東莞市水鄉(xiāng)地區(qū)農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染特征及風險評價

摘要：

為了解東莞市水鄉(xiāng)地區(qū)農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染狀況及生態(tài)與暴露風險，選擇水鄉(xiāng)地區(qū)蔬菜基地和大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田為研究區(qū)，分別采集蔬菜基地研究點和大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田研究點的土壤和蔬菜樣品各32件進行研究。首先采用單因子污染指數(shù)（I_P）和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)（P_N）評價Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Zn和Ni 等八種重金屬的污染特征，并進行生態(tài)風險評價和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全評價，然后對重金屬污染成因進行探究。結(jié)果表明：蔬菜基地土壤除Ni外，其余七種重金屬質(zhì)量分數(shù)的平均值均低于該市土壤背景值；大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田土壤除Pb和Ni外，其余六種重金屬質(zhì)量分數(shù)的平均值均低于水鄉(xiāng)地區(qū)平均值，除Pb、Zn和Ni外，其余五種重金屬質(zhì)量分數(shù)的平均值均低于該市土壤背景值。單因子污染指數(shù)顯示，蔬菜基地和大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田土壤均存在重金屬累積現(xiàn)象，其中蔬菜基地存在6.67%的研究點中Cd質(zhì)量分數(shù)超過農(nóng)用土壤污染風險篩選值，大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田分別存在17.64%、23.53%、5.88%的研究點中Cd、Pb、Cu質(zhì)量分數(shù)超過農(nóng)用土壤污染風險篩選值，以上污染值均未超過污染風險管制值。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評價顯示，蔬菜基地和大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田土壤均存在不同程度的輕微污染，處于輕度污染等級的比例分別為40.00% 和64.70%。生態(tài)風險評價顯示：蔬菜基地中有6.67%的研究點中Hg的單因子潛在生態(tài)風險指數(shù)（I_e）達到中等潛在生態(tài)風險水平，6.67%的研究點中綜合潛在生態(tài)風險指數(shù)（I_r）處于中等潛在生態(tài)風險水平；大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田中有11.76%的Cd和17.64%的研究點中Hg的I_e達到中等潛在生態(tài)風險水平，有5.58%的研究點中I_r處于中等潛在生態(tài)風險水平。農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全評價顯示，蔬菜基地土壤和大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田農(nóng)產(chǎn)品中均存在Cd超標。蔬菜基地中重金屬超標的原因與化肥、農(nóng)藥的施加有關，大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田土壤除農(nóng)業(yè)源的污染外，還存在交通源帶來的重金屬污染。

關鍵詞：

農(nóng)業(yè)土壤；重金屬；污染特征；生態(tài)風險；污染指數(shù)；危害指數(shù)；水鄉(xiāng)地區(qū)；東莞市

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20230259

中圖分類號：X53

文獻標志碼：A

Pollution Characteristics and Risk Evaluation of Heavy Metal Pollution in Agricultural Soils in Water Town Area of Dongguan City

Tan Xiaohui¹， Huang Hao¹， Hu Rongguang¹， Deng Yiqiu¹， Zeng Jingwen²， Wang Xiujuan²

1. Dongguan Ecological Environment Monitoring Station in Guangdong Province， Dongguan 523000， Guangdong， China

2. South China Institute of Environmental Sciences， Ministry of Ecology and Environment of the People’s Ｒepublic of China， "Guangzhou 510655， China

