貴州土地整治項目區耕地土壤重金屬含量特征及評價
——以六枝特區巖腳鎮為例

高安勤，何 嬌，何冠諦，鄧廷飛，何騰兵，5，舒英格

（1.貴州大學農學院，貴州 貴陽 550025；2.六盤水市農業委員會，貴州 六盤水 553000；3. 盤縣沙淤農業產業園區管理委員會，貴州 盤縣 553537；4.貴州大學生命科學學院，貴州 貴陽 550025；5.貴州大學新農村發展研究院，貴州 貴陽 550025）

貴州土地整治項目區耕地土壤重金屬含量特征及評價
——以六枝特區巖腳鎮為例

高安勤1，2，何 嬌3，何冠諦4，鄧廷飛1，何騰兵1，5，舒英格1

（1.貴州大學農學院，貴州 貴陽 550025；2.六盤水市農業委員會，貴州 六盤水 553000；3. 盤縣沙淤農業產業園區管理委員會，貴州 盤縣 553537；4.貴州大學生命科學學院，貴州 貴陽 550025；5.貴州大學新農村發展研究院，貴州 貴陽 550025）

為探明貴州省六枝特區巖腳鎮土壤整治項目區重金屬污染狀況，通過對該區域中耕地土壤中Cr、Cu、Zn、Cd、Pb、Hg、As等重金屬元素進行分析，并采用單因子污染指數法，內梅羅綜合污染指數法和潛在生態危害指數法，將土壤質量環境標準和貴州省背景值等2種標準作為評價標準，對研究區土壤污染狀況和生態風險進行評價，綜合評價結果表明：以土壤環境質量標準作為評價標準時，其綜合污染指數為0.923，處于警戒線水平；以貴州省背景值作為標準評價時，項目區存在一定程度的污染，旱地的綜合污染指數高于水田。兩種評價結果中單因子指數大于1的元素為Cd、Cr和Cu 3種元素，為主要污染元素。生態評價結果顯示，該區域耕地土壤處于為輕微生態危害級別，其中Cd和Hg為主要風險貢獻因子。因此，在土地整治成果驗收過程中，應重視重金屬污染問題，合理布局高標準基本農田和無公害生產基地，從而更好的惠及民生和農業生產。

土地整治；項目區；耕地土壤；重金屬含量；污染評價

土壤是地球生態系統核心組成，作為農業不可替代和人類及陸生動植物賴以生存的最基本生產資料，其數量和質量的高低，嚴重制約生態系統和地區的經濟社會發展［1］。土壤污染與水-氣外源物質、土壤健康、食品安全以及行動者-人有著更為密切的關系［2］。據調查，2014年全國土壤總體污染率達16.1%，其中，耕地占19.4%［3］。土壤污染除工業三廢以外，襲擾大半個中國的霧霾所帶來的重金屬沉降對耕所帶來的污染更具廣域性，具難降解、毒性強、存在積累效應等特征［4］。同時，不合理的土地利用方式，偏施化肥和農業投入品的隨意廢棄等現象造成重金屬污染和土壤酸化［5］，土壤酸化增加了土壤重金屬的有效性。富集于土壤表層的土壤重金屬可通過徑流和淋溶遷移污染地表水和地下水［6］，對全球生態系統更具威脅。此外，礦產資源開采也是重金屬污染的重要來源，據調查，貴州省礦產資源豐富，汞礦、磷礦、煤礦儲量居全國前列，資源的過度開采利用，造成區域土壤重金屬污染，土壤重金屬污染損害土壤-植物系統，威脅食物鏈系統中動植物健康［7］。鐘正等［8］對黔東南州黃平縣植煙土壤重金屬研究發現，存在Pb、Hg Cr、Cd、Cu、Zn積累現象。重金屬積累易造成煙株發育生長和化學成分失衡［9］。土壤重金屬污染以重金屬活性為表征，而重金屬活性與土壤pH、有機膠體、陽離子交換量有關［10］。所以，在土壤重金屬修復與防治過程中，注意耕地質量保護與提升。

土地整理以防治水土流失、改善生態環境、提高土地生產力、建設高標準基本農田為核心。這對提升耕地綜合生產能力，促進農業增效農民增收、提高土地利用效率、改善農業生態環境將發揮十分重要的作用［11］。但是，目前土地整理工程更關注增加耕地，保證“量”的穩定，而較少重視耕地的“質”，尤其是忽略了污染物對土壤質量的影響［12］。當前土地整治項目主要通過配套農田水利措施來改善生產條件，開發一些荒地或質量較差的坡耕地來維持耕地的占補平衡，而高標準的土地整治項目的土壤質量的考量指標中很少涉及重金屬的污染評價［13］。整治土地一旦發生重金屬污染，對該區域將是一場災難，難以修復，目前土壤修復技術還處于瓶頸期，難以有效修復污染土壤。為此，我們以此為研究背景，采取野外調查和室內分析方法，對土地整治項目區土壤重金屬污染評價，為貴州耕地質量建設提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

