遂寧市農村土壤重金屬污染調查與評價

王 媛，余全智，劉 兵，肖正龍，蔣書琴

(遂寧市環境監測中心站，四川 遂寧 629000)

1 引言

土壤中的重金屬污染具有隱蔽性、長期性和不可逆性的特點，造成土壤功能的改變，導致農作物產量和質量的下降[1]。土壤重金屬污染調查與評價能夠分析當前土壤環境現狀，預測土壤環境變化方向，為后續土壤研究奠定基礎[2]。鄭宏元等[3]運用富集因子法分析了南極協和半島表層土壤中Pb、Hg存在中度富集，受到人為影響；肖雪等[4]用多種方法對淮河流域某鎮農業土壤重金屬含量特征及污染進行了評價；李嬌等[5]對拉林河流域土壤重金屬污染特征及來源進行了解析。在四川地區，張凌云等[6]對南充市不同區域農村土壤中重金屬污染狀況進行了調查；黃蕾等[7]利用內梅羅指數和潛在生態風險指數法對四川省內江市雙橋鄉土壤環境質量進行評價。本文通過對遂寧市不同區域土壤重金屬污染調查與評價，以期對遂寧地區土壤環境污染程度、預測和監測當地環境化學變化提供科學依據。

2 樣品采集與分析方法

本研究根據土壤類型、農作物種植類型、功能區布局，分別選擇位于遂寧市西北方向的東山村，種植作物主要為辣椒；位于西南金龜村，主要種植綠葉菜；位于遂寧市東部的蓬溪縣八角村，以種植桃樹為主；位于南部的天宮村，主要種植紅薯。4個村農作物所施化肥主要為有機肥、碳銨肥、鉀肥、硼肥等。

2.1 樣品采集與處理

參照 《土壤環境監測技術規范》(HJ/T166-2004)，共采集耕層(0～20 cm)土壤樣品80個，其中基本農36個，菜地20個，林地24個。每個采樣點在1 m2監測區域內按照5點法，采集0～20 cm表層土壤，四分法混合后為1 kg土樣，貼好標簽，帶回實驗室。經自然風干，用木棒粗磨，過20目尼龍篩，去除砂石及生物殘留，然后取均勻土樣100 g左右，進一步磨碎，過100目尼龍篩，充分混合均勻后裝磨口瓶待測。

2.2 檢測項目及方法

土壤pH值采用1∶2.5的土水質量比電位法測定，Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni均采用鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸消解，Pb、Cd石墨爐原子吸收分光光度法測定，Cu、Zn、Cr、Ni采用火焰原子吸收分光光度法測定；土壤樣品經1+1王水消解后，用原子熒光分光光度計測定Hg、As含量。測定過程采用20%樣品平行樣，并加入國家標準土壤樣品(GSS3)作為質量控制樣品，質控樣品相對誤差小于10%。

3 評價標準及方法

3.1 土壤單項污染指數

以中國土壤環境質量標準(GB15618-1995)的8個重金屬元素 (Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg、As、Ni)作為評價指標。土壤環境質量評價標準執行《土壤環境質量標準》(GB15618-1995)二級標準。

相關計算公式和分級標準如下：Pi=Ci/Si

(1)

式(1)中Pi為污染物的單項污染指數；Ci為土壤中污染物的實測濃度；Si為食用農產品產地環境質量標準(HJ332—2006)。土壤單項污染指數污染程度判斷標準為：Pi≤1，表示土壤未受污染；13，表示重度污染。

3.2 內梅羅土壤綜合污染指數

土壤環境質量綜合評價采用內梅羅公式計算土壤綜合污染指數，這種方法的計算結果不僅考慮了各種污染物的平均污染水平，也反映了污染最嚴重的污染物給環境造成的危害。其計算公式為：

(2)

式(2)中：PN土壤綜合污染指數；Pi為各污染物污染指數的算術平均值；Pimax為各污染物中最大的單項污染指數，本研究中Pi的計算以食用農產品產地環境質量標準計算。土壤環境質量單因子評價基準參考值與內梅羅指數的評價判別標準為土壤單項污染指數污染程度判斷標準：PN≤0.7，表示土壤未受污染；0.73，表示重度污染。

3.3 富集因子法

富集因子法富集因子(enrichment factor，EF)主要被應用于判斷和識別大氣、降水、土壤等環境系統中污染物的自然來源和人為來源。

富集因子的計算公式可為：

EF=(Ci/Cn)土壤/(Ci/Cn)地殼

(3)

