廣州市番禺區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染調(diào)查分析

李結(jié)雯，李 超，黃純琳，李順泉

（廣東金泰達(dá)安全科技有限公司，廣州 528000）

廣州市番禺區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染調(diào)查分析

李結(jié)雯，李 超，黃純琳，李順泉

（廣東金泰達(dá)安全科技有限公司，廣州 528000）

對(duì)廣州市番禺區(qū)農(nóng)田土壤中As、Hg、Cu、Zn、Ni、Pb、Cr、Cd等8種重金屬的含量進(jìn)行分析，并參照國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 15618-1995）中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法，對(duì)其重金屬污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：42份土壤樣品中，鎘的污染最普遍，其次是汞。8種重金屬元素之間存在低度或顯著性的線性正相關(guān)，具有同源性。

廣州市番禺區(qū)；農(nóng)田土壤；重金屬；污染

番禺區(qū)地處廣東省中南部，珠江三角洲腹地，是著名的“魚米之鄉(xiāng)”，農(nóng)作物總播種面積達(dá)37，813公頃，主要產(chǎn)水稻、甘蔗、花生、番薯等，為全國(guó)主要產(chǎn)糖地區(qū)之一。近年來有報(bào)道稱該地區(qū)使用混雜著電池、藥瓶等未經(jīng)處理分類的垃圾做底肥。垃圾中含有的重金屬會(huì)嚴(yán)重污染土壤，重金屬可以在土壤中積累并在農(nóng)作物內(nèi)殘留，通過食物鏈進(jìn)入人體，給人體健康帶來潛在危害[1]。因此，本文通過系統(tǒng)采樣，對(duì)番禺區(qū)五個(gè)區(qū)域農(nóng)田土壤的As、Hg、Cu、Zn、Ni、Pb、Cr、Cd等8種重金屬進(jìn)行了調(diào)查，參照國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和廣東省土壤背景值，分析番禺區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染狀況，采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對(duì)其污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析了調(diào)查點(diǎn)重金屬綜合污染程度的空間分布特征，以及重金屬之間的相關(guān)性，不僅為番禺區(qū)農(nóng)田土壤污染綜合治理提供科學(xué)的依據(jù)，而且對(duì)保障蔬菜質(zhì)量安全和城鄉(xiāng)居民健康具有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)布設(shè)

綜合考慮土壤類型、污染源及蔬菜種類、菜地面積等因素，經(jīng)優(yōu)化布點(diǎn)后，將全區(qū)農(nóng)田土壤分為5個(gè)區(qū)域，共計(jì)布設(shè)采樣點(diǎn)42個(gè)，獲取土壤樣品42個(gè)。土壤的采集采取梅花形多點(diǎn)采樣混合法，采樣時(shí)間選在2013年5月。

區(qū)域一：化龍鎮(zhèn)、新造鎮(zhèn)、南村鎮(zhèn)、東環(huán)街、大龍街北部、石基鎮(zhèn)北部、石樓鎮(zhèn)北部。構(gòu)成番禺區(qū)東北部農(nóng)田集聚區(qū)，其中包括受垃圾肥影響的石基鎮(zhèn)金山村農(nóng)田和重金屬重點(diǎn)防控區(qū)。

區(qū)域二：橋南街、大龍街南部、石基鎮(zhèn)南部、石樓

鎮(zhèn)南部。為東南部農(nóng)田集聚區(qū)域。

區(qū)域三：石樓鎮(zhèn)海鷗島，為自然形成的一個(gè)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。

區(qū)域四：洛浦街、大石街、石壁街、鐘村街。為西北部農(nóng)田集聚區(qū)域，大部分土地固化，農(nóng)田相對(duì)分布比較少，較為分散。

區(qū)域五：沙頭街、沙灣鎮(zhèn)。為西南部農(nóng)田集聚區(qū)域，農(nóng)田分布較為分散，但包括重金屬重點(diǎn)防控區(qū)和飲用水水源保護(hù)區(qū)。

1.2 樣品前處理

土壤樣品經(jīng)自然風(fēng)干后除去植物殘?bào)w、煤渣、木炭、礫石等雜物，充分混勻用四分法保留約0.5kg。把縮分后的土樣按要求磨細(xì)，一部分通過18目（1mm）孔徑的土壤篩，用于土壤pH值的測(cè)定，另一部分通過100目（0.149mm）孔徑的尼龍篩，用于土壤重金屬全量的測(cè)定[1]。

