益陽市赫山區(qū)耕地鎘污染地質(zhì)調(diào)查研究

陳文斌 朱巧輝 黃光錫

(湖南省煤田地質(zhì)局第二勘探隊(duì) 湖南 株洲 412003)

一、前言

通過收集益陽赫山區(qū)內(nèi)以往鎘(Cd)等重金屬污染及地質(zhì)工作成果資料和耕地質(zhì)量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以實(shí)地調(diào)查、采樣測試等手段，大致了解鎘污染耕地特征和鎘含量、含鎘土體分布范圍，綜合分析調(diào)查區(qū)內(nèi)鎘污染耕地分布范圍和主要鎘污染來源，大致了解含鎘污染耕地賦存層位、形態(tài)、厚度、成土母質(zhì)。通過鎘元素在不同區(qū)域的含量劃分鎘的級別，總結(jié)區(qū)域鎘分布的區(qū)域特征和規(guī)律。分析鎘污染的源頭。圈定鎘污染耕地治理區(qū)，提出鎘污染耕地治理防范建議。

二、調(diào)查區(qū)耕地地質(zhì)特征

第四系為區(qū)內(nèi)分布最廣泛的地層，主要分布在區(qū)內(nèi)東部、北部、南部的洞庭湖盆地。水稻田耕地主要分布在第四系全新統(tǒng)Qh和更新統(tǒng)Qp。

全新統(tǒng)Qh：巖性為灰色，灰褐色，灰黑色，棕褐色粘土、粉砂質(zhì)粘土、細(xì)粉砂、細(xì)砂質(zhì)粘土、含鈣質(zhì)細(xì)粉砂質(zhì)粘土、淤泥。底部偶含細(xì)礫，廣泛分布于工作區(qū)東部。

更新統(tǒng)Qp：上部巖性為黑褐色、土黃色鐵錳質(zhì)結(jié)核粘土，局部夾粉質(zhì)粘土。下部為黃色，土黃色原生具有網(wǎng)紋狀的粘土堆積，廣泛分布于工作區(qū)。

根據(jù)野外實(shí)地調(diào)查，大致了解了調(diào)查區(qū)的耕地土壤(水稻土)的土層結(jié)構(gòu)，其土層結(jié)構(gòu)為耕作層～犁底層～母質(zhì)層。耕作層一般厚20～30cm，主要外灰色、深灰色的腐植質(zhì)粘土或淤泥質(zhì)粘土。犁底層厚20～60cm，主要為灰色的一般質(zhì)地較密的粘土、部分地區(qū)為粉質(zhì)粘土、圍湖造田區(qū)域?yàn)榉圪|(zhì)粘土含細(xì)砂。耕作層和犁底層為全新統(tǒng)Qh，一般為粘土～粉質(zhì)粘土～細(xì)砂土三層結(jié)構(gòu)土體，近剝蝕區(qū)為粘土～粉質(zhì)粘土夾碎石土二層結(jié)構(gòu)土體。母質(zhì)層為更新統(tǒng)Qp為黑褐色、土黃色鐵錳質(zhì)結(jié)核粘土層，具體厚度不詳，其母質(zhì)層大于3米，主要為土黃色的老粘土夾粉質(zhì)粘土，含鐵錳質(zhì)結(jié)核、質(zhì)密較硬。調(diào)查區(qū)位于洞庭湖南緣，土體厚度由南往北存在逐漸變厚的趨勢。

三、采樣測試

調(diào)查區(qū)土壤PH值5.0至6.0左右，平均5.5，對比《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)GB15618-2018》農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值0.3mg/kg，根據(jù)《中國土壤環(huán)境背景值》中國環(huán)境監(jiān)測總站主編(1990，lSBN:7-80010-772-8)我國土壤中鎘背景范圍為 0.001～13.400 mg/kg，算術(shù)平均值為 0.097 mg/kg。

土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)GB15618-2018

植物樣參考標(biāo)準(zhǔn)，《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》GB 2762-2017。

