天津市郊區(qū) 工礦企業(yè)區(qū)農(nóng)田環(huán)境質(zhì)量狀況分析

王苗苗，徐 震，馮 偉，韓建華

（天津市農(nóng)業(yè)環(huán)境保護管理監(jiān)測站，天津 300061）

土壤是人類生存環(huán)境不可缺少的組成部分，是人類賴以生存的自然資源。土壤質(zhì)量的高低，是土壤生產(chǎn)力的重要指標，直接關系著環(huán)境和發(fā)展的可持續(xù)性。按照《全國農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地安全質(zhì)量調(diào)查工作方案》要求，對天津市農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地進行區(qū)域劃分。天津市城市郊區(qū)包括北辰、西青、津南、東麗4個區(qū)；工礦企業(yè)區(qū)包括塘沽、漢沽、大港3個區(qū)；污水灌區(qū)產(chǎn)地主要分布在武清、寶坻和寧河部分區(qū)域。本文以天津市城市郊區(qū)及工礦企業(yè)區(qū)為例，對農(nóng)田土壤中重金屬含量作了調(diào)查分析，主要評價分析該區(qū)域農(nóng)田土壤中Pb、Cd、Hg、As等4種重金屬的單項污染和綜合污染狀況，為農(nóng)產(chǎn)品種植適宜性調(diào)整提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與樣品處理

土壤樣品采集時間為2010～2011年，采集范圍為天津城市郊區(qū)及工礦企業(yè)區(qū)，包括東麗、西青、津南、北辰、塘沽、漢沽、大港計7個區(qū)，共布設監(jiān)測點493個。其中城市郊區(qū)284個，工礦企業(yè)區(qū)209個。

土壤樣品采用多點混和梅花點法，采集深度為0～20 cm的耕作層土壤。將自然風干過的土壤樣品按四分法棄取，剔除樣品中的植物根系、有機殘渣等，用木質(zhì)工具及瑪瑙研缽研磨，分別過60目、100目的尼龍篩，保存?zhèn)溆谩嶒炈萌萜骶?5%（體積分數(shù)）的HNO3浸泡24 h以上。

1.2 樣品消解及分析方法

1.2.1 樣品消解方法

測定Pb、Cd含量時用HNO3-HClO4-HF消化制樣；測定Hg、As含量時用HNO3-HCl消化制樣。所用試劑均為優(yōu)級純，加入國家標準土壤參比物質(zhì)，進行數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和質(zhì)量保證。

1.2.2 樣品分析方法

pH值采用玻璃電極法測定；Hg、As采用原子熒光法測定，Pb、Cd采用原子吸收分光光度法測定。

1.3 評價方法與評價標準

1.3.1 單項污染指數(shù)法

單項污染指數(shù)法的計算公式為：

式中：Pi為區(qū)域重金屬i的單項污染指數(shù)；Ci為重金屬i含量的實測值 (mg/kg)；Si為重金屬i含量的評價標準值(mg/kg)。當Pi≤1時，表示土壤未受污染；Pi＞1時，則表示土壤受到污染，且Pi值越大則污染越嚴重。研究采用《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GBl5618—1995)中的二級標準作為該次評價的評價標準（表1）。

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)法的計算公式為：

式中：P綜為綜合污染指數(shù)（綜合反映各污染物對區(qū)域土壤的不同作用）；（P平均為所有單項污染指數(shù)的平均值）；Pmax為土壤環(huán)境中各單項污染指數(shù)中的最大值。

1.3.3 土壤污染分級標準

土壤污染分級標準見表2。

2 結果分析與討論

2.1 農(nóng)田土壤中重金屬描述性統(tǒng)計

4種土壤樣品重金屬元素含量的描述性統(tǒng)計見表3。與土壤重金屬評價標準（表1）對比可見，天津市城市郊區(qū)及工礦企業(yè)區(qū)Pb、Cd、Hg、As的平均值均沒有超過國家二級標準PH＞7.5中的土壤環(huán)境質(zhì)量限定值。工礦企業(yè)區(qū)只有7個點位Cd元素超標，超標率為3.3%。城市郊區(qū)Cd、Hg、As的超標個數(shù)分別為 7 個、8 個、3 個，超標率為2.5%、2.8%和1.1%。城市郊區(qū)Hg、Cd、Pb元素的變異系數(shù)均大于60%，不同元素變異系數(shù)由大到小順序為Hg＞Cd＞Pb＞As，工礦企業(yè)區(qū)Hg、Cd的變異系數(shù)變化相對較大，分別為86.72和67.36，表明工礦企業(yè)區(qū)Hg、Cd含量分布的差異性較為顯著。

