西昌市重金屬污染現狀分析及防治技術方法研究

摘要：【目的】通過一系列評價方法對西昌市耕地重金屬污染現狀進行分析，利用現有成熟的重金屬防治技術研究出一套最適合當地的技術方案。【方法】采集四川省西昌市耕地土壤樣品共155個，農產品樣品共148個，通過測定土壤和農產品中的砷（As）、鉻（Cr）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、汞（Hg）等5種重金屬及類金屬元素的含量，采用地累積指數法、潛在生態風險指數法對該地區耕地進行重金屬污染程度分析。【結果】（1）地累積指數法評價結果表明研究區域耕地總體上受重金屬污染較低，但是個別點位存在鎘元素極重度污染風險。（2）潛在生態污染指數法評價結果表明個別點位存在重金屬元素鉻元素和鉛元素重度污染風險，鎘、砷、汞元素極重度污染風險，綜合潛在生態風險指數結果為重度風險。（3）農產品中重金屬含量較低，受污染程度較輕，僅有零星點位的鎘元素超標。【結論】西昌市耕地主要受重金屬鎘污染，污染程度較重，范圍較小，經有效防治后，土壤及農產品重金屬含量下降效果明顯，探討出有效的重金屬污染防治技術措施：有機肥、有機肥+葉面阻控劑、土壤調理劑+葉面阻控劑處理，可作為西昌市重金屬污染防治的最佳配套防治措施。

關鍵詞：西昌市；耕地土壤；重金屬；污染現狀；防治技術方案

中圖分類號：S15 文獻標志碼：A

Analysis of the Current Situation of Heavy Metal Pollution in Xichang City and Exploration of

Prevention and Control Technology

ZENG Jian1， WANG Fei1， GONG Rui1， HUANG Cheng2， SHANGGUAN YuXian3*

（1The 8th Geological Brigade of Sichuan Province， Xichang， Sichuan 615000， China; 2Xinjiang Agricultural University， Urumqi， Xinjiang 830052， China; 3Institute of Agricultural Resources and Environment， Sichuan Academy of Agricultural Sciences， Chengdu， Sichuan 610000， China）

Abstract：【Objective】This study was conducted to analyze the current situation of heavy metal pollution in cultivated land in Xichang City through a series of evaluation methods， and to develop a set of technical solutions that are most suitable for the local area by using the existing mature heavy metal control technology. 【Method】 A total of 155 soil samples and 148 agricultural product samples were collected from Xichang City， Sichuan Province， and the contents of arsenic （As）， chromium （Cr）， cadmium （Cd）， lead （Pb） and mercury （Hg） in soil and agricultural products were determined. 【Result】 （1） The results of evaluation with the land accumulation index method showed that the cultivated land in the study area was generally polluted low by heavy metals， but there was a risk of severe cadmium pollution at individual points. （2） The results of evaluation with the potential ecological pollution index method showed that there was a risk of severe pollution of heavy metals chromium and lead， severe pollution risk of cadmium， arsenic and mercury at individual points， and the results of the comprehensive potential ecological risk index were severe risks. （3） The contents of heavy metals in agricultural products were low， the pollution was slight， and only the cadmium element in sporadic points exceeds the standard. 【Conclusion】 The cultivated land in Xichang City is mainly polluted by heavy metal cadmium， and the pollution degree is serious， but the scope is small. After effective prevention and control， the heavy metal content in soil and agricultural products has a significant reduction effect， and the effective technical measures for the prevention and control of heavy metal pollution are obtained： organic fertilizer， organic fertilizer + foliar inhibitor， soil conditioner + foliar inhibitor treatment， which can be used as the best supporting measures for prevention and control of heavy metal pollution in Xichang City.

Keywords： Xichang City; arable soil; heavy metal; pollution status; technical programme for prevention and control

