安徽省桐城市農(nóng)田土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

李 燕

(桐城師范高等專(zhuān)科學(xué)校，安徽 桐城 231400)

土壤是地球生物的載體，更是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的重要自然環(huán)境要素。近年來(lái)，隨著現(xiàn)代化工業(yè)和農(nóng)業(yè)的集約化發(fā)展，農(nóng)藥和化肥被大量使用，甚至使用污水灌溉農(nóng)田，導(dǎo)致大量耕地被不同程度地污染，土壤環(huán)境污染日益嚴(yán)峻，致使土壤嚴(yán)重退化。每年因此損失大量的糧食，還直接導(dǎo)致農(nóng)作物品質(zhì)不斷下降，嚴(yán)重威脅到農(nóng)產(chǎn)品的安全，乃至人類(lèi)的食品安全，進(jìn)而危害到人類(lèi)的身體健康。因此，土壤污染已成為農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的潛在威脅。

土壤污染是指“由于自然原因和人類(lèi)活動(dòng)所產(chǎn)生的污染物質(zhì)進(jìn)入土壤，其數(shù)量超過(guò)土壤的容納能力，速度超過(guò)土壤的凈化速度，最終使土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，導(dǎo)致農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量下降，還引發(fā)大氣或水體的次生污染，因而對(duì)人類(lèi)身體健康構(gòu)成危害的現(xiàn)象”[1]。土壤被污染后會(huì)直接改變土壤生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，各種污染物在耕地作物系統(tǒng)中長(zhǎng)期累積，并通過(guò)食物鏈在人體內(nèi)富集，形成長(zhǎng)期潛伏的“定時(shí)炸彈”，終將對(duì)生物圈的生態(tài)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

每年，全球由重金屬物質(zhì)的染污引起的疾病事件頻頻發(fā)生；重金屬染污也會(huì)對(duì)土壤環(huán)境產(chǎn)生各種程度的不良影響。中國(guó)環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部聯(lián)合調(diào)查全國(guó)土壤污染狀況結(jié)果顯示，我國(guó)有19.4%的耕地存在不同形式的污染[2]，其中以重金屬污染為主，主要包括重金屬元素Cr、 Cd、Ni、Cu、As、Hg、Pb、Zn。每年超過(guò)1200萬(wàn)t糧食被重金屬污染，1000多萬(wàn)t糧食減產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)損失在200億元以上[2]。

人類(lèi)的采礦與冶煉活動(dòng)使重金屬進(jìn)入了水流和土壤中，由于它們不被生物降解，反而通過(guò)食物鏈被富集起來(lái)，食物鏈終端的人類(lèi)會(huì)因此慢性中毒。近年來(lái)，此類(lèi)事件并不少見(jiàn)，以海洋水污染事件最典型，如早在1956年發(fā)生在日本水俁灣的汞污染事件，致使數(shù)十萬(wàn)人留下后遺癥，長(zhǎng)期飽受身體病痛的折磨，這就是四大公害病之一——水俁病。

1 重金屬污染的特點(diǎn)

重金屬污染的潛伏期很長(zhǎng)，通常被發(fā)現(xiàn)時(shí)，污染程度已經(jīng)達(dá)到嚴(yán)重污染水平，所以已經(jīng)產(chǎn)生無(wú)法挽回的結(jié)果了。其次，重金屬能與酸、堿和鹽類(lèi)物質(zhì)形成有機(jī)物，也就更能溶于土壤中，生物毒性也不斷地積累。特別是當(dāng)重金屬元素進(jìn)入土壤環(huán)境后，不能依靠生態(tài)系統(tǒng)本身的自?xún)糇饔脺p輕其危害作用，因此對(duì)動(dòng)植物和土壤系統(tǒng)帶來(lái)致命的影響。

