云南某廢棄硅廠周邊農(nóng)田土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

劉洋，劉明慶，王磊，尹愛(ài)經(jīng)，黃忠林，姚丹丹，代威，王寧，王輝*

（1.中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所，南京 210008；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所，南京210042；4.廣西博世科環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，南寧 530000）

農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量與糧食品質(zhì)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展息息相關(guān)。近年來(lái)，由礦物資源開發(fā)、工廠排放和污水灌溉等人為活動(dòng)產(chǎn)生的重金屬污染嚴(yán)重危害著農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量。根據(jù)2014 年發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》，我國(guó)土壤污染嚴(yán)重，其中，無(wú)機(jī)污染物 Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Hg 和 As 的超標(biāo)點(diǎn)位數(shù)占全部超標(biāo)點(diǎn)位的82.8%，特別是廢棄工礦區(qū)農(nóng)田的土壤污染問(wèn)題最為突出。礦業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)導(dǎo)致的土壤重金屬污染不僅會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境，還會(huì)通過(guò)農(nóng)產(chǎn)品的富集，沿著食物鏈最終損害人體健康。因此，選用合適的評(píng)價(jià)方法合理地評(píng)價(jià)農(nóng)用地土壤重金屬污染狀況，對(duì)農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量的認(rèn)知、農(nóng)作物的安全種植和土壤重金屬污染的修復(fù)具有重要的科學(xué)意義。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)土壤重金屬污染的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了大量研究。目前，常用的土壤污染評(píng)價(jià)方法是利用重金屬實(shí)測(cè)值和土壤背景值或標(biāo)準(zhǔn)值相比較的污染指數(shù)法。污染指數(shù)法在農(nóng)田土壤重金屬的評(píng)價(jià)中應(yīng)用廣泛。其中，單項(xiàng)污染指數(shù)法（Sin?gle pollution index）以土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，能夠準(zhǔn)確反映某一位點(diǎn)單項(xiàng)重金屬污染狀況；內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法（Nemerow index）能夠在單項(xiàng)污染指數(shù)的基礎(chǔ)上，反映多種重金屬的綜合影響。土壤和農(nóng)產(chǎn)品綜合質(zhì)量影響指數(shù)法（The influence index of comprehen?sive quality）從土壤-植物系統(tǒng)的角度出發(fā)，兼顧土壤元素背景值、土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、農(nóng)產(chǎn)品限量標(biāo)準(zhǔn)及元素的價(jià)態(tài)效應(yīng)等因素，是評(píng)價(jià)土壤重金屬?gòu)?fù)合污染的新方法。近年來(lái)，綜合質(zhì)量影響指數(shù)在不同地區(qū)的農(nóng)田土壤重金屬污染評(píng)價(jià)中得到應(yīng)用。例如，賀新星等利用綜合質(zhì)量影響指數(shù)法研究高速公路兩側(cè)麥田污染狀況的空間分布，發(fā)現(xiàn)道路旁土壤和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量主要受交通污染的影響；沈乾杰等利用綜合質(zhì)量影響指數(shù)法對(duì)比廢棄鉛鋅礦區(qū)復(fù)耕后不同農(nóng)作物田塊的重金屬污染特征，為不同作物種植區(qū)的合理分配提供了參考。

