珠江三角洲地區典型農村土壤重金屬污染現狀分析

羅小玲，郭慶榮，謝志宜，楊劍軍，柴子為，劉漩，伍世豐

廣東省環境監測中心，廣東 廣州 510308

珠江三角洲地區典型農村土壤重金屬污染現狀分析

羅小玲，郭慶榮，謝志宜*，楊劍軍，柴子為，劉漩，伍世豐

廣東省環境監測中心，廣東 廣州 510308

珠江三角洲地區農村土壤重金屬污染狀況不容忽視，除化肥農藥、畜禽養殖等污染源外，還有工業污染等其他污染源。本研究以該地區工業型和種植型兩類典型農村為例，通過對農田和菜地兩種耕地以及企業周邊、養殖場周邊和垃圾點周邊三類污染場地土壤重金屬污染現狀進行監測與評價，深入分析重金屬污染成因。結果表明，該地區工業型農村耕地以銅超標為主（超標率22.2%），種植型農村耕地以鎘超標為主（超標率16.7%），其余重金屬超標率低或不超標；耕地中農田的重金屬污染程度重于菜地。工業型農村污染場地以銅超標為主（超標率33.3%），其次是鎘和鋅（超標率均為11.1%），其余重金屬不超標；種植型農村污染場地以鎘、鎳超標為主（超標率均為26.1%），其次為銅和砷（超標率分別為17.4%和8.7%），其余重金屬不超標。三類污染場地中，工業型農村土壤重金屬超標情況相對最重的是垃圾點周邊，而種植型農村土壤重金屬超標程度相對最重的是養殖場周邊。高度集約化的農業生產方式是造成珠三角農村耕地土壤重金屬污染的主要原因，同時，眾多的制造業“三廢”排放加劇了土壤重金屬累積。此外，畜禽養殖廢棄物、生活垃圾的無序堆放也是造成農村土壤重金屬污染的原因。

珠江三角洲；農村；土壤；重金屬

珠江三角洲地區（簡稱珠三角地區）是廣東省重要的經濟中心區域，經過改革開放后幾十年的發展已經成為世界知名的加工制造和出口基地，初步形成了電子信息、家電等企業群和產業群。2011年，珠三角地區生產總值43720.86億元，占全省經濟總量的79.2%（朱小丹，2012；黃華華，2012）。隨著金屬制品制造業、電子制造、電鍍、制衣等行業的快速發展，企業數量逐漸增多、規模逐步擴大，這是否對周邊農村環境產生影響也逐漸引起關注。農村土壤環境質量直接關系到糧食安全和居民健康，在當前形勢下如何對其開展監測與保護顯得尤為重要。目前針對農村土壤污染問題的研究大多集中在化肥農藥污染、畜禽養殖廢棄物污染等方面，對進駐農村的工業企業、生活垃圾等污染源關注較少，且缺少對這些因素之間影響差異性的比較。本文以珠三角地區兩類典型農村為例，通過對比該地區工業型和種植型農村的耕地與污染場地周邊土壤重金屬濃度，分析闡述該地區農村土壤重金屬污染現狀及成因，為合理制定農村土壤環境保護對策提供依據。

1 監測方法

1.1 點位布設

1.1.1 試點農村選擇

在珠三角地區選擇兩類農村開展試點監測：一類是村域內引進了工業企業、并同時存在種植業，工業生產對農村環境影響較大的農村（以下簡稱工業型農村），共選擇3個工業型農村開展監測；另一類是以種植業為主要產業、受工業生產影響較小的農村（以下簡稱種植型農村），共選擇4個種植型農村開展監測。

1.1.2 監測點位布設

每個試點農村設12個監測點，其中6個為耕地監測點（包括農田和菜地監測點各3個），6個為污染場地監測點（根據村莊實際情況，選擇企業周邊、養殖場周邊或垃圾點周邊中的2類場地各設3個監測點，由于其中一個種植型農村養殖場數量較少，只設了2個監測點，因此種植型農村污染場地監測點中養殖場周邊點位總數比垃圾點周邊少1個）。監測點位數量分布見表1。

表1 試點農村監測點數量Table 1 The Numbers of Survey Spots in the Pilot Villages

1.2 背景信息調查

充分收集試點農村自然經濟概況、污染源分布等背景信息，具體包括：（1）社會經濟概況：支柱產業、農業布局、工業布局、人口分布等。（2）自然環境：地形地貌特征、地質條件、土壤類型、轄區總面積、農業用水資源概況、土壤環境背景值等。（3）氣象條件：盛行風向、年均降水量等。（4）主要環境問題：污染源類型（工業企業大氣污染源、生活爐灶污染源、機動車或其他大氣污染源）、數量、分布特征、排放方式、排放量、排放污染物種類、污灌歷史等。（5）農作物種植及生產管理現狀：主要包括耕地面積、總播種面積；作物品種、灌溉水源、灌溉用水量；使用的化肥、農藥及其他化學品種類、用量；有機肥施用量等。

