廣州市番禺區農田土壤重金屬污染調查分析

李結雯，李 超，黃純琳，李順泉

（廣東金泰達安全科技有限公司，廣州 528000）

廣州市番禺區農田土壤重金屬污染調查分析

李結雯，李 超，黃純琳，李順泉

（廣東金泰達安全科技有限公司，廣州 528000）

對廣州市番禺區農田土壤中As、Hg、Cu、Zn、Ni、Pb、Cr、Cd等8種重金屬的含量進行分析，并參照國家土壤環境質量標準（GB 15618-1995）中的二級標準，采用單因子污染指數法和內梅羅綜合污染指數法，對其重金屬污染程度進行評價。結果表明：42份土壤樣品中，鎘的污染最普遍，其次是汞。8種重金屬元素之間存在低度或顯著性的線性正相關，具有同源性。

廣州市番禺區；農田土壤；重金屬；污染

番禺區地處廣東省中南部，珠江三角洲腹地，是著名的“魚米之鄉”，農作物總播種面積達37，813公頃，主要產水稻、甘蔗、花生、番薯等，為全國主要產糖地區之一。近年來有報道稱該地區使用混雜著電池、藥瓶等未經處理分類的垃圾做底肥。垃圾中含有的重金屬會嚴重污染土壤，重金屬可以在土壤中積累并在農作物內殘留，通過食物鏈進入人體，給人體健康帶來潛在危害[1]。因此，本文通過系統采樣，對番禺區五個區域農田土壤的As、Hg、Cu、Zn、Ni、Pb、Cr、Cd等8種重金屬進行了調查，參照國家土壤環境質量標準和廣東省土壤背景值，分析番禺區農田土壤重金屬污染狀況，采用單因子污染指數法和內梅羅綜合污染指數法對其污染程度進行評價，分析了調查點重金屬綜合污染程度的空間分布特征，以及重金屬之間的相關性，不僅為番禺區農田土壤污染綜合治理提供科學的依據，而且對保障蔬菜質量安全和城鄉居民健康具有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 采樣點布設

綜合考慮土壤類型、污染源及蔬菜種類、菜地面積等因素，經優化布點后，將全區農田土壤分為5個區域，共計布設采樣點42個，獲取土壤樣品42個。土壤的采集采取梅花形多點采樣混合法，采樣時間選在2013年5月。

區域一：化龍鎮、新造鎮、南村鎮、東環街、大龍街北部、石基鎮北部、石樓鎮北部。構成番禺區東北部農田集聚區，其中包括受垃圾肥影響的石基鎮金山村農田和重金屬重點防控區。

區域二：橋南街、大龍街南部、石基鎮南部、石樓

鎮南部。為東南部農田集聚區域。

區域三：石樓鎮海鷗島，為自然形成的一個農業產業集聚區。

區域四：洛浦街、大石街、石壁街、鐘村街。為西北部農田集聚區域，大部分土地固化，農田相對分布比較少，較為分散。

區域五：沙頭街、沙灣鎮。為西南部農田集聚區域，農田分布較為分散，但包括重金屬重點防控區和飲用水水源保護區。

1.2 樣品前處理

土壤樣品經自然風干后除去植物殘體、煤渣、木炭、礫石等雜物，充分混勻用四分法保留約0.5kg。把縮分后的土樣按要求磨細，一部分通過18目（1mm）孔徑的土壤篩，用于土壤pH值的測定，另一部分通過100目（0.149mm）孔徑的尼龍篩，用于土壤重金屬全量的測定[1]。

1.3 試驗方法與儀器設備

土壤的pH測定參考NY/T 1377-2007玻璃電極法[2]，鎘和鉛測定參考GB/T 17140-1997KI-MIBK萃取火焰原子吸收分光光度法[3]，汞測定參考GB/T 22105.1-2008原子熒光測定法[4]，砷測定參考GB/T 22105.2-2008原子熒光測定法[5]，鉻測定參考HJ 491-2009火焰原子吸收分光光度法[6]，銅和鋅測定參考GB/T 17138-1997火焰原子吸收分光光度法[7]，鎳測定參考GB/T 17139-1997火焰原子吸收分光光度法[8]。所用到的儀器有上海雷磁生產的pHS-3F型酸度計、江蘇天瑞儀器股份有限公司的AFS-200N原子熒光光譜儀、北京東西電子AA7000系列原子吸收光譜儀。

