泗洪縣農(nóng)田土壤重金屬含量分析與污染評(píng)價(jià)

＊張青靜

（泗洪縣疾病預(yù)防控制中心 江蘇 223900）

重金屬污染是我國(guó)當(dāng)前最突出的土壤環(huán)境污染問題之一，生態(tài)環(huán)境部全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查[1]顯示，我國(guó)耕地土壤主要污染物為重金屬，污染點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)19.4%，其中鎘污染點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)到7.0%，其次分別為鎳、砷、銅、汞、鉛、鉻等。土壤中的重金屬污染物不易降解，在土壤中滯留時(shí)間長(zhǎng)且會(huì)持續(xù)累積，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)安全造成影響。被重金屬污染的土壤一方面不利于農(nóng)作物的生長(zhǎng)，另一方面一些有害重金屬易在農(nóng)作物中富集最終進(jìn)入食物鏈從而對(duì)人們的身體健康造成威脅。因此準(zhǔn)確檢測(cè)出土壤重金屬含量，分析評(píng)價(jià)農(nóng)田土壤中重金屬污染水平，掌握土壤環(huán)境質(zhì)量狀況，對(duì)保障人們的食品安全，促進(jìn)農(nóng)作物生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義。

本文主要研究2017年至2020年4年間泗洪縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)田土壤中重金屬Pb、Cd、Cr含量狀況，同時(shí)對(duì)其污染情況進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，以期為進(jìn)一步土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控提供參考。

1.材料與方法

(1)樣品采集與分析

調(diào)查區(qū)選擇泗洪縣17個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)隨機(jī)選擇4個(gè)行政村采集村中農(nóng)田土壤1份。采集5～20cm深表層土壤，在1m2范圍內(nèi)按照5點(diǎn)取樣法采集土壤混合為一個(gè)樣品，樣品總量不少于1000g。

取自然風(fēng)干后土樣并研磨過10目，電極法測(cè)定pH。準(zhǔn)確稱取過100目風(fēng)干土樣測(cè)定土壤鉛、鎘、鉻含量。土壤中鉛、鎘的含量測(cè)定參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，《GB/T 17141-1997土壤質(zhì)量鉛、鎘的測(cè)定石墨爐原子吸收分光光度法》《鉻含量測(cè)定參照國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)》（HJ 491-2009），《土壤總鉻的測(cè)定火焰原子吸收分光光度法》。

質(zhì)量控制手段包括采用國(guó)家土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)參比物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)結(jié)果對(duì)照、平行樣測(cè)定及空白值對(duì)照，標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)≥0.999，鉛、鎘、鉻重金屬回收率均在允許范圍內(nèi)。

(2)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法

以土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 15618-1995）[2]、江蘇省土壤背景值[3]以及國(guó)家土壤背景值[3]作為土壤重金屬含量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分類，農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量需執(zhí)行二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，具體可參考表1。單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法主要是針對(duì)泗洪縣農(nóng)田土壤中重金屬污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)則是采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法。

表1 土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GB 15618-1995）

單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)的依據(jù)是該重金屬污染物的單相污染指數(shù)，可反映土壤中的某一重金屬元素污染物的污染程度，計(jì)算公式為[4-5]:

式中：Pi表示重金屬i的單因子污染指數(shù)，Pi值越大說明受污染程度越深；Ci為i的實(shí)測(cè)濃度（mg/kg）；Si為i評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)值（mg/kg），參照國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)II級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值。

內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法可以有效評(píng)定每一個(gè)采樣點(diǎn)的土壤綜合污染程度水平，兼顧單因子污染指數(shù)最高值和平均值，可以較全面地反映該地區(qū)土壤中存在的各重金屬污染物的不同作用，突出較重污染物對(duì)該地區(qū)環(huán)境質(zhì)量的影響，評(píng)價(jià)更為客觀，因而土壤污染評(píng)價(jià)多采用內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)[5-6]。其計(jì)算公式為：