0 引言

【研究意義】土壤是一個國家最重要的自然資源，它是農業發展的物質基礎，土壤的肥力與安全直接或間接地影響農產品的品質與安全，最終影響人體健康（劉洪蓮等，2006）。西昌市位于四川省西南部與貴州省和云南省相接，屬熱帶高原季風氣候區，山地相對較多，氣候條件優良，是長江中上游農業資源最獨特、最豐富、最有開發潛力、最具發展優勢的地區之一，被譽為“天府之國第二糧倉”，水果產業規模也較大，因此確保該地區土壤資源的長期安全顯得極其重要。【前人研究進展】隨著工業化和城市化的快速發展，重金屬污染問題日益引起人們的關注。重金屬是指密度較大、毒性較高的金屬元素，如鉛、鎘、汞等。它們在自然界中普遍存在，但由于人類活動的影響，如工業廢水排放、農藥使用、燃煤等，導致重金屬在環境中的積累和擴散，對生態系統和人類健康造成了嚴重的威脅。當前我國農用地土壤重金屬污染形勢嚴峻（陳衛平等，2018），耕地土壤重金屬等污染物土壤點位超標率達19.4%，嚴重威脅到人的健康和安全。因此及時有效地進行重金屬污染治理修復至關重要。四川省西昌市對于農產品的研究較少，多偏向于對土壤重金屬污染的風險評估，而且許多研究表明農產品對重金屬的富集能力較低" " （張丹等，2006；唐瑞玲等，2020；張富貴等，2020）。【本研究切入點】雖然目前已有很多關于土壤和水稻中重金屬的污染風險評估及污染防治的研究報道，但是針對西昌市目前沒有一套完整的重金屬污染防治技術。【擬解決的關鍵問題】本文旨在對重金屬污染現狀進行分析，并探討防治技術方法，以期為重金屬污染治理提供參考和指導。首先，對重金屬污染的來源和影響進行綜合分析，以揭示其對環境和人類健康的潛在危害。其次，將重點分析重金屬污染的現狀，包括污染程度、分布特征和主要受污染的環境介質，以便更好地了解問題的嚴重性和緊迫性。同時，本研究擬通過對四川省西昌市的土壤和農產品中重金屬含量的檢測，利用地累積污染指數法和潛在生態污染指數法對該地區的土壤污染程度、潛在生態風險、土壤中重金屬與農產品中重金屬的相關性以及農產品對重金屬的富集能力進行判斷，通過分析此區域的污染程度，探索出適合西昌市土壤污染治理的安全技術措施，為當地生態治理修復工作提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 實驗設計

在四川省西昌市（27°53′40″ N，102°15′52″ E）的7個村的耕地上進行效果監測及技術篩選試驗，每個試驗有針對性地選擇一種或綜合防控措施進行技術示范（見表1）。在每個監測點內按3 hm2/點的密度隨機、均勻布設監測點（監測田塊面積666.7 m2左右）。總計設置效果監測點134個。

1.2 樣品采集

試驗共采集土壤樣品155個（包括7個基礎土樣），農產品樣品148個（14個對照樣品），其中土壤樣品采用多點混合法，每個采樣點用五點法采集深度為0～20 cm表層土5～6份，均勻混合后采用四分法取約1 kg。將土樣自然風干后，去其雜質，用研缽研碎，充分混勻后過1 mm篩，用于測定土壤pH值。與此同時取適量土樣研碎，過0.2 mm篩，分別測定土壤中砷、鉻、鎘、鉛、汞等元素的含量，用于重金屬污染程度評價。

1.3 試驗儀器及測定方法

土壤pH的測定參照《土壤pH的測定（NY/T 1377-2007）》的測定方法，按水土比2.5∶1攪拌30 min并靜置1 h后用pH計測定。重金屬測定于2023年8月10日至8月28日送四川省農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所進行檢測。檢測過程中加入國家標準土壤參比物質（GSS－1及GSS－6）進行質量控制（鄭盛華等，2021；余飛等，2024）。數據利用Excel 2016進行分析，Rstudio軟件進行相關分析。見表2和表3。

1.4 評價標準與方法

根據《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準》（GB 15618—2018）和《食品安全國家標準 食品中污染物限量》（GB 2762—2017），參照農用地土壤污染風險篩選值，農用地土壤污染風險管制值，采用地累積污染指數法（Müller，1969）、潛在生態風險評價（Hakanson，1980）等方法對四川省西昌市土壤和農產品進行污染程度及潛在風險評價。

1.5 土壤生態風險評估方法

1.5.1 地累積指數法

地累積指數法是20世紀60年代末由Müller（1969）提出用于研究沉積物及其他物質中重金屬污染程度的定量評價方法，該法能夠反映土壤重金屬污染分布特征，近年來被國內外學者廣泛應用于土壤重金屬污染評價中（劉洋等，2022；儲楊陽等，2022；張浙等，2022），其公式為：

