海河流域典型畜禽養殖場土壤污染調查評價

徐鳳偉，吳文強，朱長軍，薩茹拉，彭文啟

(1.河北工程大學能源與環境工程學院，河北 邯鄲 056038； 2.中國水利水電科學研究院，北京 100038)

0 引 言

當前土壤污染問題愈演愈烈，土壤環境質量的保護面臨著一定的挑戰[1]。目前，針對農業土壤污染特征，國內外進行了大量的研究[2,3],近些年，國內對于農業面源污染中的畜禽養殖業土壤污染方面的研究也開展了諸多工作[4,5]。如劉培芳等[6]對長江三角洲地區的畜禽養殖狀況及其對環境的影響作了深入研究,發現畜禽糞便流失是該地區重要的有機污染源；張緒美等[7]對中國畜禽養殖結構及其糞便氮污染負荷特征進行了分析，發現中國的畜禽糞便污染負荷存在區域上的差異，且與當地的自然條件和經濟發展水平有著密切的關系，對環境構成潛在威脅程度東部地區遠高于西部地區；張維理等[8]對中國農業面源污染的形勢進行了估計，認為農村畜禽養殖是農業面源污染的主要來源。畜禽養殖業對環境的影響具有畜禽糞便產生量大、畜禽糞便污染嚴重等特點[9]。據統計，我國是世界上農業廢棄物產出量最大的國家,每年產出量約40 億t，其中畜禽糞便排放量達到26. 1 億t[10]。1999-2000年國家環保總局對全國規模化養殖業污染情況進行了調查,結果顯示，畜禽養殖業帶來的環境問題日趨嚴重,是形成農村面源污染的主要因素之一[11]。

海河流域是我國人口密集區和最主要的農業產區之一。農業面源污染對區域地下水環境的影響一直以來未曾開展更為深入的研究。經過查閱相關文獻，朱梅等[12]研究發現，海河流域地下水污染源主要為農業面源污染源，在整個海河流域面源污染物入河等標負荷量中，種植業污染源占3.3%，農村生活污染源占15.7%，畜禽養殖污染源占81%。土壤層是農業面源污染的必經通道，畜禽養殖對地下水污染占據著主導地位。為進一步證明畜禽養殖所產生的污染是否對該研究區域地下水產生較大影響，通過對畜禽養殖場污染物(畜禽糞便堆放處空地)經雨水沖刷以及清洗(飼養圈舍、器具等)等所產生的未經處理的污水淋溶到地下及周圍環境，對養殖場內、外土壤層的污染狀況進行研究分析，可為此提供一定的科學論證支撐。因此，研究海河平原典型畜禽養殖場對該區土壤的污染具有特別重要的意義。

1 土壤污染調查區背景

根據《中國畜牧業年鑒》(2012)，2011年河北省在全國豬、牛、羊和家禽出欄量中分別占到4.89%、7.26%、7.69%和18.97%，河北省邯鄲市是農業大市，農村人口占總人口的80%以上，根據第一次全國污染源普查城鎮生活源產排污系數手冊，邯鄲市位于一區三類。綜上選擇河北省邯鄲市館陶縣作為典型調查區。館陶縣位于華北平原南部，河北省南端偏東，是河北省邯鄲市下轄縣，地處河北省東南部，以衛運河為界與山東省冠縣、臨清市毗鄰。總面積為456.3 km2，其中耕地面積3.2 萬hm2，總人口約為32.9萬人。通過《華北平原地下水可持續利用圖集》了解到，館陶縣土壤類型多為黏土、亞黏土以及粉土土壤。

2 樣品的采集與檢測

2.1 樣品采集

參照國家環境保護總局發布實施的《農田土壤環境質量監測技術規范(NY/T395-2012)農田土壤取樣布點的方法。館陶試驗區共設置8個采樣點，總計監測樣品88個，包括養雞場(養殖10 a)、養豬場(養殖10 a)、養牛場(養殖15 a)和養羊場(養殖5 a)4個典型農村集約化養殖企業。檢測點位包括：養雞場的雞糞儲蓄池、雞場外30 m草地，養豬場的豬糞堆積場、豬場外10 m草地，養牛場的牛舍旁0.5 m(牛舍內地面硬化)、牛場內距離牛舍20 m楊樹旁2 m，養羊場的羊舍糞便積蓄地面、羊場外10 m人工草地。各監測點位見表1。

