富平縣農(nóng)業(yè)土壤重金屬分布特征及其污染評價

胡 明，盧佳奇

(1.渭南師范學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，陜西 渭南 714099；2.陜西省河流濕地生態(tài)環(huán)境重點實驗室，陜西 渭南 714099)

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【現(xiàn)代應(yīng)用技術(shù)研究】

富平縣農(nóng)業(yè)土壤重金屬分布特征及其污染評價

胡 明1,2，盧佳奇1,2

(1.渭南師范學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，陜西 渭南 714099；2.陜西省河流濕地生態(tài)環(huán)境重點實驗室，陜西 渭南 714099)

為了研究富平縣農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染現(xiàn)狀，在富平縣設(shè)22個點進行取樣，對取回的樣品經(jīng)化學(xué)分析后，使用單因子污染指數(shù)法及內(nèi)梅羅污染指數(shù)法進行污染評價。結(jié)果表明：富平縣各采樣點農(nóng)業(yè)重金屬含量水平差異很大。土壤重金屬含量的變異系數(shù)在17.8%～86%之間。其中，Pb元素的單項污染指數(shù)最大為1.73，其綜合污染指數(shù)也最大為1.02，其次是Mn、Zn兩種元素。富平縣農(nóng)業(yè)土壤重金屬整體處于尚清潔水平。

富平縣；土壤重金屬；空間分布特征；污染評價

農(nóng)作物是人民生活必不可少的產(chǎn)品，重金屬含量是衡量農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標之一[1]。如果長期食用重金屬含量過高的農(nóng)作物，將對人體健康產(chǎn)生極大影響[2]。在城鎮(zhèn)化推進過程中，人類的很多活動對土壤產(chǎn)生了嚴重影響，使得土壤面臨的環(huán)境壓力越來越大，可以利用的土壤資源變得越來越少。如何協(xié)調(diào)土壤資源短缺與經(jīng)濟快速發(fā)展相平衡，成為政府關(guān)注的熱點[3]。目前重金屬污染已經(jīng)成為我國最主要的農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境污染因素之一。[4]

富平縣以農(nóng)作物為主要經(jīng)濟來源。通過對富平縣的土壤重金屬的分布特征以及污染評價進行分析研究，能使富平縣更加科學(xué)地選擇適合本縣農(nóng)業(yè)重金屬污染的治理方法，保護富平縣農(nóng)作物不受重金屬的污染，為富平縣實施重金屬污染治理措施提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

在富平縣選取22個農(nóng)業(yè)土壤采樣點(如圖1所示)。在每個采樣點均按照對角線法選15～20個點，使用土鉆取0～20 cm表層土壤，將取出的土壤均勻混合去除其中的雜物，通過四分法取1 kg裝入聚乙烯袋中，帶回進行重金屬含量檢測。

1.2 樣品處理

樣品風(fēng)干后過20目尼龍篩，依據(jù)GB/T22105—2008以原子熒光光譜法測定Pb,Mn、Zn，依據(jù)GB/T23739—2009使用火焰原子吸收光譜法測定。

圖1 富平縣采樣分布

2 評估標準

2.1 計算依據(jù)

根據(jù)中華人民共和國環(huán)境保護行業(yè)標準(HJ/T166—2004)《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》，土壤重金屬質(zhì)量安全評價模式具體分為單項污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法。其單項污染指數(shù)公式為：

其中：Pi為土壤中污染物i的單項污染指數(shù)，Ci為土壤中污染物i的實測數(shù)據(jù)，Si為污染物i的評價標準。Pi<1，表示土壤未受污染物i污染。Pi>1，表示土壤受污染，Pi越大，受污染程度越大。

本研究采用內(nèi)梅羅(N.L. Nemerow)[5]污染指數(shù)法進行綜合污染指數(shù)評價。內(nèi)梅羅指數(shù)是一種兼顧極值或稱突出最大值的計權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，它特別考慮了污染最嚴重的因子，而且在加權(quán)過程中避免了權(quán)系數(shù)中主觀因素的影響，使得評價結(jié)果更加客觀。綜合污染指數(shù)公式為：

其中：P綜合為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，P最大為單項污染指數(shù)最高值，P平均為參加評價的單項污染指數(shù)的算術(shù)平均值。土壤環(huán)境質(zhì)量分級是土壤質(zhì)量評價的基本內(nèi)容。按綜合污染指數(shù)分級標準，當(dāng)P綜合≤0.7 時，土壤環(huán)境質(zhì)量為安全級； 當(dāng)0.73 時，土壤等級為 5 級，重度污染。

2.2 背景值

土壤元素背景值。我們使用中國環(huán)境監(jiān)測總站編著的《中國元素背景值》中的黃壤數(shù)據(jù)得出表1。

表1 土壤中重金屬背景值(mg/kg)

3 數(shù)據(jù)分析與評價

3.1 數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計

通過如上檢測方法對取回的土壤樣本進行檢測，最終得出富平縣22個點的土壤中重金屬含量，將各采樣點的含量范圍、平均值、相對標準差經(jīng)過處理后數(shù)據(jù)見表2。