Abstract：

To investigate the heavy metal pollution status and ecological and exposure risks in agricultural soils of the water town area in Dongguan City， vegetable bases and agricultural land of large traffic arteries both sides within the water town area were selected as study sites. A total of 32 soil and vegetable samples each were collected from vegetable bases and agricultural land of large traffic arteries both sides for analysis. Firstly， the pollution characteristics of eight heavy metals， including Cd， Hg， As， Pb， Cr， Cu， Zn， and Ni， were evaluated using the single-factor pollution index （I_P） and the Nemerow comprehensive pollution index （P_N）. And then， ecological risk assessment and agricultural product quality and safety assessment were conducted， and the causes of heavy metal pollution were finally investigated. The results showed that the mean values of the mass fractions of the remaining seven heavy metals in vegetable bases soils were lower than the city’s soil background values， except for Ni; The mean values of the mass fractions of the remaining six heavy metals in agricultural land of large traffic arteries both sides were lower than the "mean values in the water town area， except for Pb and Ni; And the mean values of the mass fractions of the remaining heavy metals， except for Pb， Zn， and Ni， were lower than the city’s soil background values. Based on the single-factor pollution index， heavy metal accumulation is observed in the soil of vegetable bases and agricultural land of large traffic arteries both sides. Within the vegetable bases， 6.67% of the sampling sites exhibit Cd mass fraction surpassing the risk screening values for agricultural soil. In agricultural land of large traffic arteries both sides， 17.64%， 23.53%， and 5.88% of the sampling sites display Cd， Pb， and Cu mass fraction exceeding the risk screening values for agricultural soil， all remaining below the regulatory thresholds for pollution risk. Evaluation of the Nemerow comprehensive pollution index showed that agricultural land of large traffic arteries both sides were slightly polluted to varying degrees， with 40.00% and 64.70% in the mildly polluted category， respectively. The ecological risk evaluation showed that the potential ecological hazard index （I_e） of Hg reached the medium ecological risk level in 6.67% of the study sites in the vegetable bases， and the ecological risk hazard index （I_r） was at the medium ecological risk level in 6.67% of the study sites. For agricultural land of large traffic arteries both sides， 11.76% of the study sites had Cd I_e"at medium ecological risk level， 17.64% of the study sites had Hg I_e"at medium ecological risk level， and 5.58% of the study sites had I_r"at medium ecological risk level. The evaluation of the quality and safety of agricultural products showed that there were Cd exceedances in the soil of vegetable bases and in agricultural products in agricultural land of large traffic arteries both sides. The reason for the excess of heavy metals in vegetable bases is related to the application of chemical fertilizers and pesticides and agricultural land of large traffic arteries both sides have heavy metal pollution from transportation sources and pollution inputs from agricultural sources.

Key words：

agricultural soils; heavy metals; pollution characteristics; ecological risk; pollution index; "hazard index; "water town area; Dongguan City

0"引言

隨著我國工業(yè)化和城市化進程的迅速推進，環(huán)境問題越發(fā)突出，其中土壤重金屬污染已成為不可忽視的環(huán)境問題之一，嚴重影響生態(tài)環(huán)境與人類健康^[1]。東莞市由于其地理優(yōu)勢，工業(yè)化和城市化迅速發(fā)展^[2]，但同時也產(chǎn)生了大量污染物，水鄉(xiāng)功能區(qū)（后文簡稱水鄉(xiāng)地區(qū)）即是該市發(fā)展的一個縮影。該市水鄉(xiāng)地區(qū)是指東江北干流和南支流流經(jīng)的區(qū)域，包括石龍鎮(zhèn)、萬江街道、中堂鎮(zhèn)、望牛墩鎮(zhèn)、麻涌鎮(zhèn)、石碣鎮(zhèn)、高埗鎮(zhèn)、洪梅鎮(zhèn)、道滘鎮(zhèn)和沙田鎮(zhèn)等地方。水鄉(xiāng)地區(qū)是著名的傳統(tǒng)嶺南水鄉(xiāng)，同時擁有農(nóng)田、河涌、村居等水鄉(xiāng)要素，至今仍保留著僅有且連片的原始農(nóng)田區(qū)域^[3]。然而，在工業(yè)化進程中，水鄉(xiāng)地區(qū)也引進了包括電鍍、漂染、造紙等大量依賴水源發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，且存在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)低端和布局不合理等情況，忽略了環(huán)境承載能力，最終導致了“三廢”的大量產(chǎn)生^[4]；而產(chǎn)生的污染物質(zhì)未得到有效處理便被直接排放，以及當?shù)鼐用駥⒗秃佑康啄嘧鳛檗r(nóng)用，致使含重金屬的污染物直接或間接地進入農(nóng)業(yè)土壤。農(nóng)業(yè)土壤中的重金屬積累，不僅對土壤的理化性質(zhì)產(chǎn)生直接影響，抑制了農(nóng)作物生長和降低微生物活性；還可能通過土壤-植物界面相互作用進入植物體內(nèi)，通過食物鏈逐級富集，構(gòu)成潛在的危害源^[5]。此外，與經(jīng)濟的高速增長相伴隨的是交通需求的迅速增加，汽車保有量的上升和高速公路的發(fā)展，這些也對道路兩側(cè)土壤環(huán)境造成了潛在的重金屬污染風險^[6]。與該市豐富的城市工業(yè)園區(qū)及其遺址等土壤重金屬污染與評價研究相比，目前有關水鄉(xiāng)地區(qū)農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染的研究仍相對較少，特別是將不同環(huán)境下農(nóng)作物和農(nóng)作物土壤的重金屬污染風險評價相結(jié)合的研究較為缺乏。