1.3 監測指標

監測指標的選擇以《土壤環境質量標準》（GB15618-1995）為基礎，選擇土壤理化性質和8種重金屬項目開展監測，分別為：pH、陽離子交換量、鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳。

1.4 測試方法

土壤樣品鎘、鉻、鉛、砷、銅、鋅和鎳采用硝酸-高氯酸-氫氟酸消解，汞采用硫酸-硝酸催化消解；重金屬鎘、鉛的濃度采用石墨爐原子吸收分光光度計法(Zeenit 60, Analylikjena, Japan)進行測定，鉻、銅、鋅和鎳采用火焰原子吸收分光光度計法(Vario 6, Analylikjena, Japan)進行測定，砷和汞采用原子熒光法（AFS-2202，海光，中國）進行測定，pH按照土水比1:2.5采用pH計進行測定，陽離子交換量采用乙酸銨交換法進行測定。

1.5 評價方法

本文采用重金屬超標率和平均污染指數進行評價。其中重金屬超標率指單因子點位超標率，即某種重金屬的超標點位數占點位總數的百分比；污染指數指監測點某種重金屬的測定值與評價標準限值之比，計算公式為（Mi為某種重金屬的測定值，Si為該重金屬的評價標準限值），平均污染指數指相同類型點位某種重金屬污染指數的算術平均值，計算公式為

2 監測結果與評價

2.1 試點農村土壤重金屬含量分布特征

試點農村土壤pH值范圍在4.0～8.5之間，平均為6.2，偏酸性；陽離子交換量范圍在1.4～109.0 cmol·kg-1之間，平均為21.0 cmol·kg-1，普遍大于5 cmol·kg-1。試點農村土壤重金屬含量分布特征見圖1～圖2（圖中n為同類型點位數量，下同）。

圖1為含量較低的鎘、汞分布特征。鎘在不同類型農村、相同用地類型土壤中含量相近，在同類型農村、不同用地類型土壤中含量不同（兩類農村均表現為污染場地含量略高于耕地含量）。汞在不同類型農村、相同用地類型土壤中含量差異很大（兩種用地類型均表現為工業型高于種植型），在同類型農村、不同用地類型土壤中含量特征有變化（工業型表現為耕地含量略高于污染場地，種植型表現為污染場地含量略高于耕地）。

圖1 試點農村土壤鎘、汞含量分布特征Fig.1 Soil Cd and Hg Concentrations of the Pilot Villages

圖2 為含量較高的砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳分布特征。這幾種重金屬含量分布特征類似，用地類型相同時均表現為工業型農村土壤含量高于種植型農村，同類型農村則表現為污染場地含量高于耕地含量（除工業型農村的砷含量和種植型農村的鉻含量外）。

圖2 試點農村土壤砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳含量分布特征Fig.2 Soil As, Cu, Pb, Cr, Zn and Ni Concentrations of the Pilot Villages

表2 試點農村土壤重金屬超標率Table 2 The Over Standard Rates of Soil Heavy Metals in the Pilot Villages %

2.2 試點農村土壤重金屬污染評價

評價方法為單因子評價，評價標準執行《土壤環境質量標準》（GB15618-1995）二級標準，評價結果見表2～表3。

2.2.1 超標情況統計

8種參與評價的重金屬中，工業型農村耕地和污染場地超標重金屬分別為4種和3種，而種植型農村耕地和污染場地超標重金屬分別為3種和5種，且超標率各有高低，說明工業型農村土壤重金屬超標情況并沒有顯著重于種植型農村。

8種重金屬中超標情況相對最重的是鎘，在4種點位類型中均超標，各類型點位重金屬的平均污染指數也均以鎘為最高，其中鎘在種植型農村的污染場地土壤中超標率相對最高。超標率較高的還有銅、鋅和鎳，其中銅在工業型農村的耕地和污染場地土壤中超標率均高于20%；鋅在工業型農村的耕地土壤中不超標，在其余三種點位類型中均超標；鎳在工業型農村的污染場地土壤中不超標，在其余三種點位類型中均超標（在種植型農村污染場地土壤中超標率較高，為26.1%）。汞和砷超標情況較輕，汞僅在工業型農村的耕地土壤中超標，砷僅在種植型農村的污染場地土壤中超標。鉛和鉻在所有類型土壤中均不超標。

