江蘇省儀征市土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查與現(xiàn)狀評價

張益民 劉海春

摘要：對江蘇省儀征市58個土壤樣品8種重金屬的單項污染指數(shù)、綜合污染指數(shù)、土壤污染累積指數(shù)進行分析。結(jié)果表明，儀征市土壤總體清潔，8種重金屬的累積指數(shù)都小于1，都未超出自然背景值；從超標樣品比例看，土壤中重金屬的積累順序為：Ni>Cd>Cu>Hg、Zn>Pb>Cr、As；有89.66%的樣點污染水平為清潔，有5.17%的樣點污染水平為尚清潔，有5.17%的樣點污染水平為輕污染。

關(guān)鍵詞：儀征市；土壤；重金屬；污染；評價

中圖分類號：X53 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2015）07-0416-04

土壤是人類賴以生存的生態(tài)系統(tǒng)。近年來，隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展和農(nóng)藥、化肥等各種化學產(chǎn)品的廣泛使用，土壤污染問題日趨嚴重，土壤重金屬污染尤為突出。重金屬污染物難以被微生物降解，且多數(shù)重金屬性質(zhì)穩(wěn)定，在土壤中滯留時間相對較長，對農(nóng)作物品質(zhì)、產(chǎn)量有一定影響，并且可以通過水、植物媒介的傳遞直接或間接地威脅人類健康。這些重金屬容易積累轉(zhuǎn)化為毒性更強的甲基化合物，甚至可通過食物鏈的“生物富集效應(yīng)”嚴重危害人的身體健康。研究表明，人體長期攝入鉛（Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鐵（Fe）、鋅（Zn）等重金屬后，會引起癌癥、骨痛病、腎病等。因此，開展土壤重金屬污染調(diào)查，深入分析其來源、特征，并對污染進行正確評價，對于保護人類健康、促進經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展都具有十分重要的現(xiàn)實意義[1-5]。江蘇省儀征市歷來有“魚米之鄉(xiāng)”之稱，位于江蘇省中西部，屬北亞熱帶季風氣候區(qū)，年平均氣溫15 ℃，年平均降水量1 015 mm，地勢總體呈北高南低之勢，地貌多樣，南部為長江沖積平原，北部、中部為緩崗丘陵區(qū)，土壤pH值為5.1～7.9（平均值6.1）。本研究通過對江蘇省儀征市58個取樣點位土壤樣品中的Cd、Hg、砷（As）、Cr、Cu、Pb、Zn、鎳（Ni）等 8種重金屬元素含量的分析，評價相應(yīng)監(jiān)測區(qū)域的土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，完善國家土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)，為土壤防治、環(huán)境保護及政府宏觀政策提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品采集與處理

2010年1月，按照4 km×4 km網(wǎng)格布點在儀征市加密（按調(diào)查的精度可選擇2.5 、5.0 、10.0 、10.0、40.0 km，網(wǎng)格范圍越小點位越密，越能反映真實情況，一般對開發(fā)利用強度較大的區(qū)域?qū)嵤? km×4 km的網(wǎng)格加密布點）采樣，共計58個點位（圖1）。采樣時選擇25 cm左右深度的表層樣，清除土壤表面腐殖質(zhì)，用木鏟采集。去除砂礫、動物殘體、植物根系等異物后，自然風干，用四分法棄取，瑪瑙研缽研磨，過100目尼龍篩，備用。

1.2 土壤微波消解

稱取0.1 g左右的樣品于消解罐中，加少量超純水潤濕，依次加入6 mL硝酸、2 mL 氫氟酸、2 mL雙氧水，輕微振蕩，待反應(yīng)平緩后，加蓋密封于微波消解爐內(nèi)消解。微波消解條件（6罐以上）：1.2 kW；5 min升至120 ℃，穩(wěn)定5 min；再8 min內(nèi)升至195 ℃，保持20 min。冷卻后將消解罐置于電熱板上，145 ℃左右趕酸，近干后用1%硝酸定容至50 mL，搖勻靜置后取上清液備測。

1.3 分析項目與方法

分析項目包括土壤樣品中的Cd、Hg、As、Cr、Cu、Pb、Zn、Ni等 8種重金屬元素含量，其中Cd、Cu、Pb、Zn含量采用微波消解-等離子體質(zhì)譜聯(lián)用法（ICP-MS）測定；Cr、Ni含量采用微波消解-等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）測定；Hg含量采用熱分解齊化原子吸收光度法測定；As含量采用氫化物發(fā)生原子熒光法測定。

