西藏林芝市不同功能区土壤重金属潜在生态风险
发布时间：2021-10-21
摘要城市土壤是城市生态系统的重要组成部分，对各类污染物的吸纳和净化有着重要作用。为了解高原城市土壤重金属污染现状及其潜在生态风险，以西藏林芝市居民区、商业区、旅游区、交通干道共4个功能区的绿化带土壤为调查对象，分析其土壤重金属Cu、Zn、Pb、Cd和Cr的含量分布现状，采用单因子污染指数法和潜在生态风险指数法评价土壤重金属污染状况和潜在生态风险。结果表明，商业区的Cu含量最高，是西藏土壤元素背景值的1.12倍，与其他3个功能区差异显著;商业区的Zn含量最高，是西藏土壤元素背景值的1.24倍，且与其他功能区差异显著;商业区的Cd含量最高，是西藏土壤元素背景值3.60倍，但与其他功能区差异均不显著;Pb和Cr均未超过西藏土壤元素背景值。Cu和Zn具有污染同源性，Pb和Cr具有污染同源性。商业区的Cu、Zn为轻微污染程度，4个功能区的Cd均为严重污染程度。Cu、Zn、Pb、Cr在各功能区的单因子潜在生态风险均为轻微程度的潜在生态风险，风险值远低于40;Cd则表现为较强程度的潜在生态风险。各功能区的综合潜在生态风险均为轻微程度的潜在生态风险。需要特别注意林芝市Cd的污染状况及生态风险。
关键词环境学;重金属;城市土壤;生态风险;西藏
重金属对土壤的影响隐蔽而难以恢复[1]，对土壤结构、生态功能及人体健康均有负面影响。西藏土壤人为污染相对较少，但随着泛第三极地区的持续开发[2]，西藏城市建设及人口规模不断扩大，各种污染物排放现象正在逐渐增加，带来潜在的环境影响。城市土壤是城市生态系统的重要组成部分。国内外对不同国家和地区的城市土壤重金属进行过大量研究[3,4]，我国对一些内地城市如北京[5]、上海[6]、南京[7]等也有过研究，但对于高原城市还尚未涉及。由于城市不同区域的人类活动有所不同[8]，城市土壤重金属也因此具有一定的空间异质性。西藏林芝市地处我国西藏东南部，位于雅鲁藏布江中下游河谷地带，是进藏公路G318国道的必经之地，城市规模小，具有西藏城市典型特点。林芝市近年来发展迅速，是藏东南地区的经济文化中心。本文在林芝市区进行土样采集，选取不同功能区绿化带土壤，利用单因子污染指数法和潜在生态风险评价法对重金属污染状况进行评价，以了解其污染现状，判断其可能来源，对改善高原城市土壤环境、防治城市土壤污染以及保护高原环境具有较高价值和指导意义。
1材料与方法
1.1研究区概况
林芝市地处西藏自治区东南部，雅鲁藏布江中下游，位于北纬26°52′～30°40′，东经92°09′～98°47′。东与西藏昌都市和云南迪庆藏族自治州毗邻，西与拉萨市和山南市交界，北与那曲市相连，南与缅甸、印度接壤。东西长646.7km，南北宽353.2km，边境线长约1000km。年平均气温7℃～16℃，年降水总量400～2200mm，年平均降雨量650mm左右，无霜期180d。截至2018年，总人口23.3万人，生产总值为150.01亿元，主要以第二产业和第三产业为主，分别为61.03亿元和77.76亿元[9]。属于小型城市，经济体量小，城区面积23.4km2，能够代表西藏城市特点(与其他省区相比较，西藏城市以众多小型县城为主)。
1.2研究方法
1.2.1土样采集与重金属指标测定