2.2.2 耕地超標點特征

分別對比工業型和種植型農村耕地土壤重金屬超標率，結果見圖3～圖4。圖3為工業型農村耕地超標率，其中農田土壤汞、銅和鎳超標，菜地土壤鎘和銅超標。圖4為種植型農村耕地超標率，其中農田土壤鎘、砷和鎳超標，菜地土壤鎘超標。由圖可見兩種類型農村中農田土壤的重金屬超標情況均比菜地嚴重。

圖3 工業型農村耕地土壤重金屬超標率Fig.3 The Over Standard Rates of Heavy Metals in the Cultivated Lands in the Industrial Villages Lands

圖4 種植型農村耕地土壤重金屬超率Fig.4 The Over Standard Rates of Heavy Metals in the Cultivated in the Planting Villages

2.2.3 污染場地超標點特征

分別對比工業型和種植型農村污染場地土壤重金屬超標率，結果見圖5～圖6。圖5為工業型農村污染場地超標率，其中企業周邊土壤鎘、銅超標，養殖場周邊土壤銅、鋅超標，垃圾點周邊土壤鎘、銅、鋅均超標。圖6為種植型農村污染場地超標率，其中養殖場周邊土壤鎘、砷、銅、鋅、鎳超標，垃圾點周邊土壤鎘、砷、銅、鎳超標（超標率均低于養殖場周邊土壤）。由圖可見，在工業型農村的3類污染場地中，超標情況相對最重的并不是企業周邊，而是垃圾點周邊；種植型農村則是養殖場周邊土壤重金屬超標程度比垃圾點周邊嚴重。

3 污染原因分析

3.1 高度集約化農業生產是造成珠三角農村耕地土壤重金屬污染的主要原因

本文中珠三角地區工業型農村與種植型農村的耕地土壤均受到一定程度的重金屬污染，并且工業型農村耕地的受污染程度并沒有顯著高于種植型農村，說明該地區的工業生產及“三廢”排放并不是造成試點農村耕地受污染的主要原因。隨著社會經濟高速發展，人們對農產品的需求日益提高。而在珠三角地區，城市的建設和擴張使得耕地資源日益短缺，農民只能借助先進的農業生產技術，使農業生產由粗放型向集約型轉變，這就意味著一定面積的土地上將被投入更多的生產資料和勞動，具體表現為大量使用化肥或有機肥改造中低產田、增施農藥、實行機械化作業等。這些生產過程均會造成土壤重金屬累積（王開峰等，2008；任順榮等，2005；趙明等，2010；邢維芹等，2010；Bulluck等，2002；Sharma等，2005）。同時珠三角河網水質受到上游水質影響，特別是北江流域礦業開采使重金屬等污染物隨水遷移并通過灌溉遷入農田（楊國義等，2007；林初夏等，2005；周健民等，2004）。多重因素在集約化生產機制下的累積是導致珠三角農村耕地土壤受到重金屬污染的主要原因。

表3 試點農村土壤重金屬平均污染指數Table 3 The Average Pollution Index of Soil Heavy Metals in the Pilot Villages

圖5 工業型農村污染場地土壤重金屬超標率Fig.5 The Over Standard Rates of Heavy Metals in the Contaminated Sites in the Industrial Villages

圖6 種植型農村污染場地土壤重金屬超標率Fig.6 The Over Standard Rates of Heavy Metals in the Contaminated sites in the Planting Villages

3.2 畜禽養殖是造成農村土壤污染的重要原因

由2.2.3可知，工業型農村養殖場周邊土壤重金屬污染程度與企業周邊土壤相當，種植型農村養殖場周邊土壤重金屬污染程度比垃圾點周邊土壤嚴重，說明三類污染場地中，畜禽養殖是農村土壤污染的重要原因之一。研究表明，畜禽糞便及飼料中含有重金屬鉻、銅、鋅、砷、鎘、鉛等，如果畜禽養殖廢棄物未得到妥善處理、隨意堆放，則會造成土壤重金屬污染（吳二社等，2011；潘尋等，2013；戴婷等，2010）。珠三角僅部分規模化畜禽養殖場有污水處理系統，且其中大部分為氧化塘等簡單處理設施，對畜禽養殖廢棄物的綜合利用和處理水平低，同時還存在大量零散分散的家庭養殖，養殖廢棄物基本為無處理直排，這將給農村土壤環境質量造成較大威脅。

3.3 垃圾無序堆放造成周邊土壤污染

本次調查中，垃圾點周邊土壤重金屬污染程度不容樂觀。生產、生活垃圾來源復雜，其中不乏各種金屬制品或金屬構件，含有包括砷、鉛、鉻、鎘、汞在內的各種重金屬，如不妥善處理，則會造成堆放場地土壤重金屬污染（林建偉等，2005；龍於洋等，2007；鄭曼英等，2003；張輝等，2001；Slack等，2005；Flyhammar等，1998）。近年來，隨著農村環保各種示范點和創建活動的開展，部分農村逐步建設了一些垃圾集中堆放地，但農村居民長期養成的生活習慣難以在短期內改變。同時，村級組織對農民的號召力非常有限，多數農村依然存在垃圾亂堆放、無人管的現象，對周圍環境造成較大污染。即使已經建立了垃圾臨時集中堆放點，也由于經費不足、管理不善、處理方式落后等原因，而未能起到實際作用。

