成都平原西部農業土壤中金屬元素分布特征研究

王英英，錢 蜀，鄧星亮

（四川省環境監測中心站，四川 成都610041）

成都平原西部農業土壤中金屬元素分布特征研究

王英英，錢 蜀，鄧星亮

（四川省環境監測中心站，四川 成都610041）

通過對成都平原西部6縣（市）表層0～20cm農業土壤進行取樣分析，研究了鎘、鎳、釩、砷、鈷、鉻、銅、汞、錳、鉛、硒和鋅等12種金屬元素在土壤中的含量分布特征。并采用單因子污染指數法進行環境質量評價，得出區域土壤中鎘、鎳、釩、鉻、銅、汞、錳和鉛等8種金屬元素均出現不同程度的超標，且土壤中的主要超標元素為釩、鎘和鎳。對比該區域背景點土壤含量，發現鎘、鎳、砷、鈷、鉻、汞、錳、鉛和硒9種金屬元素含量均高于背景值水平，特別是鎘、汞和錳的含量明顯高于背景值水平。采用Hakanson法對監測區域耕地土壤進行風險評估后得出，耕地土壤中鎘和汞元素存在低度的生態風險，初步推斷為斷裂帶土壤本底遷移和人為耕作活動的影響所致。

成都平原西部；農業土壤；金屬元素；分布

Abstract：Based on argriculture surface soils analysis results from six counties／cities of western Chengdu Plain，the author investigated distribution charateristics for 12heavy metals，namely Cd，Ni，V，As，Co，Cr，Cu，Hg，Mn，Pb，Se and Zn in the soils．Moreover，the author conducted evaluation for each individual heavy metals．The results show 8 kinds of heavy metal's levels exceed the standard requirements，more or less，among them，the primary heavy meal are identified to be V，Cd and Ni．Further comparison with background soils reveal that 9kinds of heavy metals，Cd，Ni，As，Co，Cr，Hg，Mn，Pb and Se of studied areas present higher than background value，with Cd，Hg and Mn appear to be most significant．Finally，the author conducted soil ecological risks assessment by Hakanson methods and concluded that the Hg and Cd in studied areas soils present low ecological risks．

Key words：the western Chengdu Plain；farmland soil；heavy metals；distribution

按1：20萬都江堰幅的平原地區中成都平原西部包括了都江堰、彭州、大邑、崇州、溫江、郫縣等6縣（市）的平原及盆周淺丘地區。2010年對該區域土壤中微量元素含量與分布已經進行了相關研究，其結合了土壤發生的地質背景［1－2］。同時，這里是成都平原的主要農業分布區，且位于府南河上游，是府南河主要的水源補給區及成都市主要的農副產品供給地之一。本文主要對該區域農業土壤特別是耕地土壤中的12種金屬元素含量分布特征及環境質量評價、風險評估進行研究探討，以期對區域農業生產、土壤污染防治及環境管理等提供有效的技術支撐。

1 監測區域土壤環境特征及監測概況

區域位于成都市以西，屬成都沖積平原，主要地形為平原及盆周淺丘，區內礦藏有煤、銅、金、石灰巖、赤鐵礦、鉛、鋅等，工業有能源、機械、醫藥、蓄電池、建材、化工、食品等，主要農業產品有水稻、小麥、玉米、油菜等，亞熱帶濕潤季風氣候。

在都江堰、彭州、大邑、崇州、溫江、郫縣等6縣（市）區域內的農業土壤共布設了75個采樣點位，其中耕地點位39個，林地點位36個，見圖1。采集了表層20cm深度的土樣，共監測了鎘、鎳、釩、砷、鈷、鉻、銅、汞、錳、鉛、硒和鋅等12種金屬元素。

土壤中金屬元素鎘采用ICP－MS法（GB／T 17141－1997），砷、汞和硒為原子熒光法（《土壤元素近代分析方法》），鉛、銅、鋅、鉻、錳、釩、鈷和鎳為X熒光法（《區域地球化學勘察樣品分析方法》）；土壤理化指標pH為電極法，全氮為半微量凱氏法，全磷為分光光度法，全鉀為火焰光度法，有機質為容量法，顆粒組成為比重法。