为使采取土样尽量具有代表性，按照城市规划、人类活动、交通流量等因素，将林芝市区划分为旅游区、交通干道、居民区、商业区进行采样。使用土钻在各功能区的绿化带采取0~10cm土壤多点混合样品，将土样分别装入塑封袋后带回实验室。自然风干土样，去除碎石、根系和各种残渣，碾碎，过1mm筛。将粒径1mm土壤充分混合，取样5g左右，用研钵研细，过孔径0.15mm筛。采用“硝酸-氢氟酸-高氯酸”消解体系进行消解。样品中全量Cu、Zn、Pb、Cr、Cd采用火焰原子吸收分光光度法(FAAS)。
1.2.2土壤重金属污染评价
采用单因子污染指数法和潜在生态风险指数法评价土壤重金属污染状况和环境风险。单因子污染指数法可对土壤中某一种重金属污染物的污染程度进行评价。潜在生态风险评价法在环境风险评价中使用广泛，能综合考虑土壤重金属的生态效应和环境效应[10]。
1.3数据分析
利用SPSS20.0分析不同功能区重金属含量差异，利用Excel2016作图。
2结果与讨论
2.1林芝市土壤重金属含量的描述性统计
林芝市土壤重金属含量的描述性统计结果：林芝市土壤重金属Cu、Zn、Pb、Cd、Cr含量的平均值分别为18.39、74.87、21.26、0.26、48.26mg/kg。这5种重金属平均值分别是西藏土壤元素背景值的0.84、1.02、0.74、3.25、0.62倍，可知林芝市土壤重金属Zn和Cd的平均含量超过西藏土壤元素背景值。这很大程度上与城市经济发展的影响有关[13]，比如孟昭虹等[14]发现哈尔滨城市土壤重金属Zn和Cd超标较多，刘春英等[15]对南昌市的研究也表明Zn和Cd超标率较高，这些研究均与本文结果比较类似(见表3)。
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土壤重金属含量的变异系数(CV)反映了人类活动对土壤的干扰程度，一般而言，变异系数的大小代表着干扰程度的大小。根据变异系数的分级[16]，林芝市土壤重金属Cu、Zn、Pb、Cr均表现为中等变异性(10%Cu>Zn>Pb>Cd。这可能说明Cd的变异受人为干扰较小，当地本底值可能较高。
2.2林芝市不同功能区土壤重金属分布特征
由图1可知，林芝市不同功能区土壤重金属含量差异性有所不同。Cu在商业区含量最高，是西藏土壤元素背景值的1.12倍，并且与其他3个功能区差异显著(P<0.05);在其他3个功能区，Cu含量差异不显著，也均未超过西藏土壤元素背景值。Zn在商业区含量最高，与其他功能区之间差异显著(P<0.05)，是西藏土壤元素背景值的1.24倍;但Zn在交通干道与旅游区之间差异不显著，而这两个功能区均与居民区差异显著(P<0.05)。Pb在4个功能区含量差异不显著，均未超过西藏土壤元素背景值。Cd在商业区含量最高，是西藏土壤背景值3.60倍，但与其他功能区差异均不显著。林芝市地处青藏高原，工业活动开展少，以食品加工等轻工业为主，此外注重高原环境保护，因此工业活动带来的Cd可忽略。但本研究所取城市绿化带土壤，施用磷肥和含锌化肥可带来Cd污染。还能够考虑的Cd污染来源可能是交通污染源[17]，随着林芝市经济规模和人口不断增长，机动车拥有量及过路车辆可能会带来Cd的污染问题。Cr在居民区含量最高，与交通干道、旅游区含量差异显著(P<0.05)，与商业区含量差异不显著，但均未超过西藏土壤元素背景值。本调查发现，Cu、Zn在商业区积累水平相对较高，与郭伟等[18]和刘春英等[15]的研究结果类似，这可能与商业区大量产品包装物和生活废弃物的大量排放有关，说明Cu和Zn可能具有相似的污染途径。Pb、Cr在林芝市各功能区含量均低，尚未超过土壤背景值。由于Pb的主要来源是汽油燃烧和工业，Cr主要来源是大气沉降、固体废弃物及化肥农药大量使用，说明林芝市目前的工业水平、机动车等污染来源尚未对城市土壤Pb和Cr造成较大影响。然而，在林芝市各功能区，Cd成为一项较大威胁，需要特别注意。