1.4 土壤環(huán)境質(zhì)量評價標準與方法

1.4.1 土壤質(zhì)量評價標準 目前土壤質(zhì)量評價標準主要有GB15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》[6]、GB18407.1—2001《無公害食品蔬菜產(chǎn)地環(huán)境條件》[7]、NY/T 391—2000《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》[8]。其中GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》頒布時間較早，要求相對較低，但該標準包含了本研究評價的8種金屬元素；GB 18407.1—2001《無公害食品蔬菜產(chǎn)地環(huán)境條件》要求相對較高，但缺少對Cu、Zn、Ni的評價；NY/T 391—2000《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》要求更嚴，但缺少對Zn、Ni元素的評價。GB 18407.1—2001《無公害食品蔬菜產(chǎn)地環(huán)境條件》與GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》的二級標準基本一致，缺少對Cu、Zn、Ni元素的評價。綜合已有的國家標準和行業(yè)標準，根據(jù)耕地生產(chǎn)作物的基本要求，本研究的評價標準分為以下3級[9]。一級：優(yōu)，符合NY/T 391—2000《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》，該標準中未涉及的Zn、Ni元素采用GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》二級標準；二級：良，符合GB18407.1—2001《無公害食品蔬菜產(chǎn)地環(huán)境條件》，該標準中未涉及的Cu、Zn、Ni元素采用GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》二級標準；三級：不合格，測試值超過二級。耕地土壤環(huán)境質(zhì)量評價標準見表1。

1.4.2 土壤質(zhì)量評價方法

1.4.2.1 單項污染指標評價方法 單項污染評價采用指數(shù)法進行評價，單項污染指數(shù)計算方法如下：

Pi=CiSi。（1）

式中：Pi為土壤中污染物i的單項污染指數(shù)；Ci為土壤中污染物i含量的實測值；Si為污染物i的評價標準。Pi<1表示土壤未受污染物i的明顯污染；Pi>1表示土壤受污染；Pi越大，表示受污染程度越重。

1.4.2.2 綜合污染指標評價方法 綜合污染指數(shù)評價方法采用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法，綜合污染指數(shù)計算方法如下：

P綜=（Ci/Si）2max+（Ci/Si）2avg2。（2）

式中：P綜為土壤綜合污染指數(shù)；（Ci/Si）max為土壤污染中污染指數(shù)的最大值；（Ci/Si）avg為土壤污染中污染指數(shù)的平均值。

即是：

Pi=1n∑ni=1Pi=（Ci/Si）avg；

Pi=1n∑ni=1Pi。（3）

綜合污染指數(shù)全面反映了各污染物對土壤的作用，同時又突出高濃度污染物對土壤環(huán)境質(zhì)量的影響，本研究計算的綜合污染指數(shù)中各單項污染指數(shù)均按一級標準來計算，按綜合污染指數(shù)最終評定，劃定質(zhì)量等級（表2）。

1.4.2.3 土壤污染累積情況評價方法 土壤污染累積指數(shù)計算公式：

Pi′=CiCi0。（4）

式中：Pi′為土壤污染累積指數(shù)；Ci為土壤中污染物i含量的實測值；Ci0為土壤中污染物i的背景值。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤中8種重金屬的含量分布

由表3可見，儀征市土壤中8種重金屬的含量分布情況為：Cd含量為0～0.39 mg/kg，平均值為0.11 mg/kg，標準差為0.07 mg/kg，Cd含量符合NY/T391-2000《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》；Hg含量為0.01～0.80 mg/kg，平均值為009 mg/kg，標準差為0.14 mg/kg，Hg含量符合NY/T 391—2000《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》；As含量為2.69～14.85 mg/kg，平均值為8.02 mg/kg，標準差為2.23 mg/kg，As含量符合NY/T 391—2000《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》；Cr含量為45.40～82.80 mg/kg，平均值為64.25 mg/kg，標準差為8.28 mg/kg，Cr含量符合NY/T 391—2000《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》；Cu含量為12.52～51.41 mg/kg，平均值為25.38 mg/kg，標準差為6.99 mg/kg，Cu含量符合NY/T 391—2000《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》；Pb含量為 13.90～5085 mg/kg，平均值為22.77 mg/kg，標準差為 6.39 mg/kg，Pb含量符合NY/T 391—2000《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》；Zn含量為36.70～131.75 mg/kg，平均值為63.20 mg/kg，標準差為18.25 mg/kg，Zn含量符合GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》二級標準；Ni含量為 19.41～56.95 mg/kg，平均值為33.33 mg/kg，標準差為 7.05 mg/kg，Ni含量符合NY/T 391—2000《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》。

2.2 污染累積評價

從污染累積指數(shù)（P綜）平均值（表4）看，儀征市土壤中8種重金屬的累積指數(shù)都小于1，多數(shù)未超出自然背景值。從單項指數(shù)來看，As、Cr的所有樣品都未超出自然背景值；Pb有1個樣品超出自然背景值；Hg、Zn分別有2個樣品超出自然背景值；Cu有3個樣品超出自然背景值；Cd有4個樣品超出自然背景值；Ni的累積情況最嚴重，有6個樣品超出自然背景值，即10.3%的樣品超出自然背景值。因此，儀征市土壤8種重金屬無明顯積累現(xiàn)象。從超標樣品比例來看，儀征市土壤中重金屬的積累順序為：Ni>Cd>Cu>Hg、Zn>Pb>Cr、As。