1.4 統計分析

采用Excel和SPSS統計軟件對數據進行分析。

1.5 評價標準與評價方法

（1）采用土壤環境質量標準（GB l5618-1995）[9]中的二級標準作為評價標準，詳細信息見表1。

表1 土壤重金屬污染評價標準（mg/kg）

（2）單因子污染指數（Pi）的計算：Pi= Ci/Si

其中，Pi為重金屬元素i的污染指數，Ci為重金屬元素i的實測值濃度，Si為重金屬元素i的限量標準值。當Pi≤1時，表示未受污染；當Pi〉1時，表示受到污染；且Pi值越大，表示受污染程度越嚴重[10]。

（3）綜合污染指數（P綜）的計算：

其中，（Ci/Si）max為重金屬元素中污染指數最大值，（Ci/Si）ave為各污染指數的平均值[10]。

（4）根據中國綠色食品發展中心《綠色食品產地環境質量狀況評價綱要（試行）》（1994）的規定[10]，土壤污染等級劃分標準見表6。

2 結果與分析

2.1 番禺區農田土壤重金屬含量基本情況

該調查區域土壤中8種重金屬含量基本情況見表2。

表2 番禺區農田重金屬含量基本情況（mg/kg）

8種重金屬的濃度范圍分別為：Pb1.4～136mg/kg，Cd0.06～1.14mg/kg，Hg0.028～1.21mg/kg，As1.4～36.2mg/kg，

Cr9～256mg/kg ，Cu4～212mg/kg，Zn12.8～344mg/kg，Ni5～64mg/kg，平均值均高于廣東省土壤背景值和全國土壤背景值，表明這些土壤均已受到人為因素污染的影響。其中Hg超出倍數最大，其均值為廣東省土壤背景值的3.61倍，其次則是Cd和Cu，均值分別為廣東省土壤背景值的3.45倍和2.65倍。

由表2可知，除Hg、Cd的平均含量超出標準限量值外，其他6種重金屬元素的平均含量均未超出標準限量值，但出現了超標樣品。其中Cd的平均含量最高，是限量值的1.08倍，其次為Hg，是限量值的1.02倍。調查區域中未出現Pb含量超標樣品，Pb平均含量是標準限量值的18.3%。

變異系數反映了總體樣本中各采樣點的平均變異程度。一般情況下，變異系數在0～10%之間屬于弱變異，在10%～100%之間屬于中等變異，100%以上屬于強變異[11]。由表2可知，番禺區農田土壤8種重金屬的變異程度由大到小順序為：Hg〉Cd〉Cu〉Pb〉Zn〉Cr〉As〉Ni。Hg和Cd的變異系數最大，分別為95%和86%，幾乎達到強變異水平，表明重金屬含量受人為活動干預強烈或者預示著工廠等點源性污染的存在。Cu、Pb、Zn、Cr、As和Ni的變異系數相對較小而且十分接近，屬于中等變異，說明人為活動對這6種重金屬的污染貢獻率相似，或者具有同源性。

由土壤環境質量標準（GB 15618-1995）[9]可知，不同pH范圍其標準限量值各不相同，因此應根據土壤pH的不同而選用不同的參照值。在42個土樣中，pH〈6.5的為25個，pH在6.5～7.5之間的為15個，而pH大于7.5的僅2個點，平均值為5.86。按GB 15618-1995的評價標準，土壤中各類重金屬分級情況見表3。由表3可以看出，番禺區農田土壤的八種重金屬元素含量都以一級和二級為主。作為種植蔬菜和糧食的土壤，所謂超標，指的是土壤中某重金屬元素含量超過二級以上的情況，即達到三級和超三級[12]。8種元素Pb、Hg、Cd、As、Cr、Cu、Zn和Ni的超標率分別為0%、19.0%、31.0%、2.38%、4.76%、14.3%、9.52%和11.9%。8種重金屬的超標率大小順序為：Cd〉Hg〉Cu〉Ni〉Zn〉 Cr〉As〉Pb，表明鎘的污染最普遍，其次是汞。

番禺區農田重金屬復合污染綜合各種元素含量，只要有一種元素含量超標，則可認為該土壤重金屬超標[12]。在所調查的42個土樣中，一種重金屬元素都沒有超標的土樣有23個，占54.8%，其余19個土樣超標，超標率為45.2%。其中，只有1個元素超標的樣品有10個，占23.8%；2個元素同時超標的樣品有4個，占9.5%；3個元素同時超標的樣品有3個，占7.1%；4個元素同時超標的樣品為0；5個元素同時超標的樣品有2個，占4.8%，沒有6個或6個以上元素同時超標的情況。綜上所述可知，番禺區農田土壤以單一重金屬污染為主，Cd為最主要的污染元素，但重金屬復合污染也很嚴重，甚至出現了2個土壤同時受5種重金屬元素污染的情況，分析其原因，可能是該土壤使用了未經分類的垃圾當作肥料。

