農田土壤重金屬污染的安全性以及重金屬在剖面中的有效性

摘 要：以閩西某銀多金屬礦區附近農田土壤為研究對象，采集了10個土壤剖面樣品，分析了土壤剖面重金屬Cu、Cd、Zn、Pb、Ni有效量，并基于此進行了安全性評價，并探討了重金屬在剖面中的有效性。結果表明：調查的10個土壤剖面中，剖面1號（P1）和剖面10號（P10）表層（0～20cm）土壤分別遭受到重金屬Cd、Cu的污染，屬于限制級，其余8個剖面表層土壤屬于警戒級;10個剖面心土層（40～60cm）和底土層（80～100cm）土壤均屬于安全級;土壤重金屬Cu、Cd、Pb、Zn、Ni有效量隨著剖面深度增加呈逐漸減小的趨勢;表層土壤重金屬的有效度均顯著高于心土層和底土層，Cd在剖面不同層次的生物活性十分強，在該區域農田開展安全利用技術選擇上，應重點考慮Cd污染土壤對農產品的風險。

關鍵詞：銀多金屬;剖面;安全利用;有效量;有效性

中圖分類號：S-3

文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20201115012

收稿日期：2020-10-16

作者簡介：李融（1988-），男，碩士，農藝師。研究方向：農業生態環境保護。

引言

土壤環境質量狀況直接關系到農產品質量安全，關系到人民群眾的身體健康、生命安全。近年來，隨著工業化和城鎮化步伐的加快，大量的重金屬被輸入到土壤環境中積累，并長期危害土壤及農作物，再通過食物鏈作用進入人體，最終危害人體健康[1]。土壤重金屬污染及其對食品安全性造成的影響已成為當前社會關注的熱點。2014年4月17日，國家環境保護部和國土資源部聯合發放的《全國土壤污染狀況調查公報》[2]顯示，全國土壤總的點位超標率為16.1%，耕地點位超標率為19.4%，總體形式不容樂觀，其中采礦區點位超標率為33.4%，遠高于其它典型地塊及其周邊土壤超標率。礦區作業產生的廢水、廢渣不規范處理，易使周邊土壤重金屬不斷富集，造成土壤重金屬污染[3]。因此，對于礦區的土壤，特別是礦區周邊農田土壤重金屬污染問題應予以高度關注[4-6]。

近年來，黨中央國務院高度重視土壤重金屬污染和糧食生產安全工作，2016年5月28日，國務院印發《土壤污染防治行動計劃》（簡稱“土十條”），對我國土壤污染防治工作進行了全面戰略部署;2018年國家又出臺《土壤污染防治法》，為土壤重金屬污染防治各項任務的開展提供法制保障。“土十條”明確提出受污染土壤安全利用和修復治理兩項重點任務，總目標就是為了防控土壤中重金屬進入食物鏈，以確保作物安全、糧食安全、健康安全?；谀壳凹夹g、裝備、資金等因素考慮，在當前我國人多地少這一現狀下，對于受污染的農田土壤進行安全利用則是首選方案[7]，而農作物可食用部位的重金屬含量達標自然成為了重金屬污染農田安全利用技術成敗的最終標準[8]。重金屬與土壤環境因子存在復雜動態相互作用，只有部分土壤重金屬能被作物吸收利用[9]。大量研究表明[10，11]，土壤中重金屬有效量越高，農作物可食部分超標風險越高。因此，土壤重金屬有效量直接關系到受污染土壤安全利用技術的選擇，關系到農作物可食用部位的重金屬含量達標。為此，基于土壤重金屬有效量的污染程度分級，這項作為開展安全利用的前提性、基礎性工作，顯得十分重要。本研究以福建省某銀多金屬礦區附近農田土壤為研究對象，對該區域農田土壤進行安全性評價，并分析了重金屬在剖面中的有效性，旨在為礦區土壤重金屬污染的修復和安全利用提供科學依據。

