蒼溪縣白鶴鄉(xiāng)土壤重金屬環(huán)境質量評價

繆白玉，彭培好，文輝，陳文德

(1.成都理工大學旅游與城鄉(xiāng)規(guī)劃學院，四川 成都 610059;2.四川省地質調查院，四川 成都 610081)

土壤中的重金屬是一種具有潛在危害的污染物。由于人類活動把重金屬引入到土壤中，導致土壤重金屬含量明顯高于土壤原有含量，造成生態(tài)惡化的現(xiàn)象為土壤重金屬污染。植物在生長發(fā)育過程中并不需要具有毒性的重金屬元素，主要指As、Cd、Cr、Hg、Pb和Zn等重金屬元素。但是植物生長時會吸收重金屬元素［1］，人們通過食用這些植物而產生危害。

四川省廣元市蒼溪縣是紅心獼猴桃的發(fā)源地。本文是以四川省“金土地工程”——蒼溪縣白鶴鄉(xiāng)農業(yè)生態(tài)地球化學調查為基礎，對該區(qū)進行土壤重金屬環(huán)境評價，有助于摸清當?shù)赝寥乐亟饘俚沫h(huán)境質量，有利于當?shù)亟洕l(fā)展的產業(yè)結構調整，以期為當?shù)亟洕l(fā)展提供科學、合理的決策支持和依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣元市蒼溪縣白鶴鄉(xiāng)，北緯31°51'～32°55'，東經 105°57'～ 106°02'，面積為 14.88 km2，是紅心獼猴桃的發(fā)源地。區(qū)內地層為典型的陸相碎屑巖沉積，即所謂的“紅層”，出露白堊系下統(tǒng)劍門關組地層，第四系地層在區(qū)內也有零星出露。土壤類型以紫色土和水稻土為主，pH值多呈中性。

本區(qū)為丘陵地區(qū)，區(qū)內最低海拔512 m，最高海拔798 m，平均高差80 m。區(qū)內熱量豐富，雨水充沛，無霜期長，氣候溫和，四季分明，年平均氣溫16.9℃，年平均降雨量在1100 mm左右。農作物主要有水稻、小麥、玉米、紅苕、油菜、豆類等。

2 研究方法

2.1 樣品采集與處理

2010年9月對研究區(qū)土壤地球化學背景開展調查，按平均16件·km－2的密度，采集表層土壤(耕作層)樣品217件。采樣位置在農業(yè)區(qū)，通常在農用大田、菜地、林帶地、岸坡。采樣介質為地表0～20 cm土柱，在采樣點周圍50 m半徑范圍內布設3個～5個輔助點(放射狀，各點的土壤類型和用地類型基本一致)的土柱，組合為1件樣品。

2.2 分析測試項目及方法

土壤樣品分析由成都礦產資源監(jiān)督檢測中心承擔，測試中心根據(jù)儀器設備情況建立以XRF、ICPMS為主，以ES、AFS、VOL等方法為輔的多元素測定的配套方案。分析測試了 As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn8個重金屬元素和pH值共9個指標(表1)。

表1 全量元素分析方法表*(單位:mg·kg－1)

2.3 評價方法及標準

2.3.1 單因子指數(shù)法

單因子污染指數(shù)評價法是對土壤中某一污染物的污染程度進行評價。評價依據(jù)為該污染物的單項污染指數(shù)。單因子評價公式為:Pi=Ci/Si。式中:Pi為污染物i的單項污染指數(shù);Ci為污染物i的實測值;Si為污染物i的單項評價標準值。

評價標準參考《土壤環(huán)境質量標準》(GB15618－1995)、《綠色食品產地環(huán)境技術條件》(NYT391－2000)和《無公害食品大田作物產地環(huán)境條件》(NY5332－2006)，進行指標的評價分級(表3)，其標準為:Pi≤1為非污染，相應地區(qū)為一級;1＜Pi≤2為輕污染，相應地區(qū)為二級;2＜Pi≤3為中度污染，相應地區(qū)為三級;Pi＞3為重污染，相應地區(qū)為超三級。

2.3.2 綜合污染指數(shù)法

綜合污染指數(shù)能全面反映各種污染對土壤的影響，更好的反映土壤污染狀況，通過綜合污染指數(shù)評價法對土壤質量進行評定等級更客觀。其公式為:

式中，P綜—綜合污染指數(shù);(Ci/Si)max—單項污染指數(shù)最大值;(Ci/Si)ave—單項污染指數(shù)平均值。其污染分級劃分標準見表2。

表2 土壤污染指數(shù)分級標準

表3 土壤環(huán)境質量單指標評價分級標準*(單位:μg·g－1)

3 結果與分析

3.1 土壤重金屬含量特征

研究區(qū)土壤中重金屬元素 As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn的平均值與中國土壤背景值對比，其富集系數(shù)分別為85.54%、226.8%、131.92%、111.46%、61.54%、123.94%、95.73%和105.69%。由圖1看出，Cd的含量遠大于中國土壤背景值，是中國土壤背景值的2.26倍。其他高于中國土壤背景值依次為Cr、Cu、Ni和Zn元素。而低于中國土壤背景值的是重金屬元素有3種，即As、Hg和Pb。