1.3 試驗(yàn)方法與儀器設(shè)備

土壤的pH測(cè)定參考NY/T 1377-2007玻璃電極法[2]，鎘和鉛測(cè)定參考GB/T 17140-1997KI-MIBK萃取火焰原子吸收分光光度法[3]，汞測(cè)定參考GB/T 22105.1-2008原子熒光測(cè)定法[4]，砷測(cè)定參考GB/T 22105.2-2008原子熒光測(cè)定法[5]，鉻測(cè)定參考HJ 491-2009火焰原子吸收分光光度法[6]，銅和鋅測(cè)定參考GB/T 17138-1997火焰原子吸收分光光度法[7]，鎳測(cè)定參考GB/T 17139-1997火焰原子吸收分光光度法[8]。所用到的儀器有上海雷磁生產(chǎn)的pHS-3F型酸度計(jì)、江蘇天瑞儀器股份有限公司的AFS-200N原子熒光光譜儀、北京東西電子AA7000系列原子吸收光譜儀。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel和SPSS統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.5 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià)方法

（1）采用土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB l5618-1995）[9]中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)信息見表1。

表1 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（mg/kg）

（2）單因子污染指數(shù)（Pi）的計(jì)算：Pi= Ci/Si

其中，Pi為重金屬元素i的污染指數(shù)，Ci為重金屬元素i的實(shí)測(cè)值濃度，Si為重金屬元素i的限量標(biāo)準(zhǔn)值。當(dāng)Pi≤1時(shí)，表示未受污染；當(dāng)Pi〉1時(shí)，表示受到污染；且Pi值越大，表示受污染程度越嚴(yán)重[10]。

（3）綜合污染指數(shù)（P綜）的計(jì)算：

其中，（Ci/Si）max為重金屬元素中污染指數(shù)最大值，（Ci/Si）ave為各污染指數(shù)的平均值[10]。

（4）根據(jù)中國(guó)綠色食品發(fā)展中心《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量狀況評(píng)價(jià)綱要（試行）》（1994）的規(guī)定[10]，土壤污染等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見表6。

2 結(jié)果與分析

2.1 番禺區(qū)農(nóng)田土壤重金屬含量基本情況

該調(diào)查區(qū)域土壤中8種重金屬含量基本情況見表2。

表2 番禺區(qū)農(nóng)田重金屬含量基本情況（mg/kg）

8種重金屬的濃度范圍分別為：Pb1.4～136mg/kg，Cd0.06～1.14mg/kg，Hg0.028～1.21mg/kg，As1.4～36.2mg/kg，

Cr9～256mg/kg ，Cu4～212mg/kg，Zn12.8～344mg/kg，Ni5～64mg/kg，平均值均高于廣東省土壤背景值和全國(guó)土壤背景值，表明這些土壤均已受到人為因素污染的影響。其中Hg超出倍數(shù)最大，其均值為廣東省土壤背景值的3.61倍，其次則是Cd和Cu，均值分別為廣東省土壤背景值的3.45倍和2.65倍。

由表2可知，除Hg、Cd的平均含量超出標(biāo)準(zhǔn)限量值外，其他6種重金屬元素的平均含量均未超出標(biāo)準(zhǔn)限量值，但出現(xiàn)了超標(biāo)樣品。其中Cd的平均含量最高，是限量值的1.08倍，其次為Hg，是限量值的1.02倍。調(diào)查區(qū)域中未出現(xiàn)Pb含量超標(biāo)樣品，Pb平均含量是標(biāo)準(zhǔn)限量值的18.3%。

變異系數(shù)反映了總體樣本中各采樣點(diǎn)的平均變異程度。一般情況下，變異系數(shù)在0～10%之間屬于弱變異，在10%～100%之間屬于中等變異，100%以上屬于強(qiáng)變異[11]。由表2可知，番禺區(qū)農(nóng)田土壤8種重金屬的變異程度由大到小順序?yàn)椋篐g〉Cd〉Cu〉Pb〉Zn〉Cr〉A(chǔ)s〉Ni。Hg和Cd的變異系數(shù)最大，分別為95%和86%，幾乎達(dá)到強(qiáng)變異水平，表明重金屬含量受人為活動(dòng)干預(yù)強(qiáng)烈或者預(yù)示著工廠等點(diǎn)源性污染的存在。Cu、Pb、Zn、Cr、As和Ni的變異系數(shù)相對(duì)較小而且十分接近，屬于中等變異，說明人為活動(dòng)對(duì)這6種重金屬的污染貢獻(xiàn)率相似，或者具有同源性。

