泗洪縣農田土壤重金屬含量分析與污染評價

＊張青靜

（泗洪縣疾病預防控制中心 江蘇 223900）

重金屬污染是我國當前最突出的土壤環境污染問題之一，生態環境部全國土壤污染狀況調查[1]顯示，我國耕地土壤主要污染物為重金屬，污染點位超標率達19.4%，其中鎘污染點位超標率達到7.0%，其次分別為鎳、砷、銅、汞、鉛、鉻等。土壤中的重金屬污染物不易降解，在土壤中滯留時間長且會持續累積，對生態系統安全造成影響。被重金屬污染的土壤一方面不利于農作物的生長，另一方面一些有害重金屬易在農作物中富集最終進入食物鏈從而對人們的身體健康造成威脅。因此準確檢測出土壤重金屬含量，分析評價農田土壤中重金屬污染水平，掌握土壤環境質量狀況，對保障人們的食品安全，促進農作物生產可持續發展都具有重要意義。

本文主要研究2017年至2020年4年間泗洪縣鄉鎮農田土壤中重金屬Pb、Cd、Cr含量狀況，同時對其污染情況進行分析評價，以期為進一步土壤環境風險防控提供參考。

1.材料與方法

(1)樣品采集與分析

調查區選擇泗洪縣17個鄉鎮，每個鄉鎮隨機選擇4個行政村采集村中農田土壤1份。采集5～20cm深表層土壤，在1m2范圍內按照5點取樣法采集土壤混合為一個樣品，樣品總量不少于1000g。

取自然風干后土樣并研磨過10目，電極法測定pH。準確稱取過100目風干土樣測定土壤鉛、鎘、鉻含量。土壤中鉛、鎘的含量測定參照國家標準，《GB/T 17141-1997土壤質量鉛、鎘的測定石墨爐原子吸收分光光度法》《鉻含量測定參照國家環境保護標準》（HJ 491-2009），《土壤總鉻的測定火焰原子吸收分光光度法》。

質量控制手段包括采用國家土壤成分分析標準參比物質進行檢測結果對照、平行樣測定及空白值對照，標準曲線的相關系數≥0.999，鉛、鎘、鉻重金屬回收率均在允許范圍內。

(2)評價標準與方法

以土壤環境質量標準（GB 15618-1995）[2]、江蘇省土壤背景值[3]以及國家土壤背景值[3]作為土壤重金屬含量的評價標準。依據土壤環境質量標準分類，農田土壤環境質量需執行二級標準，具體可參考表1。單因子污染指數法和內梅羅綜合指數法主要是針對泗洪縣農田土壤中重金屬污染程度進行評價，污染風險評價則是采用潛在生態危害指數法。

表1 土壤環境質量二級標準（GB 15618-1995）

單因子污染指數評價的依據是該重金屬污染物的單相污染指數，可反映土壤中的某一重金屬元素污染物的污染程度，計算公式為[4-5]:

式中：Pi表示重金屬i的單因子污染指數，Pi值越大說明受污染程度越深；Ci為i的實測濃度（mg/kg）；Si為i評價的標準值（mg/kg），參照國家土壤環境質量標準II級標準值。

內梅羅綜合指數法可以有效評定每一個采樣點的土壤綜合污染程度水平，兼顧單因子污染指數最高值和平均值，可以較全面地反映該地區土壤中存在的各重金屬污染物的不同作用，突出較重污染物對該地區環境質量的影響，評價更為客觀，因而土壤污染評價多采用內梅羅綜合指數法進行評價[5-6]。其計算公式為：

式中：P綜表示采樣點土壤的綜合污染指數；Pimax則代表了采樣點土壤所含重金屬各單因子污染指數中的最大值；P-i表示平均值。等級劃分標準見表2。

表2 單因子污染指數和內梅羅綜合污染指數評價等級劃分標準

潛在生態危害指數法是用于土壤或沉積物中重金屬污染風險及其潛在生態危害評價的一種方法。該法能夠綜合評價土壤中所含各重金屬含量、對環境及生態產生的效應、毒性水平和重金屬區域背景值的差異。同時該法消除了區域差異影響，劃分出重金屬潛在危害的程度，即是一種綜合反映土壤中重金屬對周圍的生態環境所具影響潛力的指標，該方法計算公式為[7-9]：

Ei和RI分別評價單一重金屬污染的生態風險程度和3種重金屬（Pb、Cd、Cr）總的生態風險程度，劃分見表3。

表3 單一重金屬污染的生態風險程度和3種重金屬（Pb、Cd、Cr）總的生態風險程度

2.結果與討論

(1)泗洪縣農田土壤所測的重金屬含量特征分析

泗洪縣農田土壤重金屬（Pb、Cd、Cr）含量統計結果見表4，Pb變化范圍為20.41～50.22mg/kg，Cd為0.046～0.524mg/kg，Cr為45.0～98.1mg/kg。含量平均值分別為：32.28mg/kg、0.217mg/kg、76.0mg/kg。Pb與Cd的含量均值均超過江蘇省土壤背景值，分別為其1.23倍和1.72倍。Cr均值略小于江蘇省土壤背景值。采樣點各樣本數據以江蘇省土壤背景值為標準分析，Pb、Cd、Cr的超標率分別為83.75%、81.25%、53.75%。分析發現Pb、Cd、Cr的含量均值均超過國家土壤背景值，分別為其1.24倍、2.24倍和1.25倍。說明農田土壤重金屬存在不同程度的富集現象。