表2 富平縣不同基地土壤重金屬含量

通過表2可以看出，富平縣農(nóng)業(yè)土壤重金屬分布狀況，各個采樣點重金屬含量差異很大，土壤重金屬變異系數(shù)總體在17.8%～86%之間。變異系數(shù)主要集中在17.8%～40.91%之間，其中：鋅>鉛>錳，富平縣的農(nóng)業(yè)土壤中鋅的含量差異較大，錳的整體差異較小(見表1)。

農(nóng)業(yè)土壤重金屬超標與工業(yè)污染、化肥及農(nóng)藥大量使用、道路交通影響、灌溉、大氣沉降等因素有關(guān)，而造成當(dāng)?shù)赝寥乐亟饘僮儺愋暂^大的原因，可能與近幾年來富平縣為發(fā)展工業(yè)建立了莊里工業(yè)園區(qū)相關(guān)，其重點發(fā)展了建材、裝備制造、煤化工，在生產(chǎn)過程中不可避免地會使鋅、鉛等重金屬含量增加，所以總體上來看鋅和鉛的變異系數(shù)較大。

3.2 污染評價

采用內(nèi)梅羅( N.L. Nemerow)污染指數(shù)法進行綜合污染指數(shù)評價。富平縣土壤重金屬評價結(jié)果見表3。

表3 富平縣土壤重金屬污染指數(shù)及污染評價

從表3可以看出，富平縣農(nóng)業(yè)土壤中鋅元素的單項污染指數(shù)小于1，未對土壤造成污染。淡村鄉(xiāng)、宮里鄉(xiāng)南陵二隊中部、梅家坪、王寧鄉(xiāng)軍寨二組、東上關(guān)鄉(xiāng)村東、曹村鄉(xiāng)大賈三隊東這幾個采樣點錳元素的單行污染指數(shù)大于1，對土壤造成了輕度污染。覓子鄉(xiāng)、齊村鄉(xiāng)、王寧鄉(xiāng)軍寨二組、宮里鄉(xiāng)南陵二隊中部、梅家坪鄉(xiāng)、淡村鄉(xiāng)幾個采樣點鉛元素的單項污染指數(shù)大于1，對土壤造成了輕度污染。除覓子鄉(xiāng)為輕度污染外，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合污染指數(shù)都在安全、尚清潔水平。其中：覓子鄉(xiāng)、齊村鄉(xiāng)、曹村鄉(xiāng)大賈三隊東、到賢鄉(xiāng)蓋村東南、宮里鄉(xiāng)南陵二隊中部這5個采樣點均位于富平縣中部，覓子鄉(xiāng)臨近210國道，并使用石川河的水源進行農(nóng)業(yè)灌溉，大氣沉降和污水灌溉可能是造成此地農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染程度較高的原因。齊村鄉(xiāng)和曹村鄉(xiāng)大賈三隊東均是富平縣的經(jīng)濟作物主要產(chǎn)地，由于近幾年化學(xué)肥料代替有機肥料的普及，使得該地的農(nóng)業(yè)土壤重金屬含量明顯提高。到賢鄉(xiāng)蓋村東南這個采樣點由于臨近蓋村面粉廠，使得土壤重金屬含量受到了一定程度的影響，宮里鄉(xiāng)南陵二隊中部則是由于臨近宮里石工藝雕刻廠，土壤重金屬含量受到影響，同時這兩個采樣點的化學(xué)肥料使用率也明顯上升，也是農(nóng)業(yè)土壤重金屬超標的原因之一。梅家坪鄉(xiāng)位于富平縣中北部，該地使用地下水灌溉，周圍并無工業(yè)污染，主要的污染源還是由于化學(xué)肥料的過度使用。淡村鄉(xiāng)位于富平縣西南部，由于臨近210國道，過往車輛排放的尾氣中重金屬通過大氣沉降進入該地的土壤中，使該地的農(nóng)業(yè)土壤受到一定程度的污染。梅家坪位于富平縣西部，靠近銅川市區(qū)，流經(jīng)銅川市的沮河，是梅家坪的主要灌溉用水來源，而流經(jīng)市區(qū)的沮河水中含有大量的重金屬元素，通過灌溉進入梅家坪的土壤中，對土壤造成污染。同時梅家坪靠近包茂高速以及銅川市的多條公路，由汽車尾氣排放的重金屬進入大氣中，經(jīng)過大氣沉降進入土壤，造成土壤污染，這兩點原因使得梅家坪的綜合污染指數(shù)較大，污染比較嚴重；王寧鄉(xiāng)軍寨二組位于富平縣南部，靠近縣城，該采樣點附近有多條道路車流量較大，汽車排放的尾氣中重金屬經(jīng)過大氣沉降進入土壤中對土壤造成污染。同時通過對陜西省統(tǒng)計年鑒的分析，發(fā)現(xiàn)該縣的化學(xué)肥料使用率在近幾年大幅度提高，化學(xué)肥料中的重金屬進入土壤中同樣對該縣的土壤造成了污染，由于大量的尾氣排放以及肥料的過量使用，導(dǎo)致該縣的綜合污染指數(shù)較大，土壤重金屬污染情況較為嚴重。東上關(guān)鄉(xiāng)村東采樣點位于富平縣縣城南郊，由于靠近城區(qū)又臨近京昆高速，所以大氣中的重金屬元素較多，在大氣沉降的作用下對土壤造成一定污染。同時該縣的灌溉用水主要來自于石川河和街子水庫，其中街子水庫距縣城水體附近，重金屬污染比較嚴重，而石川河流經(jīng)銅川市，受銅川市煤礦工業(yè)污染同樣含有大量的重金屬元素，使用這樣的水進行農(nóng)業(yè)灌溉，導(dǎo)致該地的綜合污染指數(shù)較高，土壤的重金屬污染程度較大?？偟膩碇v，富平縣化學(xué)肥料的過度使用是該縣最主要的農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染源，污水灌溉、大氣沉降同樣對農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染有一定程度的影響。由于富平縣的工業(yè)發(fā)展水平并不是很高，所以工業(yè)污染并沒有對富平縣農(nóng)業(yè)土壤重金屬造成很大影響。