[Igeo]=[log2]（[Cn1.5Bn]）

式中，Igeo為地累積指數；Cn為土壤中重金屬n的實測含量，單位為mg/kg；Bn為土壤中重金屬n的地球化學背景值。根據Igeo的計算結果，可將重金屬分為7個等級，如表4所示。

1.5.2 潛在生態風險指數法

潛在生態風險指數RI是由瑞典地球化學家Hakanson（1980）提出的一種評價重金屬污染程度的方法，計算公式為：

[RI=Eri=Tri×CiSi]

式中：Eri表示第i種重金屬潛在生態危害系數；Tri表示第i種重金屬毒性系數；本文參照hakanson（1980）提出的重金屬毒性水平Hg、As、Cd、Cr、Pb分別為40、10、30、5、5（薄錄吉等，2021；于林松等，2022等）；Ci表示重金屬i濃度實測值；Si表示重金屬i濃度的參照值，參考《食用農產品產地環境質量評價標準》（HJ 332—2006）確定；RI表示潛在生態風險指數，是參評元素Eri的和。其中用Eri評價所得為依據重金屬i元素評價結果，用RI評價所得為依據所有參評重金屬綜合評價結果。見表5。

2 結果與分析

2.1 基礎土樣中重金屬的污染程度

試驗區測樣結果如表6所示，根據土壤檢測結果，試驗區土壤pH為4.9～7.8，土壤酸堿性差異明顯。鎘含量的平均值為0.97 mg/kg，標準差為1.34，超標4個，超標率為50%；有效鎘的平均值為0.506 mg/kg，標準差為0.892，超標1個，超標率為12.5%。

2.2 地累積污染指數法評價重金屬污染程度

如表7所示，土壤重金屬的地累積污染指數平均值在-10.787～1.958，其中汞元素全部為負值，砷、鉻、鎘、鉛元素有正值，說明此區域存在砷、鉻、鎘、鉛污染。從地累積分級結果可知汞和砷為無污染和輕污染級；鉻有3個輕度污染，1個為重度污染；鎘有12個輕度污染，67個中度污染，40個中-重度污染，13個重度污染，2個重-極重度污染；鉛有33個輕度污染，1個中度污染。所以該區域受重金屬鎘污染較重。

2.3 潛在生態污染指數法評價重金屬污染程度

通過對5種重金屬元素的潛在生態風險進行分析得出，汞元素的Eri（表示潛在生態風險指數）為451.0，砷元素的Eri為346.3，鉻元素的Eri為184.0，鎘元素的Eri為4511.0，鉛元素的Eri為206.8。各元素都存在不同程度的污染。從綜合潛在生態風險指數得出該區域屬于重度風險。見表8。

2.4 農產品中重金屬的含量

如表9所示，技術處理后土壤中的重金屬鉛元素含量在17.2～81.3 mg/kg，平均值為34.6 mg/kg，標準差為11.2，無超標；鎘含量在0.11～2.28 mg/kg，平均值為0.50 mg/kg，標準差為0.34，超標71個，超標率52.99%；有效鎘含量在0.01～0.98 mg/kg，平均值為0.18 mg/kg，標準差為0.17，超標19個，超標率14.18%；鉻含量在28.5～1011.2 mg/kg，平均值為76.4 mg/kg，標準差為82.7，超標1個，超標率0.75%；砷元素含量在2.15～15.67 mg/kg，平均值為7.09 mg/kg，標準差為3.26，無超標；汞元素含量在0.01～0.27 mg/kg，平均值為0.05 mg/kg，標準差為0.04。由此可以看出該地區耕地土壤主要受重金屬鎘的污染。

2.5 農產品中重金屬的含量

測得農產品中汞含量的最小值為0.003 mg/kg，最大值為0.008 mg/kg；砷含量的最小值為" " " 0.002 mg/kg，最大值為0.348 mg/kg；鉻含量的最小值為0.043 mg/kg，最大值為0.310 mg/kg；鉛含量的最小值為0.020 mg/kg，最大值為0.168 mg/kg，都未超過《食品安全國家標準 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）。鎘元素含量的最小值為" " "0.002 mg/kg，最大值為0.970 mg/kg，平均值為0.052 mg/kg，有6個超標，超標率為4.48%（表10）。這些結果表明該研究區域的農作物農產品受污染較小，僅有幾個點位農產品中重金屬含量超標，說明技術措施阻鎘效果明顯。