3.4 工業生產對農村土壤環境質量產生一定影響

散布在珠三角的制衣、金屬制品制造、化工、電鍍、電子制造、印染、造紙等企業數量眾多，盡管具備一定規模以上企業都配套有環保治理設施，但達標排放的廢水廢氣中仍存在少量的重金屬。廢氣中的重金屬通過大氣沉降、廢水中的重金屬排入河流并通過灌溉等方式進入農田，加重了農村土壤重金屬累積。

4 結論

（1）珠三角試點農村耕地土壤受到一定程度重金屬污染，其中種植型農村耕地以鎘超標為主、工業型農村耕地以銅超標為主。

（2）珠三角試點農村的三類污染場地中，工業型農村垃圾點周邊土壤重金屬超標情況相對最重，種植型農村養殖場周邊土壤重金屬超標程度相對最重。

（3）高度集約化的農業生產方式是造成珠三角農村耕地土壤重金屬污染的主要原因，眾多的制造業“三廢”排放加劇了土壤重金屬累積。

（4）畜禽養殖廢棄物綜合利用率低、處理水平落后、生活垃圾無序堆放也是造成農村土壤重金屬污染的重要原因。

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Study on heavy metal pollution in typical rural soils in Pearl River Delta area

LUO Xiaoling, GUO Qingrong, XIE Zhiyi*, YANG Jianjun, CHAI Ziwei, LIU Xuan, WU Shifeng

Guangdong Environmental Monitoring Center, Guangzhou 510308, China

Heavy metal pollution in the rural soils from Pearl River Delta area is indispensable due to many pollution sources such as fertilizer, pesticide and industrial wastes. The objectives of this study were to investigate the levels and reasons of eight types of heavy metal pollution (i.e. Cd, Hg, As, Cu, Pb, Cr, Zn and Ni) in the typical rural soils from industrial villages and planting villages which included two kinds of cultivated land (i.e. farmland and vegetable plot), and three kinds of contaminated sites (i.e. land around industry plants, land around livestock and poultry raising and land around garbage dump). The results showed that, the cultivated lands in the industrial villages were mainly polluted by Cu with an over standard rate of 22.2%, and the cultivated lands in the planting villages were predominantly polluted by Cd with an over standard rate of 16.7%, while the over standard rates of other heavy metals were low in the cultivated lands of both the industrial and planting villages. In the two types of cultivated lands, the pollution in the farmland was severer than that in the vegetable plot. The contaminated sites in the industrial villages were primarily polluted by Cu with an over standard rate of 33.3%, followed by Cd and Zn with an over standard rate of 11.1% respectively, while the contaminated sites in the planting villages were mainly polluted by Cd and Ni with an over standard rate of 26.1% respectively, followed by Cu and As with an over standard rate of 17.4% and 8.7% respectively. Among the three kinds of contaminated sites, the lands around garbage dump were polluted the most heavily in the industrial villages, and the lands around livestock and poultry raising were polluted the most heavily in the planting villages. Highly intensive mode of agriculture was the main cause of soil heavy metal pollution in this area, while three wastes emission of manufacturing industry increased the contamination. In addition, waste emission from livestock and poultry raising and stacking of domestic waste were also the sources of heavy metal pollution in the rural soils.

Pearl River Delta area; typical rural; soil; heavy metal pollution

X53

A

1674-5906（2014）03-0485-05

羅小玲，郭慶榮，謝志宜，楊劍軍，柴子為，劉漩，伍世豐. 珠江三角洲地區典型農村土壤重金屬污染現狀分析[J]. 生態環境學報, 2014, 23(3): 485-489.

LUO Xiaoling, GUO Qingrong, XIE Zhiyi, YANG Jianjun, CHAI Ziwei, LIU Xuan, WU Shifeng. Study on heavy metal pollution in typical rural soils in Pearl River Delta area [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(3): 485-489.

國家自然科學基金項目（41201540）；廣東省自然科學基金項目（S2011040001105）

羅小玲（1982年生），女（壯族），工程師，碩士，主要從事土壤環境監測、農村環境監測和生態環境評價工作。E-mail: 79086941@qq.com

*通訊作者：謝志宜（1978年生），男，博士，主要從事土壤重金屬區域環境質量與安全研究。E-mail:15011978456@163.com

2013-09-06