2.3 單項污染指數(shù)評價

根據(jù)單項污染指數(shù)法評價模式，按照表1的標準計算出儀征市土壤8種重金屬元素的單項污染指數(shù)（Pi）。表5給出了儀征市土壤重金屬元素Pi的分布范圍、平均值、超標樣品數(shù)。從平均值看，8種重金屬元素的Pi平均值都小于1，都符合一級標準，即達到綠色食品產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件。就單項指標看，所有土壤樣品的As、Cr、Cu、Zn全部符合一級標準；有1個土壤樣品的Cd含量超過二級標準，分布在十二圩鎮(zhèn)；有2個土壤樣品的Ni含量超過二級標準，分別分布在樸席鎮(zhèn)、新城鎮(zhèn)；有3個土壤樣品的Hg含量超過二級標準，分別分布在樸席鎮(zhèn)、真州鎮(zhèn)。對照上述評價結(jié)果進行實地調(diào)查分析得知，Cd、Ni、Hg元素的單項污染指數(shù)超過二級標準可能與農(nóng)業(yè)面源污染及灌溉污水的污染密切相關(guān)。

2.4 綜合評價

由表6可見，本研究調(diào)查的儀征市的58個土壤樣品中，有89.66%的土壤樣品（52個）的P綜≤0.7，處于安全等級，污染水平為清潔；有5.17%的土壤樣品（3個）的P綜為大于0.7小于等于1.0，處于警戒等級，污染水平為尚清潔；有517%的土壤樣品（3個）的P綜為大于1.0小于等于2.0，處于輕污染等級；沒有土壤樣品的土壤污染指數(shù)大于2。屬于輕污染等級的樣品分布在真州鎮(zhèn)、十二圩鎮(zhèn)、樸席鎮(zhèn)，綜合污染指數(shù)與Cd、Ni、Hg元素的單項污染指數(shù)超過二級標準有關(guān)。

2.5 土壤環(huán)境質(zhì)量空間評價

土壤環(huán)境質(zhì)量污染狀況的空間分布能夠表明土壤環(huán)境污染物的空間分布狀況，將58個樣點分鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）統(tǒng)計后，利用 Arc Map軟件繪制2009年儀征市8種重金屬含量的分布特征圖。由圖2可知，土壤Cd含量較高的地區(qū)為樸席鎮(zhèn)、長江以東；土壤Hg含量較高的地區(qū)為真州鎮(zhèn)以東、樸席鎮(zhèn)以南；土壤As含量較高的地區(qū)為青山鎮(zhèn)；土壤Cr含量較高的地區(qū)主要為樸席鎮(zhèn)、長江以東，還有青山鎮(zhèn)；宜化集團、新集鎮(zhèn)；土壤Cu含量較高的地區(qū)為樸席鎮(zhèn)、長江以東、大儀鎮(zhèn)；土壤Pb含量較高的地區(qū)為真州鎮(zhèn)、樸席鎮(zhèn)東南；土壤Zn含量較高的地區(qū)為樸席鎮(zhèn)西南、真州鎮(zhèn)東南交匯處；土壤Ni含量較高的地區(qū)為樸席鎮(zhèn)、長江以東、劉集鎮(zhèn)。

3 結(jié)論與討論

通過對污染累積指數(shù)的分析，儀征市土壤中8種重金屬的平均累積指數(shù)都小于1，多數(shù)未超出自然背景值。土壤中重金屬的積累順序為：Ni>Cd>Cu>Hg、Zn>Pb>Cr、As。

通過對污染累積指數(shù)的分析，所有土壤樣品的As、Cr、Cu、Zn含量符合一級標準；有1個土壤樣品的Pb含量超過一級標準但符合二級標準；有1個土壤樣品的Cd含量超過二級標準，不合格；有2個土壤樣品的Ni含量超過二級標準，不合格；有3個土壤樣品的Hg含量超過二級標準，不合格。

通過對綜合污染指數(shù)的分析，發(fā)現(xiàn)有89.66%的土壤樣品（52個）的P綜≤0.7，處于安全等級，污染水平為清潔；有5.17%的土壤樣品（3個）的P大于綜為0.7小于等于1.0，處于警戒等級，污染水平為尚清潔；有5.17%的土壤樣品（3個）的P綜為大于10小于等于2.0，處于輕污染等級；沒有土壤樣品的土壤污染指數(shù)大于2。

土壤Cd含量較高的地區(qū)為樸席鎮(zhèn)、長江以東；土壤Hg含量較高的地區(qū)為真州鎮(zhèn)以東、樸席鎮(zhèn)以南；土壤As含量較高的地區(qū)為青山鎮(zhèn)；土壤Cr含量較高的地區(qū)主要為樸席鎮(zhèn)、長江以東，其次還有青山鎮(zhèn)、宜化集團、新集鎮(zhèn)；土壤Cu含量較高的地區(qū)為樸席鎮(zhèn)、長江以東、大儀鎮(zhèn)；土壤Pb含量較高的地區(qū)為真州鎮(zhèn)、樸席鎮(zhèn)東南；土壤Zn含量較高的地區(qū)為樸席鎮(zhèn)西南、真州鎮(zhèn)東南交匯處；土壤Ni含量較高的地區(qū)為樸席鎮(zhèn)、長江以東、劉集鎮(zhèn)。

本研究樣品數(shù)量有限，如果采集更多樣點，空間分析結(jié)果將更加可靠，原因分析也將會更加深入。

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