表1 研究區域采樣點統計Tab.1 Statistical table of sample points in the study area

為了避免土壤在垂直方向分布的不均勻性，本次調查采用了5點取樣法，即先確定對角線的中點作為中心取樣點，再在對角線上選擇4個與中心取樣點距離相等的點作為取樣點(5點取樣范圍為1 m方格)，然后將這5個點所取的土壤進行混合作為最終的土壤樣品。土壤采樣深度為2 m，采取分層取樣的方式，依次為地表、0～20 cm混合樣、垂向依次遞增20 cm至200 cm共計11個樣品。將各層所取土樣裝入樣品袋，帶回實驗室進行處理分析。

2.2 樣品檢測

參照國家《土壤環境質量標準》(GB15168-2018)以及《中國土壤元素背景值》對土壤環境元素在不同層位的含量進行檢測和對比分析。樣品委托北京新奧環標理化分析測試中心進行檢測。監測指標包括全氮、全磷、硝態氮、銨態氮、鉛、汞、鉻、鎘、砷和pH值。其中鉻采用EN-001-01 GBC932原子吸收分光光度計(火焰)測定；鉛、鎘采用EN-001-02 GBC908AA原子吸收分光光度計(石墨爐)測定；汞采用冷原子吸收法測定；砷采用EN-065 AFS-2202E雙道原子熒光光度計測定；pH采用玻璃電極法測定。

3 土壤污染特征的調查結果與分析

通過對養殖場內外樣點檢測分析結果可知，各檢測點位重金屬元素與營養鹽指標呈現截然不同的變化趨勢。各養殖場內外檢測結果分析見圖1～圖4。

3.1 館陶縣某養羊場土壤檢測與分析

通過對館陶縣某養羊場內、外的土壤剖面的檢測結果(見圖1)分析可以發現：養羊場對土壤重金屬含量影響不大，在場地內土壤表層(0～20 cm)鉛、鎘、砷、汞和總鉻重金屬的含量分別是養羊場外的1.17倍、1.27倍、0.58倍、0.9倍和0.69倍；研究區內重金屬的濃度在土壤深度約為60 cm后到達天然背景值，場地內外重金屬鉛、鎘、砷、汞和總鉻元素的平均濃度均滿足土壤環境質量一級標準。養羊場對土壤表層內營養鹽的含量變化影響較大，在場地內土壤表層全氮、全磷、硝態氮和銨態氮營養鹽的含量分別是養羊場外的10.35倍、3.01倍、18.49倍和1.12倍，超出率分別為935%、201%、1 749%和22%；在養羊場內，土壤表層內的營養鹽濃度明顯高于土壤深層的濃度，具有一定的表層富集現象；營養鹽濃度在土壤深度約為20 cm后達到天然背景值；養羊場內的pH值為8.18～9.25，平均值為8.71，養羊場外的 pH值變化范圍為8.36～8.85，平均值為8.57，根據《中國土壤元素背景值》知道該研究區pH值的背景值為7.9，所以在該研究區的土壤具有一定的堿性污染問題,且養羊場對其有一定的加劇作用。

3.2 館陶縣某養牛場土壤檢測與分析

通過圖2的土壤檢測結果垂向分布可以發現：養牛場內土壤表層重金屬鉛、鎘、砷、汞和總鉻重金屬的含量分別是養牛場楊樹下的0.22倍、0.88倍、0.19倍、0.17倍和0.42倍，說明在養牛場對于土壤表層重金屬的影響具有一定的減緩作用；土壤表層營養鹽的含量受養牛場影響較大，特別是全氮、全磷和硝態氮養牛場牛棚內的含量分別是養牛場楊樹下的12.25倍、3.99倍和15.83倍，超出率分別達到1 125%、299%和1 483%；養牛場內土壤表層的營養鹽的含量明顯高于土壤深層的營養鹽含量，表明營養鹽的含量受養牛場影響較大，受土壤深度的影響較大，具有明顯的表層富集現象；養牛場內的pH值變化范圍為8.4～9.6，平均值為8.7，養牛場楊樹下的pH值變化范圍為8.91～9.4，平均值為9.12，均超出中國土壤環境質量pH背景值，表明該區域具有一定的堿性污染問題，且養牛場對其有一定的消減作用。

