云南東川小江沿岸農(nóng)田土壤和白菜重金屬污染研究

鄒鯉嶺，楊加慶，程先鋒,2，王文甫，黃茜蕊，張香群

(1. 云南國土資源職業(yè)學(xué)院，云南 昆明 650217；2. 中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083)

【研究意義】東川礦產(chǎn)資源豐富，到目前探明的礦產(chǎn)資源主要有銅、鐵、磷、金、鉛礦等，銅金屬儲(chǔ)量335 kt，位居全國第3[1]。礦產(chǎn)資源的開發(fā)帶來社會(huì)繁榮與進(jìn)步的同時(shí),也給環(huán)境帶來破壞。 有研究表明,礦業(yè)開發(fā)、運(yùn)輸、加工和冶煉過程中產(chǎn)生的廢水、粉塵及尾礦等給礦區(qū)的農(nóng)田生態(tài)環(huán)境及人體健康帶來了不同程度的危害[2]。小江長(zhǎng)134 km，流域面積約3120 km2，貫穿東川礦區(qū)，由于礦區(qū)廢渣、尾礦堆經(jīng)雨水淋濾下滲，選礦、尾礦廢水排放后，入滲或經(jīng)塌陷灌入地下，使地下水污染嚴(yán)重，被污染的地下水及選礦、尾礦廢水排放后匯入小江，導(dǎo)致“牛奶河”事件，小江沿岸的農(nóng)田大都用小江水灌溉，或是被污染的地下水灌入，導(dǎo)致重金屬遷移到沿岸的土壤里面。土壤中的重金屬又會(huì)被農(nóng)作物富集，人、動(dòng)物吃了這類農(nóng)作物，在其體內(nèi)積累，達(dá)到一定量時(shí)，就會(huì)給健康帶來危害。【前人研究進(jìn)展】關(guān)于蘭坪、個(gè)舊農(nóng)田土壤和農(nóng)作物重金屬污染研究的文章較多。有關(guān)東川小江沿岸農(nóng)作物、土壤重金屬研究相關(guān)報(bào)道較小?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】文章對(duì)東川小江沿岸的土壤、白菜重金屬污染特征進(jìn)行分析,利用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量及白菜重金屬污染狀況。【擬解決的關(guān)鍵問題】為解決礦區(qū)土壤安全利用和污染防治以及當(dāng)?shù)鼐用袷称钒踩珕栴}提供一定的參考依據(jù)。

圖1 取樣點(diǎn)分布Fig.1 The distribution of sampling sites

1 材料與方法

1.1 樣品的采集

1.1.1 采樣點(diǎn) 針對(duì)沿上游大白河阿旺段經(jīng)過三江口，直至小江和金沙江交匯處下游約5 km沿岸及礦山周邊的農(nóng)田土壤及白菜進(jìn)行采樣，采集土壤和白菜樣品各20個(gè)，用GPS記錄采樣點(diǎn)坐標(biāo)(圖1)。采樣點(diǎn)T01～T05，區(qū)域A位于東川市的上游，該區(qū)域大型礦山較少；采樣點(diǎn)T06～T10，區(qū)域B為靠近礦山區(qū)域；采樣點(diǎn)T11～T15，區(qū)域C為東川下游流域；采樣點(diǎn)T16～T20，區(qū)域D為礦業(yè)活動(dòng)區(qū)。

1.1.2 白菜樣品的采集 在白菜大面積種植區(qū)，采用梅花型取樣，每點(diǎn)取3～5株白菜匯合成1個(gè)樣，共采樣20個(gè)。在采樣點(diǎn)用去離子水沖洗白菜根部泥土，裝入聚乙烯塑料袋，做好編號(hào)及記錄，并扎緊袋口封裝后運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，以防水分蒸發(fā)。24 h內(nèi)將樣品存放至低溫環(huán)境中[3]。