4 結(jié)語

(1)富平縣各采樣點農(nóng)業(yè)重金屬含量水平差異很大。土壤重金屬含量變異系數(shù)在17.8%～86%之間。

(2)富平縣各采樣點的農(nóng)業(yè)土壤均受到不同程度的污染，單項污染指數(shù)Pb最大為1.73，綜合污染指數(shù)Pb也最大為1.02，重金屬污染整體處在尚清潔水平。

(3)在重金屬污染因子中，Pb元素污染最為嚴重，是首要的污染元素，其次是Mn、Zn兩種元素。

(4)富平縣化學(xué)肥料的過度使用是該縣最主要的農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染來源，同時污水灌溉、大氣沉降也對農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染有一定程度的影響。

[1] 楊夢昕,楊東璇,李萌立,等.湘江長沙段沿岸常見農(nóng)作物重金屬污染研究[J].中國林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報,2015,35(1):126-130.

[2] 李鐵軍,張玉榮,胡紅美,等.沈家門—朱家尖—桃花附近海域表層沉積物重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險評價[J].資源與環(huán)境科學(xué),2015,(22):200-202.

[3] 毛香菊,肖芳,馬亞夢,等.內(nèi)蒙古草原某銅鉬礦區(qū)土壤重金屬污染潛在生態(tài)危害評價[J].礦產(chǎn)保護與利用,2016,(2):54-57.

[4] 王呈,錢新,李慧明,等.南京公園沉降中重金屬污染水平及風(fēng)險評價[J].環(huán)境科學(xué),2016,37(5):1662-1669.

[5] 樊霆,葉文玲,陳海燕,等.農(nóng)田土壤重金屬污染狀況及修復(fù)技術(shù)研究[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報,2013，22(10):1727-1734.

【責(zé)任編輯 馬小俠】

Fuping Regional Distribution Characteristics and Pollution of Heavy Metals in Agricultural Soil

HU Ming1,2,LU Jia-qi1,2

(1. School of Chemistry and Environment, Weinan Normal University,Weinan 714099, China;2. Key Laboratory for Eco-Environment of River Wetlands in Shaanxi Province,Weinan 714099, China)

In order to do the research on the status of heavy metal pollution of agricultural soil in Fuping County, Single-factor pollution index and Nemerow Pollution Index are used to evaluate the pollution status after the chemical analysis of the collected samplings from 22 sampling sites of the county. The research results show that the content level of heavy metal in agricultural soil in the sampling sites of Fuping County differs greatly. The variable coefficient varies from 17.8% to 86%, in which the element Pb ranks the first. Its maximum single pollution index of is 1.73 and its maximum comprehensive pollution index is 1.02. The element Mn and Zn take the second and third places. It is clear that heavy metal pollution of agricultural soil in Fuping County needs to be cleaned.

Fuping; soil heavy metal; spatial distribution characteristics; pollution evaluation

X53

A

1009-5128(2016)19-0034-05

2016-03-13

陜西省河流濕地生態(tài)環(huán)境重點實驗室開放基金項目：黃河濕地農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀研究(SXSD1402);陜西省教育廳項目：秦東地區(qū)濕地旅游開發(fā)研究(15JK1259);陜西省教育廳項目：洽川濕地重金屬污染的風(fēng)險預(yù)警分析(14JK1253);渭南師范學(xué)院特色學(xué)科建設(shè)項目：秦東化工、材料技術(shù)調(diào)查(14TSXK04);渭南師范學(xué)院科研計劃項目：秦東渭河濕地水質(zhì)調(diào)查與評價(15YKF003)

胡明(1978—)，男，河北滄州人，渭南師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境學(xué)院副教授，農(nóng)學(xué)碩士，主要從事地理科學(xué)研究。