圖1 研究區(qū)土壤重金屬平均值與中國土壤背景值比較

表4 研究區(qū)表層土壤重金屬元素全量含量特征統(tǒng)計表(μg·g－1)

研究區(qū)表層土壤重金屬元素全量含量特征統(tǒng)計結果表明(表4):大部分重金屬含量的變異系數(shù)較均一，且在0.3以內。但Cd和Hg的變異系數(shù)較大，說明這兩個元素在土壤中的含量存在一定的不均勻性。

3.2 重金屬評價

根據(jù)研究區(qū)的土壤樣本測定結果，并運用EXCEL軟件對研究區(qū)的8種重金屬進行了單因子污染指數(shù)法評價，由于研究區(qū)pH值在6.5～7.5之間，因此選用一級標準的中間指標(表3)，分析該區(qū)重金屬元素的單項污染指數(shù)(表5)表明:土壤中重金屬的單項污染指數(shù)大小順序Cd＞Ni＞Zn＞Cr＞Pb＞As＞Cu＞Hg，但Cd含量在土壤樣品中污染指數(shù)Pi僅在1.0～2.0之間，屬輕度污染，而其余各種重金屬元素值均小于Cd，且均為輕污染。研究區(qū)污染綜合指數(shù)最高的村是白蔭村，其污染指數(shù)是1.17。該區(qū)土壤中Ni和Zn污染指數(shù)都在0.7～1.0之間，均處于警戒級;該區(qū)其余重金屬元素污染指數(shù)均小于0.7，處于安全級。

對綜合污染指數(shù)分析可得，該區(qū)綜合污染指數(shù)均在P綜在0.7～1.0之間，說明該地區(qū)處于警戒級，但綜合指數(shù)均較為靠近1.0，因此該區(qū)接近于輕度污染等級。而綜合污染指數(shù)偏高的主要原因是土壤中Cd含量超過一級標準，但符合二級標準。

對土壤中主要重金屬污染元素Cd的污染成因分析，可能存在以下兩種原因:一是土壤中Cd含量部分繼承了其成土母質中的Cd。二是起因于后期人為活動影響，尤其是農業(yè)生產過程中施肥不合理，如高濃度的磷復肥等化肥的施加，造成了在土壤中的Cd的殘留。研究發(fā)現(xiàn)磷肥是以磷礦為原料，而磷礦中含有鎘、鉻、砷、氟等，原磷礦中所含的Cd大部分或全部會殘留在磷肥中［3］。然而Cd進入土壤后運動小、流失少且不易分解，在土壤中會不斷累積。

表5 蒼溪縣白鶴鄉(xiāng)六村土壤重金屬污染指數(shù)

4 結論與討論

(1)將研究區(qū)表層土壤重金屬元素全量含量與中國背景值比較，研究區(qū)Cd的含量遠大于中國土壤背景值，而As、Hg和Pb低于中國土壤背景值。

(2)通過對廣元市蒼溪縣白鶴鄉(xiāng)土壤重金屬元素 As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 的單項指標評價。大部分重金屬含量的變異系數(shù)較均一，但Cd和Hg的變異系數(shù)較大，這兩個元素在土壤中的含量存在一定的不均勻性。

(3)研究區(qū)重金屬元素Cd元素是主要污染因子，其含量超過一級標準但符合二級標準;而重金屬元素Zn和Ni含量處于警戒級;其余重金屬元素處于安全級。從綜合污染指數(shù)分析，該區(qū)處于警戒線，尚屬清潔。

(4)綜上說明，研究區(qū)滿足土壤質量二級標準，符合國家對種植農作物產品的基本要求，適合種植無公害農產品及其他經濟作物。

(5)對土壤中主要重金屬污染元素Cd的污染成因分析?？赡艽嬖谝韵聝煞N原因:一是土壤中Cd得含量部分繼承了其成土母質中的Cd。二是起因于后期人為活動影響，尤其是農業(yè)生產過程中施肥不合理。因此，在今后的農業(yè)生產過程中，應加強對化肥施用的科學管理。

［1］尹偉，盧瑛，甘海華，等.佛山市某工業(yè)區(qū)周邊蔬菜地土壤重金屬含量與評價［J］.農業(yè)環(huán)境科學學報，2009，28(3):508～512.

［2］中國環(huán)境監(jiān)測總站.中國元素土壤背景值［M］.北京:中國環(huán)境科學出版社，1990:1～88.

［3］魯如坤.我國磷礦磷肥中鎘的含量及其對生態(tài)環(huán)境影響評價［J］.土壤學報，1992，29(2):150 ～157.

［4］文輝，王瑞，周雪梅，等.四川省廣元市蒼溪縣白鶴鄉(xiāng)農業(yè)地質調查報告［R］.成都:四川省地質調查院，2011.

［5］中國環(huán)境監(jiān)測總站.中國元素土壤背景值［M］.北京:中國環(huán)境科學出版社，1990:1～88.

［6］成杭新，莊廣民，趙傳冬.北京市土壤Hg污染的區(qū)域生態(tài)地球化學評價［J］.地學前緣(中國地質大學(北京);北京大學)，2008，15(5):126 ～ 145.

［7］叢艷國，魏立華.土壤環(huán)境重金屬污染物來源的現(xiàn)狀分析［J］.現(xiàn)代化農業(yè)，2002，(1):18～20.