漳州市長(zhǎng)泰區(qū)農(nóng)用地土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

鄭聰斌

(漳州市長(zhǎng)泰區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局， 福建 漳州 363900)

土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，是人類生存和發(fā)展的根本。幾十年來(lái)，隨著人類礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用和工業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，土壤的污染日益嚴(yán)重。環(huán)境保護(hù)部、國(guó)土資源部于2014年發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》[1]顯示，全國(guó)土壤總的超標(biāo)率為16.1%，其中Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn、Ni等8種重金屬污染物點(diǎn)位超標(biāo)率分別為7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%；耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率為19.4%，其中輕微、輕度、中度和重度污染點(diǎn)位比例分別為13.7%、2.8%、1.8%和1.1%，主要污染物為Cd、Ni、Cu、As、Hg和Pb等。重金屬污染不僅嚴(yán)重破壞農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，影響農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)，還會(huì)通過食物鏈進(jìn)入人體，對(duì)人的身體健康和生命安全造成危害[2-5]。

2016年國(guó)務(wù)院印發(fā)《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，提出了管控土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、改善土壤環(huán)境質(zhì)量的十條具體措施，標(biāo)志著土壤污染防治工作進(jìn)入全面攻堅(jiān)階段。其中第一條就是開展土壤污染調(diào)查，掌握土壤環(huán)境質(zhì)量狀況。近年來(lái)各地也紛紛開展了地區(qū)性重金屬污染狀況調(diào)查和評(píng)價(jià)[6-8]。

漳州市長(zhǎng)泰區(qū)是漳州市區(qū)和廈門市的重要農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)基地，近20年來(lái)，長(zhǎng)泰區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展迅速，工業(yè)企業(yè)數(shù)量、汽車保有量大幅增加、生態(tài)環(huán)境惡化、農(nóng)藥化肥不合理使用等，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的影響，因此對(duì)長(zhǎng)泰區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染狀況進(jìn)行調(diào)查、評(píng)價(jià)極有必要。本研究以漳州市長(zhǎng)泰區(qū)農(nóng)田土壤為研究對(duì)象，對(duì)農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)狀進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，評(píng)估其潛在重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)，以期為開展受污染農(nóng)田土壤治理與修復(fù)、促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)泰區(qū)位于福建東南部，地處閩南金三角中心結(jié)合部，九龍江下游，地理坐標(biāo)北緯24°34′～24°55′，東經(jīng)117°36′～117°57′。區(qū)域面積900 km2，其中耕地53.13 km2，園地1.31 km2。地形呈蒲扇狀，東、西、北三面環(huán)山，南部多平原。境內(nèi)有4條河流，年平均氣溫21.3℃，年平均降雨量1 600 mm，屬南亞熱帶海洋性氣候。土壤類型主要是水稻土，肥力一般。長(zhǎng)泰區(qū)主要糧食作物為水稻，熟制一年三熟，其他種植面積較大的農(nóng)作物包括玉米、蔬菜、亞熱帶水果等。

1.2 土壤樣品采集與檢測(cè)分析

根據(jù)長(zhǎng)泰區(qū)的自然環(huán)境特征和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基本情況，布設(shè)長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)區(qū)71個(gè)，其中耕地51個(gè)、園地20個(gè)；共分布在5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)(場(chǎng))，分別是巖溪鎮(zhèn)30個(gè)、武安鎮(zhèn)11個(gè)、陳巷鎮(zhèn)12個(gè)、枋洋鎮(zhèn)10個(gè)、坂里鄉(xiāng)6個(gè)、古農(nóng)農(nóng)場(chǎng)2個(gè)。2020年，按照NY/T 395-2012《農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》，每個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)采用梅花點(diǎn)法各采集5個(gè)不同位置土壤樣品，充分混勻后用四分法保留1 kg土壤混合樣待測(cè)，共采集混合樣71個(gè)。耕地監(jiān)測(cè)區(qū)采樣深度0～20 cm，園地監(jiān)測(cè)區(qū)采樣深度0～60 cm。

土壤樣品中的Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni采用王水提取-電感耦合等離子體質(zhì)譜法HJ 803-2016《土壤和沉積物12種金屬元素的測(cè)定 王水提取-電感耦合等離子體質(zhì)譜法》；As、Hg的測(cè)定采用原子熒光法GB/T 22105.1-2008《土壤質(zhì)量 總汞、總砷、總鉛的測(cè)定》。

1.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法

本研究以GB15618-2018《國(guó)家土壤環(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)》中農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值Si(表1)為標(biāo)準(zhǔn)，基于表層土壤中Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni、As、Hg的含量Ci，采用單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法和地積累指數(shù)法，對(duì)農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

當(dāng)土壤中污染物含量等于或者低于表1規(guī)定的風(fēng)險(xiǎn)篩選值時(shí)，農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)低，一般情況下可以忽略，為優(yōu)先保護(hù)類(Ⅰ類)；高于表1規(guī)定風(fēng)險(xiǎn)篩選值時(shí)，可能存在農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)加強(qiáng)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)和農(nóng)產(chǎn)品協(xié)同監(jiān)測(cè)。

