黔南州典型農(nóng)村土壤重金屬污染現(xiàn)狀分析

游國云 雷 宇

(貴州省黔南州環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站， 都勻 558000)

黔南州典型農(nóng)村土壤重金屬污染現(xiàn)狀分析

游國云 雷 宇

(貴州省黔南州環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站， 都勻 558000)

以2015-2016年農(nóng)村環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，本文對黔南州4個重點(diǎn)生態(tài)縣中以種植、旅游為主要類型，兼顧養(yǎng)殖、生態(tài)和其他類型的五類村莊的土壤中重金屬污染狀況進(jìn)行調(diào)查。通過飲用水源周邊、農(nóng)田、園地、養(yǎng)殖場周邊、生活垃圾池周邊和工廠周邊等可能被污染的土壤的重金屬污染現(xiàn)狀進(jìn)行監(jiān)測與評價，分析了重金屬污染的成因。結(jié)果表明：調(diào)查的農(nóng)村土壤重金屬總體為輕度污染，試點(diǎn)監(jiān)測的點(diǎn)位中土壤重金屬超標(biāo)率為49.2%；鎘、汞、砷、鉛、鉻、銅、鋅、鎳8種重金屬含量均有不同程度的超標(biāo)，以鎘污染為首要，其次為汞和砷；不同用地類型的土壤中各類重金屬污染比例差異不大。

黔南州；農(nóng)村土壤；重金屬污染

1 研究方法

1.1 監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)

在黔南州4個重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)縣域(L縣、P縣、D縣、S縣)內(nèi)選取5類典型村莊開展試點(diǎn)監(jiān)測：①以種植業(yè)為主的種植型村莊；②以旅游業(yè)為主的旅游型村莊；③以養(yǎng)殖為主的養(yǎng)殖型村莊；④位于自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)型村莊；⑤處于城鄉(xiāng)結(jié)合處、城鎮(zhèn)化的其他型村莊。

每個試點(diǎn)村莊選取飲用水源周邊、基本農(nóng)田、園

地及畜離養(yǎng)殖場周邊或生活垃圾池、工廠周邊等其他可能被污染的土壤共5個點(diǎn)，根據(jù)村莊實(shí)際情況略作調(diào)整。

1.2 背景信息調(diào)查

調(diào)查試點(diǎn)監(jiān)測村莊的地形地貌、礦產(chǎn)、土壤類型等自然環(huán)境概況，耕地面積、工、農(nóng)業(yè)布局等社會經(jīng)濟(jì)概況。重點(diǎn)調(diào)查耕地面積、農(nóng)作物品種、灌溉水源、化肥使用品種和使用量，污染源類型、數(shù)量和污染物排放種類、數(shù)量等信息。

調(diào)查的4個縣2015年耕地面積總和為212.31萬畝，農(nóng)用化肥施用總量為24418噸，其中氮肥施用總量為13570噸、磷肥為2580噸，鉀肥為1268噸、復(fù)合肥為7000噸。2015年4縣農(nóng)藥使用總量為789噸，農(nóng)用塑料薄膜使用總量為2248噸，其中地膜使用總量為1584噸，地膜覆蓋總面積為11057公頃。

4縣中L縣、P縣工業(yè)以建材和煤礦開采為主，D縣以建材和醫(yī)藥為主，S縣以建材和金屬采選冶煉為主。

1.3 監(jiān)測指標(biāo)與分析方法

選取土壤pH、陽離子交換量和《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)中的鎘、汞、砷、鉛、鉻、銅、鋅、鎳8種金屬項(xiàng)目開展監(jiān)測。

鉛、鎘、銅、鋅、鎳、鉻項(xiàng)目采用王水提取—電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定，砷、汞采用鹽酸—硝酸微波消解—原子熒光法測定，pH按照土水比1：2.5采用pH計(jì)測定，陽離子交換量采用乙酸銨交換法測定。

1.4 評價方法

以《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)為評價依據(jù)，鉛參照《全國土壤污染狀況評價技術(shù)規(guī)定》。采用單因子污染指數(shù)評價和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評價相結(jié)合的方法。

1.4.1 單因子污染指數(shù)法

采用單因子污染指數(shù)評價土壤中單項(xiàng)重金屬的污染程度。

Pi=Ci/Sip( Ci：調(diào)查土壤中污染物的實(shí)測濃度； Sip：污染物的評價標(biāo)準(zhǔn)值或參考值)