本文通過探究蔬菜基地研究點和大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田研究點的土壤和蔬菜樣品中能夠引起環(huán)境污染且對人類健康具有潛在危害的Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Zn和Ni這八種重金屬的質(zhì)量分數(shù)，污染狀況，生態(tài)風險以及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全評價風險，旨在為水鄉(xiāng)片區(qū)農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境質(zhì)量科學管理以及土壤污染修復提供科學依據(jù)，切實保障水鄉(xiāng)片區(qū)發(fā)展規(guī)劃順利實施。

1"材料與方法

1.1"研究區(qū)概況

東莞市地處珠江三角洲，該市總面積約為2 500 km²，東西約為70.45 km，南北約為46.80 km^[7]。氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L氣候，具有日照充足、溫差幅度小、季風明顯、降水充沛的特點^[8]。多年平均地表水資源量為20.52億m³，多年平均地下水資源5.63億m³。據(jù)估計，該市多年平均入境徑流為247.2億m³（約占77.5%）^[9]。水鄉(xiāng)地區(qū)位于該市西北部，屬東江流經(jīng)，其特點是降水充沛、河流密集、氣候溫暖，是富足的魚米之鄉(xiāng)^[10]。其所在區(qū)域是典型的珠江三角洲沖積平原，地勢平坦，河網(wǎng)密布，地下水資源豐富^[11]。該市土壤成土母質(zhì)種類繁多，類型復雜。東南部為低山丘陵地區(qū)，成土母質(zhì)主要為花崗巖、砂頁巖；中部為山區(qū)與水鄉(xiāng)的過渡地帶，成土母質(zhì)為三角洲近代沉積物和花崗巖、紅色砂頁巖；西北部為東江三角洲河網(wǎng)平原區(qū)，主要成土母質(zhì)為東江河流沉積物^[12]。土層結(jié)構(gòu)較為復雜，表層主要是黃色黏性土，其下的沉積層大致可分為四層，分別為淤泥、中細砂、淤泥質(zhì)砂、粗砂（或礫砂）^[13]。在農(nóng)業(yè)上，該市是農(nóng)資消費大市，據(jù)研究，該市的年化肥需求量在5萬t左右，農(nóng)藥需求量在1 000 t左右。此外，水鄉(xiāng)地區(qū)工業(yè)發(fā)展繁榮，是全市電子、造紙、印刷、建材等產(chǎn)業(yè)的聚集地區(qū)，但存在產(chǎn)業(yè)布局分散、技術(shù)水平較低、整體發(fā)展水平相對落后的問題，導致三廢排放量大^[14]。使用被重金屬污染的廢水進行農(nóng)業(yè)灌溉會直接給農(nóng)產(chǎn)品安全帶來隱患。此外，水鄉(xiāng)地區(qū)具有發(fā)達的交通體系，為華南地區(qū)軌道交通樞紐，具有廣深高速、廣深沿江高速、蓮花山過江通道等重要道路^[15]。交通條件的發(fā)達也給當?shù)赝寥郎鷳B(tài)安全帶來隱患。

1.2"樣品采集與實驗分析

在全國土壤污染調(diào)查中，蔬菜基地和大型交通干線兩側(cè)都屬于土壤污染風險評估所列重點地區(qū)。結(jié)合該市水鄉(xiāng)地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況，筆者選取了4家主要的蔬菜基地和2條典型大型交通干線（G107國道和廣深高速）旁50～150 m的農(nóng)田，分別采集蔬菜和土壤兩種類型樣品各32個。采樣數(shù)量統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。采樣點位如圖1所示。

參照《多目標區(qū)域地球化學調(diào)查規(guī)范（1∶250 000》（DZ/T 0258）^[16]進行采樣。土壤樣品：首先采用梅花五點采樣法，從不同地點各采集0～20 cm 深度的表層土壤約 1 kg，進行充分混勻，以確保樣品的代表性。然后采用四分法選取約1 kg 土壤樣品帶回實驗室。在實驗室內(nèi)進行樣品前處理，先除去根系、碎石等明顯的大顆粒物質(zhì)后，隨后將土壤樣品自然風干、研磨，過10目尼龍篩網(wǎng)，再根據(jù)測試需求選擇樣品過200目尼龍篩網(wǎng)。蔬菜樣品：采集綠葉蔬菜類樣品可食用部分——葉子帶回實驗室，先用超純水清洗3～5 次，然后自然風干、粉碎，再過200目篩網(wǎng)后待用。