表3 番禺農田土壤重金屬含量分級情況

2.2 番禺區農田土壤重金屬污染評價

根據內梅羅綜合污染指數的評價模式，以土壤質量二級標準為評價標準，計算番禺區農田土壤重金屬綜合污染指數，結果見表4。

表4 番禺區農田土壤重金屬污染指數

結果表明：番禺區農田土壤重金屬綜合污染指數為0.85，在污染警戒限內。8種重金屬的污染指數高低順序為：Cd〉Hg〉Cu〉Ni〉Zn〉 Cr〉As〉Pb，與超標率大小順序相同。Cd的超標率和單因子污染指數均最高，表明其污染普遍程度和污染程度最高，由此可知，造成番禺區農田土壤污染的主要重金屬是Cd。

根據各個樣品的綜合污染指數大小，劃分污染等級，并統計番禺區農田土壤重金屬污染等級，結果見表5。

表5 番禺區農田土壤重金屬污染等級評價

統計顯示：處于安全狀態的樣品為33.3%，31.0%的土壤處于警戒限和安全值之間，有35.7%的土壤受到不同程度的污染，其中大部分是輕度污染，占所有樣品的23.8%，中度污染的樣品占總數的9.5%，重度污染的樣品占總數的2.4%。由此可知，番禺區農田土壤重金屬污染問題較為嚴重，污染程度較集中在輕度污染，過半土壤在污染警戒限以下。

2.3 番禺區農田土壤重金屬污染地區分布

按照采樣區域進行分區統計，五個區域的土壤重金屬污染程度分布情況見下圖。由圖中可以看出，受重金屬污染的區域主要集中在區域四，該區域的樣品綜合污染指數均在輕度污染以上，污染程度以中度污染為主，為50%，輕度污染和重污染程度樣品各為25%。其次為區域二和區域一，警戒限以下的土壤樣品比例為50%和64.7%，區域三和區域五的污染情況較好，區域內的全部土樣均在警戒限以下。

番禺區農田土壤重金屬污染地區分布圖

2.4 土壤重金屬含量相關性分析

相關系數是用以反映變量之間相關性關系密切程度的統計指標，當相關系數絕對值越來越大而向1靠攏時，表明兩者的相關程度越來越密切，當相關系數絕對值越來越小而向0靠攏時，表明兩者的相關程度越來越微弱。將相關系數的絕對值劃分為三個等級：絕對值小于0.4為低度線性相關，大于等于0.4且小于0.7為顯著性相關，大于等于0.7且小于1為高度線性相關。通過SPSS軟件計算出任意兩種重金屬的相關系數，土壤中各重金屬之間的相關系數如表6所示。由表6可知，8種重金屬之間共有28組元素組合，除（Hg，Cr）、（Hg，Ni）、（As，Cr）、（As，Cu）以及（Cu，Cd）這五組元素組合的相關系數低于0.4呈現低度線性相關外，其他23組元素組合間的相關系數均在0.4至0.7之間，呈現顯著性線性相關，此外，Pb、Zn和Ni是伴隨污染最多的重金屬元素，這說明這些重金屬污染的途徑是相似的。

表6 番禺區農田土壤各種重金屬的相關性

3 結論與討論

3.1 番禺區農田土壤重金屬污染情況較為嚴重

調查區域的農田土壤中8種重金屬的平均含量均高于廣東省的土壤重金屬背景值和全國土壤背景值，特別是Hg 和Cd，其均值分別為廣東省土壤背景值的3.61倍和3.45倍。在所調查的42個土樣中，1種重金屬元素都沒有超標的土樣有23個，占54.8%，其余19個土樣超標，超標率為45.2%。而根據內梅羅綜合污染指數的評價模式，處于安全狀態的樣品為33.3%，31.0%的土壤處于警戒限和安全值之間，有35.7%的土壤受到不同程度的污染，其中大部分是輕度污染，占所有樣品的23.8%，中度污染的樣品占總數的9.5%，重度污染的樣品占總數的2.4%。

3.2 8種重金屬的污染程度出現明顯差異

所調查樣品中除Pb沒有超過土壤質量二級標準限值外，其他7種重金屬元素Hg、Cd、As、Cr、Cu、Zn和Ni均有超標樣品，其超標率分別為19.0%、31.0%、2.38%、4.76%、14.3%、9.52%和11.9%，超標率大小順序為：Cd〉Hg〉Cu〉Ni〉Zn〉Cr〉As〉Pb，表明鎘的污染最普

