土壤重金属污染是当今社会和环境科学领域的研究热点之一，也是社会关注的焦点之一。土壤重金属污染是指人类活动将重金属释放到土壤中，致使土壤中重金属的含量明显高于背景值和国家标准，并造成生态环境质量下降的现象^[1]。2011年初，《重金属污染综合防治“十二五”规划》的实施，标志着我国在重金属污染防治方面迈出了重要的一步，也标志着土壤重金属污染正式成为国家层面关注的重点。开展土壤重金属污染风险评价，是识别区域生态系统健康状况的重要手段，其研究内容主要是考察城市、农田以及矿区等地土壤中重金属的地球化学行为，以解释区域生态系统的健康状况^{[2, 3]}及生物可利用性等^[4]。

河流滨岸带是介于陆地与河流之间的过渡地带，是重要的生态交互区^[5]。作为连接水生和陆生生态系统的重要枢纽，滨岸带土壤重金属污染已引起相关研究人员的关注^{[6, 7, 8, 9, 10]}。河岸带对来自河流和陆地的重金属有汇集作用^{[11, 12]}，在水质保护和水质净化方面起着重要的作用。克鲁伦河是我国北方第一大湖——呼伦湖的最主要入湖河流，地处于呼伦贝尔草原，是典型的草原型河流。近年来对于克鲁伦河流域的研究主要集中于植被以及水文特性方面，对于河流滨岸带的土壤重金属污染研究少有涉及。本文以克鲁伦河滨岸带土壤为研究对象，对重金属污染状况进行风险性评估，以期为克鲁伦河和呼伦湖重金属的污染防治提供依据。

克鲁伦河位于呼伦湖西南部，发源于蒙古肯特山南麓，自西向东流，在新巴尔虎右旗克尔伦苏木西北乌兰恩格尔进入我国，注入呼伦湖。克鲁伦河沿岸地势平坦，河流全长1264 km，在我国境内全长206.44 km，河道弯曲，河宽40~90 m。沿岸牧草发达，是重要的农牧业地带。该地区属温带大陆性气候，四季分明，全年盛行西北风。年平均日照为3100 h，多年平均气温为0.5 ℃，年最高气温为38.2 ℃，最低气温为-41 ℃，无霜期128 d，区域内有季节性冻土，多年平均降水量为245 mm。克鲁伦河水系对区域经济发展、气候环境调节和人畜生活环境保障起到了重要的作用。

根据克鲁伦河流域的地形地貌以及周边的人们生产生活状况，从国境线起至克鲁伦河入湖口，共设置10个点，利用Arcgis 9.0插入现场勘察坐标，具体定点为：国境线A、乌兰恩格尔B、克尔伦苏木C、赛罕塔拉苏木D、阿尔敦础鲁苏木E、布勒和木德勒嘎查F、其其格勒嘎查G、呼伦苏木H、新巴尔虎右旗县城I、入湖口J。其具体位置见图 1。

图 1 克鲁伦河滨岸带土壤采样点分布 Figure 1 Soil sampling map along riparian zone of Kerulen River

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土壤样品在2014年7月份采集，具体取样方法为：河岸两侧20 m处各定一个土壤采样点，每点东西南北10 m处定小采样点，在每个小采样点采集表层土（0~10 cm）500 g，将河两岸共计10个小采样点所取土壤进行混合，作为最终点位样品。以四分法舍去多余样品，保留500 g左右代表该采样点土样。将土壤样品带回实验室自然阴干，剔除砂砾后用塑料棒碾碎，取100 g完全研磨并过200目尼龙筛，装袋备用。

土样采用HCl-HF-HNO₃-HClO₄混合酸电热法进行消解（GB/T 17139—1997），所用试剂为北京化工厂生产的优级纯HCl和HNO₃，上海阿拉丁生化科技股份有限公司生产的HF和优级纯HClO₄，并采用艾卡（广州）仪器设备有限公司生产的IKA C-MAG HP10 电热板/加热板。土壤重金属（As、C_d、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn）含量于内蒙古自治区白云鄂博矿多金属资源综合利用重点实验室进行测定，采用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-AES6300，美国热电公司）检测（HJ/T 350—2007）。实验中每五个样品任取一个测定平行样，数据显示误差范围在±5%以内，所测数据有效。为了验证方法的准确性，用国家土壤成分分析标准物质（GSS-2、GSS-7）进行分析质量控制，具体的检测准确度见表 1，加标回收率符合我国HJ/T 92—2002规范要求。滨岸带土壤的pH值以pHS-3C型精密pH计测定（水土质量比为5∶1），所测pH值换算为25 ℃下标准值。利用SPSS 19.0和Origin 9.0对数据进行分析处理。