巖腳鎮地處六枝特區西北部，屬典型農業大鎮，是貴州省“雙百”重點小城鎮之一，全鎮總面積131.4 km2，耕地面積2 416 hm2。土地整治項目區轄3個村，氣候屬于北亞熱帶季風濕潤氣候區，年平均氣溫14.5℃，年平均降水量1 488.2 mm，年日照時數876 h。項目區屬黔中-黔西南喀斯特丘原、中山峰林地貌，地勢北高南低，相對高差196.5 m。項目區耕地面積為201.95 hm2，占旱地占總耕地面積的70.53%，水田占29.47%。土壤類型為黃壤，土種：旱地為黃泥土，水田為黃泥田。項目區規劃了高標準基本農田示范區，目前正在積極籌建楊梅，冬瓜、梨子等無公害農產品生產基地。

1.2 樣品采集

根據項目區行政單元為基礎，將3個村劃分為采樣層次，在每個采樣層次中，根據不同的土地利用現狀、坡度和污染源進行單元劃分，GPS采集樣點位置數據。項目區共采集混合土樣25個，其中旱地14個，水田11個。樣品的采集采用梅花布點法，蛇形法，棋盤法等多點混合，木瓢采集5～10個樣點0～20 cm的勻量耕層土壤，混合均勻后四分法留取2 kg，裝袋帶回。剔除植物殘體、石塊等雜物，經自然風干后，用研缽過2.00 mm和0.15 mm篩孔待測。

1.3 樣品測定與分析

電位法測定土壤pH，重金屬Cr、Cu 、Zn、Cd、Pb用三酸（HNO3-HF-HClO4）消解［14］，用電感耦合等離子質譜儀法（ICP-MS）測定，As和Hg采用王水消解［15］，用原子熒光法（AFS）測定。土壤樣品分析過程中加入國家標準土樣物質（GSS-2，GSS-5）進行質量控制，重復數為10%～15%，標樣中各研究元素的測定值與標準值之間的相對誤差＜ 10%。所用水為二次去離子水，試劑均為優級純。采用Excel 2007和SPSS20.0進行數據統計分析。

1.4 評價標準

評價標準關系到土壤重金屬污染評價結果的科學性和有效性。國家土壤環境質量標準有一定的局限性，存在著范圍過嚴或過寬的問題［16］。綜合采用不同的評價標準，其評價結果更能全面反應土壤受污染的狀況［17-18］。本研究立足于現有數據和歷史數據基礎上，分別采用《土壤環境質量標準》（GB15618-1995）二級標準和參照貴州地區背景值進行土壤污染評價（表1）。

表1 耕地土壤重金屬單項指標評價標準（mg/kg）

1.5 評價方法

1.5.1 單因子污染污染指數法 以土壤單項污染物的實測值與評價標準的比值即為分指數用以表示土壤中該污染物的污染程度。

式中，Pi為土壤中i污染物的污染分指數，Ci為土壤中i污染物實測含量，Si為i污染物的評價標準。

1.5.2 梅羅綜合污染指數法 實際情況中，同一區域土壤同時受到多種重金屬的污染，單因子難以反應整體污染水平，因此需采用污染綜合指數進行評價來確定土壤環境的總體質量（表2）。

算下來，這一年里，他到全球各主要產區考察參觀，單是中國酒莊就跑了七八十家；他在全國各地舉辦葡萄酒課程，至于具體多少場，他說自己都數不清了。平均下來，每個月他只有一周時間可以待在家里，對于一個新手爸爸來說，這是一種折磨。

表2 土壤污染分級標準

式中，PN為某地區的綜合污染指數，Pi為土壤污染物中污染分指數最大值，Pimax為土壤污染物中污染分指數的算術平均值。

1.5.3 潛在生態危害指數法 如表3所示，評價區土壤中第i種重金屬元素的潛在生態危害系數（）及土壤中多種重金屬的綜合潛在生態危害指數（RI）可分別表示為：

2 結果與分析

表3 重金屬污染潛在生態危害指標與分級關系

表4 項目區耕地土壤重金屬含量（mg/kg）

2.1 重金屬含量特征分析

項目區耕地土壤p H值變化范圍為4.96～8.10，酸性土樣（pH＜6.5）旱地5個，水田4個；中性土樣（pH 6.5～7.5）旱地4個，水田2個；堿性土樣（pH＞7.5）有10個，旱地5個，水田5個。從表4可以看出，土地整治項目區耕地土壤Cr、Cu、Zn、Cd、Pb、Hg和As的平均含量分別為152.91、45.05、95.70、0.46、31.47、0.09、7.66 mg/kg，除Cd之外，其余元素均未超標。所有樣點中，分別有15個樣點Cd、4個樣點Cr和6個樣點Cu超出國家土壤環境質量二級標準，有6個土壤樣點存在2～3種重金屬的復合污染。其中，旱地Cd超標9個，水田Cd超標7個，分別占總數的36%和28%；4個Cr污染樣點均為旱地，占旱地樣總數的16%；6個Cu污染樣點中，旱地4個，水田2個，分別占總數的16%和8%。