食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量 單位：mg/kg

在調(diào)查區(qū)采集了85個(gè)淺層樣(0～20cm)進(jìn)行化驗(yàn)，其中超過土壤本底值得(0.097 mg/kg)存在異常的68個(gè)，占總數(shù)的80%。超過土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值17個(gè)，調(diào)查區(qū)的淺層含鎘土壤均超過了土壤的本底值，全部存在異常。在此基礎(chǔ)上將耕地土壤鎘含量大于0.3mg/kg的范圍圈定為農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，可能存在農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域主要集中在調(diào)查區(qū)的東北部，赫山區(qū)耕地土壤鎘含量異常區(qū)分布八字哨鎮(zhèn)、蘭溪鎮(zhèn)、泉交河鎮(zhèn)、歐江岔鎮(zhèn)，面積約400km2。土壤污染風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在東北部八字哨鎮(zhèn)、筆架山鄉(xiāng)、泉交河鎮(zhèn)、歐江岔鎮(zhèn)一線的東北部，面積約155km2。詳見《益陽市赫山區(qū)耕地土壤淺層鎘含量等值線圖》

在調(diào)查區(qū)共采集深層樣(60～100cm)37個(gè)，根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果，其中超過土壤本地值得(0.097 mg/kg)存在異常的20個(gè)，占總數(shù)的54%。沒有樣品的測試結(jié)果超過土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，鎘含量存在異常樣品在區(qū)內(nèi)沒有特別的分布規(guī)律。

本次共采集植物樣19個(gè)，根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果，對比《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量GB 2762-2017》研究區(qū)作物樣鎘含量花生，稻谷超標(biāo)，其他均在規(guī)定的范圍值內(nèi)。谷物(稻谷、高粱)采樣8個(gè)，超過限量值得5個(gè)，超標(biāo)率62%，超標(biāo)的均為稻谷，超過限量值得1.8～2.9倍。豆類(綠豆、黃豆)采樣7個(gè)，均沒有超過限量值，堅(jiān)果及籽類(花生、油菜籽)采樣4個(gè)，超過限量值得2個(gè)，超標(biāo)率50%，超標(biāo)的均為花生，超過限量值得1.6倍。

四、分析研究

(一)土壤中鎘

根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果，同一采樣位置的淺層土壤樣(0～20cm)和深層土壤樣(60～100cm)進(jìn)行對比，土壤鎘含量明顯下降。深層土壤樣中有46%得樣品測試結(jié)果低于土壤本地值，其中9個(gè)樣品未檢測出鎘元素。同一位置的采樣測試結(jié)果越往深部鎘的含量越低或沒有鎘元素。整個(gè)調(diào)查區(qū)耕地鎘含量進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，淺層土壤鎘含量均存在異常，可能存在農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域主要集中在調(diào)查區(qū)的東北部。而深層土壤鎘含量均沒有超過風(fēng)險(xiǎn)篩選值，超過土壤本底值得占整個(gè)深層土壤樣的54%，分析發(fā)現(xiàn)深層土壤鎘含量存在異常的樣品在區(qū)內(nèi)沒有特別的分布規(guī)律，整體對比深層土壤鎘含量明顯低于淺層土壤。

因此土壤中的鎘元素超標(biāo)與母質(zhì)層沒有關(guān)系，越往深部鎘含量值越低或接近于零。說明調(diào)查區(qū)的土壤鎘污染來源并不是土壤的成土母質(zhì)。

(二)農(nóng)業(yè)活動

益陽市赫山區(qū)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大區(qū)。本次圈定的土壤污染風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域以前都是湖區(qū)，自上世紀(jì)60年代以來被大規(guī)模圍墾造田，圍湖造田是指將湖泊河流的淺水區(qū)、草灘、濕地等由人工圍墾成為農(nóng)田，同時(shí)吸取湖底的淤泥填湖。湖底淤泥含有較多的鎘元素，使的這些農(nóng)田中的鎘元素含量在較高。由于城市工業(yè)化的迅速發(fā)展，大量市政污水、工業(yè)廢水排放至河道，使的這部分污水中含有的許多重金屬離子，農(nóng)業(yè)活動使用這部分污水灌溉土地，而進(jìn)入這些農(nóng)用土壤中重金屬元素的含量在不斷增高。

根據(jù)測試結(jié)果分析，風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在河流的下流方向，越往下流城市污水、工業(yè)廢水中鎘元素沉積的越多。同時(shí)使用含有鎘的農(nóng)藥化肥都可以導(dǎo)致土壤中鎘的增加，進(jìn)而導(dǎo)致土壤重金屬鎘污染。說明農(nóng)業(yè)活動是土壤鎘污染源的來源之一。