表 1 仪器检出限及方法准确度 Table 1 Detection limit and accuracy of analysis method

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由于目前对重金属污染风险评估方法的使用范围还没有具体规定，本文根据研究对象的实际情况，采用地积累指数法和潜在生态危害指数法对克鲁伦河滨岸带土壤重金属污染进行风险性评估。

应用Muller^[13]提出的地积累指数定量评价沉积物中的重金属污染程度，污染程度等级划分见表 2。

表 2 地积累指数分级 Table 2 Grading criteria of index of geoaccumulation

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Hakanson潜在生态危害指数法是土壤重金属研究中较为常用的风险评估方法，它不仅考虑了土壤重金属的含量，同时兼顾了重金属的生态效应、环境效应和毒理学特征。其计算公式为：

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本研究中共有7种重金属，在物质种类和数量上与经典Hakanson潜在生态危害指数法有所不同，因此需要根据重金属种类和数量对Hakanson评价标准进行适当的调整。参考有关文献[15, 16]，将C_d最低级上限值设定为参评重金属种类数，其余级别上限值依次加倍；E_r ⁱ最低级别上限值由C _fⁱ最低级别上限值（取1）与T _rⁱ最大毒性系数值（取30）相乘后得到（30），其余级别上限值依次加倍；RI分级标准的最低级上限值，考虑由各重金属T _rⁱ之和与C _fⁱ最低级别限值相乘后取10位整数得到（约为60），其余级别依次加倍。由此，得到本研究拟采用的评价指标等级评分标准，见表 3。

表 3 单项污染系数（C _fⁱ ）、综合污染系数（Cd）、潜在生态风险 系数（E _rⁱ）和潜在生态危害指数（RI）的分级标准 Table 3 Grading criteria for C _fⁱ 、Cd、E _rⁱ and RI

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克鲁伦河滨岸带土壤的重金属含量以及pH值见表 4。研究区域土壤重金属各元素的含量范围（mg·kg^-1）为：As 760.4~2 664.8，C_d 15.39~52.09，Cr 29.01~53.38，Cu 27.66~63.07，Ni 28.07~98.50，Pb 87.14~218.41，Zn 2 500.1~8714。土壤pH范围为7.1~8.4，总体偏碱性。由表 4可知，该区域Cr、Cu和Pb的变异系数较As、C_d、Ni和Zn的小，表明As、C_d、Ni和Zn的离散度相对较高。通过7种重金属平均值与土壤背景值的比较可知，As、C_d、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn分别为其背景值的117.71、266.7、0.64、2.07、2.12、5.38、55.95倍，其大小排序为Cd>As>Zn>Pb>Ni>Cu>Cr，相对而言，As、C_d和Zn三种重金属元素在土壤中积累情况较为严重。

表 4 土壤pH值及重金属元素含量 Table 4 Heavy metal content and pH values in soils from studied area

（mg·kg-1）

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根据计算结果，由表 5可以看出，克鲁伦河滨岸带重金属中：As、Cd、Zn三种重金属达到了极严重污染的程度；Pb达到了中等污染水平，Cu、Ni为轻度-中等污染；Cr的含量很小，处于无污染的等级。根据地积累指数平均值，其污染由强到弱排序为Cd>As> Zn>Pb>Cu>Ni>Cr。

表 5 7种重金属地积累指数（I_geo）及污染分级情况 Table 5 Index of geoaccumulation and its classification of seven heavy metals

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从7种元素的地积累指数分级频率计算结果（表 6）来看，As、Cd、Pb、Zn的污染频率最大，均达到了100%（根据土壤背景值进行计算，指1级以上的级别所占的百分比。下同）；其次是Cu，达到了70%，Ni达到了60%，而Cr无污染。