1.1.3 土壤樣品的采集 白菜取樣同田采集土壤樣品，共采20個(gè)混合樣。為避免其他金屬污染，用木制工具采樣，采取蛇形法，耕作層為0～20 cm土采樣，在各采樣點(diǎn)采集6個(gè)土樣混合均勻制成混合樣，用四分法棄取，留下l kg左右，裝入樣品袋，編號(hào)記錄。

1.2 樣品測(cè)試

按照NYT 395-2000農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[4]檢測(cè)土壤重金屬，按照GB/T5009食品中重金屬檢測(cè)方法[5]檢測(cè)農(nóng)作物中重金屬。

1.3 評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)

1.3.1 農(nóng)作物重金屬污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量(GB2762-2012)》作為農(nóng)作物重金屬污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[6]，《國家糧食衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB15199-94)》作為Cu污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[7]，《國家糧食衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB13106-91)》作為Zn污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[8]。Ni污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用食品衛(wèi)生理化檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[9]。評(píng)價(jià)白菜中重金屬元素的污染情況采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法。數(shù)據(jù)錄入用Microsoft Office Excel 2010，數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)用SPSS2.0。

1.3.2 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 土壤 pH值為 7.56～8.17，采用土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-1995)二級(jí)(旱作，pH值>7.5)標(biāo)準(zhǔn)作為土壤超標(biāo)率評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[10]。

為全面反映各污染物對(duì)土壤的不同作用，突出高濃度污染物對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響，采用土壤綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)土壤中重金屬元素的污染情況，計(jì)算公式為[3](1)：

表1 土壤環(huán)境質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

(1)

式中:(Ci/Si)max為最大單項(xiàng)污染指數(shù)；(Ci/Si)ave為平均單項(xiàng)污染指數(shù)。 土壤分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬污染現(xiàn)狀及分析

由表2可知，A區(qū)農(nóng)田土壤中As、Cd、Cu 3 種重金屬超標(biāo)，超標(biāo)率分別為40 %、80 %、80 %，土壤Hg含量的變異系數(shù)為278.57，表明土壤Hg分布不均勻，與其他幾種重金屬相比較，農(nóng)田土壤Hg更易受外界干擾。土壤中Cr、Hg、Pb和Zn的污染指數(shù)小于0.7，為未受污染，As、Ni污染等級(jí)屬警戒線，示為尚清潔，Cu的污染指數(shù)為1.4，屬輕度污染，Cd的污染指數(shù)為4.81，為重度污染。

B區(qū)農(nóng)田土壤中Cd、Cu 2種重金屬超標(biāo)，超標(biāo)率均為100 %。土壤中Cr、Hg、Pb的污染指數(shù)小于0.7，表示未受到污染，As、Zn、Ni污染等級(jí)屬于警戒線，示為尚清潔，Cu的污染指數(shù)為1.66，屬輕度污染，Cd污染指數(shù)為5.81，屬重度污染。

表2 A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)、D區(qū)土壤重金屬污染特征參數(shù)

續(xù)表2 Continued table 2

分區(qū)Partition重金屬特征參數(shù)Heavy metal characteristic parameters砷(As)鎘(Cd)鉻(Cr)銅(Cu)汞(Hg)鎳(Ni)鉛(Pb)鋅(Zn)最小值(mg /kg)31.30.5253.41050.0951.527.6160平均值(mg /kg)74.041.1880.64811.80.16668.5274.9295標(biāo)準(zhǔn)差(mg /kg)41.990.6820.44799.630.0614.5147.58136.23變異系數(shù)(%)56.7157.6325.3498.536.1421.1863.5246.18超標(biāo)率(%)100800100060040P4.5312.132.8115.370.21.260.331.34GB15618二級(jí)旱作標(biāo)準(zhǔn)(mg /kg)250.6250100160350300

