南平市畜禽養殖場周邊土壤環境質量監測及分析評價

薛娉婷

(福建省南平環境監測中心站，福建 南平 353099)

1 概述

如今，規模化的畜禽養殖場越來越多，土壤環境承載力日益加重，但畜禽養殖場周邊土壤環境的研究卻相對較少。特別是養殖糞便及其廢水中含有一定難以被消解的重金屬元素，重金屬累積效應會逐漸擴大污染影響，最終間接影響人類健康。為了解南平市畜禽養殖場周邊土壤環境，本研究選取位于延平區的南平市順發牧業發展有限公司、位于建陽區的建陽市吉翔牧業有限公司畜禽養殖場、位于光澤縣的福建圣農發展股份有限公司武林肉雞養殖場為土壤環境監測點位，進行分析研究，以求為提升南平市生態環境質量提供參考。

2 采樣區概況

2.1 順發牧業

南平市順發牧業發展有限公司周邊以山地丘陵地貌為主，植被屬中亞熱帶常綠闊葉林地。場址距南平市區23km，316國道4km；周邊50m有一山間小溪，同時距閩江干流約14km。項目所在地全年雨量充沛，場址周邊以沙土地為主并伴生石英砂地形。公司養殖規模為存欄母豬260頭，生豬2540頭。場址周邊吳丹村范圍內主要以養殖業為主，轄區內有少數幾家針織業企業。

2.2 吉翔牧業畜禽養殖場

建陽市吉翔牧業有限公司畜禽養殖場周邊主要為山地丘陵地貌，人工植被以馬尾松、杉木為主，自然植被以蕨類及濕性常綠闊葉林為主，全年雨量充沛。場址距玉瑤村800m，距南浦溪500m。奶牛存欄1500頭，年產牛奶4000t。

2.3 圣農武林肉雞養殖場

福建圣農發展股份有限公司武林肉雞養殖場北面為農田，其余三面為山地。欄量20萬羽，年出欄5批。周邊500m范圍內無居民，僅東北面有一生豬養殖場，年存欄生豬1000頭。

3 樣品采集、分析及評價技術方法

3.1 樣品采集

采用網格法,對畜禽養殖場外緣的500m左右區域采取隨意布點(網格大小為100m×100m)，并隨機選擇5個采集地點，點位周邊土壤以天然作物為主，采集深度一般在地表土層以下0～20cm，并記錄相應坐標。

3.2 樣品處理及測定

每個畜禽養殖場采集5個點位，平均每點位獲取約4kg混合土樣，平均分成2份，用可封口塑料袋封裝，其中，1份進行監測，1份封存備查。pH采用玻璃電極法(NY/T1377-2007)測定，Cr、Cu、Zn、Ni采用火焰原子吸收分光光法(GB/T17141-1997)測定，六六六、DDT采用氣相色譜法(GB/T14550-2003)測定，Cd、Pb采用石墨爐原子吸收分光光法(GB/T17141-1997)測定，Hg采用冷原子吸收分光光度法(GB/T22105.2-2008)測定，As采用原子熒光光譜法(GB/T22105.2-2008)測定，苯并(a)芘采用高效液相色譜法(ISO13877-2000)測定。

3.3 評價方法

3.3.1 單因子污染指數法

單因子污染指數法可以反映單一污染物的污染程度，是其他環境質量指數、環境質量分級和綜合評價的基礎。公式如下：

(1)

式(1)中，Pi為單項污染指數；Ci為實測濃度；Sip為評價標準值或參考值。Sip在本研究中引用《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB 15618—2018)中的土壤污染風險篩選值，根據單項污染指數的大小，土壤環境質量評價分級詳見表1。

表1 單因子評價土壤環境質量評價分級

3.3.2 內梅羅綜合污染指數法

內梅羅綜合指數法同時考慮了平均值和最大值，著重表達高濃度污染物對環境的影響，能有效反映各項污染物對土壤的作用，分級標準見表2。公式如下：

土壤綜合污染指數=

(2)