表 6 地积累指数分级频率表 Table 6 Frequency of geo-accumulation index grades

（%）

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从污染频率分布来看，As、Cd均处在极严重污染的程度；Zn 达到强-极严重污染等级的和极严重污染等级的各占50%；Pb、Ni和Cu均出现了不同程度的污染，只是污染相对较轻，处于中等-强污染程度以下。可以看出，地积累指数法具有将土壤重金属的污染等级更加细化的优点，为进一步分析和研究克鲁伦河滨岸带重金属污染状况提供了依据。

利用公式（2）和（3）计算各重金属的C_fi及C_d，由此得到克鲁伦河滨岸带土壤重金属污染系数空间变化态势，见图 2和图 3。

图 2 单项污染系数的空间变化特征 Figure 2 Spatial variation of single pollution index

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图 3 综合污染系数的空间变化特征 Figure 3 Spatial variation of comprehensive pollution index

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由图 2可以看出，As、Pb、Cd和Zn随点位的变化趋势具有相似性，且均在C采样点出现波峰；Cu和Ni的变化趋势较为平缓，说明重金属Cu和Ni在区域中含量比较均衡；Cr的含量几乎处在同一条直线上，波动性极小。根据C_fⁱ平均值的大小，得到克鲁伦河滨岸带土壤重金属的污染程度排序：Cd（266.67）>As（117.71）>Zn（55.95）>Pb（5.38）>Ni（2.12）> Cu（2.07）> Cr（0.64）。对比表 3的分级标准可以判定，As、Cd和Zn属于很重污染等级，Pb属于重污染等级，Cu和Ni属于中等污染等级，Cr属于轻微污染等级。

由图 3可以看出，10个采样点的C_d空间差异性显著，其中C采样点相对较高，而F和J采样点相对较低。根据C_d平均值的大小，得到各点位重金属污染程度排序：C（907.24）>B（557.22）>A（513.68）>I（433.28）>D（414.26）>G（388.86）>H（367.97）>E（354.43）>F（297.75）>J（270.69）。由表 3的分级标准可知，每一个采样点都处于很重的污染状态水平，说明克鲁伦河滨岸带土壤中重金属污染相当严重，应引起有关部门的高度重视。

由图 4 可以看出，As、Cd、Zn、Pb的E_rⁱ值显著高于其他三种金属元素，尤其是As和Cd的E_rⁱ值，较其他五种重金属元素表现出更加明显的差异性，分别为678.93~2 379.29和4 759.80~16 110.31；四种重金属元素的E_rⁱ值均在C采样点表现出峰值，分别高于同类元素其他点位的值；其次，所有采样点Cr、Cu和Ni的E_rⁱ值均处在30以内，而Pb的基本都低于30；根据E_rⁱ平均值大小，得到7种重金属相应的风险排序：Cd（8 000.10）>As（1 177.13）>Zn（55.95）>Pb（26.88）>Ni（10.61）>Cu（10.37）>Cr（1.27）。由表 3的分级标准可以判定Cd、As处于极高风险等级，Zn处于高风险等级，Pb、Ni、Cu和Cr处于轻风险等级。这里，Cd、As具有极高的E_rⁱ，除了与二者有着相对较高的C_fⁱ有关外，也与T_rⁱ密不可分。7种重金属对克鲁伦河滨岸带土壤重金属污染的潜在生态风险贡献率大小排序为：Cd（86.19%）>As（12.68%）> Zn（0.6%）>Pb（0.29%）>Ni（0.11%）>Cu（0.11%）>Cr（0.01%）。由贡献率可以看出，研究区的土壤重金属潜在生态风险主要受制于Cd和As，因此特别需要引起有关部门的高度重视。

图 4 潜在生态风险系数的空间变化特征 Figure 4 Spatial variation of monomial potential ecological risk factor

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由图 5可知，采样点C的风险水平最高，其RI高达18 679.44；采样点A、B的RI值比较近，分别为10 634.73和11 338.97；采样点D、E、G、H和I的RI值较为接近，分别为8 524.39、7 436.74、8 041.13、7 534.2和8 933.49；采样点F和J的RI值亦较接近，分别为6 178.03和5 522.00。根据表 3的判别标准，10个采样点均处于极高风险等级。

图 5 潜在生态危害指数的空间变化特征 Figure 5 Spatial variation of potential ecological risk index

