江蘇省儀征市土壤環境質量調查與現狀評價

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、綜合污染指數、土壤污染累積指數進行分析。結果表明，儀征市土壤總體清潔，8種重金屬的累積指數都小于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系統。近年來，隨著工業生產的迅猛發展和農藥、化肥等各種化學產品的廣泛使用，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，且多數重金屬性質穩定，在土壤中滯留時間相對較長，對農作物品質、產量有一定影響，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”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、促進經濟可持續發展都具有十分重要的現實意義[1-5]。江蘇省儀征市歷來有“魚米之鄉”之稱，位于江蘇省中西部，屬北亞熱帶季風氣候區，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，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，評價相應監測區域的土壤環境質量現狀，完善國家土壤環境質量監測網，為土壤防治、環境保護及政府宏觀政策提供科學依據。

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網格布點在儀征市加密（按調查的精度可選擇2.5 、5.0 、10.0 、10.0、40.0 km，網格范圍越小點位越密，越能反映真實情況，一般對開發利用強度較大的區域實施4 km×4 km的網格加密布點）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，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，待反應平緩后，加蓋密封于微波消解爐內消解。微波消解條件（6罐以上）：1.2 kW；5 min升至120 ℃，穩定5 min；再8 min內升至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-等離子體質譜聯用法（ICP-MS）測定；Cr、Ni含量采用微波消解-等離子體原子發射光譜法（ICP-AES）測定；Hg含量采用熱分解齊化原子吸收光度法測定；As含量采用氫化物發生原子熒光法測定。

1.4 土壤環境質量評價標準與方法

1.4.1 土壤質量評價標準 目前土壤質量評價標準主要有GB15618—1995《土壤環境質量標準》[6]、GB18407.1—2001《無公害食品蔬菜產地環境條件》[7]、NY/T 391—2000《綠色食品產地環境技術條件》[8]。其中GB 15618—1995《土壤環境質量標準》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《無公害食品蔬菜產地環境條件》要求相對較高，但缺少對Cu、Zn、Ni的評價；NY/T 391—2000《綠色食品產地環境技術條件》要求更嚴，但缺少對Zn、Ni元素的評價。GB 18407.1—2001《無公害食品蔬菜產地環境條件》與GB 15618—1995《土壤環境質量標準》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標準，根據耕地生產作物的基本要求，本研究的評價標準分為以下3級[9]。一級：優，符合NY/T 391—2000《綠色食品產地環境技術條件》，該標準中未涉及的Zn、Ni元素采用GB 15618—1995《土壤環境質量標準》二級標準；二級：良，符合GB18407.1—2001《無公害食品蔬菜產地環境條件》，該標準中未涉及的Cu、Zn、Ni元素采用GB 15618—1995《土壤環境質量標準》二級標準；三級：不合格，測試值超過二級。耕地土壤環境質量評價標準見表1。

1.4.2 土壤質量評價方法

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

Pi=CiSi。（1）

式中：Pi為土壤中污染物i的單項污染指數；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 綜合污染指數評價方法采用內梅羅污染指數法，綜合污染指數計算方法如下：

P綜=（Ci/Si）2max+（Ci/Si）2avg2。（2）

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

即是：

Pi=1n∑ni=1Pi=（Ci/Si）avg；

Pi=1n∑ni=1Pi。（3）

綜合污染指數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境質量的影響，本研究計算的綜合污染指數中各單項污染指數均按一級標準來計算，按綜合污染指數最終評定，劃定質量等級（表2）。

1.4.2.3 土壤污染累積情況評價方法 土壤污染累積指數計算公式：

Pi′=CiCi0。（4）

式中：Pi′為土壤污染累積指數；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《綠色食品產地環境技術條件》；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《綠色食品產地環境技術條件》；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《綠色食品產地環境技術條件》；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《綠色食品產地環境技術條件》；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《綠色食品產地環境技術條件》；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《綠色食品產地環境技術條件》；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《土壤環境質量標準》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《綠色食品產地環境技術條件》。

2.2 污染累積評價

從污染累積指數（P綜）平均值（表4）看，儀征市土壤中8種重金屬的累積指數都小于1，多數未超出自然背景值。從單項指數來看，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 單項污染指數評價

根據單項污染指數法評價模式，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（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。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，即達到綠色食品產地環境技術條件。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；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、新城鎮；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、真州鎮。對照上述評價結果進行實地調查分析得知，Cd、Ni、Hg元素的單項污染指數超過二級標準可能與農業面源污染及灌溉污水的污染密切相關。

2.4 綜合評價

由表6可見，本研究調查的儀征市的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大于2。屬于輕污染等級的樣品分布在真州鎮、十二圩鎮、樸席鎮，綜合污染指數與Cd、Ni、Hg元素的單項污染指數超過二級標準有關。

2.5 土壤環境質量空間評價

土壤環境質量污染狀況的空間分布能夠表明土壤環境污染物的空間分布狀況，將58個樣點分鄉（鎮）統計后，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含量較高的地區為樸席鎮、長江以東；土壤Hg含量較高的地區為真州鎮以東、樸席鎮以南；土壤As含量較高的地區為青山鎮；土壤Cr含量較高的地區主要為樸席鎮、長江以東，還有青山鎮；宜化集團、新集鎮；土壤Cu含量較高的地區為樸席鎮、長江以東、大儀鎮；土壤Pb含量較高的地區為真州鎮、樸席鎮東南；土壤Zn含量較高的地區為樸席鎮西南、真州鎮東南交匯處；土壤Ni含量較高的地區為樸席鎮、長江以東、劉集鎮。

3 結論與討論

通過對污染累積指數的分析，儀征市土壤中8種重金屬的平均累積指數都小于1，多數未超出自然背景值。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的分析，發現有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大于2。

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

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

參考文獻：

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