(三)工礦企業(yè)活動

西部的礦業(yè)活動礦業(yè)生產(chǎn)廢水、廢渣排入地表水或滲入地下水，礦山的開采過程、冶煉廢渣和礦渣未經(jīng)處理和隨意堆放等，伴隨著礦山排放水和大氣降水使之帶入如河流或直接進(jìn)入土壤，都可以間接或直接地造成土壤重金屬含量增加。同時(shí)工業(yè)生產(chǎn)過程中廢氣排放的有害氣體和粉塵等，經(jīng)自然沉降或雨淋沉降進(jìn)入土壤。所以工業(yè)活動是鎘污染的來源之一。

五、土壤中鎘污染治理方法

(一)控制來源

調(diào)查區(qū)的土壤鎘污染來源并不是土壤的成土母質(zhì)，人類活動對土壤鎘的輸入量超過自然釋放量。區(qū)內(nèi)有多條河流，流向基本為至西向東，資水(支流)、撇洪河上游為益陽市區(qū)、泉交河鎮(zhèn)、滄水鋪鎮(zhèn)、泥江口鎮(zhèn)。泉交河、侍郎河上游方向?yàn)楹恺垬蜴?zhèn)流經(jīng)歐江岔鎮(zhèn)。以上河流穿過調(diào)查區(qū)的耕地范圍。由于城市的迅速發(fā)展，大量的生活廢水、商業(yè)廢水和工業(yè)廢水排入河道，使的這些污水中含有的許多重金屬離子，隨著污水灌溉而在土壤中日積月累，使得土壤中的鎘元素超標(biāo)。

被鎘污染的土壤很難修復(fù)。應(yīng)嚴(yán)格控制土壤鎘的來源為首選方法。做到不用未經(jīng)處理的生活、商業(yè)、工業(yè)污水進(jìn)行灌溉，不使用污泥進(jìn)行施肥，不使用不合格化學(xué)肥料或有機(jī)肥料，遠(yuǎn)離工廠企業(yè)和交通要道，嚴(yán)格控制土壤中重金屬鎘的輸入，改善土壤環(huán)境。

(二)生態(tài)修復(fù)法

生態(tài)法是通過改變耕作制度、調(diào)整作物品種以及改變土壤的水肥條件等方法來解決土壤污染的問題。使用有機(jī)質(zhì)肥料，通過施用有機(jī)肥料，諸如堆肥、廄肥、植物秸稈等有機(jī)肥，增加耕地的有機(jī)質(zhì)含量有利于改善土壤的結(jié)構(gòu)，減少使用污泥作為肥料，可以降低土壤中鎘沉積。選用對鎘吸收較好的作物，由于作物種間和種內(nèi)對鎘吸收的差異，在土壤鎘污染地區(qū)選種一些抗鎘污染性強(qiáng)的植物，以降低鎘污染的危害。根據(jù)植物樣的測試結(jié)果和收集資料，研究表明水稻、花生、鎘的吸收量較高，如黃豆、綠豆、高粱、油菜等豆類和籽類作物。改變以往耕作制度，為了盡可能的減少鎘污染，盡可量減少受鎘污染的產(chǎn)品進(jìn)入食物鏈。可以在中、重度污染地區(qū)改種非食用植物。如蘆葦幼苗植株和根皮層細(xì)胞中累計(jì)了大量的鎘。可以在河道、水渠、灘涂種植蘆葦，已吸收土壤中的鎘元素。

六、結(jié)論

1.調(diào)查區(qū)的淺層土壤鎘含量均存在異常，可能存在農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域主要集中在調(diào)查區(qū)的東北部。

2.調(diào)查區(qū)的鎘來源與成土母質(zhì)沒有關(guān)聯(lián)。鎘主要沉積在表層土壤中(耕種層)。越往深部鎘含量越低。

3.鎘污染的來源主要為，農(nóng)業(yè)活動和西部礦業(yè)活動。

4.研究區(qū)花生、水稻鎘元素含量超標(biāo)。建議改中其他經(jīng)濟(jì)作物，如黃豆、綠豆、高粱、油菜等豆類和籽類作物。

5.嚴(yán)格控制土壤鎘的來源為首選治理方法。治理方法應(yīng)優(yōu)先復(fù)植物修復(fù)適應(yīng)性廣，安全可靠、極具潛力的綠色修復(fù)技術(shù)。