水稻田重金屬污染調(diào)查及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

李永亮，李健，李桂蓮

(1.佳木斯市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，黑龍江 佳木斯 154004；2.黑龍江大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，黑龍江 哈爾濱 150080)

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水稻田重金屬污染調(diào)查及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

李永亮1，李健1，李桂蓮2

(1.佳木斯市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，黑龍江 佳木斯 154004；2.黑龍江大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，黑龍江 哈爾濱 150080)

【目的】 評(píng)價(jià)三江平原佳木斯市區(qū)域水稻田重金屬污染情況及潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn).【方法】 采用與標(biāo)準(zhǔn)比較，計(jì)算變異系數(shù)和累積指數(shù)等方法，測(cè)定、評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)區(qū)域水稻田土壤環(huán)境質(zhì)量.【結(jié)果】 監(jiān)測(cè)區(qū)域57個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位、8種重金屬含量均低于《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求；通過與對(duì)照點(diǎn)土壤重金屬含量進(jìn)行對(duì)比，水稻田土壤中重金屬含量變化相對(duì)較小，但汞的變異系數(shù)較大(最大值0.744)，其他重金屬變異系數(shù)相對(duì)較小(0.028～0.251)，處于中下強(qiáng)度；部分點(diǎn)位重金屬出現(xiàn)累積現(xiàn)象，其中鎘的累積情況較重(單項(xiàng)累計(jì)指數(shù)為2.547)，累積程度為鎘>砷>鋅>鎳>鉻>鉛>汞>銅.【結(jié)論】 佳木斯市水稻田環(huán)境質(zhì)量等級(jí)為清潔，總體土壤環(huán)境質(zhì)量為良好，未出現(xiàn)重金屬污染情況.

水稻田；重金屬污染；環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)；佳木斯

目前，我國(guó)城市化進(jìn)程和工業(yè)化快速發(fā)展，但與之相配套的環(huán)保設(shè)施卻相對(duì)滯后，生活垃圾、含重金屬廢水、廢氣等的隨意排放，造成土壤中重金屬含量發(fā)生變化.由于土壤中重金屬不易降解，當(dāng)達(dá)到一定濃度時(shí)，便會(huì)造成重金屬污染.當(dāng)受污染的土壤種植作物時(shí)，高濃度的重金屬會(huì)抑制作物的生長(zhǎng)[1-4]，低濃度的重金屬會(huì)隨著植株的吸收進(jìn)入產(chǎn)品，被人體吸收后，對(duì)人體造成危害[5].

佳木斯市地處三江平原腹地，土壤肥沃，有機(jī)質(zhì)含量較高，是國(guó)家重要的商品糧基地.水稻作為佳木斯市的主要糧食作物，在糧食總產(chǎn)量和商品化率中占有較大比重.2013年，佳木斯市水稻產(chǎn)量62.9億斤，商品化率已達(dá)到80%，大量的優(yōu)質(zhì)水稻以商品形式出現(xiàn)在全國(guó)各地的糧食銷售場(chǎng)所.

由于水稻田土壤具有一定的特殊性，在表層土壤之下具有一定厚度的犁底層，且犁底層較一般耕地犁底層硬度大.犁底層在保水、保肥，防止養(yǎng)分流失的同時(shí)，也阻止了表層和深部土壤之間物質(zhì)的交換，在表層易造成污染物的沉積和積累，出現(xiàn)部分污染物超標(biāo)現(xiàn)象.對(duì)水稻田土壤中重金屬含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，評(píng)價(jià)水稻田土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀和變化趨勢(shì)，有助于掌握重金屬含量和變化規(guī)律，可以有效防止因重金屬積累，對(duì)水稻的品質(zhì)產(chǎn)生影響，保障糧食質(zhì)量和品質(zhì)、食用安全具有重要意義.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)儀器及藥品

pH計(jì)(梅特勒托利多，F(xiàn)E20)，原子吸收分光光度計(jì)(株式會(huì)社日立制作所，Z-5000)，全自動(dòng)順序注射原子熒光光度計(jì)(北京吉天儀器有限公司，AFS-9330)，全自動(dòng)樣品前處理工作站(加拿大Questron公司，Vulcan72型).鹽酸、高氯酸、硝酸、硼氫化鉀、氫氟酸、硫脲、抗壞血酸(優(yōu)級(jí)純，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司).