土壤樣品理化性質(zhì)測定：首先分別取10 g樣品加入到100 mL的燒杯中；然后加入去離子水，以使土水質(zhì)量比為1∶2.5，對樣品進行攪拌，以確保樣品中的顆粒均勻分散；隨后，靜置樣品0.5～1.0 h。該過程應注意避免空氣中有揮發(fā)性酸或氨水。使用多參數(shù)儀（HQ30d，HACH，美國）測量pH值。

土壤樣品采用HNO₃-HF-HClO₄體系進行消解。蔬菜樣品采用H₂O₂ -HNO₃體系進行電熱板濕法消解。重金屬Cr、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb質(zhì)量分數(shù)使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS， Thermo X Series 2，美國）測定。As和Hg的質(zhì)量分數(shù)使用原子熒光光譜儀（BAF-2000，寶德，中國）測定。每個樣品一式三份，測試時每批樣品做兩個試劑空白溶液分析。標準曲線相關系數(shù)＞0.999，相對標準偏差＜10%。樣品加標回收率為 90.2%～110. 8%。

1.3"重金屬污染評價方法

1.3.1"單因子污染指數(shù)法

單因子污染指數(shù)法^[17]計算公式為

I_P=C_iS_i"。（1）

式中：I_P為污染物i的單因子污染指數(shù)；C_i為污染物i的質(zhì)量分數(shù)；S_i為污染物i的評價標準值。根據(jù)I_P值大小，還可確定該因子的污染程度，分級原則如表2所示。

1.3.2"內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法^[18]計算公式為

P_N="P_i，ave²+P_i，max²2 。（2）

式中： P_N為綜合污染指數(shù)；P_i，ave"為重金屬元素 i的單項污染指數(shù)的平均值；P_i，max"為重金屬元素 i的單項污染指數(shù)的最大值。分級原則如表3所示。

本次評價標準值采用水鄉(xiāng)地區(qū)土壤背景值。

1.4"重金屬生態(tài)風險評價

潛在生態(tài)指數(shù)法^[19]計算公式為

I_r=∑ni=1I_e=∑ni=1I_tw_iw_e"。（3）

式中：I_r為重金屬潛在生態(tài)風險指數(shù); I_e"為某種重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù); w_i"為土壤重金屬的實測質(zhì)量分數(shù)，mg /kg; w_e"為土壤質(zhì)量分數(shù)標準值，mg/kg; I_t"為單一污染物的毒性系數(shù)，分別為I_t（Zn）（1）lt;I_t（Cr）（2）lt;I_t（Cu）（5） = I_t（Ni）（5）=I_t（Pb）（5）lt;I_t（As）（10）lt;I_t（Cd）（30）lt;I_t（Hg）（40）。

I_e和I_r

分級原則如表4所示。

1.5"農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全評價

農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全評價^[20-21]計算公式為

I_e，i=w_i，jL_i，j。（4）

式中：I_e，i為污染物i的污染指數(shù)；w_i，j為不同研究點j中污染物i的實測質(zhì)量分數(shù)（mg/kg）；L_i，j為不同研究點j中污染物i的安全性評價標準值（mg/kg）。

根據(jù)I_e，i值的大小，質(zhì)量安全評價分級參照表5。

1.6"數(shù)據(jù)處理與制圖

采用 SPSS 27.0 和 Microsoft Excel 2019 進行土壤重金屬質(zhì)量分數(shù)的描述性統(tǒng)計及其污染風險的計算和分析，運用 Origin 2021 和 ArcGIS 10.7進行圖形的繪制與編輯。

2"結(jié)果與分析

2.1"東莞市水鄉(xiāng)地區(qū)土壤重金屬統(tǒng)計特征

東莞市水鄉(xiāng)地區(qū)蔬菜基地土壤和大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田土壤重金屬測定結(jié)果如表6所示，蔬菜基地土壤重金屬Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni的平均質(zhì)量分數(shù)分別為0.20、0.15、11.31、48.47、36.84、17.90、69.59、19.96 mg/kg。以上8種

無機元素的質(zhì)量分數(shù)平均值全部低于水鄉(xiāng)地區(qū)普查點位的平均值。和該市土壤元素背景值^[23]相比，除 Ni 質(zhì)量分數(shù)的平均值略高于該市背景值之外，其余重金屬質(zhì)量分數(shù)的平均值均低于該市的背景值。根據(jù)變異系數(shù)的大小，可將重金屬變異性分為輕度變異（0～15%）、中等變異（15%～35%）和高度變異（＞35%）。由表6可知，蔬菜基地土壤中各重金屬的變異系數(shù)值由大到小依次為CV（Hg）＞CV（Cr）＞