1.4.2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法

采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評價土壤多種重金屬的綜合污染程度。

2 農(nóng)村土壤監(jiān)測結(jié)果與評價

2.1 土壤重金屬含量分布特征

試點(diǎn)農(nóng)村土壤pH值范圍在2.81～8.32之間，平均為6.23，偏酸性；陽離子交換量范圍在1.46～30.4 cmol/kg之間，平均為9.54 cmol/kg，75.4%的監(jiān)測點(diǎn)位大于5 cmol/kg。土壤重金屬污染物濃度分布見表1和表2。

表1 不同村莊類型土壤重金屬監(jiān)測結(jié)果 單位：mg/kg

表2 不同用地類型土壤重金屬監(jiān)測結(jié)果 單位：mg/kg

總體上鎘在不同類型村莊、不同用地類型土壤中含量相近，濃度較高的點(diǎn)位主要分布在可能被污染的場地及飲用水源地周邊土壤，P縣與L縣鎘含量略高于S縣與D縣。汞在不同類型村莊中含量差異很大，種植型村莊濃度顯著高于其他4類村莊，其次是養(yǎng)殖型村莊含量較高，不同用地類型土壤中基本農(nóng)田和園地略高于其他類型，汞含量分布還存在顯著地域差異，S縣汞含量明顯高于其他3縣。

砷、鉛、鉻、銅、鋅、鎳6種重金屬在不同類型村莊、不同用地類型土壤中含量差異不大，總體上養(yǎng)殖型村莊含量略高于其他4類村莊，生態(tài)型村莊含量較低。S縣和D縣砷含量略高于P縣與L縣，L縣和S縣鉛含量略高于P縣與D縣，L縣鉻含量略高于其他3縣，S縣鋅含量高于其他3縣，銅與鎳含量在4個縣分布均勻。

2.2 土壤重金屬污染評價

2.2.1 單因子污染指數(shù)評價

采用單因子污染指數(shù)評價土壤中單項(xiàng)重金屬的污染程度，評價結(jié)果見表3(樣本數(shù)為65個)。

表3 單因子污染指數(shù)評價結(jié)果

根據(jù)單因子污染指數(shù)評價法對土壤中重金屬污染狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。8種重金屬在調(diào)查的農(nóng)村土壤中均有不同程度的超標(biāo)，其中種植型村莊8種重金屬均出現(xiàn)超標(biāo)，其次旅游型村莊有6種(除鉻、銅外)重金屬超標(biāo)，養(yǎng)殖型等其他村莊超標(biāo)重金屬種類為2～5種。不同用地類型土壤中可能被污染土壤與基本農(nóng)田和園地土壤超標(biāo)重金屬均為8種，飲用水源地周邊土壤超標(biāo)重金屬為除鉻、銅外的6種。可能被污染土壤超標(biāo)情況并沒有顯著重于其他類型土壤。

農(nóng)村土壤中重金屬以鎘污染為首要，超標(biāo)率接近40%，在不同類型村莊、不同用地類型土壤中均有超標(biāo)，同時中、重度污染率大于10%(主要集中在可能被污染的土壤與飲用水源地周邊土壤中)；其次為汞，超標(biāo)率大于20%，分布在種植型、旅游型、養(yǎng)殖型村莊，不同用地類型土壤均有超標(biāo)，中、重度污染率接近10%(主要分布在種植型村莊可能被污染的土壤與基本農(nóng)田和園地中，同時集中在S縣)；再次為砷，超標(biāo)率為10%左右，并有少量中、重度污染(分布在養(yǎng)殖場周邊土壤和基本農(nóng)田土壤中)。鉛、銅、鉻、鋅、鎳污染較輕，超標(biāo)率均小于10%，除鉻有少量輕度污染外，其余金屬均為輕微污染。這5種重金屬的污染主要分布在種植型村莊中，不同用地類型的土壤均有污染。

2.2.2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評價

采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評價土壤多種重金屬的綜合污染程度，評價結(jié)果見表4。

表4 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評價結(jié)果

根據(jù)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，調(diào)查的農(nóng)村土壤重金屬總體為輕度污染。27.1%的土壤重金屬為清潔，處于安全水平，23.1%的土壤重金屬為尚清潔，處于警戒水平，27.7%的土壤重金屬處于輕度污染水平，13.8%的土壤重金屬中度污染水平，7.7%的土壤重金屬為重度污染水平(分布在可能被污染土壤和歷史上受過污染的飲用水源地周邊土壤中)。不同類型的村莊，土壤受到重金屬污染的比例從高到低為養(yǎng)殖型>種植型>旅游型>其他型>生態(tài)型。不同用地類型的土壤重金屬污染比例差異不大，均為50%左右。