4種土壤樣品重金屬元素超背景值統(tǒng)計見表4。城市郊區(qū)及工礦企業(yè)區(qū)4種重金屬的平均值都超過了天津市土壤背景值。其中以Cd、As超背景值率最高，在83.3%～91.4%之間。說明隨著天津市近年來的工業(yè)化進程，土壤中重金屬呈現(xiàn)出一定的積聚趨勢。

表1 土壤重金屬評價標準 單位：mg/kg

表3 天津市城市郊區(qū) 工礦企業(yè)區(qū)土壤重金屬的描述性統(tǒng)計結果 單位：mg/kg

表4 天津市城市郊區(qū) 工礦企業(yè)區(qū)重金屬元素超背景率

表5 天津市土壤重金屬綜合污染評價結果統(tǒng)計表

2.2 農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量評價

從天津市城市郊區(qū)、工礦企業(yè)區(qū)土壤樣品的單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)計算結果（表5）可知，各樣區(qū)土壤重金屬污染單因子指數(shù)為0.07～0.51，重金屬污染指數(shù)由高到低排序為As＞Cd＞Hg＞Pb。總體來說，天津市城市郊區(qū)、工礦企業(yè)區(qū)土壤基本上未受重金屬污染。從天津市城市郊區(qū)、工礦企業(yè)區(qū)土壤重金屬污染綜合評價結果來看，其綜合污染指數(shù)分別為0.41、0.40，均小于0.7，處于清潔水平。綜合污染指數(shù)表明，工礦企業(yè)區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量好于城市郊區(qū)。

3 結論

3.1 調(diào)查區(qū)域內(nèi)Cd和As元素呈現(xiàn)積累趨勢

本研究采集位于天津城市郊區(qū)及工礦企業(yè)區(qū)7個區(qū)縣的0～20 cm耕層土壤樣品，分析了4種重金屬元素含量。從7個區(qū)縣土壤重金屬元素的描述性統(tǒng)計分析表明，7個區(qū)縣Cd、Hg的變異系數(shù)相對較大，其中城市郊區(qū)Hg的變異系數(shù)最大為151，該區(qū)域Hg含量分布的差異性較為顯著。城市郊區(qū)和工礦企業(yè)區(qū)土壤重金屬均有元素超過國家二級標準PH＞7.5中的土壤環(huán)境質(zhì)量限定值，其中城市郊區(qū)超標元素為 Cd、Hg、As，超標率最大為2.8%；工礦企業(yè)區(qū)只有Cd元素超標，超標率為3.3%。從超背景值率可以看出，城市郊區(qū)和工礦企業(yè)區(qū)超背景值率相對較高的元素均為Cd、As，超背景值率在83.3%～91.4%之間，說明在城市郊區(qū)和工礦企業(yè)區(qū)土壤中Cd、As元素呈現(xiàn)出一定的積聚趨勢。

3.2 調(diào)查區(qū)域內(nèi)土壤環(huán)境質(zhì)量處于清潔水平

單項污染指數(shù)分析結果表明，天津城市郊區(qū)及工礦企業(yè)區(qū)7個區(qū)縣土壤的 Cd、Hg、As、Pb等單項污染指數(shù)均＜1.0，表明土壤未受污染。從綜合評價結果來看，土壤重金屬綜合污染指數(shù)均＜0.7，為安全等級，處于清潔水平，工礦企業(yè)區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量好于城市郊區(qū)。

［1］劉鳳枝,劉瀟威,等.土壤和固體廢棄物監(jiān)測分析技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007.

［2］韓平,王紀華,潘立剛,等.北京郊區(qū)田塊尺度土壤質(zhì)量評價[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2009,25(2)：228-234.

［3］GB15618-1995,土壤環(huán)境質(zhì)量標準[s].