CV（Cd）=CV（Cu）＞CV（As）=CV（Ni）＞CV（Zn）＞CV（Pb）。其中 As、Ni、Zn和Pb 屬中等變異，表明它們的質(zhì)量分數(shù)空間分布相對均勻，而其余 Cd、Hg、Cr和Cu的變異系數(shù)值范圍為39%～78%，表現(xiàn)為高度變異特征，表明這些重金屬空間分布不均勻且受人類活動影響較大。

在水鄉(xiāng)地區(qū)大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田土壤樣品中，Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni的平均質(zhì)量分數(shù)分別為0.19、0.14、11.58、68.72、47.88、22.51、82.98、28.99 mg/kg。以上8種無機元素的平均值除Pb和Ni外，其余元素都低于水鄉(xiāng)地區(qū)普查點位的平均值。和該市土壤元素背景值相比，其Pb、Zn和Ni質(zhì)量分數(shù)的平均值高于該市背景值。大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田土壤中各重金屬的變異系數(shù)值由大到小依次為Cd、Hg、Cu、Cr、As、Ni、Pb、Zn。其中Cd、Hg、As、Cr、Cu和Ni的變異系數(shù)值高于36%，為高度變異元素，特別是Cd的變異系數(shù)值高達92%，說明空間分布差異大，受人類活動影響大。Pb、Zn的變異系數(shù)值在15%～35%之間，屬于中等變異元素，說明它們空間分布變異相對不顯著，受外界影響相對更小。

2.2"蔬菜基地和大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田土壤污染評價

2.2.1"單因子污染指數(shù)評價

蔬菜基地土壤重金屬單因子污染指數(shù)評價結(jié)果如圖2a所示。由圖2a可知： Cd、As、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni處于輕微污染狀態(tài)的研究點比例分別為6.67%、6.67%、13.33%、33.3%、6.67%、6.67%、20.0%，其余的研究點均為無污染狀態(tài)；Hg處于輕度、輕微和無污染狀態(tài)的研究點比例分別為13.33%、6.67%和80.00%。總體而言，相對于水鄉(xiāng)地區(qū)背景值而言，蔬菜基地土壤各元素都存在累積現(xiàn)象。進一步地，存在6.67%的研究點中Cd質(zhì)量分數(shù)超過農(nóng)用土壤污染風險篩選值，但均未超過農(nóng)用土壤污染風險管制值。

大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田土壤單因子污染指數(shù)評價結(jié)果如圖2b所示。由圖2b可知：Cd處于輕度、輕微和無污染狀態(tài)的研究點比例分別為5.88%、11.76%和82.36%；As處于無污染狀態(tài)；Pb處于輕度、輕微和無污染狀態(tài)的研究點比例分別為5.88%、47.06%和47.06%；Cr處于輕度、輕微和無污染狀態(tài)的研究點比例分別為5.88%、35.29%和58.83%；Cu處于輕度、輕微和無污染狀態(tài)的研究點比例分別為5.88%、11.76%和82.36%；Ni處于輕度、輕微和無污染狀態(tài)的研究點比例分別為5.88%、52.94%和41.18%；Hg、Zn處于輕微污染狀態(tài)的研究點比例分別為17.64%、11.76%，其余的研究點均為無污染狀態(tài)。總體而言，相對于水鄉(xiāng)地區(qū)背景值而言，大型交通干線兩側(cè)土壤各元素都存在超標情況。進一步地，分別存在17.64%、23.53%、5.88%的研究點中Cd、Pb、Cu質(zhì)量分數(shù)超過農(nóng)用土壤污染風險篩選值，但均未超過農(nóng)用土壤污染風險管制值。

2.2.2"內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評價

水鄉(xiāng)地區(qū)蔬菜基地土壤 P_N評價結(jié)果如表7所示。由表7可知：P_N值在 0.49～1.81 之間，平均值為 0.90，為尚未污染等級。其中：33.33% 的采樣點處于清潔等級，26.67% 的采樣點處于尚未污染等級，40.00% 的采樣點處于輕度污染等級。

大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田土壤 P_N評價結(jié)果顯示， P_N值在 0.50～1.89 之間，平均值為 1.15，為輕度污染等級。其中：5.88% 的采樣點處于清潔等級；29.42%的采樣點處于尚未污染等級；64.70%的采樣點處于輕度污染等級。表明大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田土壤重金屬存在一定程度的污染，且污染程度大于蔬菜基地土壤。