1.2 樣品的采集和制備

在佳木斯市水稻田集中的同江市、富錦市、樺南縣、樺川縣、湯原縣、撫遠(yuǎn)縣布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位57個(gè).三江平原開發(fā)初期主要為沼澤地、草地等生態(tài)系統(tǒng)，為掌握土壤中重金屬變化和積累情況，采集同江市區(qū)域內(nèi)洪河國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)緩沖區(qū)樣品1個(gè)、撫遠(yuǎn)縣草地樣品3個(gè)做為對(duì)照點(diǎn).每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位以對(duì)角線法布設(shè)采樣點(diǎn)(50 m×50 m)，對(duì)角線頂點(diǎn)及交叉點(diǎn)共5個(gè)樣品采集點(diǎn))，采集表層0～20 cm土壤樣品，現(xiàn)場(chǎng)均勻混合后以四分法取樣，使用聚乙烯塑料袋帶回實(shí)驗(yàn)室內(nèi).將樣品置于搪瓷盤內(nèi)，陰涼處陰干，使用木槌敲擊震碎，過100目篩備用.

測(cè)量pH的樣品取用過篩后的樣品即可，土水比為1.0∶2.5，使用pH計(jì)直接進(jìn)行測(cè)定[6].測(cè)量鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳的樣品，取0.200 0 g樣品經(jīng)消解工作站消解后，使用相應(yīng)儀器進(jìn)行測(cè)定.其中鎘、鉛采用石墨爐原子吸收法法進(jìn)行測(cè)定，汞、砷采用原子熒光法進(jìn)行測(cè)定，銅、鉻、鋅、鎳采用火焰原子吸收法進(jìn)行測(cè)定.

1.3 質(zhì)量保證

樣品采集時(shí)，避免接觸鐵制品，應(yīng)使用木鏟等采樣工具.樣品制備時(shí)，應(yīng)保障樣品消解完全，消解后的樣品應(yīng)清澈透明，同時(shí)每批樣品進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn).試驗(yàn)所用玻璃儀器經(jīng)硝酸浸泡24 h，去離子水清洗干凈晾干后使用.樣品測(cè)量時(shí)，每批樣品加測(cè)現(xiàn)場(chǎng)空白和試劑空白，保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性.

1.4 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

重金屬具有一定的累積性，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的開發(fā)，土壤中重金屬會(huì)出現(xiàn)一定的累積，可以單項(xiàng)質(zhì)量指數(shù)、單項(xiàng)積累指數(shù)和綜合質(zhì)量指數(shù)法對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量變化進(jìn)行評(píng)價(jià)[7-15].

單項(xiàng)質(zhì)量指數(shù)=單項(xiàng)實(shí)測(cè)值/單項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)值；

單項(xiàng)積累指數(shù)=單項(xiàng)實(shí)測(cè)值/當(dāng)?shù)貑雾?xiàng)背景值上限值(以對(duì)照點(diǎn)最大值計(jì)算)；

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻田重金屬含量監(jiān)測(cè)結(jié)果

不同區(qū)域水稻田重金屬含量監(jiān)測(cè)結(jié)果見表1.

2.2 對(duì)照點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果

對(duì)照點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果見表2.

2.3 pH測(cè)定結(jié)果

各采樣點(diǎn)土壤中pH測(cè)定范圍在6.5～7.5之間，根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，重金屬標(biāo)準(zhǔn)限值執(zhí)行二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中pH在6.5～7.5范圍內(nèi)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn).

表1 不同區(qū)域重金屬監(jiān)測(cè)結(jié)果

表2 對(duì)照點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果

2.4 土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀

采用直接對(duì)比法，根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中pH在6.5～7.5范圍內(nèi)的相關(guān)重金屬含量標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表3.