由于較高的土壤背景值、礦產(chǎn)資源的開發(fā)以及高強(qiáng)度的土地利用等原因，云南省土壤存在著重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)，尤其是有關(guān)礦廠周邊農(nóng)田土壤污染的報(bào)道屢見(jiàn)不鮮，但硅廠冶煉活動(dòng)對(duì)周邊農(nóng)田土壤重金屬污染的研究鮮有報(bào)道。硅廠普遍采用碳熱還原法制得金屬硅，其生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量煤煙，煤煙中各種重金屬通過(guò)大氣沉降在農(nóng)田中累積。本研究選取云南某硅廠（2006—2019 年持續(xù)生產(chǎn)，最高產(chǎn)能為年產(chǎn)20萬(wàn)t金屬硅）周邊農(nóng)田土壤，劃分3個(gè)單元采集耕層土壤樣本測(cè)定重金屬（Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Hg 和As）含量，并采用單項(xiàng)污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法和土壤綜合質(zhì)量影響指數(shù)法，分別評(píng)價(jià)3 個(gè)單元的復(fù)合污染狀況，比較不同評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)效果，以期為農(nóng)田重金屬污染的治理提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于云南省西南，屬于南亞熱帶季風(fēng)氣候，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)，夏長(zhǎng)冬短，干濕分明。年平均降雨量1 654.6 mm，雨熱同期，年平均溫度19.6 ℃，蒸發(fā)量1 723.6 mm，無(wú)霜期315 d 左右。研究區(qū)地處低緯山原地區(qū)，地形為第四紀(jì)形成的沖積盆地，四周環(huán)山，平均海拔863 m。境內(nèi)蘊(yùn)藏著豐富的礦產(chǎn)資源，有色金屬有Pb、Zn、Cu、Ni和Cd等。

研究區(qū)主要的土壤類型為黃棕壤，土層深厚，土質(zhì)疏松。土壤pH 為7.03~8.30。水稻和水果是當(dāng)?shù)刂饕r(nóng)產(chǎn)品。水稻為單季稻，4 月底前后插秧，國(guó)慶節(jié)前收獲；水果主要為百香果和澳洲堅(jiān)果，8 月開始成熟，收獲期持續(xù)到11月。

1.2 樣品的采集與分析

1.2.1 樣品的采集和制備

在前期初步調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)距廢棄硅廠1 500 m 范圍的農(nóng)田土壤進(jìn)行取樣調(diào)查。采樣點(diǎn)分布區(qū)如圖1 所示，依照不同農(nóng)用地類型以及距硅廠遠(yuǎn)近（下風(fēng)向），將研究區(qū)劃分為3個(gè)區(qū)域：S1、S2和S3。其中，S1為果園（距硅廠150~600 m），S2（水田，距硅廠400~900 m）和S3（水田，距硅廠1 000~1 500 m）為稻田。由于自然田塊分布不規(guī)律，S1 由兩塊果園組成，果園間間隔為荒地，其余為林地；S2由4塊稻田組成，稻田間間隔主要為人工大棚，采用高架栽培鐵皮石斛，不屬于典型農(nóng)用地類型，其余為荒地；S3 田塊分布較均勻。于2020年8月底農(nóng)作物成熟時(shí)對(duì)土壤進(jìn)行采樣。土壤樣品的采集方法參見(jiàn)《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 166—2004），每個(gè)自然地塊作為一個(gè)樣方采集一個(gè)土壤樣本，樣方內(nèi)采用五點(diǎn)采樣法，用土壤取樣器取0~20 cm 的耕層土壤，去除土樣中的砂石、植物殘?bào)w，每個(gè)采樣點(diǎn)采集不少于500 g的土壤樣品；將樣方內(nèi)土樣混合均勻，在現(xiàn)場(chǎng)用四分法進(jìn)行混合樣品的分裝，最終保留1 000 g以上土樣，裝入聚乙烯自封袋中。樣品采集后進(jìn)行標(biāo)記編號(hào)，用GPS記錄經(jīng)緯度。研究區(qū)內(nèi)共采集土壤樣品77個(gè)，其中，S1為果園土（=15），S2（=22）和S3（=40）為水稻土。

圖1 研究區(qū)采樣點(diǎn)分布Figure 1 Distribution of sampling points in the study area

將土樣自然風(fēng)干后，倒在有機(jī)玻璃板上，用木錘敲打、壓碎，揀出雜質(zhì)，混勻后過(guò)20 目尼龍篩，取一部分土樣進(jìn)行pH 分析；余下土樣研磨并全部過(guò)100 目篩，用于土壤重金屬全量分析。

