遂寧市農(nóng)村土壤重金屬污染調(diào)查與評價

王 媛，余全智，劉 兵，肖正龍，蔣書琴

(遂寧市環(huán)境監(jiān)測中心站，四川 遂寧 629000)

1 引言

土壤中的重金屬污染具有隱蔽性、長期性和不可逆性的特點，造成土壤功能的改變，導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量的下降[1]。土壤重金屬污染調(diào)查與評價能夠分析當(dāng)前土壤環(huán)境現(xiàn)狀，預(yù)測土壤環(huán)境變化方向，為后續(xù)土壤研究奠定基礎(chǔ)[2]。鄭宏元等[3]運用富集因子法分析了南極協(xié)和半島表層土壤中Pb、Hg存在中度富集，受到人為影響；肖雪等[4]用多種方法對淮河流域某鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)土壤重金屬含量特征及污染進行了評價；李嬌等[5]對拉林河流域土壤重金屬污染特征及來源進行了解析。在四川地區(qū)，張凌云等[6]對南充市不同區(qū)域農(nóng)村土壤中重金屬污染狀況進行了調(diào)查；黃蕾等[7]利用內(nèi)梅羅指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法對四川省內(nèi)江市雙橋鄉(xiāng)土壤環(huán)境質(zhì)量進行評價。本文通過對遂寧市不同區(qū)域土壤重金屬污染調(diào)查與評價，以期對遂寧地區(qū)土壤環(huán)境污染程度、預(yù)測和監(jiān)測當(dāng)?shù)丨h(huán)境化學(xué)變化提供科學(xué)依據(jù)。

2 樣品采集與分析方法

本研究根據(jù)土壤類型、農(nóng)作物種植類型、功能區(qū)布局，分別選擇位于遂寧市西北方向的東山村，種植作物主要為辣椒；位于西南金龜村，主要種植綠葉菜；位于遂寧市東部的蓬溪縣八角村，以種植桃樹為主；位于南部的天宮村，主要種植紅薯。4個村農(nóng)作物所施化肥主要為有機肥、碳銨肥、鉀肥、硼肥等。

2.1 樣品采集與處理

參照 《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T166-2004)，共采集耕層(0～20 cm)土壤樣品80個，其中基本農(nóng)36個，菜地20個，林地24個。每個采樣點在1 m2監(jiān)測區(qū)域內(nèi)按照5點法，采集0～20 cm表層土壤，四分法混合后為1 kg土樣，貼好標(biāo)簽，帶回實驗室。經(jīng)自然風(fēng)干，用木棒粗磨，過20目尼龍篩，去除砂石及生物殘留，然后取均勻土樣100 g左右，進一步磨碎，過100目尼龍篩，充分混合均勻后裝磨口瓶待測。

2.2 檢測項目及方法

土壤pH值采用1∶2.5的土水質(zhì)量比電位法測定，Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni均采用鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸消解，Pb、Cd石墨爐原子吸收分光光度法測定，Cu、Zn、Cr、Ni采用火焰原子吸收分光光度法測定；土壤樣品經(jīng)1+1王水消解后，用原子熒光分光光度計測定Hg、As含量。測定過程采用20%樣品平行樣，并加入國家標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品(GSS3)作為質(zhì)量控制樣品，質(zhì)控樣品相對誤差小于10%。

3 評價標(biāo)準(zhǔn)及方法

3.1 土壤單項污染指數(shù)

以中國土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-1995)的8個重金屬元素 (Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg、As、Ni)作為評價指標(biāo)。土壤環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)二級標(biāo)準(zhǔn)。

相關(guān)計算公式和分級標(biāo)準(zhǔn)如下：Pi=Ci/Si

(1)

式(1)中Pi為污染物的單項污染指數(shù)；Ci為土壤中污染物的實測濃度；Si為食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(HJ332—2006)。土壤單項污染指數(shù)污染程度判斷標(biāo)準(zhǔn)為：Pi≤1，表示土壤未受污染；13，表示重度污染。

3.2 內(nèi)梅羅土壤綜合污染指數(shù)

土壤環(huán)境質(zhì)量綜合評價采用內(nèi)梅羅公式計算土壤綜合污染指數(shù)，這種方法的計算結(jié)果不僅考慮了各種污染物的平均污染水平，也反映了污染最嚴(yán)重的污染物給環(huán)境造成的危害。其計算公式為：

(2)

式(2)中：PN土壤綜合污染指數(shù)；Pi為各污染物污染指數(shù)的算術(shù)平均值；Pimax為各污染物中最大的單項污染指數(shù)，本研究中Pi的計算以食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)計算。土壤環(huán)境質(zhì)量單因子評價基準(zhǔn)參考值與內(nèi)梅羅指數(shù)的評價判別標(biāo)準(zhǔn)為土壤單項污染指數(shù)污染程度判斷標(biāo)準(zhǔn)：PN≤0.7，表示土壤未受污染；0.73，表示重度污染。

3.3 富集因子法

富集因子法富集因子(enrichment factor，EF)主要被應(yīng)用于判斷和識別大氣、降水、土壤等環(huán)境系統(tǒng)中污染物的自然來源和人為來源。

富集因子的計算公式可為：

EF=(Ci/Cn)土壤/(Ci/Cn)地殼

(3)