1?材料與方法

1.1?研究區域概況

該銀多金屬礦區位于武夷山脈西南端，福建省龍巖市武平縣境內，地貌屬于高丘、低山區，土壤類型以紅壤和水稻土為主。當地礦產資源豐富，品種多，儲量大，有石灰石、花崗石以及金、銀、銅等。該區地處中南亞熱帶過度地帶，屬亞熱帶海洋性季風氣候，陽光充足，雨量充沛，四季分明，年平均氣溫19℃，年降雨量1900～2020mm。適宜種植多種亞熱帶作物，礦區周邊農田主要為水田，以種植水稻為主。

1.2?采樣與分析

調查的農田位于該礦區南側，呈長條形，地勢北高南低。自北向南共布設10個采樣點。用荷蘭的不銹鋼AMS取土鉆在每個采樣點采集深度為表土（0～20cm）、心土（40～60cm）和底土（80～100cm）土樣各1個，共采集30個土樣。土樣采集后運回實驗室，風干后，用木棍研碎，過2mm尼龍篩，裝袋備用。

土壤有效Cu、Ni、Zn、Pb、Cd采用二乙三胺五乙酸（DTPA）浸提法提取。有效態Cd、Pb、Ni采用石墨爐原子吸收法測定，有效態Cu、Zn采用火焰原子吸收法測定。

1.3?分級指標與分級

采用《農產品產地土壤重金屬污染分級標準》（DB35/T 859-2016）[12]有效量分級指標（表1），即安全值、限制值和高危值，對調查區域土壤的安全性進行評價和綜合分級（表2）。

1.4?土壤重金屬有效度

重金屬有效度（%）=有效量/全量×100%

1.5?統計分析

采用Microsoft Excel 2003、SPSS 19.0軟件進行數據處理與分析。

2?結果與討論

2.1?農田土壤剖面重金屬有效量和安全性評價

調查的10個農田土壤剖面重金屬有效量如表3所示。從表層（0～20cm）土壤有效量看，有效Cu、Cd、Pb、Zn、Ni含量分別為3.85～37.38mg·kg-1、0.15～0.33mg·kg-1、6.83～11.86mg·kg-1、6.65～25.60mg·kg-1、0.20～0.46mg·kg-1。根據《農產品產地土壤重金屬污染分級標準》（DB35/T 859-2016）有效量分級指標對表層土壤的安全性進行評價：P1土壤中所有重金屬有效量均低于高危值，有效Cd含量0.33mg·kg-1，高于限制值，屬于限制級。P2、P3、P4、P5、P6、P7土壤中所有重金屬有效量均低于高危值，且低于限制值，有效Cd含量分別0.15mg·kg-1、0.15mg·kg-1、0.22mg·kg-1、0.18mg·kg-1、0.15mg·kg-1、0.18mg·kg-1，高于安全值，屬于警戒級。P8土壤中所有重金屬有效量均低于高危值，且低于限制值，有效Cu含量20.17mg·kg-1，有效Cd含量0.28mg·kg-1，高于安全值，屬于警戒級。P9土壤中所有重金屬有效量均低于高危值，且低于限制值，有效Cu含量15.72mg·kg-1，有效Cd含量0.18mg·kg-1，高于安全值，屬于警戒級。P10土壤中所有重金屬有效量均低于高危值，有效Cu含量37.38mg·kg-1，高于限制值，屬于限制級。從中層（40～60cm）土壤有效量看，有效Cu、Cd、Pb、Zn、Ni含量分別為0.36～1.45mg·kg-1、0.02～0.06mg·kg-1、2.39～6.24mg·kg-1、0.04～1.12mg·kg-1、0.06～0.26mg·kg-1，均低于《分級標準》（DB35/T 859-2016）有效量分級指標的安全值，屬于安全級。從底層（80～100cm）土壤有效量看，有效Cu、Cd、Pb、Zn、Ni含量分別為0.29～0.86mg·kg-1、0.01～0.04mg·kg-1、1.17～3.10mg·kg-1、0.02～1.12mg·kg-1、0.04～0.36mg·kg-1，均低于《分級標準》（DB35/T 859-2016）有效量分級指標的安全值，屬于安全級。說明調查區域表層土壤主要遭受到重金屬Cu、Cd的污染，污染程度以輕度為主，局部較為嚴重;中層和底層土壤未受到污染，這與重金屬全量的調查結果一致。Cu是植物生長的必要元素[13]，且只有P10表層土壤屬于限制級，總體對作物風險程度較低。因此，在調查區域在該區域農田土壤開展安全利用時，應重點考慮土壤Cd對農作物安全風險，避免農產品超標，確保農產品質量安全。