1.2.2 樣品的分析測(cè)定

測(cè)定的土壤理化性質(zhì)包括 pH 值和 Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Hg、As 含量。采用 KCl 浸提法測(cè)定 pH 值（NY/T 1377—2007）；將制備好的待測(cè)土樣用HCl-HNO消解，原子熒光光譜法測(cè)定Hg 和As 的含量（GB/T 22105.1—2008 和GB/T 22105.2—2008）；待測(cè)土樣經(jīng)HCl-HNO-HF-HClO消解后，火焰原子吸收分光光度法測(cè)定 Zn、Cu、Ni 和 Cr 的含量（HJ 491—2019）；石墨爐原子吸收分光光度法測(cè)定Cd 和Pb 的含量（GB/T 17141—1997）。測(cè)定全程采用空白、10%平行樣和國(guó)家土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW07405）進(jìn)行質(zhì)量控制，各金屬元素的加標(biāo)回收率為85%~106%。

1.3 土壤污染評(píng)價(jià)方法

1.3.1 單項(xiàng)污染指數(shù)法

單項(xiàng)污染指數(shù)（P）是土壤表層重金屬污染物濃度與污染物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的比值，能夠準(zhǔn)確反映某一位點(diǎn)單項(xiàng)重金屬污染狀況。P值與污染程度呈正比，其等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1，其計(jì)算公式為：

式中：P為土壤中重金屬污染物的單項(xiàng)污染指數(shù)；C為表層土壤中第種重金屬的實(shí)測(cè)值，mg·kg；S為重金屬的土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，mg·kg。土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2，本研究以《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618—2018）中規(guī)定的農(nóng)用地國(guó)家篩選值為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

表2 研究區(qū)土壤重金屬背景值以及國(guó)家篩選值（mg·kg-1）Table 2 Background value of soil heavy metals in the study area and national screening value（mg·kg-1）

1.3.2 內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法

內(nèi)梅羅綜合指數(shù)（）涵蓋各單項(xiàng)污染指數(shù)，并突出高濃度污染物在評(píng)價(jià)結(jié)果中的權(quán)重，用于評(píng)價(jià)土壤復(fù)合污染狀況。值與污染程度呈正比，其等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1，其計(jì)算公式為：

表1 土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)估等級(jí)Table 1 Evaluation grade of soil environmental quality

式中：為土壤重金屬的綜合污染指數(shù)；P為土壤重金屬的單項(xiàng)污染指數(shù)的最大值；P為各單項(xiàng)污染指數(shù)的平均值。

1.3.3 土壤和農(nóng)產(chǎn)品綜合質(zhì)量影響指數(shù)法

綜合質(zhì)量影響指數(shù)（）是在離子沖量的基礎(chǔ)上，從土壤-植物系統(tǒng)的角度提出的土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方法。包含土壤綜合質(zhì)量影響指數(shù)（）和農(nóng)產(chǎn)品綜合質(zhì)量影響指數(shù)（）兩部分，當(dāng)土壤或農(nóng)產(chǎn)品之一超標(biāo)時(shí)，土壤環(huán)境質(zhì)量呈亞污染狀態(tài)。其環(huán)境質(zhì)量等級(jí)劃分見(jiàn)表1，具體的計(jì)算公式為：

式中：為土壤相對(duì)影響當(dāng)量；為土壤元素測(cè)定濃度偏離背景值程度；為土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)偏離背景值程度；為測(cè)定重金屬的因子數(shù)，=8；為元素的氧化數(shù)，Cr取3、As取5、其余元素取2；C和分別為土壤和農(nóng)產(chǎn)品重金屬的測(cè)定濃度，mg·kg；為研究區(qū)土壤元素的背景值，mg·kg；和分別為元素的參比環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和農(nóng)產(chǎn)品限量標(biāo)準(zhǔn)，mg·kg；、分別為土壤元素測(cè)定值超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值和背景值的數(shù)目；為農(nóng)產(chǎn)品中超過(guò)污染物限量標(biāo)準(zhǔn)的元素?cái)?shù)目；為校正因子，=5。本研究采用《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618—2018）中的農(nóng)用地國(guó)家篩選值，云南土壤背景值和環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

采用Excel 2019 進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，采用Origin 2019b繪圖，采用R 4.1.0進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬含量特征

