東川區(qū)礦區(qū)農(nóng)田土壤及玉米重金屬污染研究

余文春，包 立，任利娟

(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明 650201)

0 引言

云南省金屬礦物種類豐富，有色金屬礦產(chǎn)和開采量均處于全國領(lǐng)先地位，素有“有色金屬王國”之稱。其中，東川是云南礦產(chǎn)資源豐富的典型地區(qū)之一，到目前探明的礦產(chǎn)資源主要有銅、鐵、磷、金、鉛礦等。研究表明，在礦產(chǎn)資源豐富的地區(qū)，土壤中的重金屬含量相對(duì)較高，而土壤中的重金屬具有高毒性、難遷移、易富集等性質(zhì),有較強(qiáng)的累積效應(yīng),伴隨礦產(chǎn)資源的開采、選礦和冶煉，耕作土壤中重金屬污染日趨嚴(yán)重，過量的重金屬進(jìn)入土壤環(huán)境，土壤發(fā)生污染后會(huì)極大影響作物生長及產(chǎn)量,能通過“土壤-植物-人”的途徑進(jìn)入人體，土壤發(fā)生污染后會(huì)極大影響作物生長及產(chǎn)量,人體一旦攝入便很難排出體外,會(huì)對(duì)大腦和器官等造成不可逆轉(zhuǎn)的損害。了解土壤中重金屬污染物及其危害程度、部分代表性農(nóng)作物對(duì)重金屬的富集能力，是科學(xué)評(píng)價(jià)某一地區(qū)健康風(fēng)險(xiǎn)、制定作物生產(chǎn)方案的前提。本研究對(duì)云南省昆明市東川區(qū)重金屬污染農(nóng)田土壤修復(fù)治理示范區(qū)土壤中重金屬污染物及相應(yīng)土地上所種植玉米中重金屬含量進(jìn)行分析，對(duì)玉米中重金屬含量進(jìn)行比較，分析重金屬污染狀況。

1 前期準(zhǔn)備

1.1 樣品的采集

1.1.1 采樣點(diǎn)

對(duì)東川區(qū)大寨村銅礦開采、冶煉區(qū)周邊受鉛、砷、鎘等重金屬污染農(nóng)田土壤及玉米進(jìn)行采樣，采集土壤和玉米樣品各 10 個(gè) 。

1.1.2 玉米樣品的采集

在研究地點(diǎn)玉米大面積種植區(qū)，采用多點(diǎn)混合法進(jìn)行采樣，每點(diǎn)取 3～5 株玉米匯合成1個(gè)混合樣，共采樣10個(gè)。玉米樣品采集后裝入潔凈的聚乙烯塑料袋，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)。24h 內(nèi)將樣品存放至低溫環(huán)境中。帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。

1.1.3 土壤樣品的采集

玉米取樣同田采集作物生長的耕作層土壤樣品，共采 10 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0～20cm土樣，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lkg 左右，裝入樣品袋，編號(hào)記錄。

1.1.4 樣品處理

先將玉米樣品用自來水、蒸餾水洗滌, 濾紙吸干。先置于105℃烘箱中殺青2h, 然后60～70℃烘2d，計(jì)干重，測(cè)定植物含水率，烘干后的樣品用不銹鋼磨碎機(jī)粉碎，過 60 目篩，保存?zhèn)溆谩Ｍ寥朗紫瘸テ渲械膸r石和殘留植物，風(fēng)干14d后用四分法棄取，過 100 目篩備用。

1.2 樣品測(cè)試

土壤 pH 值的測(cè)定采用HJ 962-2018電位法 ，土壤銅、鉛的測(cè)定采用HJ 491-2019火焰原子吸收分光光度法，土壤質(zhì)量鉛、鎘的測(cè)定采用GB/T 17141-1997石墨爐原子吸收分光光度計(jì)法，土壤中總砷的測(cè)定采用GB/T 22105.2-2008，玉米中重金屬含量測(cè)定采用GB 5009.268-2016食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中多元素的測(cè)定進(jìn)行。

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)

《GB 2762-2012食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》作為玉米重金屬污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)玉米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。