圖1 館陶縣某養羊場內、外土壤檢測結果垂向分布Fig. 2 Vertical distribution diagram of soil detection results in and out of the sheep farm in Guantao County

圖2 館陶縣某養牛場內、楊樹下土壤檢測結果垂向分布Fig.3 Vertical distribution diagram of soil detection results under poplar trees in a cattle raising yard in Guantao County

圖4 館陶縣某養雞場內、外土壤檢測結果垂向分布圖Fig.5 Vertical distribution diagram of soil detection results in and out of the chicken farm in Guantao County

3.3 館陶縣某養豬場土壤檢測與分析

根據圖3可以看到：養豬場對土壤重金屬含量影響不大，在場地內土壤表層(0～20 cm)鉛、鎘、砷、汞和總鉻重金屬的含量分別是養豬場外的0.77倍、1.1倍、0.82倍、0.71倍和0.84倍；在土壤表層內，養豬場內的重金屬鉛、砷、汞以及總鉻元素的濃度均低于養豬場外的濃度。養豬場對土壤表層內營養鹽的含量變化影響較大，養豬場內表層全氮、全磷、硝態氮和銨態氮營養鹽的含量分別是豬場外的5.96倍、12.11倍、3.86倍和14.56倍，超出率分別為496%、1 111%、286%和1 356%；在養豬場內，土壤表層營養鹽的含量明顯高于土壤深層營養鹽的含量，具有一定的表層富集現象；養豬場內的pH值為5.91～8.77，平均值為8.12，養豬場外的pH值為8.39～8.8，平均值為8.61，均略高于背景值。

3.4 館陶某養雞場土壤檢測與分析

由圖4土壤檢測結果可以看到：養雞場對重金屬的濃度變化影響微弱，養雞場內鉛、鎘、砷、汞和總鉻重金屬的含量分別是養雞場外的0.99倍、0.75倍、1.15倍、0.83倍和1.002倍，幾乎沒什么影響。養雞場對營養鹽的含量變化影響極大，養雞場內表層全氮、全磷、硝態氮和銨態氮營養鹽的含量分別是雞場外的23.64倍、2.04倍、31.25倍和84.47倍，超出率分別為2 264%、104%、3 025%和8 347%；在養雞場內，營養鹽在土壤表層的含量明顯高于土壤深層的含量，由于樣點為雞糞堆場，營養鹽表層富集現象十分明顯；養雞場內的pH值變化范圍為8.57～9.12，平均值為8.80，養雞場外的pH值變化范圍為8.27～8.72，平均值為8.48，均超出背景值，表明該研究區土壤存在堿性問題且養雞場對其具有一定的加劇作用。

4 結 論

通過對海河平原典型畜禽養殖場土壤污染特征的調查研究，在垂直剖面結果分析中，各養殖場內、外的鉛、鎘、砷、汞和總鉻重金屬元素在各土壤分層的平均濃度均符合國家土壤環境質量二級標準，個別點位重金屬元素的平均含量超出國家土壤環境質量一級標準界限值。各養殖場內的營養鹽含量在土壤表層內明顯高于土壤深層的含量，表明在養殖場內的土壤表層內具有一定的表層富集現象。該研究區域內，各養殖場土壤表層營養鹽污染物濃度極大，但垂向濃度急速減小，一般至土壤深度60 cm左右處濃度就接近天然狀態，最多至100 cm土壤深度，主要的土壤污染物濃度基本達到天然值。

在該研究區，各養殖場內的重金屬含量是對應各養殖場外重金屬含量的0.17～1.27倍，對重金屬元素的濃度變化具有較小的影響。各養殖場的營養鹽全部富集在土壤表層，表層營養鹽含量是養殖場外的0.646～84.47倍，超出率最高達到8 347%。在各養殖場內外區域pH值都高于該研究區的土壤環境質量背景值，表明該區域土壤存在一定的鹽堿化問題。