各采樣區(qū)表層土壤的 Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Hg和As 含量如表3 所示。累積系數(shù)為土壤重金屬實(shí)測(cè)值與土壤環(huán)境背景值的比值（圖2），用以表征土壤重金屬的累積程度。研究區(qū)重金屬Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Hg 和 As 的平均值分別為 0.39、82.04、33.24、44.85、50.62、109.20、0.12 mg·kg和34.40 mg·kg，分別為云南土壤背景值的 1.77、1.26、0.72、1.06、1.25、1.22、2.00倍和1.87倍，說(shuō)明除Cu外，其余重金屬均出現(xiàn)不同程度的累積。S1土壤中除Cd和Cu外，其余重金屬含量均超過(guò)了云南土壤背景值，其中As 累積最為嚴(yán)重，是背景值的 3.61 倍；S2 土壤中除 Cu 外，其余重金屬含量均超過(guò)云南土壤背景值，其中Cd、Hg 和As 累積較為嚴(yán)重，分別為背景值的3.12、3.72 倍和2.88 倍；S3 土壤中除 Cu、Zn 和 As 外，其余元素含量均超過(guò)云南土壤背景值，其中Cd累積最嚴(yán)重，是背景值的1.41倍?？傮w而言，研究區(qū)土壤重金屬出現(xiàn)了不同程度的積累。

圖2 研究區(qū)土壤各重金屬的富集因子Figure 2 Enrichment factors of heavy metals in the soil of the study area

表3 采樣區(qū)重金屬含量（mg·kg-1）Table 3 Heavy metal content in the sampling area（mg·kg-1）

通過(guò)分析重金屬含量之間的相關(guān)性能夠判斷其來(lái)源是否相同。由表 4 可知，Cd、Zn、Hg 和 As 之間存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系，Cd、Pb 和Zn 之間也存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系，這說(shuō)明 Cd、Zn、Hg、As 和 Pb 這 5種重金屬關(guān)系緊密，遷移方式相似，可能來(lái)自相同污染源（如大氣沉降）。由圖1 可知，研究區(qū)位于廢棄硅廠的下風(fēng)向，且除Pb 外（Pb 含量在3 個(gè)單元土壤中含量相近），土壤Cd、Zn、Hg 和As 均表現(xiàn)為隨距硅廠距離越近，含量越高（S2

表4 研究區(qū)不同重金屬含量之間的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis of different heavy metal contents in the study area

2.2 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

2.2.1 單項(xiàng)污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評(píng)價(jià)

參照農(nóng)用地土壤篩選值（GB 15618—2018），單項(xiàng)污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)的污染評(píng)價(jià)結(jié)果如表5所示。由單項(xiàng)污染指數(shù)可知，采樣區(qū)中，僅S1和S2出現(xiàn)As污染，其余重金屬未造成土壤污染。其中，S1地塊中有93%的樣點(diǎn)As含量超標(biāo)，為篩選值的2.60倍，達(dá)到輕度污染（質(zhì)量等級(jí)Ⅲ）；S2 有91%的樣點(diǎn)土壤As 超標(biāo)，為篩選值的2.65 倍，達(dá)到輕度污染（質(zhì)量等級(jí)Ⅲ）；S3 土壤As 未造成污染。此外，S1 地塊中有兩個(gè)點(diǎn)位出現(xiàn)Zn 和As 超標(biāo)；S2 有一個(gè)點(diǎn)位的土壤出現(xiàn)As和Cd超標(biāo)，一個(gè)點(diǎn)位出現(xiàn)As、Cd、Hg和Zn超標(biāo)；S3土壤重金屬未出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象?？傮w而言，S1 土壤重金屬污染程度順序?yàn)锳s（2.60 倍）>Zn（0.47 倍）>Cr（0.38 倍）>Cd（0.37 倍）>Ni（0.29 倍）>Pb（0.28 倍）>Cu（0.16 倍）>Hg（0.11 倍）；S2 土壤重金屬污染程度順序?yàn)?As（2.65 倍）>Cd（0.86 倍）>Zn（0.43 倍）>Cu（0.33倍）>Ni（0.26 倍）>Cr（0.25 倍）>Hg（0.22 倍）>Pb（0.19倍）；S3 土壤重金屬污染程度順序?yàn)?As（0.61）>Cd（0.39）>Cu（0.34 倍）>Zn（0.29 倍）>Pb（0.23 倍）>Cr（0.22倍）=Ni（0.22倍）>Hg（0.08倍）。此外，計(jì)算得到的S1、S2 和S3 土壤的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)的均值分別為1.88、1.95 和 0.48，由表 1 可知，S1 和 S2 土壤呈輕度污染（質(zhì)量等級(jí)Ⅲ），S3土壤呈清潔狀態(tài)（質(zhì)量等級(jí)Ⅰ）。