3 土壤重金屬污染成因分析

土壤重金屬的來源主要有兩方面，一是來源于成土母質(zhì)，成土過程所形成的土壤，其重金屬含量差異明顯。二是來源于人類活動，當(dāng)前人類活動是土壤重金屬最主要來源[1]。成土母質(zhì)即自然原因，可以單獨(dú)起作用，也可以與人類活動的人為原因相互重疊累積進(jìn)行。

3.1 自然原因

黔南州有著典型的喀斯特地貌，石灰?guī)r大面積分布。石灰?guī)r母質(zhì)發(fā)育的土壤中Mn、Ni、Zn、Pb、As、Cd等重金屬元素背景值含量通常高于其它成土母質(zhì)發(fā)育的土壤[2]。何邵麟等[3]研究發(fā)現(xiàn)，貴州地表土壤和沉積物中鎘的地球化學(xué)背景值為0.31×10-6，是中國水系沉積物和土壤地球化學(xué)豐度值的2.5～3.5倍，表現(xiàn)出貴州地表介質(zhì)中具有鎘的高含量背景分布特征。

調(diào)查的黔南州4縣農(nóng)村土壤重金屬鎘平均濃度為0.388 mg/kg，其中飲用水源地周邊土壤鎘平均濃度為0.520 mg/kg，是幾種用地類型中平均濃度最高的。受人類活動影響較少的L縣生態(tài)型村莊未受到污染的飲用水源地周邊土壤鎘濃度達(dá)到1.24 mg/kg，還有多個飲用水源地周邊土壤鎘濃度為1 mg/kg左右，這些點(diǎn)位的鎘高濃度值均應(yīng)是天然本底值的影響占主導(dǎo)地位，呈現(xiàn)了高背景值地區(qū)的土壤重金屬污染特征。

3.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的土壤污染

土壤調(diào)查的4個縣是黔南州蔬菜、水果主要產(chǎn)區(qū)，隨著社會經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，人們對農(nóng)產(chǎn)品的需求日益提高，農(nóng)民只能采取增施化肥、農(nóng)藥，使用地膜等方式來提高單位產(chǎn)出量。農(nóng)藥、化肥、地膜、畜禽糞便和污泥堆肥產(chǎn)品等農(nóng)用物質(zhì)的不合理施用，可導(dǎo)致農(nóng)田重金屬污染[4]。調(diào)查結(jié)果顯示50%的農(nóng)田和園地土壤受到重金屬污染，且8種重金屬均有不同程度的超標(biāo)現(xiàn)象，其中鎘污染頻率最高達(dá)到42.3%，其次為汞污染率為23.1%。

3.3 畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的土壤污染

吳二社等[5]研究表明，畜禽養(yǎng)殖的飼料、糞便和廢水中含有Hg、Cd、Pb、Cu和Zn等多種重金屬。黔南州散戶養(yǎng)殖比重大，即使是規(guī)模化養(yǎng)殖場糞便、污水處理技術(shù)水平和處理率都不容樂觀，養(yǎng)殖廢棄物直排現(xiàn)象嚴(yán)重。同時畜禽糞便又作為有機(jī)肥料還用于農(nóng)田、園地，長期施用畜禽糞便可導(dǎo)致土壤重金屬累積。王開峰等[6]研究發(fā)現(xiàn)，長期施用廄肥明顯提高了土壤Zn、Cu和Cd的有效態(tài)含量和活化率。調(diào)查結(jié)果顯示養(yǎng)殖型村莊重金屬污染比例最高，重金屬元素污染超標(biāo)率從高到低排序?yàn)椋烘k>汞=砷>鉻>鉛=鋅=鎳。

3.4 垃圾無序堆放產(chǎn)生的土壤污染

固體廢棄物中重金屬極易移動，以輻射狀、漏洞狀向周圍土壤、水體擴(kuò)散[4]。長期以來，我國農(nóng)村生活垃圾亂堆亂放現(xiàn)象嚴(yán)重，垃圾也未進(jìn)行分類，來源復(fù)雜，其中不乏含有重金屬的廢電池、農(nóng)藥瓶、廢棄塑料薄膜、廢燈管等。因管理不善，重金屬會通過垃圾滲濾液造成土壤和水環(huán)境的污染。調(diào)查的垃圾池周邊土壤重金屬污染率接近60%，污染元素有鎘、汞、鉻、銅。