2.3林芝市土壤重金属相关性分析
利用Pearson相关系数法对林芝市土壤重金属间相关性进行分析。如表4所示，Cu和Zn之间呈极显著正相关(P<0.01)，Pb和Cr之间呈显著正相关(P<0.05)，其他重金属之间相关性不显著。重金属之间的相关性能够体现其来源相似度，一般而言，相关性较高的重金属有可能的相似来源，相关性较低的重金属则来源差异较大[19]。本研究表明，Cu和Zn的来源可能相同，这与上文的判断一致，代表二者具有相似的污染途径;Pb和Cr的来源也可能相同，因此二者在各功能区含量不高，且未超过西藏土壤元素背景值，均未造成污染。
2.4林芝市土壤重金属污染指数及潜在生态风险指数
以西藏土壤元素背景值为评价标准，对林芝市不同功能区土壤重金属污染现状及生态风险评价如表5。对于单因子污染指数，可见Cu、Zn、Cd在商业区最大。Cu在商业区表现为轻微污染，在交通干道、旅游区和居民区均为无污染(清洁或尚清洁);Zn在商业区、旅游区的污染程度为轻微污染，在交通干道和居民区均为无污染(尚清洁);Pb在4个功能区表现为无污染(清洁或尚清洁);Cd在4个功能区均为严重污染;Cr在4个功能区均为无污染。Cd在城市中有较高的富集率、污染比较突出的现象，在前人诸多研究中，如唐春花等[20]研究认为南昌市区Cd的污染尤为突出，其富集尤为突出;常文静等[21]对深圳市及国内12座大城市土壤重金属比较后发现，Cd含量平均值超过0.50mg/kg。可见，相对于内地城市而言，高原城市林芝市Cd虽存在污染，但Cd含量并不算高，但仍需引起注意。
对于单因子潜在生态风险而言，Cu、Zn、Pb、Cr在4个功能区均为轻微生态风险，但Cd均表现为较强潜在生态风险。易文利等[22]在宝鸡市的研究也认为Cd是最主要的污染因子和潜在生态风险因子。此外，林芝市本地土壤Cd含量相对较高，樊志颖等[23]对林芝市附近色季拉山森林土壤的研究表明Cd是主要重金属污染物，达到中等以上污染程度。比较而言，林芝市区比色季拉森林有更强的人类活动，Cd的可能污染源更多。对于综合潜在生态风险而言，4个功能区均为轻微潜在生态风险。
3结论与建议
整体上林芝市土壤重金属Zn和Cd的平均含量超过西藏土壤元素背景值。在林芝市4个功能区，商业区的Cu含量最高，是西藏土壤背景值的1.12倍，与其他3个功能区差异显著;商业区的Zn含量最高，是西藏土壤背景值的1.24倍，且与其他功能区之间差异显著;商业区的Cd含量最高，是西藏土壤背景值3.60倍，与其他功能区差异均不显著;Cr在居民区含量最高，与交通干道、旅游区含量差异显著，但与商业区含量差异不显著，但未超过背景值。在这其中，Cu和Zn具有污染同源性，Pb和Cr具有污染同源性。
在单因子污染指数方面，林芝市商业区的Cu、Zn为轻微污染，4个功能区的Cd均为严重污染，其他相应重金属在对应功能区均为无污染(清洁或尚清洁)。在单因子潜在生态风险方面，Cu、Zn、Pb、Cr在4个功能区均为轻微潜在生态风险等级，指数值远低于40;但Cd则表现为较强潜在生态风险等级。在综合潜在生态风险方面，4个功能区均为轻微程度的潜在生态风险等级。综上可知，需特别注意林芝市Cd的污染现状及生态风险状况，并了解西藏林芝市Cd土壤元素背景值。——论文作者：钟清雯1张梦蝶1侯磊1,2*