2 土壤重金屬污染的危害

2.1 對(duì)動(dòng)植物的危害

重金屬超標(biāo)，使植物根系新陳代謝失調(diào)，根系的吸收能力顯著減弱，從而使植物生長(zhǎng)缺少營(yíng)養(yǎng)，導(dǎo)致植物生長(zhǎng)緩慢，植物產(chǎn)量和品質(zhì)下降，甚至引起其生態(tài)特征的突變。土壤是動(dòng)物賴(lài)以生存和繁衍的唯一環(huán)境，土壤重金屬污染對(duì)于它們而言就是致命的威脅，會(huì)影響其種群的數(shù)量及生物群落的構(gòu)成。

2.2 對(duì)人類(lèi)身體健康的危害

重金屬在動(dòng)、植物體內(nèi)不斷積累，隨著漫長(zhǎng)的食物鏈進(jìn)程，最終富集到人體中，使人體某些功能器官產(chǎn)生一系列的病變，誘發(fā)其它疾病，甚至引發(fā)癌癥，嚴(yán)重危害人類(lèi)身體健康。

2.3 對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的危害

地球生物圈是一個(gè)處于不斷的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的生態(tài)系統(tǒng)，作為生態(tài)環(huán)境組成成分之一的土壤，如果被重金屬污染，便會(huì)導(dǎo)致處于動(dòng)態(tài)平衡的生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境惡化。

3 土壤樣品采集與處理

安徽省桐城市新渡鎮(zhèn)素有“塑料之鄉(xiāng)”的美譽(yù)，大大小小的塑料加工廠遍布鄉(xiāng)鎮(zhèn)，塑料產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程和使用過(guò)程中都會(huì)對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生不利的影響。塑料制品埋在土壤中很難被分解，減弱了土壤透氣性能，阻礙水分在土壤中的傳遞，使植物根系生存困難，影響農(nóng)作物生長(zhǎng)，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。日常生活中，一次性塑料袋被大量使用；塑料袋如果受熱超過(guò)65 ℃，其中的化學(xué)成分會(huì)分解滲透到食物里，給人類(lèi)的身體健康埋下隱患。使用后的廢塑料被一些不正規(guī)的垃圾處理場(chǎng)焚燒，產(chǎn)生大量有害氣體，污染附近大氣環(huán)境，甚至?xí)T發(fā)人們的呼吸道疾病。

桐城市新渡鎮(zhèn)童莊村的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)就是塑料加工，廢棄的塑料薄膜長(zhǎng)時(shí)間老化后并不腐爛，碎屑物會(huì)被遺留在田地間，破壞土壤生態(tài)結(jié)構(gòu)，阻礙農(nóng)田植物吸收水分和養(yǎng)分，影響農(nóng)作物正常生長(zhǎng)，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)。在糧食區(qū)農(nóng)田土壤中，用五點(diǎn)法采集10個(gè)樣點(diǎn)，用小鐵鏟取5～20 cm的表層土，鋪在準(zhǔn)備好的塑料布上。先用小鐵耙除去土壤上層的雜物如植物根莖和落葉、小石子等，再用小鐵鏟將大的土塊敲碎、混勻，堆成一個(gè)正方體，沿其兩條對(duì)角線分割，得到土壤樣品。最終共得到土壤樣品66個(gè)，采集的樣品經(jīng)登記編號(hào)后，用塑料袋封裝，帶回實(shí)驗(yàn)室。

在實(shí)驗(yàn)室背陽(yáng)的桌面上，將取回的新鮮土樣小心地平鋪在干凈的白紙上，均勻攤開(kāi)，形成2～3 cm 的薄層，讓其在通風(fēng)處自然風(fēng)干。風(fēng)干過(guò)程中，多次翻動(dòng)土壤，挑揀出石礫等雜質(zhì)；等到土壤稍微干燥，逐一壓碎大塊土壤，再用細(xì)木棒反復(fù)碾壓成細(xì)小顆粒。土樣徹底風(fēng)干后，用研缽對(duì)樣品逐一研磨，每個(gè)樣品都要分多次研磨，研磨后過(guò)100目尼龍網(wǎng)篩，然后編號(hào)，裝入密封的塑料瓶中保存，以備土壤重金屬含量的測(cè)定。

