南平市畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)周邊土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)及分析評(píng)價(jià)

薛娉婷

(福建省南平環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，福建 南平 353099)

1 概述

如今，規(guī)?；男笄蒺B(yǎng)殖場(chǎng)越來(lái)越多，土壤環(huán)境承載力日益加重，但畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)周邊土壤環(huán)境的研究卻相對(duì)較少。特別是養(yǎng)殖糞便及其廢水中含有一定難以被消解的重金屬元素，重金屬累積效應(yīng)會(huì)逐漸擴(kuò)大污染影響，最終間接影響人類健康。為了解南平市畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)周邊土壤環(huán)境，本研究選取位于延平區(qū)的南平市順發(fā)牧業(yè)發(fā)展有限公司、位于建陽(yáng)區(qū)的建陽(yáng)市吉翔牧業(yè)有限公司畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)、位于光澤縣的福建圣農(nóng)發(fā)展股份有限公司武林肉雞養(yǎng)殖場(chǎng)為土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，進(jìn)行分析研究，以求為提升南平市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量提供參考。

2 采樣區(qū)概況

2.1 順發(fā)牧業(yè)

南平市順發(fā)牧業(yè)發(fā)展有限公司周邊以山地丘陵地貌為主，植被屬中亞熱帶常綠闊葉林地。場(chǎng)址距南平市區(qū)23km，316國(guó)道4km；周邊50m有一山間小溪，同時(shí)距閩江干流約14km。項(xiàng)目所在地全年雨量充沛，場(chǎng)址周邊以沙土地為主并伴生石英砂地形。公司養(yǎng)殖規(guī)模為存欄母豬260頭，生豬2540頭。場(chǎng)址周邊吳丹村范圍內(nèi)主要以養(yǎng)殖業(yè)為主，轄區(qū)內(nèi)有少數(shù)幾家針織業(yè)企業(yè)。

2.2 吉翔牧業(yè)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)

建陽(yáng)市吉翔牧業(yè)有限公司畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)周邊主要為山地丘陵地貌，人工植被以馬尾松、杉木為主，自然植被以蕨類及濕性常綠闊葉林為主，全年雨量充沛。場(chǎng)址距玉瑤村800m，距南浦溪500m。奶牛存欄1500頭，年產(chǎn)牛奶4000t。

2.3 圣農(nóng)武林肉雞養(yǎng)殖場(chǎng)

福建圣農(nóng)發(fā)展股份有限公司武林肉雞養(yǎng)殖場(chǎng)北面為農(nóng)田，其余三面為山地。欄量20萬(wàn)羽，年出欄5批。周邊500m范圍內(nèi)無(wú)居民，僅東北面有一生豬養(yǎng)殖場(chǎng)，年存欄生豬1000頭。

3 樣品采集、分析及評(píng)價(jià)技術(shù)方法

3.1 樣品采集

采用網(wǎng)格法,對(duì)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)外緣的500m左右區(qū)域采取隨意布點(diǎn)(網(wǎng)格大小為100m×100m)，并隨機(jī)選擇5個(gè)采集地點(diǎn)，點(diǎn)位周邊土壤以天然作物為主，采集深度一般在地表土層以下0～20cm，并記錄相應(yīng)坐標(biāo)。

3.2 樣品處理及測(cè)定

每個(gè)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)采集5個(gè)點(diǎn)位，平均每點(diǎn)位獲取約4kg混合土樣，平均分成2份，用可封口塑料袋封裝，其中，1份進(jìn)行監(jiān)測(cè)，1份封存?zhèn)洳?。pH采用玻璃電極法(NY/T1377-2007)測(cè)定，Cr、Cu、Zn、Ni采用火焰原子吸收分光光法(GB/T17141-1997)測(cè)定，六六六、DDT采用氣相色譜法(GB/T14550-2003)測(cè)定，Cd、Pb采用石墨爐原子吸收分光光法(GB/T17141-1997)測(cè)定，Hg采用冷原子吸收分光光度法(GB/T22105.2-2008)測(cè)定，As采用原子熒光光譜法(GB/T22105.2-2008)測(cè)定，苯并(a)芘采用高效液相色譜法(ISO13877-2000)測(cè)定。