式中：P綜表示采樣點(diǎn)土壤的綜合污染指數(shù)；Pimax則代表了采樣點(diǎn)土壤所含重金屬各單因子污染指數(shù)中的最大值；P-i表示平均值。等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

潛在生態(tài)危害指數(shù)法是用于土壤或沉積物中重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)及其潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)的一種方法。該法能夠綜合評(píng)價(jià)土壤中所含各重金屬含量、對(duì)環(huán)境及生態(tài)產(chǎn)生的效應(yīng)、毒性水平和重金屬區(qū)域背景值的差異。同時(shí)該法消除了區(qū)域差異影響，劃分出重金屬潛在危害的程度，即是一種綜合反映土壤中重金屬對(duì)周圍的生態(tài)環(huán)境所具影響潛力的指標(biāo)，該方法計(jì)算公式為[7-9]：

Ei和RI分別評(píng)價(jià)單一重金屬污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度和3種重金屬（Pb、Cd、Cr）總的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度，劃分見表3。

表3 單一重金屬污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度和3種重金屬（Pb、Cd、Cr）總的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度

2.結(jié)果與討論

(1)泗洪縣農(nóng)田土壤所測(cè)的重金屬含量特征分析

泗洪縣農(nóng)田土壤重金屬（Pb、Cd、Cr）含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表4，Pb變化范圍為20.41～50.22mg/kg，Cd為0.046～0.524mg/kg，Cr為45.0～98.1mg/kg。含量平均值分別為：32.28mg/kg、0.217mg/kg、76.0mg/kg。Pb與Cd的含量均值均超過江蘇省土壤背景值，分別為其1.23倍和1.72倍。Cr均值略小于江蘇省土壤背景值。采樣點(diǎn)各樣本數(shù)據(jù)以江蘇省土壤背景值為標(biāo)準(zhǔn)分析，Pb、Cd、Cr的超標(biāo)率分別為83.75%、81.25%、53.75%。分析發(fā)現(xiàn)Pb、Cd、Cr的含量均值均超過國(guó)家土壤背景值，分別為其1.24倍、2.24倍和1.25倍。說明農(nóng)田土壤重金屬存在不同程度的富集現(xiàn)象。

表4 泗洪縣農(nóng)田土壤重金屬含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果

各采樣點(diǎn)農(nóng)田土壤pH值變化范圍為5.55～8.17之間，均值為7.28，土壤主要呈弱堿性。根據(jù)土壤樣品的平均pH對(duì)照土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值（見表1），調(diào)查區(qū)內(nèi)重金屬Pb、Cd、Cr的含量平均值均低于標(biāo)準(zhǔn)限值，同時(shí)對(duì)采樣點(diǎn)土壤樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)土壤中重金屬Pb與Cr均不存在超標(biāo)的樣品，Cd含量樣品超標(biāo)率為7.5%。說明部分農(nóng)田存在一定程度的Cd重金屬污染。

變異系數(shù)的大小在一定程度上反映了外源污染影響大小。從變異系數(shù)來看，Pb為0.19，Cr為0.15，比較接近，值介于15%～36%[11-12]，呈現(xiàn)中等變異，表明土壤中Pb與Cr含量分布相對(duì)均勻，Pb與Cr在各個(gè)采樣點(diǎn)存在相似的污染程度。Cd為0.47，大于36%，屬于高度變異，表明土壤中Cd的空間分布相對(duì)不均勻，部分土壤中Cd含量受外界局部污染源的影響比較明顯[5]。

(2)泗洪縣農(nóng)田土壤重金屬的污染評(píng)價(jià)

①污染程度評(píng)價(jià)