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研究发现，无论是污染程度还是生态风险水平，克尔伦苏木（采样点C）都有别于其他采样点，尤其是该点的As、Cd和Zn 3种重金属含量均较其他点位的对应重金属含量高。由重金属总量分析可知，10个点位中As和Cd的含量相对其他元素均比较高，笔者认为这主要是与其所处地理位置以及周边污染类型有关。克尔伦苏木镇是新巴尔虎右旗的主要经济产生镇，沿克鲁伦河两岸分布有锌矿、硝化厂、毛皮厂和农田，工农业相对比较发达。选矿废水排放以及尾渣废料扬尘和非点源径流的传输作用，对克尔伦苏木镇及其境内的克鲁伦河沿岸土壤造成了一定污染。锌矿中伴生有Au、Ag、Cd、硫化物等，而As在自然界中多以硫化物的形式夹杂在金、铜、锌等矿中^[17]，可能是导致克鲁伦河沿岸土壤重金属As和Cd污染的主要污染源；硝化厂以及毛皮厂的排放废水中，含有大量的As和Cd等重金属，极易对土壤造成污染；另外，施用含Cd和As的农药以及化肥等物质，也是导致周边土壤中重金属污染的原因。乌兰恩格尔（采样点B）与克尔伦苏木镇接壤，金属矿山开采活动以及尾矿库扬尘在地面沉积，极有可能是造成该地区表层土壤重金属含量较高的一个主要原因。从地质成矿条件分析来看，呼伦比尔市拥有大型铅锌矿以及贵金属矿藏，新巴尔虎右旗是一个有色金属和贵金属矿产集中区，主要分布有铅锌矿和银矿，另外还有小型的钼矿和金矿^[18]。长期地质、成土母质以及伴生矿和共生矿的形成，极有可能是导致该地区10个采样点土壤中重金属As、Cd和Zn含量较高的历史原因。

由风险评估结果来看，重金属As和Cd是风险性最大的两种元素，与张晓晶等^[19]的结论吻合，其次是Zn和Pb，污染风险处于重度水平。整体的风险评估与张晓晶的结果比对分析来看，克鲁伦河滨岸带重金属的污染较为严重，可能主要是因为草地、漫滩能够有效吸附和沉积重金属^[20]，污染物质对河岸的污染较水中更为严重；另外由于河水在入湖口处经过湿地的净化作用使入湖河流中的重金属大为减少，从而使得呼伦湖沉积物中重金属含量较克鲁伦河沿岸少，沿岸重金属污染风险性较底泥沉积物中大。此次对土壤中重金属污染进行风险性评估，只利用了重金属的全量，对于重金属的不同赋存形态并未考虑，而重金属的形态是决定重金属毒性的关键性因素，因此需要进一步研究。

研究发现两种方法得出的结果有所不同（表 7）。由表中的污染程度分级可知，尤其是在Cr元素的风险评价中，地积累指数法显示无污染，而潜在生态风险指数法显示有轻微污染。这可能是由于前者主要考虑外源重金属的富集程度，而后者在此基础上还加入了不同重金属毒性的影响，相比之下，地积累指数法能够更加准确地评价重金属对克鲁伦河土壤重金属的污染状况。

表 7 两种评价方法对7 种重金属元素污染程度的评估 Table 7 Pollution of seven heavy metals evaluated by two methods

表选项

（1）通过两种评价方法对重金属含量的分析，除了Cr外，另外6种重金属的含量都远超其背景值，表明克鲁伦河滨岸带土壤已经受到较为严重的污染。

（2）地积累指数法结果表明，As、Cd和Zn三种重金属达到了极严重污染的程度，Pb达到了中等污染程度，Cu和Ni处于中等污染，而Cr为无污染状态。

（3）E_rⁱ的结果表明Cd、As处于极高风险等级，Zn处于高风险等级，Pb、Ni、Cu和Cr处于轻风险等级。RI表明，10个采样点的重金属都处于极高风险等级。

（4）对土壤重金属潜在生态风险贡献率的分析表明，Cd和As应该作为克鲁伦河滨岸带土壤重金属污染治理和生态修复的优先控制对象。

（5）因评价方法的侧重点不同，处理结果出现一定的差异性，主要是因为潜在生态风险指数法采用了毒性系数，更侧重重金属的毒性影响风险评估。