陜西省西部某縣農產品產地土壤重金屬污染評價*

李 艷，張 麗，楊毅哲

（陜西省耕地質量與農業環境保護工作站，西安710003）

0 引言

土壤是基本農業生產資料，農產品產地土壤環境質量直接影響農作物生長、農產品質量安全或產地土壤生態環境。隨著我國經濟社會的快速發展，大量含有重金屬的物質排放進入環境，導致農產品產地土壤重金屬污染問題日益突出。近年來，隨著國內鎘大米、鎘小麥等糧食重金屬污染事件的曝光，農產品產地土壤污染問題引起社會廣泛關注。2014年《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，我國耕地土壤點位超標率為19.4%，以Cd、Ni、As和Cu等重金屬污染最為突出。趙其國等［1-2］估算，我國農田土壤重金屬污染面積約為2 000萬hm2，每年受污染糧食多達1 200萬t，經濟損失達200億元。由土壤重金屬污染造成的水稻、小麥等糧食作物重金屬超標問題十分令人擔憂［3］。文章所選研究區為陜西省某糧食主產縣，對該區域農產品產地表層土壤Cd、Pb、Hg、As、Cr等5種重金屬污染狀況進行分析評估，為該區域土壤生態環境保護及重金屬污染綜合防治提供科學依據，同時對提高農產品質量安全具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于陜西關中盆地西端，渭河自西向東從中穿過擁有山、川、原等地形，農業用水以灌溉為主，耕作方式主要為小麥—玉米輪作，是陜西省的主要糧食生產縣，土壤呈堿性，pH＞7.5，土壤以褐土、棕壤、黃綿土等為主。

1.2 樣品采集與處理

土壤樣品采集參照《農田土壤環境質量監測技術規范》（NY/T395-2012）［4］，結合研究區污染源、土壤分布狀況及土地利用類型特征等因素。在工礦企業周邊、污灌區、大中城市郊區等3類重點區域和一般農田土壤樣點布設密度分別為10 hm2和300 hm2；采用GPS定位技術及“梅花點”法采集0～20 cm表層土壤，每個樣品取混合土樣1 kg，共采集431個土壤樣品。經自然風干，磨碎過20目及100目尼龍篩后保存備用。

1.3 樣品測試分析

土壤樣品按照國家標準方法進行分析測定，Cd、Pb、Cr采用原子吸收分光光度法，As、Hg采用原子熒光光譜法。在樣品分析測試中加入平行雙樣、標準質控樣（GSS系列）等方式進行全程質量控制。

1.4 土壤重金屬污染評價方法

1.4.1 單項污染指數法和內梅羅綜合污染指數法

采用單項污染指數法和內梅羅綜合污染指數法，按照《農田土壤環境質量監測技術規范》［4］對檢測結果進行統計分析和評價。單項污染指數法，公式為：

式（1）中，Pi為單項重金屬i的污染指數；Ci為土壤污染物實測濃度；Si為污染物的評價標準值。該文將《農用地土壤污染風險管控標準（試行）》風險篩選值作為評價標準，其中Cd、Hg、Pb、As、Cr分別為0.6 mg/kg、3.4 mg/kg、170 mg/kg、25 mg/kg、250 mg/kg。

內梅羅綜合污染指數法，公式為：

式（2）中，P綜為綜合污染指數為最大單項污染指數為平均單項污染指數。土壤重金屬污染分級標準見表1。

1.4.2 潛在生態風險指數法

表1 土壤重金屬污染分級標準Table 1 Criteria of pollution classification of soil heave metals

此方法是瑞典科學家Hakanson提出的，是目前采用較多的方法［5-8］，該方法將重金屬的含量與環境生態效應、毒理學等因素聯合考慮，反映重金屬的潛在風險程度。其公式為：

式（3）～（5）中，RI為重金屬綜合污染潛在生態風險指數；為單項重金屬污染潛在生態危害系數；為Hakanson制定的標準化重金屬毒性響應系數，此值反映了該種重金屬的毒性水平，5種重金屬的毒性系數為為單項重金屬的污染系數；為土壤中重金屬i的實測濃度（mg/kg）；為重金屬i的參比值（mg/kg）。土壤重金屬潛在生態風險等級劃分標準見表2。

表2 土壤重金屬潛在生態風險等級劃分標準Table 2 Criteria of the potential ecological risk index grade of soil heave metals