參照貴州省背景值，項目區土壤Cd的超標率僅為8%，除As外，Cr、Cu、Zn、Cd、Pb、Hg各元素超出背景值的比例分別為100%、88%、36%、20%、32%，Cr和Cu存在廣域累積現象，Zn、Pb、Hg等元素只在局部區域有累積。

2.2 土壤重金屬污染現狀評價

如表5所示，參照環境質量國家二級標準來評價時，單項污染指數Cd最高，達到1.20，其余元素均小于1，各元素的污染指數從大到小依次為Cd＞Cr＞Cu＞Zn＞As＞Hg＞Pb。項目區耕地的綜合污染指數為0.923，表明該區域土壤為警戒線等級，存在污染的風險。旱地、水田中Cd污染突出，單項污染指數分別為1.30和1.07，綜合指數表現為旱地（1.000）＞水田（0.824），達到輕度污染水平。

以貴州省背景值作為評價標準得到的結果為：各元素污染程度為Cr＞Cu＞Cd＞Pb＞Hg＞Zn＞As，其中Cr和Cu的污染指數大于1，分別為1.59和1.41，處于輕度污染水平，其余各元素污染程度均在警戒線以下。研究區綜合污染指數為1.320，說明該區域土壤在耕作和人為干擾下，重金屬的遷移和活化及人為投入品輸入，造成了一定程度的污染，達到輕度污染水平。從綜合污染指數上看，旱地與水田相當，污染以Cr和Cu為主。當地旱地以玉米-小麥輪作為主，水田以水稻-油菜輪作為主，旱地的種植結構多樣，化肥的施用量均大于水田，同時，地膜的使用可能是造成旱地重金屬污染較水田嚴重的原因［5］。

綜合兩種評價結果可以發現，國家土壤環境質量標準評價Cd存在污染，而參照貴州省土壤重金屬背景值卻未受到污染，說明貴州土壤中的Cd可能多源于土壤母質［21］，外源輸入較少，Cr和Cu多來源于母質。但近年來銅制劑農藥等也是污染的重要來源，同時，當地長期生活燃煤和施用含有重金屬的肥料有關。該區域道路水利等基礎設施的建設過程中，也可能造成了一定的重金屬線源污染。

2.3 重金屬元素相關性分析

表5 項目區耕地土壤重金屬評價指數

25個土樣各元素進行相關性分析結果見表6，從表6可以看出，pH與Cr、Cu呈極顯著負相關，與Hg呈顯著的負相關，與其他元素間相關性不顯著。Cr和Cu，Cu和Zn，Cd和Pb、As，Pb和As間呈極顯著正相關，可能在成因和來源上有一定的關聯［22］。Cr和Zn、Hg，Cu和As，Zn和Hg呈顯著正相關，Cu和Cd呈顯著負相關。

表6 項目區耕地土壤重金屬元素相關性系數

表7 項目區耕地土壤重金屬潛在生態風險指數

圖1 項目區耕地土壤重金屬生態風險指數頻率分布

2.4 潛在生態危害評價

Hakanson提出的潛在生態危害指數法［23］是一種評價重金屬污染及生態危害的定量分析方法，它綜合考慮了各種重金屬的毒性水平和生物對受污染后的敏感程度，能夠綜合反映出重金屬對生態環境的影響潛力。如表7所示，應用Hakanso指數法及其劃分標準，在參照國家土壤環境質量二級標準評價時，Cd的生態風險指數為43.63，具有一定的潛在危害性，達到中等生態危害，Cr、Cu、Zn、Pb、Hg、As等元素的生態危害系數差異不大，為輕微生態危害。從圖1可以看出，重金屬Cd的潛在生態指數分布頻率顯示其輕微生態危害、中等生態危害、強生態危害的百分比分別為40%、56%、4%；參照貴州省背景值評價7種重金屬的生態危害級別均為輕微生態危害，以Hg的風險指數最高，為33.42。Hg元素中有32%為中等生態危害，68%為輕微生態。有4%Cd元素達到了中等生態危害，94%為輕微生態危害。綜合考慮多種重金屬元素潛在危害指數，兩種評價結果均顯示，該區域耕地土壤生態危害級別全部為輕微生態危害。其中Cd和Hg兩種元素的風險指數較高，為潛在的生態污染元素，需要引起高度重視。

