青海省典型高山农业区域土壤重金属污染评价及来源探析

摘要

土壤中重金属污染往往是多种成因来源和作用途径叠加综合的结果,简单地判别重金属元素来源不足以为区域土壤重金属污染治理提供足够信息,需定量计算各类排放源对元素的相对贡献率,确定主要污染源。中国青藏高原表土重金属含量近年来有聚集趋势,但是对于重金属来源的定量解析缺乏,位于青藏高原东部区域以及农业土壤的研究也有待补充。为深入了解青藏高原东部典型高山农业区的土壤重金属分布特征、生态风险及污染来源,本文对青海省泽库县的表层土壤(0~20cm)样品进行了采集,对As、Cd、Co、Cr、Cu、Hg、Mn、Ni、Pb、Zn等10种重金属含量进行了分析。采用原子荧光光谱法(AFS)、电感耦合等离子体质谱/发射光谱法(ICP-MS/OES)等方法测定元素含量,结合基础统计分析方法及对比分析法,研究了重金属含量和空间分布特征;应用富集因子(EF)、地累积指数(I_(geo))和潜在生态风险指数(PERI)确定了研究区土壤重金属污染程度和生态风险情况,并利用主成分分析-绝对主成分分数-多元线性回归模型(PCAAPCS-MLR)定量解析了重金属主要潜在来源。结果表明:①As元素的含量均值高于土壤国家环境质量标准,其他重金属含量均小于土壤环境质量标准值。②与中国土壤环境背景值与青海省表层土壤背景值相比,Cd、Hg含量均小于背景值,As、Mn均值含量远超背景值,Co、Cr、Ni、Pb、Zn含量略大于背景值,Cu基本接近于背景值。③富集因子(EF)、地累积指数(Igeo)和潜在生态风险指数(PERI)分析结果基本一致,As表现出的危害趋势最高,其他重金属均较低。④空间分布上,泽库北部重金属含量明显要高于其他区域,位于泽库县东北部的麦秀镇表现出多种重金属含量高的现象。⑤与青海湖流域、公路沿线土壤、玉树县等青藏高原其他区域相比,泽库县表层土壤中As、Mn含量较高。Cd、Co、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn元素含量基本上要高于青海湖流域地区,但是与公路沿线、玉树县等人为活动较为丰富的区域相比则含量低。与三江平原、淮北平原等典型平原地区农田土壤相比,泽库县作为典型高山区域的农田区域,其重金属含量绝大部分要低于平原地区农田土壤。⑥根据相关性分析、主成分分析和PCA-APCS-MLR的结果,研究区重金属主要有4个来源,自然源对Cr、Co、Mn、Ni贡献率分别为64.49%、48.35%、67.68%、77.99%,交通源对Cd、Pb、Zn影响大,贡献率分别为75.46%、50.75%、55.54%,矿业冶炼对于As、Cu影响较大,贡献率分别为43.52%、37.29%,大气沉降的远源因素对Hg的影响最显著,贡献率达到43.39%。其他源对As、Cr、Hg、Cu和Pb的影响也较大,需进一步研究明确。综上,对于泽库县,As较其他重金属元素富集明显,但富集程度不高,需进一步预防土壤中As的深度污染。研究区内重金属有自然源、交通源、矿业冶炼及大气沉降的远源等主要4种来源,其他源的定性未能明确需进一步加强研究,而4个主要来源中有3个来源属于人类活动性质,因此人类活动对于泽库县这类典型高山农业土壤的重金属影响需受到关注,采取相关措施避免重金属污染富集现象加重。