圖1 區域土壤監測點位分布情況

2 區域土壤基本性狀

監測區域中涉及耕地和林地2種土地利用，土壤類型主要為水稻土，對成都平原西部區域土壤中理化性質數據進行了監測。結果顯示，區域土壤總體偏酸性，按照國際制土壤質地分類標準監測區域土壤總體屬于壤質黏土，土壤有機質含量范圍為1．36%～17．10%，在土壤學中，一般把耕作層中含有機質20%以上的土壤稱為有機質土壤，含有機質在20%以下的土壤稱為礦質土壤，一般情況下，耕作層土壤有機質含量通常在5%以下［3］，可見，監測區域土壤有機質屬于正常水平。中國一般農田的養分含量是：氮0．030～0．350%；磷0．010～0．150%；鉀0．250～2．700%，監測區域土壤全氮含量范圍為0．100%～0．650%，全磷含量范圍為0．020%～1．650%，全鉀含量范圍為0．600～2．920%，屬于中等水平。詳見表1。

表1 監測區域土壤基本性狀

3 區域土壤12種金屬含量特征對比

監測區域土壤中12種金屬元素質量比范圍為0．029～16 912mg／kg，見表2。鎘、鎳、釩、砷、鈷、鉻、銅、汞、錳、鉛、硒和鋅的質量比分別約為0．323，39．3，123，9．50，17．3，104，35．2，0．153，491，41．4，0．370mg／kg和112mg／kg，并且除錳外的11種金屬元素在耕地和區域土壤總體的含量差異不太明顯。

表2 監測區域農業土壤12種金屬元素質量比統計 mg／kg

續表2

12種金屬元素中錳和汞在土壤中的含量變化最大，本次監測其最大值與最小值的比值分別高達約252倍和66．6倍；變化較大的是鎘和鉛，鋅和釩含量變化最小。在該區域“七五”背景值調查時的原點位重新采集表層土樣，重金屬含量見表2。本區域土壤中鎘、鎳、砷、鈷、鉻、汞、錳、鉛和硒9種金屬元素含量均高于背景值水平，特別是鎘、汞和錳的含量明顯高于背景值水平，可見，區域土壤中金屬元素出現了表層的遷移和累積現象。

相關分析結果顯示見表3。

表3 監測區域土壤金屬元素含量與有機質含量之間相關系數對比

區域土壤中鎘、汞、砷、錳、硒和鋅含量與土壤有機質含量之間存在顯著正相關性，土壤中銅含量與土壤有機質含量之間存在顯著負相關性，所以影響土壤有機質含量變化的因素會改變金屬元素的累積。

4 區域土壤環境質量評價結果

依據《土壤環境質量標準》（GB 15618－1995）中按照pH值不同選擇相應的鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅和鎳的標準限值，錳、釩、鈷和硒分別參照全國土壤污染狀況調查中規定的1 500mg／kg、130mg／kg、40．0mg／kg和1．00mg／kg標準限值，采用單因子污染指數法對區域土壤總體和區域耕地土壤中12種金屬元素分別進行了環境質量評價，并采用Hakanson［4］制定的標準化重金屬毒性系數為評價依據，僅對耕地土壤中的Zn、Cr、Cu、Ni、Pb、As、Cd和Hg共8種金屬元素進行了單一重金屬潛在生態風險評估。見表4。

表4 監測區域土壤金屬元素環境質量評價及風險評估統計

續表4

結果顯示，區域土壤中砷、鈷、硒和鋅共4種金屬未出現超標，其余8種重金屬均出現超標，總的土壤監測點中8種金屬出現超標的監測點的比例在1．32%～32．9%之間，釩、鎘和鎳土壤出現超標的監測點的比例最高，分別約為 32．9%、25．0% 和11．8%，其次為汞和鉻，鉛、銅和錳較低。從最高超標倍數來看，錳元素最高，為10．3倍，屬重度超標，該點位于成都市大邑縣黑水河自然保護區內，土地利用為林地；其次為鉛和鎘元素，分別為2．4和1．4倍，屬輕度超標，該點分別位于成都市崇州市雞冠山鄉和成都市大邑縣黑水河自然保護區內，土地利用均為林地。其余元素在土壤中主要為輕微超標；這與以前報道的結果較為一致［5］。

雖然重度和中度超標土壤監測點均為林地，但是監測區域耕地土壤環境質量狀況也不容樂觀，有6種金屬元素在耕地中均出現了超標，分別為鎘、鎳、釩、鉻、汞和銅，其中土壤中鎘出現超標的監測點比例最高，約為37．5%；其次為釩和鎳，土壤中出現超標的監測點的比例分別約為27．5%和22．5%；汞、鉻和銅土壤中出現超標的監測點的比例較低，均低于10%。同時可以看出，耕地中鎘、鎳、銅和汞元素土壤中出現超標的監測點的比例高于監測區域總體的比例，據統計，2007年成都平原區及盆地丘陵區化肥施用量分別為91．0kg／km2和16 309kg／km2，均高于其他區域，是全省平均負荷的3．5倍左右，人為耕作活動對土壤中4種元素的累積有較大的影響作用。