1.3.2 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

土壤 pH 值為6.16～7.66，采用《GB 15618-2018土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》 作為土壤超標(biāo)率評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。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，數(shù)據(jù)分析與評(píng)價(jià)采用單因子污染評(píng)價(jià)指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合評(píng)價(jià)指數(shù)法，單因子污染評(píng)價(jià)指數(shù)表達(dá)式為：Pi=Ci/Si，式中：Pi為所計(jì)算出的重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)；Ci為該重金屬的實(shí)測(cè)值；Si為各項(xiàng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。為突出土壤中不同重金屬最高污染指數(shù)的作用，引入土壤綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，即在單項(xiàng)污染指數(shù)的基礎(chǔ)上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：

式中:Pi=Ci/Si,Pi為所計(jì)算出的重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)；Ci為該重金屬的實(shí)測(cè)值；Si為各項(xiàng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。土壤分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

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

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬污染情況

由表 2 可知，該區(qū)農(nóng)田土壤中Cd超標(biāo)，超標(biāo)率為 100% ,Pb、As、Cu 3種重金屬未超標(biāo)，超標(biāo)率均為0，土壤Pb含量的變異系數(shù)為 145.73，表明土壤 Pb分布不均勻，與其他幾種重金屬相比較，農(nóng)田土壤 Pb更易受外界干擾。土壤中 Pb、As和Cu的污染指數(shù)< 0.7，為未受污染，Cd的污染指數(shù)為2.18，>2，<3，為中度污染。

表2 土壤重金屬污染特征參數(shù)

由表 3 可知，該區(qū)玉米中重金屬元素Cd、Pb、Cu超標(biāo)，超標(biāo)率分別為 60% 、30%、90%，玉米Cd含量的變異系數(shù)為 328.57，Pb含量的變異系數(shù)為508.33,表明玉米Cd、 Pb分布不均勻，與其他幾種重金屬相比較，玉米 Cd、Pb更易受外界干擾。玉米中所測(cè)Cd的污染指數(shù)>3，為重污染，Pb、Cu的污染指數(shù)>2，<3，為中度污染，As的污染指數(shù)<0.7，為未污染，污染程度為 Cu> Cd > Pb> As。

表3 玉米重金屬污染特征參數(shù)

3 討論

對(duì)比土壤重金屬污染特征參數(shù)及玉米重金屬污染特征參數(shù)表可知，土壤中Cd超標(biāo)嚴(yán)重，超標(biāo)率為100%，Pb、As、Cu未超標(biāo)，超標(biāo)率為0，而玉米中Cd、Pb、Cu均超標(biāo)，超標(biāo)率分別為60%、30%、90%，As未超標(biāo)，超標(biāo)率為0，且在玉米中Cu的超標(biāo)率大于Cd，由此推斷玉米中Pb、Cu含量超標(biāo)的原因可能有多種，包括農(nóng)藥、化肥的施用，重金屬伴隨著養(yǎng)分一起被農(nóng)作物吸收，除此之外還包括大氣沉降、垃圾等其他人為原因造成的重金屬超標(biāo)。

4 結(jié)論

在所研究區(qū)域內(nèi)農(nóng)田土壤中的 Pb、As、Cu 均沒有超標(biāo)，基本不構(gòu)成污染。而在研究區(qū)域內(nèi)玉米受到 Cu 的污染最為嚴(yán)重，Cd、Pb次之，說明玉米對(duì) Cu 的富集吸收能力最強(qiáng)，Cd、Pb次之。在查閱相關(guān)文獻(xiàn)過程中可知，在東川礦產(chǎn)豐富的地區(qū)，重金屬污染情況十分突出，前人開展過類似的調(diào)查采樣，通過對(duì)比，玉米中重金屬的超標(biāo)情況遠(yuǎn)不及葉菜類農(nóng)作物，如白菜等，因此在該地區(qū)進(jìn)行相關(guān)種植規(guī)劃前應(yīng)避開對(duì)重金屬富集能力強(qiáng)的作物，以免進(jìn)一步對(duì)人體產(chǎn)生危害。