表5 研究區(qū)土壤重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果Table 5 Evaluation results of soil heavy metal single pollution index and Nemerow index in the study area

2.2.2 土壤和農(nóng)產(chǎn)品綜合質(zhì)量影響指數(shù)評(píng)價(jià)

研究區(qū)的以及各評(píng)價(jià)參數(shù)如表6 所示。土壤樣點(diǎn)中超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值的重金屬種數(shù)的均值依次為 S2（1.14）>S1（1.07）>S3（0）；超過(guò)背景值的重金屬種數(shù)的均值依次為 S2（5.91）>S1（4.67）>S3（4.55）；3 個(gè)采樣區(qū)的和值相近，說(shuō)明研究區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量受外源物質(zhì)影響相近；值大小依次為 S1（19.25）>S2（16.88）=S3（16.88），說(shuō)明S1 土壤具有更高的土壤負(fù)載容量，對(duì)外源物質(zhì)的緩沖性更強(qiáng)。

表6 研究區(qū)土壤綜合質(zhì)量影響指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果Table 6 Evaluation results of influence index of comprehensive quality of soil in the study area

由于采樣時(shí)部分農(nóng)產(chǎn)品未和土樣同時(shí)采集或農(nóng)產(chǎn)品中大部分重金屬未檢出，因此本研究不進(jìn)行和的計(jì)算。采用s 進(jìn)行區(qū)域土壤質(zhì)量環(huán)境評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果采用亞污染等級(jí)劃分。

根據(jù)s 指數(shù)，結(jié)合表1 可知采樣區(qū)的土壤環(huán)境質(zhì)量狀況。S1 和S2 土壤處于亞污染狀態(tài)，S1 質(zhì)量等級(jí)為sub-Ⅱ，S2質(zhì)量等級(jí)為sub-Ⅲ，而S3呈清潔狀態(tài)（質(zhì)量等級(jí)Ⅰ）。

3 討論

研究區(qū)廢棄硅廠周邊農(nóng)田土壤中 Cd、Cr、Ni、Pb、Zn、Hg 和As 的含量均超過(guò)云南土壤背景值，說(shuō)明這些重金屬在農(nóng)田土壤中存在累積效應(yīng)。由表2 可知，云南省土壤As 的背景值與《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618—2018）的農(nóng)用地國(guó)家篩選值較為接近，易發(fā)生As累積和污染的現(xiàn)象。S1 和S2 農(nóng)田土壤中As 含量超過(guò)國(guó)家篩選值，含量平均值分別為 66.46 mg·kg和 52.98 mg·kg。單項(xiàng)污染指數(shù)法表明，S1 和S2 農(nóng)田土壤中As 出現(xiàn)輕度污染，點(diǎn)位超標(biāo)率分別為93%和91%，平均含量為篩選值的2.60 倍和2.65 倍；而S3 土壤重金屬未造成污染。因此，As是該地區(qū)土壤的主要污染物，應(yīng)盡快開展As污染的治理工作。