由表2-3可以看出，水稻田土壤中砷濃度范圍為2.9～15.5 mg/kg、鎘濃度范圍為0.021～0.311 mg/kg、鉻濃度范圍為39.2～77.95 mg/kg、銅濃度范圍為10.9～28.7 mg/kg、汞濃度范圍為0.042～0.243 mg/kg、鎳濃度范圍為14.2～35.1 mg/kg、鉛濃度范圍為18.4～33.1 mg/kg、鋅濃度范圍為36.1～79.4 mg/kg，以上數(shù)值均未超過《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)限值要求，且處于較低含量水平.

表3 土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

2.5 土壤重金屬含量變化分析

三江平原開發(fā)初期，生態(tài)植被以沼澤、濕地、灌木、草地為主，隨著大規(guī)模的土地開發(fā)，大量的原始生態(tài)遭到破壞.同時(shí)，由于旱田改水田政策的大規(guī)模推廣和實(shí)施，佳木斯市水稻田面積不斷上升.由于土地植被類型發(fā)生改變和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的干擾，水稻田土壤中重金屬含量及分布已出現(xiàn)變化.由對(duì)照點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，對(duì)照點(diǎn)重金屬含量均低于《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值要求，土壤質(zhì)量基本保持自然背景水平，可以直觀反映出佳木斯地區(qū)三江平原未開發(fā)前的土壤環(huán)境質(zhì)量情況.與參照點(diǎn)重金屬含量情況進(jìn)行對(duì)照，可以較好發(fā)映出水稻田土壤中重金屬含量、變化及累積情況.

由表1-2可以看出，各個(gè)采樣點(diǎn)土壤中重金屬含量略高于參照點(diǎn)，但超出范圍不大，說明水稻田重金屬?zèng)]有出現(xiàn)大規(guī)模富集現(xiàn)象，土壤環(huán)境質(zhì)量基本保持在低含量水平.在變異系數(shù)方面，汞的變異系數(shù)相對(duì)較大，最大值已達(dá)0.744，說明自身揮發(fā)和土壤擾動(dòng)對(duì)汞的含量是有影響的.其他重金屬的變異系數(shù)相對(duì)較小，在0.028～0.251之間，屬于中、下等變異強(qiáng)度，重金屬含量變化不大.

2.6 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果

全市水稻田重金屬相關(guān)污染指數(shù)見表4，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表5.

由表4-5可以看出：以單項(xiàng)質(zhì)量指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，鎘、鎳的最大污染指數(shù)在0.7～1.0之間，處于尚清潔等級(jí)，其他重金屬最大污染指數(shù)均小于0.7，處于清潔水平；以綜合污染指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，綜合質(zhì)量指數(shù)均小于0.7，表明佳木斯市水稻田環(huán)境質(zhì)量等級(jí)為清潔，總體土壤環(huán)境質(zhì)量為良好，未出現(xiàn)重金屬污染情況.

以單項(xiàng)積累指數(shù)對(duì)水稻田土壤環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，單項(xiàng)積累指數(shù)均大于1，鎘的最大為2.547，銅最小為1.327，累積程度為鎘>砷>鋅>鎳>鉻>鉛>汞>銅.說明水稻田土壤中重金屬含量的最大值已超過參考點(diǎn)的數(shù)值，已經(jīng)出現(xiàn)重金屬累積現(xiàn)象.

表4 水稻田重金屬污染指數(shù)

表5 土壤環(huán)境質(zhì)量分級(jí)劃定標(biāo)準(zhǔn)

3 討論

土壤中重金屬主要來源于土壤本底以及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通和生活污染.含重金屬化肥的使用，含重金屬廢氣排放，含有廢舊電池生活垃圾做為肥料施用于農(nóng)田，交通車輛廢氣排放，農(nóng)用機(jī)械使用低等級(jí)含重金屬油料產(chǎn)生的廢氣，使用含有重金屬的農(nóng)藥(如代森鋅、代森錳鋅)等均會(huì)造成土壤中重金屬的累積和污染.