3 結論

（1）項目區土壤環境質量總體良好，除水田Cd、Cu和旱地Cd、Cr、Cu的平均含量超過國家環境質量標準，旱地、水田各元素重金屬差異不大。參照貴州省土壤背景值來看，除As外，其余各元素均存在不同范圍和不同程度累積，該區域中的重金屬變異系數范圍為9.83%～44.52%。水田旱地中Cd、As、Pb、Cu的變異系數高于旱地，說明該重金屬元素在水田中的空間分布差異明顯，水耕熟化導致重金屬遷移速率存在差異。

（2）利用國家環境質量標準和貴州土壤環境背景值兩種評價標準進行評價時，該區域的污染等級介于警戒線和輕度污染之間，旱地、水田Cd污染突出，旱地的綜合污染指數高于水田，達到輕度污染水平。說明不同土地利用方式，重金屬的遷移轉化存在較大差異。兩種評價結果中單因子指數大于1的元素有Cd、Cr和Cu，可將這3種元素綜合列為該區域污染防治的主要污染元素。相關性分析付表明，土壤中Cr和Cu、Zn，Cd和Pb、As可能具有同源性。

（3）該區域的潛在生態評價結果顯示：綜合考慮多種重金屬元素潛在危害指數，兩種評價結果均顯示該區域耕地土壤生態危害級別皆為輕微生態危害。其中Cd和Hg兩種元素的風險指數較高，為潛在的生態污染元素，需引起高度重視。

（4）當前土地整治項目中，田間道路和灌溉排水等基礎設施是項目建設側重點，對土地質量的監管和評估力度較低。研究結果表明，項目區局部土壤重金屬污染現狀不容樂觀，已存在Cd、Cr和Cu等重金屬的累積和污染，因此，在土地整治成果驗收過程中，應建立土壤重金屬的評估評價體系，將其作為土地整治項目驗收標準的一個重要環節。再者，合理做好高標準農田的區劃，基本農田保護區周圍嚴禁建廠，嚴禁作為垃圾或客土堆填；采取有效的污染防控措施防止污染轉移。

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（責任編輯 楊賢智）

Characteristics and contamination evaluation on cultivated soil heavy metals in consolidation project areas in Guizhou province—A case study on Yanjiao town in Liuzhi District

GAO An-qin1，2，HE Jiao3，HE Guan-di4，DENG Ting-fei1，HE Teng-bing1，5，SHU Ying-ge1
（1.College of Agriculture，Guizhou University，Guiyang 550025，China；2. Liupanshui Agricultural Commission，Liupanshui 553000，China；3. Management Committee of Shayu Agricultural Industrial Park，Panxian 553537，China；4. College of Life Science，Guizhou University，Guiyang 550025，China；5. New Countryside Development Institute，Guizhou University，Guiyang 550025，China）

In order to find out the heavy metals contamination characteristics of cultivated soil in Yanjiao town consolidation project area of Liuzhi Special District in Guizhou province，the concentrations of heavy metals such as Cr，Cu，Zn，Cd，Pb，Hg，As etc. of cultivated soil in nine typical land remediation project areas were analyzed.Single factor contamination index method，Nemerow contamination index，contamination load index method and potential ecological risk index method were used to assess soil heavy metal pollution，State environmental standards and soil heavy metal background values of Guizhou province were used to obtain the soil environmental quality database in project areas. Assessment on the heavy metal contamination and ecological risk of cultivated soils in the project area，comprehensive evaluation results showed that，evaluating based on the secondary limit values of national standards，the comprehensive contamination index was 0.923 and was below alertness line level. There was already a high level of environmental contamination，dry land was higher than paddy fields. Two kinds of evaluation results showed that single factor index of Cd，Cr and Cu were above 1，these three elements were the major contributors to pollution in project areas. Ecological evaluation results showed that the cultivated soil of the areas was at slight ecological risk level，Cd and Hg were the main risk factos. Therefore，the high standard basic farmland and contamination-free production bases should be reasonable layout.

land consolidation；project areas；cultivated soil；heavy metalcontent；contamination evalution

S153. 6

A

1004-874X（2016）11-0070-08

2016-08-19

貴州省科技創新人才團隊建設計劃項目（黔科合人才團隊[2013]4020）；國家星火計劃項目（2015GA820002）

高安勤（1991-），男，在讀碩士生，E-mail：TsubasaTang@163.com

何騰兵（1963-），男，教授，E-mail:hetengbing@163.com

高安勤，何嬌，何冠諦，等.貴州土地整治項目區耕地土壤重金屬含量特征及評價—— 以六枝特區巖腳鎮為例［J］.廣東農業科學，2016，43（11）：70-77.