墊江縣農(nóng)用地土壤潛在重金屬毒性污染評價(jià)及源解析

盧吉文，楊忠禮，姚玉璽

(重慶市墊江縣生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，重慶 408300)

0 引言

土壤是經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，事關(guān)老百姓舌尖安全、廣大人民群眾的切身利益和關(guān)系美麗中國建設(shè)，保護(hù)好土壤環(huán)境是推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和維護(hù)國家生態(tài)安全的重要內(nèi)容。2014年環(huán)境保護(hù)部和國土資源部的《全國土壤污染調(diào)查公報(bào)》顯示，我國土壤環(huán)境污染類型分為：無機(jī)型、有機(jī)型和復(fù)合型，其中以無機(jī)型為主，有機(jī)型次之，復(fù)合型污染比重較小。土壤中重金屬是潛在的有毒元素(Potentially toxic elements，PTEs)，被認(rèn)為是最危險(xiǎn)和最具破壞性的污染物質(zhì)之一。

研究區(qū)域墊江縣，位于重慶市域中部，東鄰豐都縣、忠縣，南連涪陵區(qū)、長壽區(qū)，西倚四川省大竹縣、鄰水縣，北與梁平區(qū)接壤，地勢北高南低，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，素有“川東小平原”美稱，轄區(qū)內(nèi)種植蔬菜、墊江晚柚和牡丹等經(jīng)濟(jì)作物。墊江縣土壤重金屬污染狀況調(diào)查鮮有研究，僅見周霞等[1]對墊江縣牡丹主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬含量進(jìn)行分析和評價(jià)。

為掌握墊江縣土壤中污染狀況，本文以墊江縣44個(gè)農(nóng)田點(diǎn)位為研究對象，測定土壤中的7種重金屬(Cd、As、Pb、Cr、Cu、Zn和Ni)的含量，采用多元統(tǒng)計(jì)分析和《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB15618-2018)中的風(fēng)險(xiǎn)篩選值對墊江縣農(nóng)用地土壤進(jìn)行評價(jià)[2]，為墊江縣農(nóng)業(yè)區(qū)域土壤污染防治提供理論參考，也可以為生態(tài)環(huán)境主管部門對墊江縣的土壤保護(hù)和管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

選擇墊江縣艾佳蔬菜種植基地、眾誠蔬菜種植基地和高峰柑橘園3個(gè)大型種植基地作為研究對象，按照《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T166-2004)[3]，采用蛇形布點(diǎn)法，采集表層(0～20 cm)土壤1～2 kg，利用GPS定位，并記錄經(jīng)緯度坐標(biāo)，共采集44個(gè)土壤樣品。土壤樣品冷凍干燥后，用木棍揀去石塊、植物根系殘?bào)w和碎屑，采用四分法取樣進(jìn)行磨碎處理，過100目(0.149 mm)尼龍土壤篩，備用。

1.2 樣品分析測試方法

土壤pH使用去除二氧化碳新制備的蒸餾水為浸提劑，水土質(zhì)量比為2.5∶1，采用上海儀電DHSJ-4F型pH計(jì)測定[4]。土壤樣品用鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸消解，取上清液待測，于30 d內(nèi)用安捷倫AA280DUO原子吸收分光光度法測定Cu、Zn、Ni、Cd、Cr和Pb等重金屬元素含量[5-6]。在通風(fēng)櫥中，加入6 mL鹽酸，再慢慢加入2 mL硝酸，混勻樣品與消解液充分接觸，待反應(yīng)結(jié)束后置于微波消解儀中消解，使用北京海光AFS-9560原子熒光分光光度儀測定土壤中As含量[7]。土壤樣品測試全過程，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行測試，采用地球物理地球化學(xué)勘察所的國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為ASA-5a和GSS-4，相對誤差在允許范圍內(nèi)，加標(biāo)回收率在90%～110%。

1.3 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法

墊江縣艾佳蔬菜種植基地、眾誠蔬菜種植基地和高峰柑橘園土地類型為農(nóng)用地，因此采用《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB15618-2018)中的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價(jià)。當(dāng)土壤中重金屬濃度含量等于或者低于GB15618-2018中規(guī)定的風(fēng)險(xiǎn)篩選值時(shí)，對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、農(nóng)作物生長或土壤生態(tài)環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)低，一般情況下可以忽略不計(jì)。當(dāng)土壤重金屬濃度含量介于GB15618-2018中的風(fēng)險(xiǎn)篩選值與風(fēng)險(xiǎn)管控值之間時(shí)，對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、農(nóng)作物生長或土壤生態(tài)環(huán)境可能存在風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測和農(nóng)產(chǎn)品協(xié)同監(jiān)測，原則上應(yīng)當(dāng)采取安全利用措施。當(dāng)土壤重金屬濃度含量高于GB15618-2018中規(guī)定的風(fēng)險(xiǎn)管控值時(shí)，食用農(nóng)產(chǎn)品不符合質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)且農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)高，原則上應(yīng)當(dāng)采取嚴(yán)格管控措施[2]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 23.0統(tǒng)計(jì)軟件對土壤樣品的44組數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、主成分分析和聚類分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤重金屬含量描述性統(tǒng)計(jì)