近年來大量化肥、農藥、農村家畜糞便等在耕地中的施用，再加上農村生活垃圾對耕地的污染，所以耕地質量問題正成為我國糧食安全和農產品質量安全的潛在隱患。所以本文對耕地中出現超標的5種金屬元素進行了生物體的潛在生態風險評估，根據每種金屬的毒性響應系數確定其在土壤中的風險水平，結果表明鎘和汞兩種金屬元素存在少量監測點的潛在生態風險，其余3種元素均屬于安全水平；鎘元素出現潛在生態風險的2個監測點分別位于彭州市天彭鎮和崇州市燎原鄉，有研究表明沖積平原中不同沖積體系的物源區特殊地層（高背景地層）、地質體（鉛鋅礦、銅礦、硫鐵礦等）對土壤中鎘的高含量貢獻較大，同時亦不可忽視自然剝蝕搬運或人為的礦開采行為對含隔礦物或巖屑的搬運及水系沉積物的異地沉積；水溶性鎘在平原區農作過程中（農灌）不斷沉積累積于土壤中的可能［2］；汞元素出現潛在生態風險的3個監測點分別位于崇州市懷遠鎮、郫縣古城鄉和彭州市天彭鎮。據資料統計，成都平原西部土壤中汞的異常現象主要來源于地下深部汞遷移作用，隱伏斷裂是汞遷移的良好通道［6－7］。

5 結論及對策建議

（1）監測區域農業土壤中的金屬元素出現了累積現象，與該區域背景點土壤中含量相比，鎘、鎳、砷、鈷、鉻、汞、錳、鉛和硒9種金屬元素均出現遷移和累積，特別是鎘、汞和錳較為明顯。

（2）區域農業土壤監測的12種金屬元素中主要超標元素為釩、鎘和鎳，并且耕地中鎘、鎳和銅的超標情況均高于區域總體，人為耕作活動可能是造成4種元素含量累積的因素，同時該區域位于龍門山斷裂帶，由于成礦條件等因素導致的土壤本底較高引起的遷移也是重金屬的超標的重要原因。

（3）監測區域耕地土壤中鎘和汞元素存在低度的生態風險，初步推斷為土壤本底和認為耕作活動的雙重影響，該點位種植農作物主要為玉米和稻谷，應加強農作物安全監測，避免通過食物鏈對人體健康造成影響。

（4）管理部門通過制定肥料法或肥料管理條例，消除或杜絕將未經檢測和無害化處理認可的城鎮生活垃圾、屠宰場廢棄物及城市污泥等作為“有機肥料”投入農田；甚至工業廢渣如磷石膏等作為“肥料”，將農田作為消納“三廢”的場所。

（5）建立起科學合理地農業用地特別是利用耕地、合理施肥的保障和管理機制。

［1］ 朱禮學．成都平原西部元素的分布特征及其與農業、環境的關系［J］．物探化探計算技術，1999，4（21）：295－300．

［2］ 朱禮學．成都平原西部土壤中鎘的分布與鎘污染［J］．四川環境，2001，20（2）：41－47．

［3］ 陳懷滿．環境土壤學［M］．北京：科學出版社，2005：55．

［4］ Hakansonl．An ecological risk indexfor aquatic pollution control a sediment ecological approach［J］．Water Research，1980，14（8）：975－1 001．

［5］ 李富華．成都平原農用土壤重金屬污染現狀及防治對策［J］．四川環境，2009，28（4）：60－64．

［6］ 劉曉輝，童純菡，周四春，等．成都平原西部土壤汞異常來源研究［J］．長江流域資源與環境，2009，11（18）：1 058－1 062．

［7］ 韓麗莎，李 曉．成都西部金馬地區土壤微量元素特征研究［J］．廣東微量元素科學，2005，12（80）：15－19．

Investigation into Heavy Metals Distribution in the Farmland Soils in the Western of Chengdu Plain

WANG Yingying，QIAN Shu，DENG Xingliang

（Sichuan Environmental Monitoring Center，Chengdu 610041，China）

X53

A

1674－2842（2012）05－0011－04

2012－03－31

王英英（1982－），女，山西大同人，碩士研究生，工程師，目前主要從事于環境樣品分析及研究，E－mail：yingyingw1982＠126．com。