2.2?土壤剖面重金屬有效量分異

外源重金屬進入土壤后，大部分會因沉淀、絡合、吸附、固定等反應而呈表層富集現象。由于重金屬總量對有效態具有最大的正向影響作用[14]，因此重金屬有效量往往也表現表層富集現象。由表4可知，土壤重金屬有效Cu、Cd、Pb、Zn、Ni含量隨著剖面深度增加呈逐漸減小的趨勢。表層（0～20cm）土壤有效量均顯著高于心土層（40～60cm）和底土層（80～100cm），而心土層和底土層重金屬有效量均無顯著差異，說明了表層土壤對有效態重金屬富集作用顯著。2個層次土壤重金屬有效量的比值可以直觀地反應出重金屬元素在該層次富集的程度。通過計算可知，該地區土壤剖面重金屬有效量表層富集程度為Zn（19.71）>Cu（16.28）>Cd（6.25）>Pb（2.39）>Ni（1.84）。由于筆者已分析了該區剖面土壤重金屬全量，并得出該區農田存在Cu、Cd等外源污染，基本不存在Zn、Pb、Ni等外源污染的結論[15]，因此可以認為有效Cu、Cd的表層富集主要是外源Cu、Cd全量的影響，而有效態Zn、Pb、Ni的表層富集則是與土壤母質有關[16]。土壤有效量在中層的富集程度為Pb（1.91）>Cu（1.52）>Cd（1.5）>Ni（1.46）>Zn（1.23），由于在中層以下各重金屬有效量十分低，且中層與底層差異并不明顯，可以認為心土層以下土壤重金屬有效量基本處于環境背景值范圍。

2.3?土壤剖面重金屬有效度分析

重金屬有效度是重金屬有效量占重金屬總量比例，能較總量和有效量更清楚反映環境污染對土壤的影響[17]。由表5可知，表層（0～20cm）土壤各重金屬有效度均顯著高于心土層（40～60cm）和底土層（80～100cm）。表層土壤Cu、Cd、Pb、Zn、Ni的有效度分別是心土層以下土壤的4.4～6.2倍、1.5～1.6倍、2.1～3.5倍、12.5～16.1倍、1.9～2.7倍。這與礦區廢水進入土壤環境后的酸化、淋溶作用，使土壤鹽基被大量H+交換，導致鐵錳結合態重金屬比例增加有關[18]。表層土壤Cd的有效度最高，達60.86%，其次是Cu、Pb、Zn，分別為18.47%、12.99%、12.71%，Ni的有效度最低，只有2.27%。心土層重金屬有效度與底土層差異不顯著，Cu、Pb、Zn、Ni有效度均處于較低水平，但Cd的有效度較高，達38.99%～40.25%，說明了Cd在剖面的不同層次都具有十分強生物活性，極易被植物吸收，存在較大風險，這與鐘曉蘭[14]的研究結果相一致。

3?結論

閩西某銀多金屬礦區周邊農田土壤表層遭受到Cd、Cu污染，P1、P10表層（0～20cm）土壤有效Cd、Cu含量超過《分級標準》（DB35/T 859-2016）限制值，屬于限制級。心土層（40～60cm）和底土層（80～100cm）土壤屬于安全級。

重金屬有效量Cu、Cd、Pb、Zn、Ni隨著剖面深度增加呈逐漸減小的趨勢，表層土壤對重金屬有效態富集作用顯著，中層以下土壤重金屬有效量基本維持在環境背景值水平。

在剖面各層次Cd的有效度都很高，具有十分強的生物活性。建議在對該農田進行安全利用時，優先選擇種植對Cd富集能力低的農作物，同時配套水肥調控措施、土壤Cd鈍化措施等，降低重金屬Cd進入“食物鏈”的風險。

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（責任編輯?李媛媛）