1 ≤CV ≤1.0）。在顯著水平 α =0.05 的單樣本K-S 檢驗水平下，均符合正態(tài)分布。

2.2 土壤重金屬元素空間分布

依據土壤污染風險管控標準，研究區(qū)土壤鉛含量較高，基本超過70 mg/kg 的風險篩選值。其中，西部至中部地區(qū)，土壤鉛的含量相對低，基本處于90 mg/kg 以下的水平，東北部地區(qū)土壤鉛含量略高于90 mg/kg，整體呈現自西向東逐漸升高的趨勢。土壤銅含量總體低于風險篩選值50 mg/kg。其中，西北局部區(qū)域土壤銅含量相對較高，東北局部區(qū)域土壤銅含量相對較低，整體呈自西向東逐漸降低的趨勢。研究區(qū)絕大部分區(qū)域土壤鎳的含量處于8 mg/kg 水平，遠低于風險篩選值60 mg/kg。其中，西南區(qū)域土壤鎳含量相對較高，東北部土壤鎳含量相對較低，整體呈自西向東降低的趨勢。土壤鎘含量相對較低，基本處于0.05 mg/kg 以下的水平，低于0.3 mg/kg 的風險篩選值。其中，西南部及西北局部區(qū)域土壤鎘含量相對較高，東部區(qū)域土壤鎘含量相對較低，整體呈自西南向東北逐漸降低的趨勢。

表1 森林土壤重金屬描述性統(tǒng)計特征Table 1 Descriptive statistical characteristics of heavy metals in forest soil

2.3 土壤重金屬污染評價及風險評估

研究區(qū)森林土壤重金屬元素單因子及綜合污染指數評價結果如表2 所示。土壤重金屬鎘、銅、鎳元素單因子指數小于1，處于非污染等級。土壤鉛的單項污染指數大于1，呈輕污染等級。研究區(qū)內梅羅綜合污染指數為0.945，綜合污染等級達到警戒線。

表2 森林土壤重金屬單因子及綜合污染指數評價Table 2 Single and Nemerow pollution index evaluation of forest soil heavy metals

表3 森林土壤重金屬潛在生態(tài)風險評估Table 3 Potential ecological risk assessment of forest soil heavy metals

鎘、鉛、銅、鎳4 種重金屬元素的潛在生態(tài)風險指數及風險程度分級見表3。研究區(qū)鉛、銅、鎳3 種重金屬元素的潛在生態(tài)風險指數均小于40，潛在生態(tài)風險程度為輕微；研究區(qū)鎘元素的潛在生態(tài)風險指數在40～80 范圍內，潛在生態(tài)風險程度為中等。此外，研究區(qū)土壤的綜合風險指數小于150，說明這4 種重金屬元素在研究區(qū)的綜合生態(tài)風險屬于輕微程度。

3 結論與討論

通過分析研究區(qū)內重金屬含量空間分布可以看出，除鉛外，其它重金屬元素含量均在風險篩選值以內。整體上看，鎳、鎘元素含量呈西南向東北逐漸降低的趨勢，銅元素含量呈自西向東逐漸降低的趨勢，鉛元素含量呈西南向東北逐漸升高的趨勢，但總體變化均屬于中等變異程度。參照土壤污染風險管控標準，研究區(qū)內鉛含量普遍處于風險狀態(tài)，同時，結合其空間分布狀態(tài)也可以推斷，鉛含量與研究區(qū)內頻繁的人為活動直接關聯(lián)[13]，在靠近景區(qū)、港口或其它居民聚集點，土壤鉛含量相對較高。鉛元素對人體健康危害性極大，一直以來是土壤研究中重點關注的一類污染因子[14]。因此，應當加強森林土壤鉛含量環(huán)境監(jiān)測，原則上應盡快采取安全防治措施。

通過單因子污染和內梅羅綜合指數法對研究區(qū)內森林土壤重金屬污染進行評價，研究區(qū)森林土壤重金屬單因子指數小于1，說明森林土壤重金屬含量均未超標，森林土壤中鉛的單因子污染指數大于1，呈輕污染等級。研究區(qū)內梅羅綜合污染指數為0.945，綜合污染等級達到警戒線。對研究區(qū)內土壤重金屬污染進行潛在風險評估，鉛、銅、鎳3 種金屬元素的潛在生態(tài)風險指數均小于40，潛在生態(tài)風險程度為輕微；鎘在研究區(qū)的潛在生態(tài)風險指數大于40 但小于80，潛在生態(tài)風險為中等。此外，研究區(qū)的綜合風險指數值小于150，說明這4 種金屬元素在研究區(qū)的總生態(tài)風險屬于輕微程度。已有研究指出，華南沿海區(qū)域普通受到重金屬污染的影響，由于大面積的圍墾農田易造成鉛、鎳、銅、鎘等元素的富集，往往表現為以鎘元素為主的多種重金屬混合污染[15]，相似地，本研究中鎘處于中等潛在生態(tài)風險。另外，靠近城市中心區(qū)或工業(yè)活動密集區(qū)往往存在較高的污染風險[16]，本研究區(qū)城市化程度較高且人為活動密集，存在一定的總體潛在生態(tài)風險。因此，有必要進行定期森林土壤污染監(jiān)測，加強污染源控制，并對污染風險區(qū)進行土壤理化性質適當調節(jié)，減輕對森林土壤生態(tài)環(huán)境的危害作用，從而保證森林生態(tài)系統(tǒng)健康穩(wěn)定。