长江流域巫山县南部土壤重金属地球化学基线的精准测定与应用

《Scientific Reports》：Determination and application of soil heavy metal geochemical baseline in the southern region of Wushan County in the Yangtze River Basin, China

为解决土壤污染评估标准不精准问题，研究人员以巫山县为对象开展土壤重金属环境地球化学基线研究。结果显示该地区土壤重金属多无污染或轻度污染，但 Cd 污染严重。构建的基线可精准评估土壤污染，为土壤污染防治提供科学依据。

　　在当今时代，随着经济的快速发展，土壤重金属污染问题愈发凸显，就像一颗 “毒瘤” 威胁着生态环境与人类健康。尤其是在长江流域，这片经济繁荣且土壤资源丰富的区域，频繁出现的土壤重金属污染和农产品安全问题，让人们忧心忡忡。以往研究在评估土壤污染时，常选用区域甚至全球土壤背景值，这种 “一刀切” 的方式忽略了土壤重金属元素含量的时空差异，导致评估结果不是过于严重，就是难以反映实际污染状况，就如同给病人误诊，无法对症下药。为了攻克这一难题，来自重庆地质矿产开发局 1107 地质队、宿州学院等机构的研究人员，以巫山县南部为研究区域，开展了土壤重金属环境地球化学基线的研究 。该研究成果发表在《Scientific Reports》上，为土壤重金属污染防治和环境质量管理提供了重要的科学支撑。

研究人员采用了一系列关键技术方法。在样本采集方面，严格按照《重庆市土地质量地质调查技术指南（1:50000）（2020 年修订）》，在 90 个采样点采集 0 - 20cm 的地表土壤样本。分析测试时，运用电感耦合等离子体质谱（ICP - MS）、电感耦合等离子体光谱（ICP - AES）等多种方法测定土壤中重金属元素含量。通过累积频率法确定地球化学基线值，利用地累积指数（Igeo?）评估重金属污染程度 。

研究结果如下：

1. 土壤重金属含量统计分析：研究区域土壤中 As、Hg、Co、Cd、Pb、Cu、Ni、Zn 和 Mn 的平均含量分别为 14.06、0.09、19.39、0.99、31.01、37.08、47.77、121.10 和 960.20mg/kg，显著高于四川省地表土壤地球化学背景值。其中，Co 和 Pb 变异系数为 15 - 35%，属于中等变异，主要受地形和土壤母质影响；As、Hg、Cd、Cu、Ni、Zn 和 Mn 变异系数大于 35%，属于高度变异，表明受人类活动影响显著。此外，Cd、Ni、Zn、Hg 和 Cu 的偏度和峰度值显示其数据分布右偏，偏离正态分布，进一步证明人类活动对土壤质量的影响 。
2. 污染评估结果：根据地累积指数计算结果，研究区域土壤重金属主要为无污染和轻度污染，但 Cd、Hg、Cu、Ni、Zn 和 Mn 存在一定比例的中度污染。其中，Cd 平均地累积指数最高，处于中等污染水平，有 6 个强污染点、4 个强 - 极强污染点和 5 个极强污染点；Hg 和 Ni 各有 1 个中等 - 强污染点 。
3. 地球化学基线计算：运用相对累积频率法，研究人员准确找到累积频率曲线的拐点，确定了 Hg、As、Co、Cd、Pb、Cu、Ni、Zn 和 Mn 的地球化学基线值分别为 0.06、12.69、16.47、0.22、30.15、24.61、34.54、104.40mg/kg 和 628.32mg/kg 。
4. 土壤污染空间分布特征：基于地累积指数绘制的重金属元素空间分布图显示，土壤重金属污染空间分布存在差异。高值区域集中在建平乡、抱龙镇和笃坪乡，低值区域主要在庙宇镇、铜鼓镇和官渡镇。例如，As、Pb、Mn 和 Cu 污染分布一致，高值区位于建平乡、抱龙镇等地，低值区位于庙宇镇、铜鼓镇等地；Cd 主要分布在庙宇镇西部、抱龙镇南部等地，污染较为严重 。

研究结论和讨论部分表明，本研究构建的土壤重金属环境地球化学基线，为小尺度空间区域提供了科学准确的评估标准，能够有效弥补因缺乏参考值导致的评估结果不明确问题，精准识别研究区域土壤污染现状。同时，研究发现地球化学基线值与地球化学背景值存在差异，使用基线值进行环境质量评估更科学准确，能反映土壤实际污染情况，有助于提前防控土壤环境风险。然而，本研究方法相对单一，仅采用相对累积频率曲线法计算基线值。未来研究可尝试多种方法确定地球化学基线值，并对比分析差异，探索更合适的分析方法；同时，还应探索多污染评估方法，综合评估土壤污染状况。总之，该研究成果为长江流域土壤重金属污染防治和环境质量管理提供了重要依据，对推动相关领域的研究和实践具有重要意义 。