佳木斯市區(qū)域內(nèi)工業(yè)相對(duì)落后，無重金屬礦山開采、冶煉等工業(yè)企業(yè)，水稻種植區(qū)域多為連片種植，生活人員較少，且多為大機(jī)械操作.因此，在相關(guān)水稻種植區(qū)域內(nèi)工業(yè)、交通、生活對(duì)土壤中重金屬含量影響較小，主要為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的影響.肥料的使用(化學(xué)肥料、生物質(zhì)有機(jī)肥料、農(nóng)家肥)、含重金屬類型農(nóng)藥的施用、農(nóng)機(jī)車輛尾氣排放是水稻田重金屬的主要來源.

目前，佳木斯市水稻田土壤中重金屬含量較低，總體處于清潔水平，部分點(diǎn)位處于尚清潔水平，未出現(xiàn)重金屬超標(biāo)現(xiàn)象，水稻田土壤環(huán)境質(zhì)量良好.但重金屬已出現(xiàn)累積現(xiàn)象，且以鎘的累積情況最為嚴(yán)重，綜合污染指數(shù)已經(jīng)達(dá)到0.732，需要引起相關(guān)部門的警惕.

佳木斯市要加強(qiáng)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和農(nóng)業(yè)、農(nóng)村環(huán)境保護(hù)，減少含有重金屬制品的使用，加大電池等重金屬回收推廣力度，減小電池等隨意丟棄對(duì)水稻田土壤產(chǎn)生的直接影響和對(duì)生物質(zhì)堆肥產(chǎn)生的間接影響；大力推廣生物質(zhì)有機(jī)肥，逐步降低化肥的使用量，積極推廣低毒、環(huán)保，重金屬含量低、高效的生態(tài)型農(nóng)藥.同時(shí)，要加大水稻田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)頻次，及時(shí)掌握土壤中重金屬含量變化情況，防止重金屬對(duì)水稻田產(chǎn)生影響，保證水稻的品質(zhì)和質(zhì)量.

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(責(zé)任編輯 李辛)

Investigation and soil environmental quality assessment on heavy metal pollution of rice fields in jiamusi

LI Yong-liang1,LI Jian1,LI Gui-lian2

(1.Jiamusi Environmental Monitoring Station,Jiamusi 154004,China；2.Department of Environmental Science and Engineering,Heilongjiang University,Harbin 150080,China)

【Objective】 Evaluation of heavy metals pollution in rice fields and potential environmental risks in Three River Plain of Jiamusi City.【Method】 Comparing with the standards to calculate the coefficient of variation and cumulative index,evaluated the soil environmental quality of monitoring area paddy field.【Result】 57 monitoring sites of the monitoring area,8 kinds of heavy metal content were lower the ‘soil environmental quality standards’ secondary standard.By comparing the control point on the heavy metal content in soil,we found that though paddy soil heavy metal content in relatively little changes,but the coefficient of variation of mercury had significant (maximum 0.744),other heavy metals the coefficient of variation showed relatively little (0.028～0.251),in the middle and lower intensity.In some locations,heavy metal accumulation phenomenon appeared,the accumulation of cadmium reached the maximum (individual cumulative index to 2.547),the cumulative level was as cadmium> arsenic> Zn> Ni> Cr> Pb> Hg> Cu.【Conclusion】 The environmental quality grade of rice field in Jiamusi City is clean,and the overall quality of the soil environment is good,heavy metal contamination does not occur.

rice field；heavy metal pollution；environmental quality evaluation；Jiamusi

李永亮(1984-)，男，工程師，學(xué)士，主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)方法、質(zhì)量分析研究.E-mail：liyongliang198402@163.com

李健，女，工程師，學(xué)士，主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)方法、質(zhì)量分析研究.E-mail：ylli1984@163.com

2015-09-25；

2016-03-04

S 159

A

1003-4315(2016)05-0095-05