3.5 礦冶活動產(chǎn)生的土壤污染

涉重企業(yè)的“三廢”排放，也能夠通過大氣沉降、水體流動等方式造成土壤重金屬污染[7]。S縣汞礦豐富，遺留下大小不等為數(shù)眾多的廢棄汞礦洞和冶煉廢渣，在自然環(huán)境中重金屬不會降解、消失，反而通過日曬雨淋等自然作用，遷移、富集到土壤與農(nóng)作物中，造成土壤重金屬污染。調(diào)查結(jié)果顯示汞污染集中在S縣，S縣汞超標(biāo)率達(dá)60%，平均濃度為1.98 mg/kg，超過調(diào)查點(diǎn)位平均濃度的2倍。其伴生元素砷污染水平也較其余3縣高，平均濃度為19.03 mg/kg，超過調(diào)查點(diǎn)位平均濃度0.3倍。

3.6 公路交通活動產(chǎn)生的土壤污染

交通活動中，含鉛汽油、潤滑油燃燒排放的廢氣及汽車輪胎和剎車片磨損粉塵通過大氣沉降造成公路周邊土壤Pb、Cu、Zn和Cd的污染；同時公路兩側(cè)重金屬含量隨距公路距離的增加呈指數(shù)形式下降[8]。調(diào)查的2個公路周邊土壤樣本均受到重金屬的污染，污染因子為鉛、鋅、汞，其平均濃度分別超過調(diào)查點(diǎn)位平均濃度的0.6倍、1.4倍和3.4倍。

4 結(jié)論

(1)黔南州試點(diǎn)農(nóng)村土壤重金屬總體為輕度污染，鎘、汞、砷、鉛、鉻、銅、鋅、鎳8種重金屬均有不同程度的超標(biāo)，以鎘污染為首要，其次為汞和砷，其中鎘污染天然本底值的影響占主導(dǎo)地位。

(2)調(diào)查的各類村莊中養(yǎng)殖型村莊重金屬污染比例最高，其次為種植型村莊，生態(tài)型村莊污染比例最低。

(3)粗放的經(jīng)濟(jì)增長模式、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式和畜禽養(yǎng)殖廢棄物綜合利用率低，生活垃圾無序堆放是造成農(nóng)村土壤重金屬污染的主要人為原因。

[1] 張繼舟，王宏韜，倪紅偉,等. 我國農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)狀、成因與診斷方法分析[J].土壤與作物，2012，4(1)：212-218.

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[7] 宋偉，陳百明，劉琳. 中國耕地重金屬污染概況[J]. 水土保持研究，2013，20(2)：293-298.

[8] 郭廣慧，雷梅，陳同斌，等.交通活動對公路兩側(cè)土壤和灰塵中重金屬含量的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2008，28(10)：1937-194.

AnalysisofheavymetalpollutioninsoiloftypicalruralareainQiannanPrefecture

You Guoyun, Lei Yu

(Environmental Monitoring Station of Qiannan Prefecture, Guizhou Province, Duyun 558000)

Based on the monitoring data of rural environmental quality from 2015 to 2016, this paper studied the heavy metal pollution in soil in 5 villages of 4 key eco-counties of Qiannan Prefecture, Guizhou Province. In these villages, planting and tourism are the dominating industries, along with culturing, ecological protection and others. The causes of heavy metal pollution were analyzed by monitoring and evaluating the status of heavy metal pollution in the soil that may be contaminated around drinking water sources, in farmland, garden, surrounding farm, around the garbage pond and around the factory. The results showed that the heavy metals in rural soil was lightly polluted overall, and the over-standard rate of soil heavy metals in pilot sites was 49.2%.The content of heavy metals, such as cadmium, mercury, arsenic, lead, chromium, copper, zinc and nickel in soil was exceeding the standard to different extent, with cadmium pollution as the most serious, followed by mercury and arsenic. The pollution degree of each heavy metal in different types of soils shows little difference.

Qiannan; rural soil; heavy metal pollution

X825

A

2017-10-13; 2017-11-14修回

游國云(1971-)，女，高級工程師，研究方向：環(huán)境監(jiān)測與質(zhì)量分析。E-mail:909863232@qq.com