墊江縣44個(gè)土壤監(jiān)測點(diǎn)位的pH和重金屬含量監(jiān)測結(jié)果表見表1。由表1可知，墊江縣農(nóng)用地除Pb和Cd外，其余5種重金屬(Zn、Cr、Cu、Ni和As)土壤中濃度的平均值與重慶市土壤背景值無明顯變化。但土壤中Pb和Cd的含量分別超出背景值52.6%、107.5%，說明土壤中Pb和Cd在墊江縣的農(nóng)用地中有一定程度的富集。變異系數(shù)一般用來衡量土壤受人類活動(dòng)影響的大小[8-9]。7種重金屬的變異系數(shù)分別為0.18、0.16、0.27、0.20、0.15、0.24和0.26。Pb和Cr的變異系數(shù)≤0.16，說明受人類活動(dòng)的影響較小。其中Zn、Cd、Cu、Ni和As等金屬的變異系數(shù)>0.16，說明已經(jīng)受到人類活動(dòng)的影響。其中Cd和Cu受人類活動(dòng)影響最大。7種金屬的偏度排序?yàn)镹i> Cr>Cd>Cu>Pb=Zn>As，呈正態(tài)分布雙尾特征。

表1 墊江縣農(nóng)業(yè)土壤重金屬分析結(jié)果(單位：mg/kg)Tab.1 Analysis results of heavy metals in agricultural soil of Dianjiang County

2.2 土壤重金屬相關(guān)性分析

對研究區(qū)域表層土壤中8種檢出項(xiàng)目進(jìn)行相關(guān)分析，分析結(jié)果見表2，pH與各重金屬呈負(fù)相關(guān)，7種重金屬呈正相關(guān)。Cu與Pb相關(guān)系數(shù)為0.941，Cr與Cu相關(guān)系數(shù)為0.929，呈極顯著相關(guān)，說明3種元素有著相同的背景來源，一般認(rèn)為2種元素受成土母質(zhì)等自然背景影響較大。Zu與Cu相關(guān)系數(shù)為0.883，Zn與Pb相關(guān)系數(shù)為0.841，Zn與Ni相關(guān)系數(shù)為0.822，Zn與Cr相關(guān)系數(shù)為0.816，呈極顯著相關(guān)，一般認(rèn)為Zn、Pb、Ni和Cr是受人類活動(dòng)的影響。As與Zn、Cd與Zn相關(guān)系數(shù)分別為0.315、0.491均呈顯著相關(guān)，說明Zn可能受人類與自然活動(dòng)的雙重影響。各重金屬間相關(guān)性分析表明，各重金屬間均呈正相關(guān)，說明這些重金屬的來源可能相同，監(jiān)測點(diǎn)位均為蔬菜和水果種子基地，表明土壤中這些金屬含量主要受到人類活動(dòng)的影響較大。

表2 墊江縣土壤重金屬元素相關(guān)關(guān)系矩陣Tab.2 Correlation matrix of soil heavy metal elements in Dianjiang County

2.3 主成分分析

主成分分析可以區(qū)別土壤中重金屬污染物來源是來自土壤背景的成土母質(zhì)還是人類活動(dòng)[10]。對種植基地表層土壤重金屬來源進(jìn)行主成分分析，其中主成分1(PC1)、主成分2(PC2)累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到83.44%，通過2個(gè)主成分分析能反應(yīng)7種重金屬來源的大部分信息。由表3可知，PC1的方差貢獻(xiàn)率為67.36%，Zn、Cr、Cu、Ni和Pb對PC1的載荷值分別為0.325、0.202、0.201、0.226和0.201，這些元素除Pb以外，平均值和重慶市背景值無明顯差異，因此Zn、Cr、Cu和Ni主要還是來自成土母質(zhì)，Pb與人類活動(dòng)有關(guān)，比如農(nóng)藥肥料殘留及大氣中的尾氣自然沉降有關(guān)。PC2的方差貢獻(xiàn)率為16.8%。As和Cd對PC2的載荷值分別為0.452和0.200，As和Cd平均值比重慶市背景值高，因此As和Cd與人類活動(dòng)有關(guān)。

表3 墊江縣土壤重金屬元素因子載荷Tab.3 Factors matrix of soil heavy metal elements in Dianjiang County

2.4 墊江縣土壤環(huán)境現(xiàn)狀評價(jià)

根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618-2018)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價(jià)，墊江縣農(nóng)用地中土壤重金屬含量(Zn、Cr、Cu、Ni、Pb、As和Cd)均低于風(fēng)險(xiǎn)篩選值，艾佳蔬菜種植基地和高峰柑橘園部分監(jiān)測點(diǎn)位中Cd含量大于風(fēng)險(xiǎn)篩選值，遠(yuǎn)低于風(fēng)險(xiǎn)管控值。艾佳蔬菜種植基地和高峰柑橘園，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(xiǎn)，應(yīng)加強(qiáng)土壤環(huán)境監(jiān)測和農(nóng)產(chǎn)品協(xié)同監(jiān)測，保證食用農(nóng)產(chǎn)品安全。

3 結(jié)論

墊江縣農(nóng)用地表層土壤中As、Pb和Cd均大于重慶市土壤背景值，存在一定程度的重金屬富集趨勢。通過多元統(tǒng)計(jì)分析，7種重金屬的主要來源識別2個(gè)主成分，PC1可歸為受成土母質(zhì)影響的自然因素，PC2代表來自工農(nóng)業(yè)污染和自然因素協(xié)同作用的結(jié)果。墊江縣種植基地農(nóng)村土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測的重金屬滿足《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618-2018)中各風(fēng)險(xiǎn)篩選值要求，整體處于低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。但對于部分區(qū)域中Cd高于篩選值，要做好土壤環(huán)境監(jiān)測和農(nóng)產(chǎn)品協(xié)同監(jiān)測，保證食用農(nóng)產(chǎn)品安全。