重金屬污染的同源性可以通過(guò)分析土壤重金屬元素含量的相關(guān)性進(jìn)行推測(cè)。通常相同來(lái)源的重金屬之間具有顯著的相關(guān)性。因此，通過(guò)分析土壤重金屬之間相關(guān)性的顯著水平，可以探究土壤重金屬污染的來(lái)源。相關(guān)性分析表明，Cd、Zn、Hg、As 和Pb這5種元素呈極顯著正相關(guān)，可能來(lái)自相同的污染源，例如大氣沉降。有研究表明，Cd、Hg、As 和 Pb 的大氣沉降貢獻(xiàn)率占我國(guó)農(nóng)田土壤重金屬總輸入量的42%~86%，大氣沉降已成為農(nóng)田土壤重金屬的重要來(lái)源。硅廠生產(chǎn)會(huì)對(duì)周圍土壤造成嚴(yán)重的Zn、Pb、Cd和As污染。重金屬通過(guò)煤等化石燃料的燃燒進(jìn)入大氣，吸附于氣溶膠分子上，后經(jīng)過(guò)干濕沉降進(jìn)入到農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中。該硅廠采用碳熱還原法煉制金屬硅，冶煉過(guò)程中使用大量煙煤等化石燃料，熔煉裝置采用半封閉礦熱爐，其漏風(fēng)率高、排煙量大。研究區(qū)盛行西南風(fēng)，農(nóng)田位于廢棄硅廠下風(fēng)向，S1 和S2 距離廢棄硅廠不足900 m，且均出現(xiàn)了As污染；而S3 距離硅廠較遠(yuǎn)，未出現(xiàn)As 污染，且重金屬Cd、Zn 和 Hg 的累積效應(yīng)也比 S1 和 S2 小。因此，廢棄硅廠的歷史生產(chǎn)活動(dòng)可能是研究區(qū)農(nóng)田土壤As污染和重金屬積累的重要原因。另外，Cr、Cu和Ni在研究區(qū)土壤中含量變化較?。▓D2），3種重金屬之間具有極顯著的正相關(guān)關(guān)系，且與Cd、Zn、Hg、As和Pb這5種元素呈顯著負(fù)相關(guān)或不相關(guān)，因此可能來(lái)自不同的污染源，例如土壤母質(zhì)或受其他污染源的影響，有待進(jìn)一步研究。

合理的農(nóng)田土壤污染評(píng)價(jià)方法一直備受環(huán)境工作者關(guān)注。單項(xiàng)污染指數(shù)計(jì)算較簡(jiǎn)便，適用于特定重金屬的土壤污染狀況評(píng)價(jià)，例如S1和S2土壤As呈Ⅲ等輕度污染，而其余重金屬未出現(xiàn)污染情況。此前，在環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)規(guī)范（二次征求意見(jiàn)稿）》中，推薦取單項(xiàng)污染指數(shù)法得出的各種重金屬指數(shù)的最大值作為土壤多項(xiàng)污染物的污染指數(shù)，其土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)等級(jí)的劃分與單項(xiàng)污染指數(shù)等級(jí)一致。雖然在土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制定中考慮了人體健康和生態(tài)安全等相關(guān)因素，但僅考慮最大單項(xiàng)污染指數(shù)的評(píng)價(jià)體系沒(méi)有毒理學(xué)支撐，并易受異常值的影響?；趩雾?xiàng)污染指數(shù)的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)也存在同樣的問(wèn)題，該方法在污染評(píng)價(jià)時(shí)，將各重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)的最大值和平均值視為同等重要的參數(shù)，評(píng)價(jià)的結(jié)果易受到不規(guī)范采樣和檢測(cè)產(chǎn)生的最大值與異常值的影響，從而導(dǎo)致其靈敏度降低。與此同時(shí)，內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法缺乏對(duì)重金屬形態(tài)的毒性效應(yīng)和區(qū)域背景值差異的考慮，因此使用時(shí)最好結(jié)合其他方法進(jìn)行全面合理的評(píng)價(jià)。綜合質(zhì)量影響指數(shù)法綜合考慮了多種土壤參數(shù)和農(nóng)產(chǎn)品參數(shù)，可應(yīng)用于農(nóng)田土壤單獨(dú)和復(fù)合污染的評(píng)價(jià)。該方法在以土壤相對(duì)影響當(dāng)量（）表征其毒性效應(yīng)的同時(shí)，還綜合考慮了土壤元素累積程度（即元素測(cè)定濃度偏離背景值程度，）和土壤負(fù)載容量（即土壤標(biāo)準(zhǔn)偏離背景值程度，）。云南省的土壤元素背景值較高，因此土壤重金屬累積效應(yīng)比較明顯。研究區(qū)Cd、Cr、Ni、Pb、Zn、Hg 和 As 均存在不同程度的累積，這些累積在土壤質(zhì)量評(píng)估中不應(yīng)被忽略。同樣地，重金屬的土壤背景值與相對(duì)應(yīng)的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)之間的差值，即土壤標(biāo)準(zhǔn)偏離背景值程度（）也應(yīng)被納入考慮，其可以反映土壤負(fù)載容量。土壤負(fù)載容量指在特定時(shí)限的環(huán)境單元內(nèi)，按照環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，滿足農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、品質(zhì)以及環(huán)境質(zhì)量時(shí)土壤負(fù)荷污染物的最大值。就S1 土壤而言，內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法將其評(píng)價(jià)為輕度污染（質(zhì)量等級(jí)Ⅲ），而綜合質(zhì)量影響指數(shù)法將其劃分為潛在輕微污染（sub-Ⅱ）。這是由于綜合質(zhì)量影響指數(shù)法評(píng)估了土壤環(huán)境負(fù)載容量的結(jié)果。S1 土壤較高（19.25），對(duì)外源重金屬的緩沖能力較強(qiáng)，即在給定的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)下，土壤可以容納更多的重金屬而不超標(biāo)。因此，利用綜合質(zhì)量影響指數(shù)法評(píng)價(jià)研究區(qū)農(nóng)田土壤的污染狀況更加合理。

