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2.2研究区土壤重金属污染评价
采用单因子污染指数法对研究区重金属污染状况进 行评价,评价结果见表6,在农业区滨河土 壤中,F1、F2、F3 的 Cd元 素 污 染 指 数 分 别 为 60、50、47.50,F1的 Hg元素污染指数为9.33,达到了严重污染水平,其 余 Cr、Ni、Cu、Zn、As、Pb六种 元素的污染指数均未达到污染标准,处于未污染状态;在市区滨河土壤中,C3的 Cd元 素 污 染 指 数 为136.67,达到 重 度 污 染 水 平;C4 的 Zn 元 素 污 染 指 数 为1.08,属 于 轻 度 污 染,其 余 Hg、Cr、Ni、Cu、Zn、As、Pb七种元素的污染指数均未达到污染标准;在工矿区滨河土壤中,M4、M5的 Cd元素污染指数分别为50、56.25,达到重度污染水平,其余 Hg、Cr、Ni、Cu、Zn、As、Pb七 种 元 素 的 污 染 指 数 均 未 达 到 污 染 标准,处于未污染状态。
综合污染指数反映了8种重金属元素在三个研究区的综合污染状况,综合污染指数法不仅考虑了各种污染物的平均污染水平,还能反映污染最严重的污染物给 环 境 造 成 的 危 害[22]。采 用 内 梅 罗 综 合污染指数评价方法的评价结果如 表6所示,农业区
内梅罗污染指数分别为0.53、0.50,属于安全范围内。市区中 C₁、C₂ 的内梅罗污染指数分别为0.52、0.46,均处于安全范围内;C₃点内梅罗污染 指 数 为36.64,属于重度污染;C₄ 和 C₅内梅罗污染指 数 分别为0.89、0.79,处 于 警 戒 线 水 平。工 矿 区 中 M₁、M₂、M₃的 内 梅 罗 污 染 指 数 分 别 为 0.49、0.48、0.58,均处于安全 范 围 内;M₄、M₅ 的 内 梅 罗 污 染 指数分别为35.88、40.21,属 于 严 重 污 染。计 算 各 点位的内梅罗污染指数得出,滨河土壤重金属的内梅罗污染指数范围在0.46~43.05之间,17个点位中安全、警戒线、轻度污染、中度污染和重度污染所占比率分别为 47.05%、11.76%、0、0、41.18%,大部分受污染点位处于警戒线或重度污染水平,污染点的具体分布情况见图2。综合三个研究区段的评价结果,农业区、市区、工矿区三个研究区段滨河土壤的平均综合污染指数分别为37.56、36.65、37.98,污染程度依次为工矿区>农业区>市区,均达到了重度污染水平。
2.3研究区土壤重金属生态风险评价
生态风险评价可以确定生态效应与风险污染源之间的关系,从而判断有害物质对生态系统中的生物产生显著性危害的概率,是对可能产生的负面生态效应进行 评 价 的 过 程[22]。潜 在 生 态 风 险 指 数 法综合考虑了研究区域对重金属污染的敏感度和区域背景值的差异,重金属元素的毒性以及在沉积物中普遍的迁移转化规律,避免了异源污染和区域差异的影响[23]。
采用单项 潜 在 生 态 风 险 指 数 评 价 的 结 果 见 表7,在农业区土壤中,F₁、F₂、F₃ 的 Cd元素平均潜在风险指 数 分 别 为22153.85、18461.54、17538.46,F4点位的 Hg元素潜在风险指数高达22400,处于极强烈风险水平,其余元素的单项潜在生态风险指数显示均处于轻微风险水平,重金属潜在生态风险指数依次为 Hg>Cd>As>Pb>Cu>Ni>Cr>Zn;在市区滨河土壤中,仅有 C3的 Cd元素潜在风险指数为18923.08,达到 极 强 烈 风 险 水 平,其 余 元 素 的单项污染风险指数均处于轻微风险水平,重金属潜在生态风险指数依次为Cd>As>Cu>Pb>Ni>Cr>Zn;在工矿区 滨 河 土 壤 中,M4、M5点 位 Cd元 素的潜在风险指数分别为18461.54、20769.23,达到极强烈风险水平,其余元素的单项污染风险指数均处于轻微风险水平,重金属潜在生态风险指数依次为 Cd>As>Cu>Ni>Pb>Cr>Zn。采 用 综 合 潜在风险指数评 价 的 评 价 结 果 见 表7,市 区、工 矿 区、农业区的滨河地带污染风险等级逐渐加剧,三类研究区域的平均综合潜在风险指数分别为18973.18、19659.09、41828.29,均具有很强的生态风险。
3讨论
在市区、农业区、工矿区的滨河土壤重金属污染元素 中,Cd元 素 为 最 严 重 的 污 染 物,其 平 均 值(42mg/kg)是二 级 标 准(0.8 mg/kg)和 河 南 省 土 壤 背景值(0.065mg/kg)的52.5、646倍,考 虑 其 Cd元素的毒性系数影响,导致三个区段的土壤重度污染,且加重了滨河地带潜在生态风险。工矿区污染点集中在中州铝厂与南水北调交汇处以及北孟村与白庄村之间,该区段是焦作市工矿企业尤其是煤矿较为集中的区域。关于煤矿区土壤重金属污染已有许多研究,丛鑫等[24]对 煤 矸 石 山 周 边 土 壤 分 析 表 明,土壤中 Pb、Cu、Cr和 Ni含量的平 均 值 均 高 于 土 壤 背景值;马骅等[25]研究发现煤矸石周边土壤中 Cd、Pb和Zn污染程度最 严 重;马 守 臣 等[26]对 焦 作 矿 区 农田土壤研究发现,矿井水污灌农田土壤中 Zn和 Cd达到中度污染水平,煤矸石污染农田 土 壤 中 Zn、Cr和 Cd达到 轻 度 污 染 水 平。可 见,长 期 煤 炭 开 采 使矿区周围形成大量煤矸石堆,以及矿井废水不合理排放使用都对矿区周边治理环境造成严重的污染。
农业区污染点大多集中在河流交汇处,其主要原因是焦作市的河流大多为工矿企业的排污渠道,工矿企业排放的含有超标重金属的污水经过排污河渠的途中渗入地下水,再通过农业灌溉进入土壤,导致农业区的土壤存在极高的重金属污染风险。于树宾等[14]通过对 南 水 北 调 焦 作 段 典 型 区 浅 层 地 下 水污染研究发现,研究区浅层地下水重金属污染严重。此外,重金属元素是肥料中报道最多的污染物质,其中品位较差的磷矿粉和过磷酸钙中含有微量的 Cd、As[27]。因此,在农业区由于生产过程中大量使用化肥农药也加重了农田土壤重金属污染。
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