2.6 重金屬污染防治技術篩選

如圖1所示，7個重金屬污染防治技術篩選試驗區施用有機肥的處理農產品中鎘含量較對照下降了73.6%，土壤調理劑處理較對照下降了30%，土壤調理劑+葉面阻控劑處理較對照下降了63%，葉面阻控劑處理較對照下降了32.6%，有機肥+葉面阻控劑處理較對照下降了79%。其中，有機肥+葉面阻控劑、有機肥、土壤調理劑+葉面阻控劑處理后農產品中鎘含量較CK的差異顯著，其余2個處理較CK的差異不顯著。

3 討論

地累積指數法和潛在生態污染指數法是評估土壤重金屬污染的2種主要方法，它們從不同角度反映污染狀況（馬劍宇等，2016）。地累積指數法側重于比較土壤中重金屬含量與背景值的差異，而潛在生態污染指數法則考慮了重金屬的毒性和含量，提供綜合生態風險等級，結合這2種方法可以更全面地評估污染程度（陳江軍等，2018；費利東等，2023）。已有研究通過地累積指數法和潛在生態污染指數法初步對不同地區受重金屬污染的耕地土壤進行污染程度評價，結合多種不同評價方法客觀全面地反映出土壤污染情況（EMAM and" SOLIMAN，2022；趙慶令等，2015）。此外，通過一些成熟的土壤防治技術進行綜合治理，可形成一套適用于該地區的防治技術措施。

本研究用地累積指數法和潛在生態污染指數法對西昌市受重金屬污染的耕地土壤進行評價，用地累積指數法評價結果為西昌市耕地存在鎘元素污染，而用潛在生態污染指數法評價結果為鉻、鉛元素存在重度污染風險，鎘、砷、汞元素存在局部極重度風險，綜合潛在生態風險指數為重度風險。這說明可能該地區土壤母質本身鎘含量較高，而其他重金屬污染是人為因素的可能性較大，如附近工廠、企業排放三廢等對周邊土壤造成污染（麻冰涓等，2014；李強等，2022；劉同等，2022）。總體來看，該地區主要受重金屬鎘污染嚴重，但是分布范圍較小，僅有個別點位污染程度較高，且污染源大概率為土壤母質，應及時采取相應的治理、防護措施。

土壤中鎘和鉛含量較高，但是農產品樣中重金屬的鎘和鉛含量僅有個別超標，說明采取了有效的重金屬阻隔措施，也可能與農產品對重金屬的富集能力低有關系。周全（2017）、陳慧茹（2019）、羅錫坤（2020）認為粳稻對重金屬的富集能力和吸收速率較秈稻低，與此研究中出現的土壤中重金屬含量高而農產品中重金屬的含量低的結果一致。

通過有機肥、土壤調理劑、土壤調理劑+葉面阻控劑、葉面阻控劑、有機肥+葉面阻控劑等防治措施處理后，土壤中的有效鎘含量有所下降，其中有機肥、有機肥+葉面阻控劑、土壤調理劑+葉面阻控劑處理后農產品籽粒中重金屬含量顯著下降，效果突出。因此，可將此套技術方案作為西昌市重金屬污染防治的最佳防治措施。

4 結論

（1）地累積指數法評價結果表明西昌市區域耕地總體上受重金屬污染程度較低，但是存在個別點位鎘元素極重度污染風險。

（2）潛在生態污染指數法評價結果表明重金屬元素鉻元素和鉛元素存在個別點位重度污染風險，鎘、砷、汞元素極重度污染風險，綜合潛在生態風險指數結果為重度風險。

（3）農產品中重金屬含量較低，受污染較小，僅有零星點位的鎘元素超標。

（4）重金屬污染防治技術措施有機肥、有機肥+葉面阻控劑、土壤調理劑+葉面阻控劑效果顯著，可作為西昌市重金屬污染防治的最佳配套防治措施。

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（責任編輯 李菊馨）

DOI：10.20191/j.cnki.2095-0764.2024030033

基金項目：四川省科技計劃項目（2023YFS0485）。

第一作者：曾建（1987—），男，本科，高級工程師，主要從事土壤環境治理研究，E-mail：673602757@qq.com。

*通信作者：上官宇先（1987—），男，博士，副研究員，主要從事土壤環境治理研究，E-mail：396478825@qq.com。

收稿日期：2024-04-01