湖南省棉田鎘含量分析及污染評價

匡政成，郭利雙，匡逢春，李育強，陳浩東*

（1. 湖南省棉花科學(xué)研究所，湖南常德415101；2. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長沙410128）

近年來， 湖南省棉花種植面積大幅度降低，部分棉田改種水稻、玉米、蔬菜等作物[1]。 然而湖南省是我國“有色金屬之鄉(xiāng)”，礦產(chǎn)資源豐富，開采歷史悠久[2]，導(dǎo)致湖南省部分耕地土壤重金屬污染嚴(yán)重，鎘（Cd）污染事件呈高發(fā)態(tài)勢，引起人們普遍憂慮。為此，湖南省棉花科學(xué)研究所在全省典型植棉區(qū)采集30 份棉田土壤樣品進(jìn)行Cd 含量檢測， 分析湖南省棉田土壤Cd 污染水平， 以期為當(dāng)?shù)孛尢锓N植結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)田土壤重金屬防治提供支撐，從而合理使用污染耕地， 降低食用農(nóng)產(chǎn)品重金屬Cd 超標(biāo)風(fēng)險。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

選取岳陽、常德、衡陽3 個地級市，每個地級市隨機選取10 個采樣點（棉田），共30 個采樣點（表1）。每個采樣點按照五點取樣法取1 m2面積內(nèi)0～20 cm 土層土壤，混勻后取1 000 g 自然陰干備用。

1.2 數(shù)據(jù)檢測和分析

采集的土壤樣品送至湖南省農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗檢測中心進(jìn)行土壤pH 和土壤Cd 含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）測定。 采用MS Excel 2007 和SPSS 21 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析。

1.3 評價方法

以湖南省土壤環(huán)境Cd 背景值作為基準(zhǔn)，采用地累積指數(shù)法評價Cd 污染等級。 計算公式如下：Igeo＝log2（Ci/1.5Bi）；式中：Igeo為地累積指數(shù)，Ci為土壤樣品中Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù) （mg·kg－1），Bi為土壤環(huán)境背景的Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)（mg·kg－1）。

根據(jù)Igeo將土壤Cd 污染程度分為7 個等級：當(dāng)Igeo≤0 時，處于0 級，表示土壤未受到Cd 污染；0＜Igeo≤1 時，處于1 級，表示土壤受到輕度Cd 污染；1＜Igeo≤2 時，處于2 級，表示土壤受到中度Cd污染；2＜Igeo≤3 時，處于3 級，表示土壤受到中度到強（中-強）Cd 污染；3＜Igeo≤4 時，處于4 級，表示土壤受到強Cd 污染；4＜Igeo≤5 時，處于5 級，表示土壤受到很強Cd 污染；Igeo＞5 時， 處于6 級，表示土壤受到極強Cd 污染[3]。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH 和土壤Cd 含量

如表1 所示， 湖南省棉田土壤pH 平均值為6.98，范圍在4.60～8.00。 其中，岳陽市土壤pH 平均值為7.02，范圍在4.83～7.89，70%的采樣點土壤pH 大于7.5， 說明岳陽市棉田土壤以堿性為主；常德市土壤pH 平均值為7.83，范圍在7.60～8.00，所有的采樣點土壤pH 大于7.5， 說明常德市棉田土壤以堿性為主； 衡陽市土壤pH 平均值為6.08，范圍在4.60～7.90，70%的采樣點土壤pH 小于6.5，說明衡陽市棉田土壤以酸性為主。湖南省棉田土壤Cd 含量平均值為0.52 mg·kg－1， 范圍在0.16～1.60 mg·kg－1，其中岳陽市最高（0.61 mg·kg－1），常德市最低（0.34 mg·kg－1）。 與《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn) （試行）》（GB 15618－2018）[4]中規(guī)定的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值和管制值相比，10 個采樣點Cd 含量高于農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值， 占總樣點的33.33%；1 個采樣點Cd 含量高于農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管制值，占總樣點的3.33%。 說明湖南省大部分棉田土壤重金屬Cd 污染風(fēng)險較低，但岳陽市、衡陽市可能存在食用農(nóng)產(chǎn)品不符合質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)等土壤污染風(fēng)險，應(yīng)當(dāng)采取農(nóng)藝調(diào)控、替代種植等安全利用措施，其中岳陽市部分地區(qū)應(yīng)當(dāng)禁止種植食用農(nóng)產(chǎn)品。

表1 湖南省植棉區(qū)棉田土壤pH 和土壤Cd 含量

2.2 土壤重金屬Cd 污染狀況評價

地累積指數(shù)是評價沉積物中重金屬污染的常用指標(biāo)，它不僅反映重金屬的自然變化特征，還能判別人為活動對環(huán)境的影響[5]。 參照潘佑民等[6]文獻(xiàn)， 湖南省土壤環(huán)境Cd 背景值為0.126 mg·kg－1。由公式計算得到3 個地級市重金屬Cd 的地累積指數(shù)平均值為1.19，范圍在－0.24～3.08（表2）。 其中岳陽市重金屬Cd 的地累積指數(shù)平均值為1.34，范圍在0.32～3.08，50%的采樣點Igeo在0～1，30%的采樣點Igeo在1～2，表示岳陽市棉田土壤主要受到輕度和中度Cd 污染。 常德市重金屬Cd 的地累積指數(shù)平均值為0.81，范圍在0.15～1.45，80%的采樣點Igeo在0～1，表示常德市棉田土壤也主要受到輕度Cd 污染。 衡陽市重金屬Cd 的地累積指數(shù)平均值為1.41，范圍在－0.24～2.84，50%的采樣點Igeo在1～2，30%的采樣點Igeo在2～3， 表示衡陽市棉田土壤主要受到中度和中-強Cd 污染。 從不同污染等級樣品分析， 未受到Cd 污染土壤樣品1 份，占總份數(shù)的3.33%；受到輕度Cd 污染土壤樣品14份，占總份數(shù)的46.67%；受到中度Cd 污染土壤樣品10 份，占樣品總數(shù)的33.33%；受到中-強Cd 污染土壤樣品4 份，占樣品總數(shù)的13.33%；受到強Cd 污染土壤樣品1 份，占樣品總數(shù)的3.33%。 說明湖南省棉田土壤主要受到輕度和中度Cd 污染， 且土壤中Cd 含量很可能受到了人類活動的影響。

表2 湖南省植棉區(qū)Cd 的地累積指數(shù)及不同污染等級樣品數(shù)

3 討論與結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)，湖南省棉田土壤主要受到輕度和中度的Cd 污染，這可能是農(nóng)藥和化肥施用、工業(yè)廢棄物排放、礦冶等多種人類活動所致。 通過對湖南省棉田土壤Cd 含量分析發(fā)現(xiàn)，岳陽市和衡陽市棉田土壤Cd 含量遠(yuǎn)高于常德市，且50%的采樣點Cd 含量高于農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值、5%采樣點Cd 含量高于農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管制值，這可能與岳陽市和衡陽市同處于湘江中下游Cd 污染物排放較為嚴(yán)重的地區(qū)有關(guān)。 該區(qū)域種植食用農(nóng)產(chǎn)品重金屬Cd 超標(biāo)風(fēng)險較高，這與前人的研究結(jié)論[7]基本一致。因此，岳陽市和衡陽市等區(qū)域棉田如進(jìn)行種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，要注意農(nóng)產(chǎn)品重金屬Cd 污染及食用風(fēng)險監(jiān)測， 建議長株潭等湘江中下游地區(qū)推廣種植非食用作物[9-11]。