C區(qū)農(nóng)田土壤中As、Cd、Cu 3種重金屬超標(biāo)，超標(biāo)率分別為60 %、40 %、60 %，土壤Cd和Cu變異系數(shù)分別為100.76和115.53，表明土壤Cd和Cu分布不均勻。土壤中Cr、Hg、Pb的污染指數(shù)小于0.7，表示未受到污染。Ni、Zn的污染指數(shù)分別為0.79、0.73，污染等級(jí)屬于警戒線，為尚清潔，As的污染指數(shù)為1.63，屬輕度污染，Cd、Cu的污染指數(shù)大于3，為重度污染，Cu的污染指數(shù)為7.11，比Cd污染程度嚴(yán)重。

D區(qū)農(nóng)田土壤中As、Cd、Cu、Ni和Zn 5 種重金屬超標(biāo)，超標(biāo)率分別為100 %、80 %、100 %、60 %和40 %。土壤中Hg、Pb的污染指數(shù)小于0.7，表示未受到污染，Ni、Zn的污染指數(shù)分別為1.26、1.34，污染等級(jí)屬于警戒線，示為尚清潔，Cr的污染指數(shù)為2.81，屬輕度污染，As、Cd、Cu的污染指數(shù)大于3，屬重度污染，Cu的污染指數(shù)是15.37，污染程度最嚴(yán)重，3 種重金屬元素污染程度為Cu>Cd>As。

表3 農(nóng)作物(鮮樣)重金屬污染特征

續(xù)表3 Continued table 3

分區(qū)Partition重金屬特征參數(shù)Heavy metal characteristic parameters砷(As)鎘(Cd)鉻(Cr)銅(Cu)汞(Hg)鎳(Ni)鉛(Pb)鋅(Zn)最小值(mg/kg)2.280.140.9410.30.031.128.2677.7平均值(mg/kg)8.860.552.9178.460.0573.6918.69112.52標(biāo)準(zhǔn)差(mg/kg)7.670.262.2580.870.032.8213.4925.22變異系數(shù)(%)85.5747.2777.32103.0752.6376.4272.1822.41超標(biāo)率(%)100100100100100100100100P32.373.5510.1615.524.3821.671096.24 0.50.20.5100.020.30.320

2.2 白菜重金屬污染現(xiàn)狀及分析

由表3可知，A區(qū)白菜中重金屬元素As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn全部超標(biāo)，超標(biāo)率均為100 %。白菜中所測(cè)重金屬的污染指數(shù)均大于3，受重金屬污染均為嚴(yán)重，污染程度為Pb>Cd>Zn>As>Hg>Ni>Cu>Cr。

B區(qū)白菜中重金屬元素As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn全部超標(biāo)，超標(biāo)率均為100 %。白菜中Cu的污染指數(shù)為2.07，屬中度污染，As、Cd、Cr、Hg、Ni、Pb和Zn的污染指數(shù)均大于3，污染嚴(yán)重，污染程度為Pb>Ni>Zn>As>Cr>Cd>Hg。

C區(qū)白菜中重金屬元素As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn全部超標(biāo)，超標(biāo)率均為100 %。Cu的污染指數(shù)為2.33，屬中度污染，As、Cd、Cr、Hg、Ni、Pb和Zn的污染指數(shù)均大于3，均屬嚴(yán)重污染，污染程度為Pb>Ni>Hg >Cr >As>Cd>Zn。

D區(qū)白菜中重金屬元素As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn全部超標(biāo)，超標(biāo)率為100 %。As、Cd、Cr、Hg、Ni、Pb和Zn的污染指數(shù)均大于3，均屬嚴(yán)重污染，污染程度為Pb>As >Ni>Cu>Cr>Zn>Hg>Cd。