2.2.3"土壤重金屬元素之間的相關性

對樣本數(shù)據(jù)中的八種重金屬質(zhì)量分數(shù)進行Pearson相關分析得到相關性系數(shù)矩陣。蔬菜基地土壤分析結(jié)果如圖3a所示，除 w（Hg）與w（Cd）、w（As）、w（Cu）、w（Zn）、w（Ni）之間的相關性不顯著以外，w（Hg）與w（Pb）、w（Cr）呈現(xiàn)顯著相關關系（plt;0.05），其他重金屬元素質(zhì)量分數(shù)之間均呈現(xiàn)極顯著關系（plt;0.01）。其中Cd與Zn和Ni兩種元素質(zhì)量分數(shù)的相關系數(shù)＞0.8，Ni與Cd、As、Pb、Cr、Cu、Zn六種重金屬元素質(zhì)量分數(shù)之間的相關性系數(shù)＞0.8，表明這些元素之間存在極強的相關性，可能存在相同的污染來源和相似的污染聚集分布^[24]。

大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田土壤分析結(jié)果如圖3b所示，w（Hg）與w（Cu）、w（Zn）之間呈現(xiàn)顯著相關關系（p lt;0.05），w（Pb）分別與w（Cr）和w（Ni）之間、w（Cr）和w（Ni）之間、w（Cu）和w（Zn）之間相關系數(shù)＞0.8（plt;0.01），說明其存在極強的相關性；表明這些重金屬元素間可能存在相同的污染來源和相似的污染聚集分布。研究區(qū)土壤中元素的差異，也和成土母質(zhì)類型有關，可能受到成土元素自身地球化學性質(zhì)的影響^[24]。

2.3"生態(tài)風險評價

蔬菜基地土壤和大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田土壤單因子潛在生態(tài)風險指數(shù)（I_e）和綜合潛在生態(tài)風險指數(shù)（I_r）見表8，潛在生態(tài)風險分級占比見圖4。

由表8可知，蔬菜基地8種重金屬潛在生態(tài)風險水平為I_e（Hg）＞I_e（Cd）＞I_e（Cu）＞I_e（As）＞I_e（Pb）＞I_e （Ni）＞I_e（Cr）＞I_e（Zn）。結(jié)合圖4a可以看出，有6.67%的土壤中Hg達到中等潛在生態(tài)風險水平，其余處于輕度潛在生態(tài)風險水平。與污染指數(shù)評價結(jié)果相比，生態(tài)風險評價考慮了重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)，其中Cd、 Hg的單因子潛在生態(tài)風險指數(shù)遠超其他重金屬，這也導致了兩類評價結(jié)果的差異。實際應用中，兩類評價方法相結(jié)合有助于客

觀科學地對重金屬危害做出評價。蔬菜基地8種重金屬I_r的范圍為35.58～160.77（表8）。結(jié)合圖4a可知，6.67%的土壤樣點處于中等潛在生態(tài)風險水平，其余處于輕度潛在生態(tài)風險水平。

大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田土壤8種重金屬潛在生態(tài)風險水平為I_e （Cd） gt;I_e （Hg） gt;I_e （As） gt;I_e（Pb） gt; I_e （Ni） gt;I_e （Cu） gt;I_e （Cr） gt;I_e （Zn）。結(jié)合圖4b可以看出，11.76%的Cd 和17.64%的Hg達到中等潛在生態(tài)風險水平，其余處于輕度潛在生態(tài)風險水平。I_r的范圍為26.98～161.71（表8）。結(jié)合圖4b可知，5.88%的土壤達到中等潛在生態(tài)風險水平，其余處于輕度潛在生態(tài)風險水平。

2.4"農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全評價

農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全評價結(jié)果如表9所示。結(jié)果表明，蔬菜基地農(nóng)產(chǎn)品中Hg、As、Pb、Cr四種重金屬質(zhì)量分數(shù)未超標，Cd存在超標，其中輕度超標點位1個，重度超標點位1個。

大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田農(nóng)產(chǎn)品中Hg、As、Pb、Cr四種重金屬質(zhì)量分數(shù)未超標，Cd存在重度超標點1個。

3"討論

3.1nbsp;東莞市水鄉(xiāng)地區(qū)土壤重金屬空間分布特征

從重金屬質(zhì)量分數(shù)水平來看，蔬菜基地土壤重金屬除Cd、Hg質(zhì)量分數(shù)的平均值略高于大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田土壤之外，其余元素質(zhì)量分數(shù)的平均值均低于大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田土壤重金屬的平均值（表6）。同時，研究區(qū)蔬菜基地的平均值全部低于水鄉(xiāng)地區(qū)研究點的平均值，只有Ni質(zhì)量分數(shù)的平均值略高于該市背景值。大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田土壤Pb和Ni質(zhì)量分數(shù)高于水鄉(xiāng)地區(qū)土壤背景值，其Pb、Zn和Ni質(zhì)量分數(shù)的平均值高于該市背景值（表6）。