采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對(duì)泗洪縣調(diào)查區(qū)內(nèi)農(nóng)田土壤重金屬污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)計(jì)算公式，參照國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)II級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值，利用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。評(píng)價(jià)結(jié)果如表5所示，Pb的單因子污染指數(shù)變化范圍為0.06～0.16，平均值為0.10，Cr為0.18～0.57，平均值為0.37，兩者全部小于1，說明采樣點(diǎn)Pb、Cr單因子污染等級(jí)均為無污染。Cd的單因子污染指數(shù)范圍為0.08～1.30，平均值為0.50，變異系數(shù)為0.54，7.5%的采樣點(diǎn)土壤重金屬Cd單因子污染指數(shù)大于1，說明部分農(nóng)田存在Cd輕度污染。研究區(qū)土壤重金屬內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)范圍為0.18～1.02，均值為0.45，變異系數(shù)為0.40。根據(jù)內(nèi)梅羅綜合污染等級(jí)劃分，研究區(qū)內(nèi)土壤重金屬綜合污染程度處于安全、警戒限、輕污染的樣點(diǎn)的比例分別為90%、8.75%和1.25%，綜合污染以Cd為主要貢獻(xiàn)因子。

表5 土壤重金屬污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

②污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

為進(jìn)一步探討重金屬污染對(duì)人們的生產(chǎn)、生活以及健康的潛在危害性和風(fēng)險(xiǎn)性，采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)泗洪縣農(nóng)田土壤所含重金屬（Pb、Cd、Cr）進(jìn)行污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。結(jié)果見表6，Pb和Cr元素的潛在生態(tài)危害系數(shù)最大值分別為9.58和2.52，均值為6.16和1.95，對(duì)照表3，結(jié)果均小于40，故均表現(xiàn)為輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度。Cd元素的潛在生態(tài)危害系數(shù)變化范圍為10.95～124.76，均值為51.70，各采樣點(diǎn)土壤Cd風(fēng)險(xiǎn)程度存在差異性，40%土壤Cd處于輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度，中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為47.5%，強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度為12.5%。綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)變化范圍為21.39～131.71，平均值為59.81，均小于150，綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度均表現(xiàn)為輕微，相比較下Cd的潛在生態(tài)危害較大，其平均貢獻(xiàn)率為86.4%。

表6 單因子潛在生態(tài)危害系數(shù)和綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3.結(jié)論

從檢測(cè)結(jié)果來看泗洪縣部分農(nóng)田土壤中鉛、鎘與鉻重金屬的含量均超過了江蘇省土壤背景值和國(guó)家土壤背景值。研究發(fā)現(xiàn)調(diào)查地區(qū)土壤pH值主要為弱堿性，與土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值相比，土壤中重金屬Pb與Cr均不存在超標(biāo)的樣品，部分采樣點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的重金屬Cd處于超標(biāo)狀況。從變異系數(shù)來看泗洪縣農(nóng)田土壤中Pb與Cr含量分布相對(duì)均勻，Cd的空間分布相對(duì)不均勻，部分土壤中Cd含量受外界局部污染源的影響比較明顯。

從污染評(píng)價(jià)結(jié)果來看，采樣點(diǎn)Pb和Cr單因子污染等級(jí)均為無污染。部分采樣點(diǎn)存在鎘（Cd）輕度污染。根據(jù)內(nèi)梅羅綜合污染劃分等級(jí)，大部分地區(qū)土壤較清潔，綜合污染以Cd為主要貢獻(xiàn)因子。Pb和Cr元素的潛在生態(tài)危害系數(shù)為輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度。Cd元素土壤風(fēng)險(xiǎn)程度存在差異性。采樣點(diǎn)綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度均表現(xiàn)為輕微。

綜上所述，泗洪縣地區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染問題主要為Cd污染，Cd污染問題應(yīng)引起重視，應(yīng)合理科學(xué)地采取相應(yīng)措施改善土壤環(huán)境質(zhì)量，加強(qiáng)污染監(jiān)控與防范，認(rèn)真而有效地進(jìn)行污染防治。