4 土壤重金屬測(cè)定

取0.2 g土壤樣品，置于潔凈的消解罐中，往其中加入8 ml HNO3和2 ml H2O2浸泡。然后將消解罐按要求密閉后放入微波消解儀中，設(shè)置程序：160 ℃，10 min；180 ℃，1 h，消解程序完畢后，冷卻至30～50 ℃后，取出。將消解液全部轉(zhuǎn)移至燒杯中，加入2 ml HF和1 ml HClO4，在180 ℃的加熱板上趕酸。趕酸結(jié)束后，將消解液轉(zhuǎn)移到50 ml容量瓶中，用5%硝酸溶液定容，使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀ICP-OMS測(cè)定土壤中 Cu、Zn、Cd、Cr、Pb、As、Ni和Hg的含量。

5 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方法

單因子污染指數(shù)法是目前國(guó)內(nèi)通用的一種重金屬污染評(píng)價(jià)方法，評(píng)價(jià)結(jié)果由污染指數(shù)表示，指數(shù)小，說(shuō)明污染物質(zhì)的污染程度較輕；指數(shù)大，則說(shuō)明污染物質(zhì)的污染程度較重。其計(jì)算式為：Pi=Ci/Si，式中：Pi為重金屬元素的污染指數(shù)，Ci為研究區(qū)域重金屬元素的測(cè)量值，Si為重金屬元素標(biāo)準(zhǔn)參考值；

6 檢測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析

表1轉(zhuǎn)換成圖1，各重金屬元素在土壤中的含量差異明顯，因此結(jié)論非常明確。

表1 土壤重金屬單因子污染指數(shù)法分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

圖1 桐城市新渡鎮(zhèn)農(nóng)田土壤8種重金屬單因子污染指數(shù)

桐城市新渡鎮(zhèn)農(nóng)田土壤中8種重金屬的單項(xiàng)污染指數(shù)平均值表現(xiàn)為Hg >Cd >Zn > Ni >Cu >Cr > Pb >As。這說(shuō)明Hg是主要污染元素，Hg的單因子污染指數(shù)均值達(dá)到4.69，對(duì)照分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，屬于中度污染；Cd、Zn、Ni、Cu、Cr、Pb的單因子污染指數(shù)均值范圍都在1.1～1.5之間，屬于輕微污染；As單因子污染指數(shù)為 0.64，污染程度最低。

統(tǒng)計(jì)各樣點(diǎn)的重金屬元素單項(xiàng)污染指數(shù)值超標(biāo)情況，結(jié)果如表2所示。所有土壤樣品中，8 種重金屬元素在土壤中都有一定累積，其中Hg最引人注目，38%的樣點(diǎn)達(dá)到了重度污染水平。As有75%的樣點(diǎn)處于清潔水平，Cu、Zn、Ni、Cr大部分樣點(diǎn)屬于輕微污染，Pb 有63%的樣點(diǎn)達(dá)到輕微污染水平，Cd有78%的樣點(diǎn)屬于輕微污染。

表2 桐城市新渡鎮(zhèn)農(nóng)田8種土壤重金屬單因子污染指數(shù)

表3 樣點(diǎn)分布頻率評(píng)價(jià)

綜合以上結(jié)果，我們知道，桐城市新渡鎮(zhèn)農(nóng)田土壤中重金屬Hg是主要污染因子，大部分樣點(diǎn)均處于重度污染；As污染最輕，大部分處于清潔水平；Cu、Zn、Ni、Cr、Pb 、Cd 大部分為輕微污染，個(gè)別樣點(diǎn)處于中度污染。所以，我們?cè)谕恋厥褂眠^(guò)程中要嚴(yán)格控制Hg元素的土壤進(jìn)入，并且對(duì)已經(jīng)污染的耕地要采取治理措施，把危害降到最低。