由土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 15618-1995）[9]可知，不同pH范圍其標(biāo)準(zhǔn)限量值各不相同，因此應(yīng)根據(jù)土壤pH的不同而選用不同的參照值。在42個(gè)土樣中，pH〈6.5的為25個(gè)，pH在6.5～7.5之間的為15個(gè)，而pH大于7.5的僅2個(gè)點(diǎn)，平均值為5.86。按GB 15618-1995的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，土壤中各類重金屬分級(jí)情況見表3。由表3可以看出，番禺區(qū)農(nóng)田土壤的八種重金屬元素含量都以一級(jí)和二級(jí)為主。作為種植蔬菜和糧食的土壤，所謂超標(biāo)，指的是土壤中某重金屬元素含量超過二級(jí)以上的情況，即達(dá)到三級(jí)和超三級(jí)[12]。8種元素Pb、Hg、Cd、As、Cr、Cu、Zn和Ni的超標(biāo)率分別為0%、19.0%、31.0%、2.38%、4.76%、14.3%、9.52%和11.9%。8種重金屬的超標(biāo)率大小順序?yàn)椋篊d〉Hg〉Cu〉Ni〉Zn〉 Cr〉A(chǔ)s〉Pb，表明鎘的污染最普遍，其次是汞。

番禺區(qū)農(nóng)田重金屬復(fù)合污染綜合各種元素含量，只要有一種元素含量超標(biāo)，則可認(rèn)為該土壤重金屬超標(biāo)[12]。在所調(diào)查的42個(gè)土樣中，一種重金屬元素都沒有超標(biāo)的土樣有23個(gè)，占54.8%，其余19個(gè)土樣超標(biāo)，超標(biāo)率為45.2%。其中，只有1個(gè)元素超標(biāo)的樣品有10個(gè)，占23.8%；2個(gè)元素同時(shí)超標(biāo)的樣品有4個(gè)，占9.5%；3個(gè)元素同時(shí)超標(biāo)的樣品有3個(gè)，占7.1%；4個(gè)元素同時(shí)超標(biāo)的樣品為0；5個(gè)元素同時(shí)超標(biāo)的樣品有2個(gè)，占4.8%，沒有6個(gè)或6個(gè)以上元素同時(shí)超標(biāo)的情況。綜上所述可知，番禺區(qū)農(nóng)田土壤以單一重金屬污染為主，Cd為最主要的污染元素，但重金屬復(fù)合污染也很嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)了2個(gè)土壤同時(shí)受5種重金屬元素污染的情況，分析其原因，可能是該土壤使用了未經(jīng)分類的垃圾當(dāng)作肥料。

表3 番禺農(nóng)田土壤重金屬含量分級(jí)情況

2.2 番禺區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

根據(jù)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)的評(píng)價(jià)模式，以土壤質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算番禺區(qū)農(nóng)田土壤重金屬綜合污染指數(shù)，結(jié)果見表4。

表4 番禺區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染指數(shù)

結(jié)果表明：番禺區(qū)農(nóng)田土壤重金屬綜合污染指數(shù)為0.85，在污染警戒限內(nèi)。8種重金屬的污染指數(shù)高低順序?yàn)椋篊d〉Hg〉Cu〉Ni〉Zn〉 Cr〉A(chǔ)s〉Pb，與超標(biāo)率大小順序相同。Cd的超標(biāo)率和單因子污染指數(shù)均最高，表明其污染普遍程度和污染程度最高，由此可知，造成番禺區(qū)農(nóng)田土壤污染的主要重金屬是Cd。

根據(jù)各個(gè)樣品的綜合污染指數(shù)大小，劃分污染等級(jí)，并統(tǒng)計(jì)番禺區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染等級(jí)，結(jié)果見表5。

表5 番禺區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染等級(jí)評(píng)價(jià)

統(tǒng)計(jì)顯示：處于安全狀態(tài)的樣品為33.3%，31.0%的土壤處于警戒限和安全值之間，有35.7%的土壤受到不同程度的污染，其中大部分是輕度污染，占所有樣品的23.8%，中度污染的樣品占總數(shù)的9.5%，重度污染的樣品占總數(shù)的2.4%。由此可知，番禺區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染問題較為嚴(yán)重，污染程度較集中在輕度污染，過半土壤在污染警戒限以下。