4 結(jié)論

（1）廢棄硅廠下風(fēng)向1 500 m 范圍內(nèi)農(nóng)田表層土壤 Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Hg 和 As 的平均值分別為0.39、82.04、33.24、44.85、50.62、109.20、0.12 mg·kg和34.40 mg·kg，分別為云南土壤背景值的1.77、1.26、0.72、1.06、1.25、1.22、2.00倍和1.87倍，除Cu外，其余重金屬均超過(guò)云南土壤背景值。研究區(qū)農(nóng)田土壤重金屬出現(xiàn)不同程度的累積。

（2）土壤重金屬的相關(guān)性分析表明，Cd、Zn、Hg、As和Pb彼此之間呈極顯著正相關(guān)，來(lái)自同一污染源，可能為硅廠歷史生產(chǎn)排放的煤煙；Cr、Cu和Ni彼此具有極顯著的正相關(guān)關(guān)系，且與Cd、Zn、Hg、As 和 Pb 呈顯著負(fù)相關(guān)或不相關(guān)，說(shuō)明Cr、Cu、Ni這3種重金屬來(lái)自另一污染源，可能為成土母質(zhì)或其他污染源，有待進(jìn)一步研究。

（3）單項(xiàng)污染指數(shù)表明，廢棄硅廠周邊部分農(nóng)田土壤As存在超標(biāo)現(xiàn)象。其中，S1和S2土壤As達(dá)到輕度污染（質(zhì)量等級(jí)Ⅲ），S3土壤未受到污染，說(shuō)明As為研究區(qū)土壤的主要污染物，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。內(nèi)梅羅綜合指數(shù)表明，S1和S2土壤為輕度污染（質(zhì)量等級(jí)Ⅲ），S3呈清潔狀態(tài)（質(zhì)量等級(jí)Ⅰ）。綜合質(zhì)量影響指數(shù)表明，S1（質(zhì)量等級(jí)sub-Ⅱ）和S2（質(zhì)量等級(jí)sub-Ⅲ）土壤處于亞污染狀態(tài)，而S3 呈清潔狀態(tài)（質(zhì)量等級(jí)Ⅰ）。距廢棄硅廠較近的土壤呈現(xiàn)重金屬綜合污染，應(yīng)開展修復(fù)工作。

（4）僅考慮環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)在土壤重金屬普遍累積的農(nóng)田土壤污染評(píng)價(jià)時(shí)有些許不足，相比之下，研究區(qū)農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量可以通過(guò)土壤綜合質(zhì)量影響指數(shù)法得到較好的評(píng)估。