3.3 評(píng)價(jià)方法

3.3.1 單因子污染指數(shù)法

單因子污染指數(shù)法可以反映單一污染物的污染程度，是其他環(huán)境質(zhì)量指數(shù)、環(huán)境質(zhì)量分級(jí)和綜合評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。公式如下：

(1)

式(1)中，Pi為單項(xiàng)污染指數(shù)；Ci為實(shí)測(cè)濃度；Sip為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值或參考值。Sip在本研究中引用《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)》(GB 15618—2018)中的土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，根據(jù)單項(xiàng)污染指數(shù)的大小，土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)分級(jí)詳見表1。

表1 單因子評(píng)價(jià)土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)分級(jí)

3.3.2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法

內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法同時(shí)考慮了平均值和最大值，著重表達(dá)高濃度污染物對(duì)環(huán)境的影響，能有效反映各項(xiàng)污染物對(duì)土壤的作用，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表2。公式如下：

土壤綜合污染指數(shù)=

(2)

(3)

3.3.3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法是用于評(píng)價(jià)土壤或沉積物中重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的方法,潛在生態(tài)分險(xiǎn)指數(shù)RI由瑞典科學(xué)家Hakanson提出，綜合考慮了環(huán)境特點(diǎn)、生物毒性、重金屬性質(zhì)和生態(tài)效應(yīng)等因素[1],分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表3，計(jì)算公式為：

(4)

(5)

表3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

4 監(jiān)測(cè)結(jié)果及評(píng)價(jià)

4.1 土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)結(jié)果

本研究選取的15個(gè)點(diǎn)位，僅有1個(gè)點(diǎn)位超過(guò)風(fēng)險(xiǎn)篩選值限值，超標(biāo)率為6.67%，該超標(biāo)點(diǎn)位為無(wú)機(jī)污染超標(biāo)點(diǎn)位，程度為輕微污染。有機(jī)污染超標(biāo)點(diǎn)位為0個(gè)。

3個(gè)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)周邊土壤的六六六和苯并(a)芘均未檢出。順發(fā)牧業(yè)和圣農(nóng)武林的DDT同樣未檢出，吉翔牧業(yè)的濃度在0.0005～0.00195mg/kg之間，遠(yuǎn)低于《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)中的風(fēng)險(xiǎn)篩選值。這表明有機(jī)污染物對(duì)3個(gè)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)周邊土壤環(huán)境的影響較少。順發(fā)牧業(yè)、吉翔牧業(yè)和圣農(nóng)武林周邊土壤的重金屬含量大小順序?yàn)椋篫n>Cr>Pb>Cu>Ni>As>Cd>Hg，僅Cu存在超過(guò)風(fēng)險(xiǎn)篩選值限值的情況。

4.2 土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

利用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)對(duì)本次監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究[4]，評(píng)價(jià)等級(jí)按無(wú)機(jī)有機(jī)綜合PN進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見表4。圣農(nóng)土壤綜合污染指數(shù)從大到小排序?yàn)椋菏マr(nóng)武林>順發(fā)牧業(yè)>吉翔牧業(yè)，分別為0.58、0.56、0.50，均小于0.7，對(duì)比土壤綜合污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，等級(jí)均為Ⅰ級(jí)，3個(gè)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)周邊土壤污染評(píng)價(jià)皆為清潔(安全)。