2.3 番禺區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染地區(qū)分布

按照采樣區(qū)域進(jìn)行分區(qū)統(tǒng)計(jì)，五個(gè)區(qū)域的土壤重金屬污染程度分布情況見下圖。由圖中可以看出，受重金屬污染的區(qū)域主要集中在區(qū)域四，該區(qū)域的樣品綜合污染指數(shù)均在輕度污染以上，污染程度以中度污染為主，為50%，輕度污染和重污染程度樣品各為25%。其次為區(qū)域二和區(qū)域一，警戒限以下的土壤樣品比例為50%和64.7%，區(qū)域三和區(qū)域五的污染情況較好，區(qū)域內(nèi)的全部土樣均在警戒限以下。

番禺區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染地區(qū)分布圖

2.4 土壤重金屬含量相關(guān)性分析

相關(guān)系數(shù)是用以反映變量之間相關(guān)性關(guān)系密切程度的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，當(dāng)相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值越來越大而向1靠攏時(shí)，表明兩者的相關(guān)程度越來越密切，當(dāng)相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值越來越小而向0靠攏時(shí)，表明兩者的相關(guān)程度越來越微弱。將相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值劃分為三個(gè)等級(jí)：絕對(duì)值小于0.4為低度線性相關(guān)，大于等于0.4且小于0.7為顯著性相關(guān)，大于等于0.7且小于1為高度線性相關(guān)。通過SPSS軟件計(jì)算出任意兩種重金屬的相關(guān)系數(shù)，土壤中各重金屬之間的相關(guān)系數(shù)如表6所示。由表6可知，8種重金屬之間共有28組元素組合，除（Hg，Cr）、（Hg，Ni）、（As，Cr）、（As，Cu）以及（Cu，Cd）這五組元素組合的相關(guān)系數(shù)低于0.4呈現(xiàn)低度線性相關(guān)外，其他23組元素組合間的相關(guān)系數(shù)均在0.4至0.7之間，呈現(xiàn)顯著性線性相關(guān)，此外，Pb、Zn和Ni是伴隨污染最多的重金屬元素，這說明這些重金屬污染的途徑是相似的。

表6 番禺區(qū)農(nóng)田土壤各種重金屬的相關(guān)性

3 結(jié)論與討論

3.1 番禺區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染情況較為嚴(yán)重

調(diào)查區(qū)域的農(nóng)田土壤中8種重金屬的平均含量均高于廣東省的土壤重金屬背景值和全國(guó)土壤背景值，特別是Hg 和Cd，其均值分別為廣東省土壤背景值的3.61倍和3.45倍。在所調(diào)查的42個(gè)土樣中，1種重金屬元素都沒有超標(biāo)的土樣有23個(gè)，占54.8%，其余19個(gè)土樣超標(biāo)，超標(biāo)率為45.2%。而根據(jù)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)的評(píng)價(jià)模式，處于安全狀態(tài)的樣品為33.3%，31.0%的土壤處于警戒限和安全值之間，有35.7%的土壤受到不同程度的污染，其中大部分是輕度污染，占所有樣品的23.8%，中度污染的樣品占總數(shù)的9.5%，重度污染的樣品占總數(shù)的2.4%。

3.2 8種重金屬的污染程度出現(xiàn)明顯差異

所調(diào)查樣品中除Pb沒有超過土壤質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值外，其他7種重金屬元素Hg、Cd、As、Cr、Cu、Zn和Ni均有超標(biāo)樣品，其超標(biāo)率分別為19.0%、31.0%、2.38%、4.76%、14.3%、9.52%和11.9%，超標(biāo)率大小順序?yàn)椋篊d〉Hg〉Cu〉Ni〉Zn〉Cr〉A(chǔ)s〉Pb，表明鎘的污染最普

遍，其次是汞。番禺區(qū)農(nóng)田土壤以單一重金屬污染為主，Cd為最主要的污染元素，但重金屬復(fù)合污染也很嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)了2個(gè)土壤同時(shí)受5種重金屬元素污染的情況。

3.3 不同地區(qū)的重金屬污染程度差異較大

重金屬污染的區(qū)域主要集中在區(qū)域四，該區(qū)域的樣品綜合污染指數(shù)均在輕度污染以上，污染程度以中度污染為主，為50%；輕度污染和重度污染程度的樣品各為25%。其次為區(qū)域二和區(qū)域一，警戒限以下的土壤樣品比例為50%和64.7%，區(qū)域三和區(qū)域五的污染情況較好，區(qū)域內(nèi)的全部土樣均在警戒線以下。