水鄉(xiāng)地區(qū)和該市土壤背景值整體高，元素質(zhì)量分數(shù)在客觀上受地質(zhì)因素的影響。研究表明，東莞市土壤中的Cu、Zn、Ni和Cr等元素主要來自成土母質(zhì)，在空間上的分布受成土母質(zhì)和地形的影響^[25-26]，As 大部分也可能來自土壤母質(zhì)^[27]。此外，由人類活動引起的土壤重金屬污染更不容忽視。該市在過去幾十年中經(jīng)歷了快速的城市化和工業(yè)化。包括電子電器廠、電鍍和化工等一大批外資企業(yè)進入該市，促進了當?shù)亟?jīng)濟的快速發(fā)展^[28]。然而，工業(yè)排水、廢物和含有重金屬的廢氣被排放到環(huán)境中，這導致城市土壤中重金屬質(zhì)量分數(shù)在很長一段時間內(nèi)升高。2012年，該市耕地面積減少至24 800公頃，比2004年減少19.5%。同時，該市城市化地區(qū)土壤中Cd、Cu、Ni和Zn質(zhì)量分數(shù)分別上升了28.6%、33.0%、16.2%和55.9%^[29]。據(jù)廣東省土壤研究所專項調(diào)研，2011 年該市工業(yè)重金屬污泥排放量約為 1. 75 萬t。“三廢”的大量排放甚至未經(jīng)有效處理的直接排放，導致大量重金屬進入土壤中，給土壤環(huán)境造成了嚴重的污染，工業(yè)園區(qū)周圍的土壤大面積受到重金屬污染^[23]。此次，水鄉(xiāng)地區(qū)的土壤超標點位有相當部分來自工業(yè)園、電鍍、印染專業(yè)、紙業(yè)等園區(qū)和企業(yè)的周邊。因此，工業(yè)排放可能是導致水鄉(xiāng)地區(qū)研究點土壤中重金屬含量積累的重要因素。

3.2"東莞市水鄉(xiāng)地區(qū)土壤重金屬污染成因

研究區(qū)蔬菜基地土壤重金屬生態(tài)風險評價和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全評價結(jié)果表明，Cd、Pb、Cu、Ni、As和Zn為研究區(qū)需關注的污染元素。重金屬相關性分析表明，這些元素間具有相同或相似的來源，一般情況下，土壤中重金屬來自巖石風化成土過程中的自然源和人類活動引起的人為源^[30]。在水鄉(xiāng)地區(qū)，除了地質(zhì)元素演化和工業(yè)污染帶來的背景值增高，人為施加化肥、農(nóng)藥和除草劑也是造成土壤污染的原因之一^[31]。

東莞市是農(nóng)資消費大市，根據(jù)《中國統(tǒng)計年鑒》（2011—2021）^[32]和《廣東省農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》相關內(nèi)容^[33]，2011年該市的年化肥施用量在5.3萬t左右，農(nóng)藥需求量在1 000 t左右，而水鄉(xiāng)地區(qū)年化肥施用量24 610 t，農(nóng)藥施用量347 t（表10），化肥施用量和農(nóng)藥施用量分別可達100 kg/畝和1.8 kg/畝，其中化肥施用量超過該市平均水平，而且大大超過發(fā)達國家警戒線（15 kg/畝）。2021年該市使用化肥、農(nóng)藥整體數(shù)量下降，但水鄉(xiāng)地區(qū)仍在其中占據(jù)主要地位^[34]。研究表明，農(nóng)作物對于農(nóng)資產(chǎn)品的利用率不高，僅有40%左右的化肥被農(nóng)作物利用，70%左右的農(nóng)藥通過大氣沉降或者降雨沖刷進入水體、土壤及農(nóng)產(chǎn)品中，造成化肥、農(nóng)藥殘留污染。一方面，這些進入自然環(huán)境的農(nóng)資產(chǎn)品中含有大量的重金屬污染。例如殺蟲劑和殺菌劑等農(nóng)藥中往往含有 As、Cd、Cu 等成分；在農(nóng)用薄膜的制造過程中，會添加含有Cd 的熱穩(wěn)定劑^[35]。另一方面，化肥也是重要的重金屬污染來源。磷肥、氮肥和復合肥等化肥中含有較高含量的重金屬，如Cd、Pb、Zn、Cr等^[36-37]。其中過磷酸鈣和鈣鎂磷肥這兩類中國主要的磷肥產(chǎn)品中Cd質(zhì)量分數(shù)為0.1～2.9 mg/kg^[38]。據(jù)本次調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計，研究點中蔬菜基地年平均施用復合肥達426.5 kg/畝，農(nóng)藥為3.85 kg/畝，分別是水鄉(xiāng)地區(qū)平均值的4.26倍和2.14倍。隨著當?shù)剞r(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，大量農(nóng)田，包括大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田也是由水稻種植改為蔬菜種植，種植蔬菜時間短，短期內(nèi)化肥、農(nóng)藥使用總量少于蔬菜基地。這些因素可解釋研究區(qū)部分點位重金屬質(zhì)量分數(shù)超過水鄉(xiāng)地區(qū)土壤背景值的現(xiàn)象，尤其是Cd質(zhì)量分數(shù)超出農(nóng)用土壤污染風險篩選值，也解釋了蔬菜基地Cd質(zhì)量分數(shù)平均值超過大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田土壤的現(xiàn)象。這表明，化肥和農(nóng)藥中含有的重金屬可能是造成農(nóng)業(yè)土壤污染的一個重要來源。