利用單因子污染指數(shù)對(duì)本次監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，結(jié)果見表4。吉翔牧業(yè)、圣農(nóng)武林土壤監(jiān)測(cè)點(diǎn)位各項(xiàng)目監(jiān)測(cè)結(jié)果采用單因子評(píng)價(jià)Pi均小于1，等級(jí)為Ⅰ級(jí)，污染評(píng)價(jià)均為無(wú)污染。順發(fā)牧業(yè)發(fā)展有限公司本次1號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)點(diǎn)位監(jiān)測(cè)結(jié)果采用單因子評(píng)價(jià)Pi小于1，等級(jí)為Ⅰ級(jí)，無(wú)污染；2號(hào)點(diǎn)位的Cu的Pi介于1～2之間，該點(diǎn)位評(píng)價(jià)等級(jí)為Ⅱ級(jí)，屬于輕微污染。2號(hào)點(diǎn)位在養(yǎng)殖場(chǎng)西北面，以沙土地為主，周圍植被主要是野草和少量農(nóng)作物,本次的超標(biāo)項(xiàng)目為Cu，最大超標(biāo)倍率為1.32倍，推測(cè)采樣點(diǎn)農(nóng)作物中的農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)殘留和富集是導(dǎo)致超標(biāo)的其中一個(gè)原因。

表4 養(yǎng)殖場(chǎng)土壤單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)

5 養(yǎng)殖場(chǎng)周邊土壤環(huán)境質(zhì)量分析

5.1 分擔(dān)率分析

污染分擔(dān)率是指某污染物對(duì)某個(gè)敏感地區(qū)或某個(gè)關(guān)注點(diǎn)的濃度貢獻(xiàn)百分比[5]。計(jì)算3個(gè)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)周邊土壤各項(xiàng)污染物分擔(dān)率，結(jié)果見表5，順發(fā)牧業(yè)周邊土壤各項(xiàng)污染物分擔(dān)率排序依次是：Pb>Cu>Cd>Hg>Zn>Ni>Cr>As>DDT/苯并(a)芘>六六六，其中Pb的分擔(dān)率是排第二位的Cu分擔(dān)率的2.37倍，表明在本次監(jiān)測(cè)的8種重金屬污染物和3種有機(jī)污染物中，污染最嚴(yán)重的是Pb;吉翔牧業(yè)周邊土壤各項(xiàng)污染物分擔(dān)率排序依次是：Cu>Ni>Pb>Cd>Zn>As>Hg>Cr>DDT/苯并(a)芘>六六六，前5種金屬的分擔(dān)率相差并不多，其中Cu對(duì)吉翔牧業(yè)周邊土壤環(huán)境質(zhì)量污染最嚴(yán)重; 圣農(nóng)武林周邊土壤各項(xiàng)污染物分擔(dān)率排序依次是：Pb>Zn>Cd>Ni>Hg>Cr>Cu>As>DDT/苯并(a)芘>六六六，污染最嚴(yán)重的 Pb的分擔(dān)率是排第二位的Zn分擔(dān)率的1.80倍。

由分擔(dān)率可以看出，重金屬對(duì)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)周邊土壤污染的貢獻(xiàn)率遠(yuǎn)大于有機(jī)污染物，是影響南平市畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)周邊土壤環(huán)境質(zhì)量的主要因素。

表5 采樣點(diǎn)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)周邊土壤各項(xiàng)污染物分擔(dān)率

5.2 重金屬在土壤中的富集情況

將南平市畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)重金屬濃度和福建省土壤背景值[6]研究比較(表6)，由表6可見，本研究3個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)各選取的5個(gè)采樣點(diǎn)中，重金屬濃度的最大值普遍超過(guò)了土壤背景值，其中，Cd、As、Pb、Cr和Ni的平均濃度也分別超出了福建省土壤背景值87.0%、6.0%、88.9%、30.4%和37.0%。這應(yīng)證了養(yǎng)殖場(chǎng)周圍的土壤環(huán)境確實(shí)有人為因素的影響，含重金屬的外源進(jìn)入土壤中，并有不同程度的富集，其中Cd和Pb富集較為明顯。雖然各重金屬的平均值目前仍在風(fēng)險(xiǎn)篩選值限值內(nèi)，但由于富集作用不斷累加，因此仍然需要注意減少人為因素的影響。

表6 采樣點(diǎn)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)周邊土壤環(huán)境重金屬濃度與背景值比較 單位：mg·kg-1