表1 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值

1.3.1單項(xiàng)污染指數(shù)法 單項(xiàng)污染指數(shù)[9]是用來(lái)評(píng)價(jià)單個(gè)污染因子對(duì)土壤的污染程度，指數(shù)小污染輕，指數(shù)大則污染重。這種方法可以直觀、簡(jiǎn)便、清晰地看出評(píng)價(jià)樣本與對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之間的比值關(guān)系，較快地篩選出主要的污染因子。其計(jì)算公式如下：

Pi=Ci/Si

(1)

式中Pi為i因子的單項(xiàng)污染指數(shù)，Ci為i因子的實(shí)測(cè)濃度值(mg·kg-1)，Si為i因子的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值(mg·kg-1)。當(dāng)Pi≤1.0時(shí)，表明該重金屬因子的含量未超出評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)低；當(dāng)Pi>1.0時(shí)，表明該重金屬因子的含量已超出評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，存在農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)。Pi越大，說(shuō)明土壤受到該重金屬因子的污染越嚴(yán)重，風(fēng)險(xiǎn)越高。

1.3.2內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法 內(nèi)梅羅綜合指數(shù)[10]反映了各污染物對(duì)土壤的作用，同時(shí)突出了高濃度污染物對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量的影響，在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用范圍較廣。其計(jì)算公式如下：

PN=[(Piavg2+Pimax2)/2]1/2

(2)

式中PN為綜合污染指數(shù)，Piavg為土壤中各污染物的指數(shù)平均值，Pimax為土壤中單項(xiàng)污染物的最大污染指數(shù)。按內(nèi)梅羅污染指數(shù)劃定污染等級(jí)，其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 綜合污染指數(shù)與土壤污染程度分級(jí)

1.3.3地積累污染指數(shù)法 地積累指數(shù)法(Mull指數(shù)法)[11-12]除考慮到人為污染因素、環(huán)境地球化學(xué)背景值外，還考慮到由于自然成巖作用可能會(huì)引起的背景值變動(dòng)，彌補(bǔ)了其他評(píng)價(jià)方法的不足，被廣泛用于研究沉積物及其他物質(zhì)中重金屬污染程度。其計(jì)算公式如下：

Igeo=log2[Ci/(k×Bi)]

(3)

式中Igeo為土壤重金屬地積累指數(shù)，Ci為土壤中重金屬i的實(shí)測(cè)濃度(mg·kg-1)；Bi為沉積物中該元素的地球化學(xué)背景值(mg·kg-1)，本研究取福建土壤背景值[13-14]，Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni、As、Hg的背景濃度分別為0.054、34.9、41.3、21.6、82.7、13.5、5.78、0.081 mg·kg-1；k為考慮各地巖石差異可能會(huì)引起背景值的變動(dòng)而取的系數(shù)(一般取值為1.5)。地積累指數(shù)Igeo與土壤污染程度分級(jí)對(duì)應(yīng)關(guān)系見表3 。

表3 地積累指數(shù)與土壤污染程度分級(jí)

2 結(jié)果與分析

2.1 8種重金屬元素含量特征

由表4可知，長(zhǎng)泰區(qū)農(nóng)用地土壤8種重金屬元素的變異系數(shù)介于32.41%～72.92%，均屬于中等變異程度。變異系數(shù)反映數(shù)據(jù)的離散程度，其值越大表明數(shù)據(jù)的離散程度越高，Hg的變異系數(shù)達(dá)到72.92%，表明該元素在長(zhǎng)泰區(qū)的空間分布差異性較大。8種元素含量的離散程度大小依次為：Hg(72.92%)>Cr(52.72%)>As(51.21%)>Cd(50.00%)>Cu(49.87%)>Ni(46.95%)>Pb(46.14%)>Zn(32.41%)。從平均值來(lái)看，8種重金屬含量均未高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的篩選值；參照福建土壤背景值，Cd、Pb、Cu、Zn、Hg均存在不同程度的積累，積累指數(shù)(污染物實(shí)測(cè)值/污染物背景值)分別為Cd(3.70)>Hg(2.37)>Pb(1.75)>Cu(1.39)>Zn(1.27)。

表4 長(zhǎng)泰區(qū)農(nóng)用地土壤重金屬元素含量

2.2 單項(xiàng)污染指數(shù)評(píng)價(jià)與分析

由表5可知，長(zhǎng)泰區(qū)農(nóng)用地土壤8種重金屬元素Pi平均值均小于1，但71個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)農(nóng)用地土壤樣品中，存在某種重金屬Pi>1.0(即超出標(biāo)準(zhǔn)篩選值)的監(jiān)測(cè)區(qū)達(dá)20個(gè)，總超標(biāo)率(超標(biāo)率=超標(biāo)樣本數(shù)/監(jiān)測(cè)樣本總數(shù)100%)為28.17%，其中有3個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)存在2種重金屬超標(biāo)。超標(biāo)元素包括Cd、Pb、Cu、Hg，超標(biāo)的監(jiān)測(cè)區(qū)分別為10、8、2、3個(gè)，超標(biāo)率分別為14.08%、11.27%、2.82%、4.23%。從超標(biāo)率來(lái)看，Cd超標(biāo)最為普遍，其次為Pb。從超標(biāo)倍數(shù)來(lái)看，Cd和Pb元素超標(biāo)最嚴(yán)重，且兩種元素Pi最大值均為55號(hào)監(jiān)測(cè)區(qū)，分別超出0.83倍和1.01倍。Cr、Zn、Ni、As等其他元素未檢出超標(biāo)。