此外，污水灌溉也是農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染物輸入的重要途徑^[39]。農(nóng)田灌溉水主要來自河流、水庫、河涌等，該市水體污染嚴重，農(nóng)田灌溉水質(zhì)普遍超標^[40-"41]。全市大部分水道、部分過境河流、城市內(nèi)河涌的水質(zhì)存在不同程度的污染，超標污染物中就含有Cd等重金屬^[42]。

大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田土壤主要存在Cd、Pb、Cu污染，超出農(nóng)用土壤污染風險篩選值。除農(nóng)業(yè)源的污染輸入外，本研究選取的采樣點位于兩條交通干線50～150 m范圍，這個范圍下交通干線周圍土壤還存在著交通源污染^[43]。土壤在高速公路半徑1.6 km內(nèi)的土壤Pb含量升高^[44]。研究表明，大型交通干線的運營對周邊土壤環(huán)境的重金屬污染主要以Pb為主，其次是Cu、Cd、Ni等^[45]，其中Pb污染主要源自汽油中的Pb^[46]，而由輪胎摩擦產(chǎn)生的粉塵則會引起Zn、Cd、Ni污染^[47-49]。需要進一步采取措施來降低此類污染，例如降低汽油含鉛量，改進汽車內(nèi)燃機，推廣綠色能源，改良輪胎制品等。

4"結(jié)論

1）研究區(qū)農(nóng)業(yè)土壤重金屬質(zhì)量分數(shù)存在差異，蔬菜基地土壤重金屬的平均值全部低于水鄉(xiāng)地區(qū)普查點位的平均值，只有Ni 質(zhì)量分數(shù)的平均值略高于該市背景值。大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田土壤重金屬Pb和Ni質(zhì)量分數(shù)的平均值高于水鄉(xiāng)地區(qū)平均值，Pb、Zn和 Ni 質(zhì)量分數(shù)的平均值高于該市背景值。

2）單因子污染指數(shù)顯示，蔬菜基地和大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田土壤均存在重金屬累積現(xiàn)象。蔬菜基地存在6.67%的研究點中Cd質(zhì)量分數(shù)超過農(nóng)用土壤污染風險篩選值。大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田分別存在17.64%、23.53%、5.88%的研究點中Cd、Pb、Cu質(zhì)量分數(shù)超過農(nóng)用土壤污染風險篩選值，以上污染值均未超過污染風險管制值。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評價顯示，蔬菜基地和大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田土壤均存在不同程度的輕微污染，且后者的比例大于前者。

3）生態(tài)風險評價顯示：蔬菜基地中有6.67%的研究點中Hg的I_e達到中等潛在生態(tài)風險水平，6.67%的研究點中I_r處于中等潛在生態(tài)風險水平；大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田中有11.76%的研究點中Cd的I_e達到中等潛在生態(tài)風險水平，17.64%的研究點中Hg的I_e達到中等潛在生態(tài)風險水平，5.58%的研究點中I_r處于中等潛在生態(tài)風險水平。

4）農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全評價顯示，蔬菜基地土壤和大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田農(nóng)產(chǎn)品中均存在Cd超標。

5）蔬菜基地中重金屬超標的原因與化肥、農(nóng)藥的施加有關。大型交通干線兩側(cè)農(nóng)田土壤除農(nóng)業(yè)源的污染輸入外，還存在交通源帶來的重金屬污染。

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