2 結果與分析

2.1 農產品產地土壤重金屬含量特征分析

研究區土壤重金屬含量統計分析結果見表3。由表3可知，Cd、Hg、Pb、As、Cr 5種元素在土壤中含量均值分別為0.318 mg/kg、0.138 mg/kg、29.6 mg/kg、14.0 mg/kg、68.4 mg/kg，與關中地區背景值［12］相比較，污染累積指數表現為Cd=2.69＞Pb=1.82＞Hg=1.60＞As=1.11＞Cr=1.04，Cd、Hg、Pb、As、Cr 5種元素含量超過背景值的比例分別為96.75%、80.97%、99.77%、76.57%、51.28%。結果表明5種重金屬元素在表層土壤中均存在不同程度累積，其中Cd元素污染最為嚴重，其最大值是背景值的158.47倍。各元素變異系數在 15.95%～297.84%之間，表現為 Cd＞Pb＞Hg＞Cr＞As，其中 Cd和Pb變異系數分別為297.84%、102.61%，均大于100%，變異程度較大，說明離散程度較大，受外源因素干擾較大；相反As的變異系數最小，說明離散度較小，分布相對比較均勻。

表3 土壤重金屬元素含量的統計結果Table 3 Statistical results of heave metal elements in soil

2.2 單項污染指數法評價

單項指數法評價結果見表4。由表4可知，5種重金屬元素污染程度大小依次為Cd＞Pb＞As＞Hg=Cr，受到Cd輕微污染、中輕度污染及重度污染土壤樣點的比例分別為3.71%、0.92%、3.71%；受到Pb輕微污染和輕度污染土壤樣點的分別為1.16%、0.23%；受到As輕微污染土壤樣點為0.23%；Hg、Cr均無污染。結果表明土壤中Cd累積富集最多，污染最為嚴重。

表4 土壤重金屬元素單因子污染指數評價結果Table 4 Evaluation results of single factor pollution index for soil heavy metal elements

2.3 內梅羅綜合指數法評價

內梅羅綜合指數法的評價結果見表5。由表5可知，內梅羅綜合污染指數處于0.31～31.87之間，均值1.30，屬輕度污染水平；56.38%的土壤樣點處于安全水平，32.48%的土壤樣點處于警戒線水平，6.96%的土壤樣點受到中輕度污染，4.18%的點位受到重度污染。表明研究區域的土壤環境狀況總體良好，但部分區域已經存在污染問題，應加強受污染農田土壤與農產品的協同監測，以便及時采取措施，確保農產品安全生產。

表5 土壤重金屬元素的內梅羅綜合污染指數評價結果Table 5 Evaluation results of Nemerow comprehensive pollution index for soil heavy metal elements

2.4 潛在生態風險評價

潛在生態風險指數評價結果見表6。由表6可知，研究區域RI均值為266.1，整體達到中等生態危害，38.05%樣點處于輕微生態危害，52.67%樣點達到中等生態危害，9.28%樣點達到強及以上生態危害。5種元素潛在生態危害由強到弱依次為Cd＞Hg＞Pb＞As＞Cr，其中，Cd生態危害系數均值為165.9，潛在生態危害最大，對研究區域生態風險貢獻最大，90.1%樣點達到中等或強以上生態危害；Hg生態危害系數均值為76.44，潛在生態危害次之，80.97%樣點達到中等或強以上生態危害；Pb生態危害系數均值為10.32，最大值為177.6，1.86%樣點達到中等或強以上生態危害；所有樣點As、Cr危害系數均小于40，均屬于輕微生態危害，對研究區域生態風險貢獻較小。

表6 土壤重金屬元素潛在生態風險指數評價結果Table 6 Evaluation results of the potential ecological risk index of soil heavy metal elements

3 結論與討論

（1）研究區農產品產地土壤中Cd、Pb、Hg、As和Cr 5種重金屬元素的平均值分別為0.318 mg/kg、29.6 mg/kg、0.138 mg/kg、14.0 mg/kg、68.4 mg/kg，污染累積指數表現為Cd＞Pb＞Hg＞As＞Cr特征。表明各元素在表層土壤中均存在不同程度累積，并且局部區域重金屬含量很高。當地應加強污染源監管，嚴格控制Cd、Hg、Pb 3種元素的人類活動引入，以避免累積對土壤生態環境的破壞。（2）研究區表層土壤中Cd累積富集最多，污染最為嚴重，受到Cd污染土壤樣點的比例為8.35%；5種重金屬內梅羅綜合污染指數處于0.31～31.87之間，均值1.30，屬輕度污染水平。88.86%的土壤樣點處于安全或警戒線水平，6.96%的土壤樣點處于中輕度污染，4.18%的土壤樣點處于重度污染。鑒于該研究區部分土壤重金屬已經達到重度污染程度，應加強土壤與農產品的協同監測，以便及時采取防治措施，調整種植結構，確保農產品質量安全。（3）研究區農產品產地土壤重金屬整體表現為中等生態危害，其中38.05%樣點處于輕微生態危害，52.67%樣點達到中等生態危害，9.28%樣點達到強及以上生態危害。潛在生態危害由強到弱依次為Cd＞Hg＞Pb＞As＞Cr，其中Cd潛在生態危害最大，對研究區域生態風險貢獻最大。當地應加強產地環境監測，建立動態監測預警體系，及時掌握潛在風險及污染變化趨勢，為政府決策提供科學依據。