表5 長(zhǎng)泰區(qū)農(nóng)用地土壤8種重金屬元素單項(xiàng)污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

2.3 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)與分析

由表6可知，長(zhǎng)泰區(qū)71個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)農(nóng)田土壤樣品的PN值介于0.27～1.50，平均值為0.66。污染等級(jí)Ⅰ級(jí)(清潔)的監(jiān)測(cè)區(qū)為44個(gè)，占61.97%；污染等級(jí)Ⅱ級(jí)(尚清潔，達(dá)警戒限)的監(jiān)測(cè)區(qū)為20個(gè)，占28.17%；污染等級(jí)Ⅲ級(jí)(輕度污染)的監(jiān)測(cè)區(qū)為7個(gè)，占9.86%。污染等級(jí)Ⅲ級(jí)的監(jiān)測(cè)區(qū)土壤樣品，主要污染元素為Cd、Pb、Hg。表明長(zhǎng)泰區(qū)有超過1/3的監(jiān)測(cè)區(qū)達(dá)到污染警戒限以上程度，需要引起足夠重視。

表6 長(zhǎng)泰區(qū)農(nóng)用地土壤8種重金屬元素內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

2.4 地積累指數(shù)評(píng)價(jià)與分析

由表7可知，長(zhǎng)泰區(qū)地積累指數(shù)總體在-3.74～2.76，總平均值為-0.40，污染級(jí)別1～4級(jí)，污染程度從無(wú)污染到中-強(qiáng)污染都有分布，沒有強(qiáng)污染以上程度。71個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)中僅有5個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)不存在任何一種元素污染，Cd、Pb、Hg污染的監(jiān)測(cè)區(qū)較多。從單個(gè)污染因子來(lái)看，Cd僅有8個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)無(wú)污染，中等污染程度以上的監(jiān)測(cè)區(qū)有44個(gè)，達(dá)到61.97%；Pb僅有25個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)無(wú)污染，中等污染程度以上的監(jiān)測(cè)區(qū)有6個(gè)，占8.45%；Hg僅有26個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)無(wú)污染，中等污染程度以上的監(jiān)測(cè)區(qū)有19個(gè)，占26.76%；Cu無(wú)污染監(jiān)測(cè)區(qū)46個(gè)，中等污染程度以上的監(jiān)測(cè)區(qū)有3個(gè)，占4.23%；其他元素均無(wú)中等污染程度以上的監(jiān)測(cè)區(qū)，重金屬積累相對(duì)不高。

表7 長(zhǎng)泰區(qū)農(nóng)用地土壤8種重金屬元素地積累指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

3 結(jié)論與討論

受采樣點(diǎn)密度較小等因素影響，本研究數(shù)據(jù)分析可能存在一定的偏差，但總體能反映長(zhǎng)泰區(qū)重金屬污染狀況。從平均值來(lái)看，8種重金屬含量均未高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的篩選值，但是采用評(píng)價(jià)方法分析，顯示長(zhǎng)泰區(qū)農(nóng)用地土壤已經(jīng)存在部分污染。3種評(píng)價(jià)方法均顯示，Cd、Pb、Hg這3種重金屬元素是長(zhǎng)泰區(qū)農(nóng)用地土壤主要污染元素，其中Cd是污染最普遍、積累最嚴(yán)重的元素。

土壤重金屬污染來(lái)源十分廣泛，包括成土母質(zhì)、工業(yè)三廢、生活污水、汽車尾氣、農(nóng)藥肥料等，一旦造成污染就很難根除，其防治難度非常大[15-17]。如何阻止農(nóng)用地土壤重金屬污染進(jìn)一步擴(kuò)散和惡化，并逐步恢復(fù)土壤質(zhì)量，是長(zhǎng)泰區(qū)政府面臨的一大挑戰(zhàn)。雖然長(zhǎng)泰區(qū)重金屬積累已經(jīng)較為普遍，但總體上污染程度尚未達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的嚴(yán)格管控范圍，屬于安全利用類，通過農(nóng)藝和技術(shù)措施仍可實(shí)現(xiàn)安全利用，從而保障食品安全。國(guó)內(nèi)外在土壤重金屬污染防治方面已經(jīng)進(jìn)行了許多有益的嘗試，并取得一定的成效，可以作為借鑒[18]。