(3)

3.3.3 潛在生態風險指數法

潛在生態風險指數法是用于評價土壤或沉積物中重金屬潛在生態風險的方法,潛在生態分險指數RI由瑞典科學家Hakanson提出，綜合考慮了環境特點、生物毒性、重金屬性質和生態效應等因素[1],分級標準見表3，計算公式為：

(4)

(5)

表3 潛在生態風險評價分級標準

4 監測結果及評價

4.1 土壤環境質量監測結果

本研究選取的15個點位，僅有1個點位超過風險篩選值限值，超標率為6.67%，該超標點位為無機污染超標點位，程度為輕微污染。有機污染超標點位為0個。

3個畜禽養殖場周邊土壤的六六六和苯并(a)芘均未檢出。順發牧業和圣農武林的DDT同樣未檢出，吉翔牧業的濃度在0.0005～0.00195mg/kg之間，遠低于《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB 15618—2018)中的風險篩選值。這表明有機污染物對3個畜禽養殖場周邊土壤環境的影響較少。順發牧業、吉翔牧業和圣農武林周邊土壤的重金屬含量大小順序為：Zn>Cr>Pb>Cu>Ni>As>Cd>Hg，僅Cu存在超過風險篩選值限值的情況。

4.2 土壤環境質量評價

利用內梅羅綜合污染指數對本次監測的數據進行研究[4]，評價等級按無機有機綜合PN進行評價，結果見表4。圣農土壤綜合污染指數從大到小排序為：圣農武林>順發牧業>吉翔牧業，分別為0.58、0.56、0.50，均小于0.7，對比土壤綜合污染指數分級標準，等級均為Ⅰ級，3個畜禽養殖場周邊土壤污染評價皆為清潔(安全)。

利用單因子污染指數對本次監測的數據進行研究，結果見表4。吉翔牧業、圣農武林土壤監測點位各項目監測結果采用單因子評價Pi均小于1，等級為Ⅰ級，污染評價均為無污染。順發牧業發展有限公司本次1號、3號、4號、5號點位監測結果采用單因子評價Pi小于1，等級為Ⅰ級，無污染；2號點位的Cu的Pi介于1～2之間，該點位評價等級為Ⅱ級，屬于輕微污染。2號點位在養殖場西北面，以沙土地為主，周圍植被主要是野草和少量農作物,本次的超標項目為Cu，最大超標倍率為1.32倍，推測采樣點農作物中的農用化學物質殘留和富集是導致超標的其中一個原因。

表4 養殖場土壤單因子污染指數和綜合污染指數

5 養殖場周邊土壤環境質量分析

5.1 分擔率分析

污染分擔率是指某污染物對某個敏感地區或某個關注點的濃度貢獻百分比[5]。計算3個畜禽養殖場周邊土壤各項污染物分擔率，結果見表5，順發牧業周邊土壤各項污染物分擔率排序依次是：Pb>Cu>Cd>Hg>Zn>Ni>Cr>As>DDT/苯并(a)芘>六六六，其中Pb的分擔率是排第二位的Cu分擔率的2.37倍，表明在本次監測的8種重金屬污染物和3種有機污染物中，污染最嚴重的是Pb;吉翔牧業周邊土壤各項污染物分擔率排序依次是：Cu>Ni>Pb>Cd>Zn>As>Hg>Cr>DDT/苯并(a)芘>六六六，前5種金屬的分擔率相差并不多，其中Cu對吉翔牧業周邊土壤環境質量污染最嚴重; 圣農武林周邊土壤各項污染物分擔率排序依次是：Pb>Zn>Cd>Ni>Hg>Cr>Cu>As>DDT/苯并(a)芘>六六六，污染最嚴重的 Pb的分擔率是排第二位的Zn分擔率的1.80倍。