Ci為元素i的濃度，Cn為參比元素的濃度。當(dāng)EF<1時，表明沒有受到人為影響；當(dāng)140為極強富集。參比元素一般選擇地殼中含量豐富而人為污染來源較少、化學(xué)穩(wěn)定性好的惰性元素，如 Fe、Al、Si和Ti等[8]，本文選擇Si為參比元素。地殼中元素含量采用Taylor[8]的地殼中元素的豐度數(shù)據(jù)。

4 結(jié)果與分析

3.1 土壤重金屬含量統(tǒng)計分析

表1 研究區(qū)域重金屬含量統(tǒng)計

表1調(diào)查結(jié)果表明，遂寧市農(nóng)村土壤點土壤均為堿性，pH 值平均值為7.52，金屬 Cd在土壤中未檢出。其他元素在不同區(qū)域土壤中含量差異明顯，如Cu的范圍為13.10～30.92 mg/kg，As的范圍為0.01～8.44 mg/kg。所有元素的變異系數(shù)均在中等及以上(CV<10% 為弱變異，CV=10%～30% 為中等變異，CV>30% 為強變異)，說明這些元素的分布不均勻，不同采樣點之間變化的范圍較大。分析得到Zn的平均值99.5 mg/kg，為四川省背景值的1.15倍；Ni的平均值為26.3 mg/kg是四川省背景值的1.10倍，兩個元素變異系數(shù)分別為49%和52%，變幅較大。其他元素的平均值較低，未超出國家二級標(biāo)準(zhǔn)值及四川省背景值，研究區(qū)域農(nóng)用土壤總體狀況良好。

4.2 生態(tài)風(fēng)險評價

根據(jù)所測得的重金屬含量，結(jié)合上述3種評價方法對采集樣品的污染指數(shù)進行統(tǒng)計分析。就土壤單項污染指數(shù)而言，80個樣品的Cu、As、Hg、Pb、Cr單項污染指數(shù)均在I級范圍內(nèi)，未對土壤造成污染。天宮村20個土壤樣35%受Ni污染，Ni單項污染指數(shù)平均值最大且大于 1，15%的土壤樣受Zn污染。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)排序為:天宮村(1.28)>金龜村(0.71)>八角村(0.57)>東山村(0.55)，天宮村處于重金屬輕度污染，八角村、金龜村、東山村三村土壤未受污染，有區(qū)域差別(圖1)。調(diào)查區(qū)域的農(nóng)村土壤綜合污染指數(shù)平均值為0.78，尚清潔但處于警戒限。

為了判斷Zn、Ni元素的污染來源，計算了80個采樣點位Cu、Zn、Pb、Cr、Hg、As和Ni7種元素的富集因子，結(jié)果如圖2所示。由圖可知，各采樣點土壤中 Cu、As、Pb、Hg和Cr這5種重金屬的富集因子均小于1，Zn的有7個點位的富集因子處于1～1.5之間，Ni有17個點的富集因子大于1，由此可知，土壤中Cu、As、Hg、Pb和Cr 4種重金屬主要來源于自然源，也驗證了污染區(qū)域內(nèi)Zn和Ni受到了較強的人為污染與干擾。

圖1 不同區(qū)域農(nóng)村土壤重金屬單項、綜合污染指數(shù)比較

圖2 研究區(qū)域內(nèi)重金屬富集因子分布

5 土壤重金屬污染原因分析

實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)域天宮村大部分水樣中重金屬含量低于檢出限，灌水對土壤重金屬來源的貢獻較小。天宮村零星分布種豬場、生態(tài)鵝養(yǎng)殖場，與傳統(tǒng)的有機肥源相比，天宮村農(nóng)戶使用的有機肥肥源大多來源于這些養(yǎng)殖場。養(yǎng)殖場使用的配方飼料中往往添加適當(dāng)比例的重金屬元素，動物僅能有效利用飼料中重金屬的10%左右，過量的重金屬元素通過所飼養(yǎng)動物排泄到土壤中，或通過有機肥的形式施入農(nóng)田[10]。

其次農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實用的化肥的原料和生產(chǎn)工藝也帶入了重金屬。無機磷肥的施用，同樣會導(dǎo)致土壤 Zn、Ni 等的污染。這些化肥中復(fù)合肥中重金屬含量最高[11]，由于復(fù)合肥系人工配制，原料一般不加以精制[12]。大部分化肥用作底肥和追肥施用，會造成局部土壤重金屬高濃度。長期施用化肥，重金屬在土壤中的累積效應(yīng)也不容忽視。

6 結(jié)論

(1)對研究區(qū)土壤重8種重金屬含量分析，不同區(qū)域差異較大，變異系數(shù)強，Zn的平均值99.5 mg/kg，為四川省背景值的1.15倍；Ni的平均值為26.3 mg/kg是四川省背景值的1.10倍。

(2)采用單污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法、富集因子法評價，天宮村35%采樣點受Ni污染，15%受Zn污染且土壤重金屬綜合污染指數(shù)大于1，為輕污染等級；4個研究區(qū)域綜合污染指數(shù)為平均值0.78，表明遂寧市農(nóng)用土壤尚清潔但處于警戒限；7個點位Zn的富集因子處于1～1.5之間，Ni有17個點的富集因子大于1，Zn和Ni受到了較強的人為污染與干擾。