Ci為元素i的濃度，Cn為參比元素的濃度。當EF<1時，表明沒有受到人為影響；當140為極強富集。參比元素一般選擇地殼中含量豐富而人為污染來源較少、化學穩定性好的惰性元素，如 Fe、Al、Si和Ti等[8]，本文選擇Si為參比元素。地殼中元素含量采用Taylor[8]的地殼中元素的豐度數據。

4 結果與分析

3.1 土壤重金屬含量統計分析

表1 研究區域重金屬含量統計

表1調查結果表明，遂寧市農村土壤點土壤均為堿性，pH 值平均值為7.52，金屬 Cd在土壤中未檢出。其他元素在不同區域土壤中含量差異明顯，如Cu的范圍為13.10～30.92 mg/kg，As的范圍為0.01～8.44 mg/kg。所有元素的變異系數均在中等及以上(CV<10% 為弱變異，CV=10%～30% 為中等變異，CV>30% 為強變異)，說明這些元素的分布不均勻，不同采樣點之間變化的范圍較大。分析得到Zn的平均值99.5 mg/kg，為四川省背景值的1.15倍；Ni的平均值為26.3 mg/kg是四川省背景值的1.10倍，兩個元素變異系數分別為49%和52%，變幅較大。其他元素的平均值較低，未超出國家二級標準值及四川省背景值，研究區域農用土壤總體狀況良好。

4.2 生態風險評價

根據所測得的重金屬含量，結合上述3種評價方法對采集樣品的污染指數進行統計分析。就土壤單項污染指數而言，80個樣品的Cu、As、Hg、Pb、Cr單項污染指數均在I級范圍內，未對土壤造成污染。天宮村20個土壤樣35%受Ni污染，Ni單項污染指數平均值最大且大于 1，15%的土壤樣受Zn污染。內梅羅綜合污染指數排序為:天宮村(1.28)>金龜村(0.71)>八角村(0.57)>東山村(0.55)，天宮村處于重金屬輕度污染，八角村、金龜村、東山村三村土壤未受污染，有區域差別(圖1)。調查區域的農村土壤綜合污染指數平均值為0.78，尚清潔但處于警戒限。

為了判斷Zn、Ni元素的污染來源，計算了80個采樣點位Cu、Zn、Pb、Cr、Hg、As和Ni7種元素的富集因子，結果如圖2所示。由圖可知，各采樣點土壤中 Cu、As、Pb、Hg和Cr這5種重金屬的富集因子均小于1，Zn的有7個點位的富集因子處于1～1.5之間，Ni有17個點的富集因子大于1，由此可知，土壤中Cu、As、Hg、Pb和Cr 4種重金屬主要來源于自然源，也驗證了污染區域內Zn和Ni受到了較強的人為污染與干擾。

圖1 不同區域農村土壤重金屬單項、綜合污染指數比較

圖2 研究區域內重金屬富集因子分布

5 土壤重金屬污染原因分析

實地調查發現，研究區域天宮村大部分水樣中重金屬含量低于檢出限，灌水對土壤重金屬來源的貢獻較小。天宮村零星分布種豬場、生態鵝養殖場，與傳統的有機肥源相比，天宮村農戶使用的有機肥肥源大多來源于這些養殖場。養殖場使用的配方飼料中往往添加適當比例的重金屬元素，動物僅能有效利用飼料中重金屬的10%左右，過量的重金屬元素通過所飼養動物排泄到土壤中，或通過有機肥的形式施入農田[10]。

其次農業生產實用的化肥的原料和生產工藝也帶入了重金屬。無機磷肥的施用，同樣會導致土壤 Zn、Ni 等的污染。這些化肥中復合肥中重金屬含量最高[11]，由于復合肥系人工配制，原料一般不加以精制[12]。大部分化肥用作底肥和追肥施用，會造成局部土壤重金屬高濃度。長期施用化肥，重金屬在土壤中的累積效應也不容忽視。

6 結論

(1)對研究區土壤重8種重金屬含量分析，不同區域差異較大，變異系數強，Zn的平均值99.5 mg/kg，為四川省背景值的1.15倍；Ni的平均值為26.3 mg/kg是四川省背景值的1.10倍。

(2)采用單污染指數和內梅羅綜合污染指數法、富集因子法評價，天宮村35%采樣點受Ni污染，15%受Zn污染且土壤重金屬綜合污染指數大于1，為輕污染等級；4個研究區域綜合污染指數為平均值0.78，表明遂寧市農用土壤尚清潔但處于警戒限；7個點位Zn的富集因子處于1～1.5之間，Ni有17個點的富集因子大于1，Zn和Ni受到了較強的人為污染與干擾。