表4 泗洪縣農田土壤重金屬含量統計結果

各采樣點農田土壤pH值變化范圍為5.55～8.17之間，均值為7.28，土壤主要呈弱堿性。根據土壤樣品的平均pH對照土壤環境質量二級標準值（見表1），調查區內重金屬Pb、Cd、Cr的含量平均值均低于標準限值，同時對采樣點土壤樣本數據進行分析，發現土壤中重金屬Pb與Cr均不存在超標的樣品，Cd含量樣品超標率為7.5%。說明部分農田存在一定程度的Cd重金屬污染。

變異系數的大小在一定程度上反映了外源污染影響大小。從變異系數來看，Pb為0.19，Cr為0.15，比較接近，值介于15%～36%[11-12]，呈現中等變異，表明土壤中Pb與Cr含量分布相對均勻，Pb與Cr在各個采樣點存在相似的污染程度。Cd為0.47，大于36%，屬于高度變異，表明土壤中Cd的空間分布相對不均勻，部分土壤中Cd含量受外界局部污染源的影響比較明顯[5]。

(2)泗洪縣農田土壤重金屬的污染評價

①污染程度評價

采用單因子污染指數法和內梅羅綜合污染指數法對泗洪縣調查區內農田土壤重金屬污染程度進行評價。根據計算公式，參照國家土壤環境質量標準II級標準值，利用Excel軟件進行數據分析。評價結果如表5所示，Pb的單因子污染指數變化范圍為0.06～0.16，平均值為0.10，Cr為0.18～0.57，平均值為0.37，兩者全部小于1，說明采樣點Pb、Cr單因子污染等級均為無污染。Cd的單因子污染指數范圍為0.08～1.30，平均值為0.50，變異系數為0.54，7.5%的采樣點土壤重金屬Cd單因子污染指數大于1，說明部分農田存在Cd輕度污染。研究區土壤重金屬內梅羅綜合污染指數范圍為0.18～1.02，均值為0.45，變異系數為0.40。根據內梅羅綜合污染等級劃分，研究區內土壤重金屬綜合污染程度處于安全、警戒限、輕污染的樣點的比例分別為90%、8.75%和1.25%，綜合污染以Cd為主要貢獻因子。

表5 土壤重金屬污染指數評價結果

②污染風險評價

為進一步探討重金屬污染對人們的生產、生活以及健康的潛在危害性和風險性，采用潛在生態危害指數法對泗洪縣農田土壤所含重金屬（Pb、Cd、Cr）進行污染風險評價。結果見表6，Pb和Cr元素的潛在生態危害系數最大值分別為9.58和2.52，均值為6.16和1.95，對照表3，結果均小于40，故均表現為輕微生態風險程度。Cd元素的潛在生態危害系數變化范圍為10.95～124.76，均值為51.70，各采樣點土壤Cd風險程度存在差異性，40%土壤Cd處于輕微生態風險程度，中等生態風險為47.5%，強生態風險程度為12.5%。綜合潛在生態危害指數變化范圍為21.39～131.71，平均值為59.81，均小于150，綜合生態風險程度均表現為輕微，相比較下Cd的潛在生態危害較大，其平均貢獻率為86.4%。

表6 單因子潛在生態危害系數和綜合潛在生態危害指數統計結果

3.結論

從檢測結果來看泗洪縣部分農田土壤中鉛、鎘與鉻重金屬的含量均超過了江蘇省土壤背景值和國家土壤背景值。研究發現調查地區土壤pH值主要為弱堿性，與土壤環境質量二級標準值相比，土壤中重金屬Pb與Cr均不存在超標的樣品，部分采樣點區域內的重金屬Cd處于超標狀況。從變異系數來看泗洪縣農田土壤中Pb與Cr含量分布相對均勻，Cd的空間分布相對不均勻，部分土壤中Cd含量受外界局部污染源的影響比較明顯。

從污染評價結果來看，采樣點Pb和Cr單因子污染等級均為無污染。部分采樣點存在鎘（Cd）輕度污染。根據內梅羅綜合污染劃分等級，大部分地區土壤較清潔，綜合污染以Cd為主要貢獻因子。Pb和Cr元素的潛在生態危害系數為輕微生態風險程度。Cd元素土壤風險程度存在差異性。采樣點綜合生態風險程度均表現為輕微。

綜上所述，泗洪縣地區農田土壤重金屬污染問題主要為Cd污染，Cd污染問題應引起重視，應合理科學地采取相應措施改善土壤環境質量，加強污染監控與防范，認真而有效地進行污染防治。