3.4 討論

綜上所述，番禺區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染狀況不容忽視，45.2%的土壤受到一種或以上重金屬元素污染，超過1/3的土壤處于警戒限以上。該結(jié)論與包波[13]2009年發(fā)表的調(diào)查結(jié)果有所不同，包波等的調(diào)查結(jié)果雖然表明番禺區(qū)耕地土壤環(huán)境質(zhì)量不容樂觀，但卻沒有超標(biāo)土壤樣點(diǎn)出現(xiàn)，出現(xiàn)這種不同可能跟近年來廣泛使用未經(jīng)處理分類的垃圾肥以及日益加重的污染有關(guān)。

但由于本次調(diào)查分析時(shí)間緊任務(wù)重，取樣范圍和樣品數(shù)量有限，因此數(shù)據(jù)并不足以代表番禺全區(qū)的土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，建議以后可選取更大范圍和更多數(shù)量的樣品來做調(diào)查分析，這樣結(jié)果更具有代表性。同時(shí)，相關(guān)部門也應(yīng)高度重視并采取措施，加強(qiáng)對(duì)農(nóng)民的指導(dǎo)和培訓(xùn)，引導(dǎo)農(nóng)民科學(xué)合理使用肥料，加大農(nóng)業(yè)投入品監(jiān)管力度，維護(hù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全，同時(shí)加強(qiáng)與有關(guān)部門的溝通協(xié)作，防止未經(jīng)科學(xué)處理、不符合《城鎮(zhèn)垃圾農(nóng)用控制標(biāo)準(zhǔn)》的生活垃圾流入和污染農(nóng)田，防止土壤中的重金屬通過食物鏈進(jìn)入人體危害健康。

[1]關(guān)共湊，李雄文，等.佛山市城郊菜地土壤重金屬污染狀況調(diào)查與評(píng)價(jià)[J].佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，30（3）：7-12.

[2]土壤pH值的測(cè)定（NY/T 1377-2007）[S].

[3]土壤質(zhì)量 鉛、鎘的測(cè)定 KI-MIBK萃取火焰原子吸收分光光度法（GB/T 17140-1997）[S].

[4]土壤質(zhì)量 土壤中總汞測(cè)定 原子熒光法（GB/T 22105.1-2008）[S].

[5]土壤質(zhì)量 土壤中總砷測(cè)定 原子熒光法（GB/T 22105.2-2008）[S].

[6]土壤總鉻的測(cè)定 火焰原子吸收分光光度法（HJ 491-2009）[S].

[7]土壤質(zhì)量 銅、鋅的測(cè)定 火焰原子吸收分光光度法（GB/T 17138-1997）[S].

[8]土壤質(zhì)量 鎳的測(cè)定 火焰原子吸收分光光度法（GB/T 17139-1997）[S].

[9]土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 15618-1995）[S].

[10]萬凱，王富華，等.東莞農(nóng)田土壤重金屬污染調(diào)查分析[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，37（6）：198-220.

[11]周文鱗，李仁英，等.南京江北地區(qū)菜地土壤重金屬污染特征及評(píng)價(jià)[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，32（4）：574-581.

[12]劉恒.廣州遠(yuǎn)郊土壤-蔬菜系統(tǒng)重金屬污染研究[D].中山大學(xué)，2005.

[13]包波，洪啟金.廣州市番禺區(qū)農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀與治理對(duì)策[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（1）：92-93.

Investigation Analysis on Heavy Metal Pollution of Cropland Soil in Guangzhou Panyu District

LI Jie-wen, LI Chao, HUANG Chun-lin, LI Shun-quan
(Guangdong Jintada Safety Science & Technology Co., Ltd, Guangzhou 528000, China)

The paper makes analysis on contents of 8 heavy metals such as As、Hg、Cu、Zn、Ni、Pb、Cr、Cd in cropland soil in Guangzhou Panyu District, and refers to the II grade standard of the National Soil Environmental Quality Standard (GB 15618-1995), adopts odd gene pollution index method and Nemero colligation pollution index method to evaluates heavy metal pollution degree. The result shows that cadmium pollution lists the first and mercury pollution is the second in 42 soil samples. There are positive correlations of low limit or notable linearity between 8 kinds of heavy metal elements. They are provided with the auto polyploidy.

Guangzhou Panyu District; cropland soil; heavy metal; pollution

X53

A

1006-5377（2015）08-0065-05