遍，其次是汞。番禺區農田土壤以單一重金屬污染為主，Cd為最主要的污染元素，但重金屬復合污染也很嚴重，甚至出現了2個土壤同時受5種重金屬元素污染的情況。

3.3 不同地區的重金屬污染程度差異較大

重金屬污染的區域主要集中在區域四，該區域的樣品綜合污染指數均在輕度污染以上，污染程度以中度污染為主，為50%；輕度污染和重度污染程度的樣品各為25%。其次為區域二和區域一，警戒限以下的土壤樣品比例為50%和64.7%，區域三和區域五的污染情況較好，區域內的全部土樣均在警戒線以下。

3.4 討論

綜上所述，番禺區農田土壤重金屬污染狀況不容忽視，45.2%的土壤受到一種或以上重金屬元素污染，超過1/3的土壤處于警戒限以上。該結論與包波[13]2009年發表的調查結果有所不同，包波等的調查結果雖然表明番禺區耕地土壤環境質量不容樂觀，但卻沒有超標土壤樣點出現，出現這種不同可能跟近年來廣泛使用未經處理分類的垃圾肥以及日益加重的污染有關。

但由于本次調查分析時間緊任務重，取樣范圍和樣品數量有限，因此數據并不足以代表番禺全區的土壤環境質量現狀，建議以后可選取更大范圍和更多數量的樣品來做調查分析，這樣結果更具有代表性。同時，相關部門也應高度重視并采取措施，加強對農民的指導和培訓，引導農民科學合理使用肥料，加大農業投入品監管力度，維護農業生產安全，同時加強與有關部門的溝通協作，防止未經科學處理、不符合《城鎮垃圾農用控制標準》的生活垃圾流入和污染農田，防止土壤中的重金屬通過食物鏈進入人體危害健康。

[1]關共湊，李雄文，等.佛山市城郊菜地土壤重金屬污染狀況調查與評價[J].佛山科學技術學院學報：自然科學版，2012，30（3）：7-12.

[2]土壤pH值的測定（NY/T 1377-2007）[S].

[3]土壤質量 鉛、鎘的測定 KI-MIBK萃取火焰原子吸收分光光度法（GB/T 17140-1997）[S].

[4]土壤質量 土壤中總汞測定 原子熒光法（GB/T 22105.1-2008）[S].

[5]土壤質量 土壤中總砷測定 原子熒光法（GB/T 22105.2-2008）[S].

[6]土壤總鉻的測定 火焰原子吸收分光光度法（HJ 491-2009）[S].

[7]土壤質量 銅、鋅的測定 火焰原子吸收分光光度法（GB/T 17138-1997）[S].

[8]土壤質量 鎳的測定 火焰原子吸收分光光度法（GB/T 17139-1997）[S].

[9]土壤環境質量標準（GB 15618-1995）[S].

[10]萬凱，王富華，等.東莞農田土壤重金屬污染調查分析[J].廣東農業科學，2010，37（6）：198-220.

[11]周文鱗，李仁英，等.南京江北地區菜地土壤重金屬污染特征及評價[J].大氣科學學報，2009，32（4）：574-581.

[12]劉恒.廣州遠郊土壤-蔬菜系統重金屬污染研究[D].中山大學，2005.

[13]包波，洪啟金.廣州市番禺區農業土壤環境質量現狀與治理對策[J].廣東農業科學，2009（1）：92-93.

Investigation Analysis on Heavy Metal Pollution of Cropland Soil in Guangzhou Panyu District

LI Jie-wen, LI Chao, HUANG Chun-lin, LI Shun-quan
(Guangdong Jintada Safety Science & Technology Co., Ltd, Guangzhou 528000, China)

The paper makes analysis on contents of 8 heavy metals such as As、Hg、Cu、Zn、Ni、Pb、Cr、Cd in cropland soil in Guangzhou Panyu District, and refers to the II grade standard of the National Soil Environmental Quality Standard (GB 15618-1995), adopts odd gene pollution index method and Nemero colligation pollution index method to evaluates heavy metal pollution degree. The result shows that cadmium pollution lists the first and mercury pollution is the second in 42 soil samples. There are positive correlations of low limit or notable linearity between 8 kinds of heavy metal elements. They are provided with the auto polyploidy.

Guangzhou Panyu District; cropland soil; heavy metal; pollution

X53

A

1006-5377（2015）08-0065-05