3 討 論

(1)A區(qū)位于東川上游地區(qū)，周邊沒有規(guī)模較大的礦山，農(nóng)田土壤中As、Cd、Cu 3種重金屬超標(biāo)，Cu的污染指數(shù)為1.4，屬輕度污染。Cd的污染指數(shù)為4.81，屬重度污染。B區(qū)位于東川中游，距落雪、湯丹、因明大型礦山相對(duì)較近，農(nóng)田土壤Cd、Cu二種重金屬超標(biāo)，Cu的污染指數(shù)為1.66，屬輕度污染，Cd污染指數(shù)為5.81，屬重度污染。C區(qū)位于東川下游，農(nóng)田土壤中As、Cd、Cu 3種重金屬超標(biāo)，As的污染指數(shù)為1.63，屬輕度污染，Cd、Cu的污染指數(shù)大于3，屬重度污染，Cu的污染指數(shù)為7.11，污染程度比Cd嚴(yán)重。D區(qū)位于礦山周邊，農(nóng)田土壤中As、Cd、Cu、Ni和Zn 5種重金屬超標(biāo)，Cr的污染指數(shù)為2.81，屬輕度污染，As、Cd、Cu的污染指數(shù)大于3，屬重度污染，Cu的污染指數(shù)為15.37，污染程度最嚴(yán)重，污染程度為Cu>Cd>As。上述4個(gè)區(qū)重金屬污染程度為D>C>B>A。D區(qū)因處于礦業(yè)活動(dòng)區(qū)，農(nóng)田土壤受采礦活動(dòng)直接影響，故污染最為嚴(yán)重。C區(qū)位于東川下游，東川區(qū)生活排放的污水及礦業(yè)廢水都匯集于下游，小江沿岸農(nóng)田用小江水進(jìn)行灌溉，所以C區(qū)農(nóng)田土壤污染也較為嚴(yán)重。

(2)在研究區(qū)白菜中的重金屬全部超標(biāo)，超標(biāo)率均為100 %。4個(gè)區(qū)白菜受污染的程度為D>A>B>C。所測(cè)區(qū)域土壤中Cr、Hg、Ni、Pb和Zn都沒有超標(biāo)，由此推斷造成農(nóng)作物Cr、Ni、Hg、Pb和Zn含量超標(biāo)的原因較為復(fù)雜，可能與來源不明確的污染源有關(guān)，例如大氣沉降，農(nóng)藥、化肥和地膜的使用，污水灌溉，有一些固體廢棄物，如城市污泥、垃圾、磷石膏、煤泥等，除含有作為農(nóng)作物養(yǎng)料的磷、氮外，還會(huì)有對(duì)動(dòng)植物、人類有害的重金屬元素，被直接或加工為肥料進(jìn)入土壤，在增加土壤肥力的同時(shí)，也增加了土壤重金屬的含量。

4 結(jié) 論

研究區(qū)土壤中的Cr、Hg、Ni、Pb和Zn均沒有超標(biāo)，基本不構(gòu)成污染。在研究區(qū)白菜受到Pb的污染最為嚴(yán)重，說明白菜對(duì)Pb的富集吸收能力最強(qiáng)。白菜對(duì)重金屬元素富集能力較強(qiáng)，建議可以種植重金屬富集能力較差的農(nóng)作物。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃 英，陳曉光，鄭麗梅，等.昆明市東川區(qū)湯丹和落雪兩鎮(zhèn)蔬菜中銅、鎘含量分析[J].大理學(xué)院學(xué)報(bào)，2009,2(8):14-15.

[2]孫清斌，尹春芹，鄧金鋒.大冶礦區(qū)土壤-蔬菜重金屬污染特征及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].環(huán)境化學(xué),2013，4(32):671-677.

[3]鄒鯉嶺,程先鋒，齊武福. 云南個(gè)舊錫礦區(qū)農(nóng)田土壤和農(nóng)作物重金屬污染研究[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2017,30(1):409-416.

[4]NYT 395-2000，農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范檢測(cè)[S].中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).

[5]GB/T5009，食品衛(wèi)生檢驗(yàn)方法理化標(biāo)準(zhǔn)[S]. 中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).

[6]GB2762-2012，食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量[S]. 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)衛(wèi)生部.

[7]GB15199-94，國家糧食衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S]. 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)衛(wèi)生部.

[8]GB13106-91，國家糧食衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S]. 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)衛(wèi)生部.

[9]楊惠芬，李明元，沈 文.食品衛(wèi)生理化檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)[M].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1998:175-178.

[10]GB15618-1995,土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].