由分擔率可以看出，重金屬對畜禽養殖場周邊土壤污染的貢獻率遠大于有機污染物，是影響南平市畜禽養殖場周邊土壤環境質量的主要因素。

表5 采樣點畜禽養殖場周邊土壤各項污染物分擔率

5.2 重金屬在土壤中的富集情況

將南平市畜禽養殖場重金屬濃度和福建省土壤背景值[6]研究比較(表6)，由表6可見，本研究3個養殖場各選取的5個采樣點中，重金屬濃度的最大值普遍超過了土壤背景值，其中，Cd、As、Pb、Cr和Ni的平均濃度也分別超出了福建省土壤背景值87.0%、6.0%、88.9%、30.4%和37.0%。這應證了養殖場周圍的土壤環境確實有人為因素的影響，含重金屬的外源進入土壤中，并有不同程度的富集，其中Cd和Pb富集較為明顯。雖然各重金屬的平均值目前仍在風險篩選值限值內，但由于富集作用不斷累加，因此仍然需要注意減少人為因素的影響。

表6 采樣點畜禽養殖場周邊土壤環境重金屬濃度與背景值比較 單位：mg·kg-1

從RI值看，順發牧業和圣農武林周邊土壤環境潛在生態風險指數小于150，屬輕微生態危害。而吉翔牧業周邊土壤環境潛在生態風險指數介于150～300之間，已屬中等生態危害，需要關注。3個畜禽養殖場的周邊土壤環境的潛在生態風險以Cd和Hg為主，對此，生態環境管理部門應優先予以控制。

表7 畜禽養殖場周邊土壤環境潛在生態風險指數

5.3 重金屬相關性分析

土壤中的重金屬有多種來源途徑，通過研究相關性可以幫助推測重金屬是否來自同一外源。通常情況下,在土壤重金屬的全量測定中，各微量元素相關性較大[7]。用相關系數分析本次研究的監測數據(表8)，由表8可推斷出本研究所監測的重金屬含量普遍存在相關性。Cd與Cu、Cr、Zn相關系數分別為0.622、0.589、0.575，Hg與As、Cu、Ni相關系數分別為0.605、0.587、0.833，As與Cr、Zn、Ni相關系數分別為0.557、0.621、0.762，Cu與Cr、Zn、Ni相關系數分別為0.806、0.627、0.625，Zn與Pb、Cr相關系數分別0.675、0.689，Cr與Ni相關系數為0.566，均呈顯著正相關關系。這表明Cu、Zn、Cr、Ni等重金屬元素很可能來自于相同污染源。由于Cu、Zn、Cr、Ni等重金屬均常見于飼料添加中，因此，養殖場使用的飼料及飼養動物糞便在土壤中的常年富集是主要污染源。

表8 養殖場周邊土壤重金屬元素含量相關性

6 結論與建議

本次研究的監測結果表明，南平市畜禽養殖場周邊土壤環境質量整體為清潔水平。重金屬是影響南平市畜禽養殖場周邊土壤環境的主要因素，其中Pb、Cu對土壤環境的影響最大，Cd和Hg的潛在生態風險最高，應加強對這4種元素的關注，避免富集效應增快。

土壤是發展經濟和農業最重要的資源，直接關系到人類可持續發展。養殖業必須進行合理選址，遠離主要物流路線和工業企業，避開土壤背景值本身就高的區域，符合相關的規范標準。建議當地政府統籌規劃養殖業園區，并設置可集納處理的污水管網，建設針對性強和更有效率的集中污水處理廠對畜牧業污染的養殖廢物進行統一處置，從而達標排放。同時，利用規?；笄蒺B殖場的優勢，集中收集生產有機肥，把畜牧業產生的污染物變廢為寶，既可以減少本身污水對周邊土地的污染，也可以減少化肥的使用，降低化肥中重金屬對農田土地的污染。生態環境管理部門加強對養殖業的監管，設置衛生防護距離，制定土壤治理方案，加強對飼料配方的管控，減少飼料中重金屬的使用，減輕重金屬污染和減緩重金屬的富集。在養殖區周圍耕地大力發展生態綠色農業，推廣無公害技術，用有機肥替代化肥，實現清潔、綠色、環保發展。