從RI值看，順發(fā)牧業(yè)和圣農(nóng)武林周邊土壤環(huán)境潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)小于150，屬輕微生態(tài)危害。而吉翔牧業(yè)周邊土壤環(huán)境潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)介于150～300之間，已屬中等生態(tài)危害，需要關(guān)注。3個(gè)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)的周邊土壤環(huán)境的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)以Cd和Hg為主，對(duì)此，生態(tài)環(huán)境管理部門應(yīng)優(yōu)先予以控制。

表7 畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)周邊土壤環(huán)境潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

5.3 重金屬相關(guān)性分析

土壤中的重金屬有多種來(lái)源途徑，通過(guò)研究相關(guān)性可以幫助推測(cè)重金屬是否來(lái)自同一外源。通常情況下,在土壤重金屬的全量測(cè)定中，各微量元素相關(guān)性較大[7]。用相關(guān)系數(shù)分析本次研究的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(表8)，由表8可推斷出本研究所監(jiān)測(cè)的重金屬含量普遍存在相關(guān)性。Cd與Cu、Cr、Zn相關(guān)系數(shù)分別為0.622、0.589、0.575，Hg與As、Cu、Ni相關(guān)系數(shù)分別為0.605、0.587、0.833，As與Cr、Zn、Ni相關(guān)系數(shù)分別為0.557、0.621、0.762，Cu與Cr、Zn、Ni相關(guān)系數(shù)分別為0.806、0.627、0.625，Zn與Pb、Cr相關(guān)系數(shù)分別0.675、0.689，Cr與Ni相關(guān)系數(shù)為0.566，均呈顯著正相關(guān)關(guān)系。這表明Cu、Zn、Cr、Ni等重金屬元素很可能來(lái)自于相同污染源。由于Cu、Zn、Cr、Ni等重金屬均常見于飼料添加中，因此，養(yǎng)殖場(chǎng)使用的飼料及飼養(yǎng)動(dòng)物糞便在土壤中的常年富集是主要污染源。

表8 養(yǎng)殖場(chǎng)周邊土壤重金屬元素含量相關(guān)性

6 結(jié)論與建議

本次研究的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，南平市畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)周邊土壤環(huán)境質(zhì)量整體為清潔水平。重金屬是影響南平市畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)周邊土壤環(huán)境的主要因素，其中Pb、Cu對(duì)土壤環(huán)境的影響最大，Cd和Hg的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最高，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)這4種元素的關(guān)注，避免富集效應(yīng)增快。

土壤是發(fā)展經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)最重要的資源，直接關(guān)系到人類可持續(xù)發(fā)展。養(yǎng)殖業(yè)必須進(jìn)行合理選址，遠(yuǎn)離主要物流路線和工業(yè)企業(yè)，避開土壤背景值本身就高的區(qū)域，符合相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。建議當(dāng)?shù)卣y(tǒng)籌規(guī)劃養(yǎng)殖業(yè)園區(qū)，并設(shè)置可集納處理的污水管網(wǎng)，建設(shè)針對(duì)性強(qiáng)和更有效率的集中污水處理廠對(duì)畜牧業(yè)污染的養(yǎng)殖廢物進(jìn)行統(tǒng)一處置，從而達(dá)標(biāo)排放。同時(shí)，利用規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)，集中收集生產(chǎn)有機(jī)肥，把畜牧業(yè)產(chǎn)生的污染物變廢為寶，既可以減少本身污水對(duì)周邊土地的污染，也可以減少化肥的使用，降低化肥中重金屬對(duì)農(nóng)田土地的污染。生態(tài)環(huán)境管理部門加強(qiáng)對(duì)養(yǎng)殖業(yè)的監(jiān)管，設(shè)置衛(wèi)生防護(hù)距離，制定土壤治理方案，加強(qiáng)對(duì)飼料配方的管控，減少飼料中重金屬的使用，減輕重金屬污染和減緩重金屬的富集。在養(yǎng)殖區(qū)周圍耕地大力發(fā)展生態(tài)綠色農(nóng)業(yè)，推廣無(wú)公害技術(shù)，用有機(jī)肥替代化肥，實(shí)現(xiàn)清潔、綠色、環(huán)保發(fā)展。