皮毛硝染行業周邊農田土壤鉻的分布特征

石宗琳，李 輝，杜碩林，張志強，劉 莎，劉春輝

(1.河北省濕地生態與保護重點實驗室，河北 衡水 053000；2.衡水學院 生命科學學院，河北 衡水 053000)

隨著工業化及城市化的快速推進，我國土壤污染日益嚴重，特別是通過交通運輸、工業排放、市政建設和大氣沉降等造成的土壤重金屬污染越來越嚴重[1]。重金屬在土壤中難遷移，具有隱蔽、滯后、累積、不可逆轉、殘留時間長、難治理等特點，并能通過食物轉移，對整個人類生存環境的影響尤為深遠[2-3]。此外，土壤中的污染物質還可以通過一些方式，比如地表徑流的沖刷、浸潤等而被帶到江河湖海和地下水，污染水源，進而對人類生存造成嚴重威脅[4]。據統計，全國被污染的耕地面積約為1.5 億畝，占總耕地面積的20%以上，全國每年因土壤重金屬污染而減產糧食約1000萬t，另外還有 1200萬t糧食被重金屬污染，兩者的直接經濟損失至少200億元[5]。因此，調查研究土壤重金屬污染狀況及其修復已成為國內外研究的熱點和難點。

鉻污染作為重金屬污染中的一種，是危害人類生存環境的重要元素之一，也吸引了一些研究者的關注。土壤鉻污染主要由于含鉻污水的不當排放、污水灌溉、垃圾滲濾等方式造成[6]。而在皮毛生產過程中會產生大量含鉻廢水，未經處理或者處理不合格的廢水排放勢必會對環境造成嚴重污染，尤其是對水環境和土壤環境的影響尤為明顯[7-8]。鉻在土壤中存在不同的價態，其化學行為和毒性大小亦不同[9-10]，例如Cr(Ⅵ)一般不易被土壤所吸附，且具有較高的活性，易溶于水，對動植物易產生毒害[11-14]，對人體具有致癌作用[15]，三價鉻則極易被土壤膠體吸附和形成沉淀，其活動性差產生的危害相對較輕，對動植物和微生物的毒性一般來說低于Cr(Ⅵ)，而且由于Cr(Ⅵ)不易被土壤吸附具有較強的向地下移動的趨勢[16]。由于鉻在土壤中的毒性，遷移特性是和本身的化學形態相關的，因此研究皮毛生產企業周邊土壤不同形態鉻含量分布特征，分析土壤鉻污染狀況，以期為制定行業廢水排放標準、以及該地區周圍土地利用方式和污染土壤修復提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

研究區域選定在衡水市棗強縣大營鎮，位于冀中平原南部，黑龍港流域沖擊平原，是我國皮毛硝染行業的主要分布地，界于東經115°10′～116°34′，北緯37°03′～38°23′之間。年平均氣溫為12.6℃，一月份最冷，平均氣溫-4.2℃，七月份最熱，平均氣溫27.1℃，無霜期大概195天，屬大陸季風氣候區，為溫暖半濕潤半干旱型。土壤類型為潮土，主要種植模式為小麥-玉米一年兩作的輪作模式，前茬作物留茬還田。

1.2 樣品采集

采樣時間為2018年8月。采樣點選擇在大營鎮的17個村莊，在每個采樣點按蛇形法布點，采集表層0～20 cm土壤樣品，每個采樣點的樣品混合后按四分法保留500 g左右，共獲得17個表層土壤樣品。同時在大營鎮工業區附近采集土壤剖面樣品，以距離工業區100 m和300 m設定采樣點，共設定4個采樣點，分別按0～20 cm、20～40 cm、40～70 cm、70～100 cm土層進行采樣。采集的同一農田同一土層的樣品進行混合，混合后按四分法保留500 g左右樣品，共獲得16個剖面樣品。采樣的同時記錄樣點編號、取樣經緯度等基本信息。

1.3 分析方法

參照鮑士旦《土壤農化分析》[17]測定土壤基本理化性質，結果見表1。采用二苯碳酰二肼分光光度法方法[18]測定Cr(Ⅵ)，采用火焰原子吸收分光光度法(HJ491-2009)測定總鉻，污染程度評價參考土壤環境質量農用地土壤風險管控標準(GB15618-2018)(表2)[19]。

表1 土壤基本理化性質Table 1 Basic physical and chemical properties of soil

表2 土壤環境質量農用地土壤風險管控標準(GB15618-2018)Table 2 Environmental quality standards for agricultural land control risk(GB15618-2018)

1.4 數據處理

數據處理采用 Excel 2007和SAS軟件進行，用ANOVA 過程進行方差分析,用GORR 過程進行相關性分析。

2 結果與討論

2.1 農田土壤總鉻垂直分布特征

由表3可以看出，0～100 cm土層范圍內，農田土壤總鉻含量介于64.85～113.40 mg/kg，平均值為84.60 mg/kg，低于《土壤環境質量農用地土壤風險管控標準》(6.50.05)。

從表3還可以得出，在同一土層深度范圍內，距離工業區300 m處的農田(農田20和農田21)土壤總鉻含量顯著小于距離工業區100 m處農田(農田18和農田19)(P<0.05)，說明農田土壤總鉻在任意深度上隨著距離工業區污染源距離的增加而減小。

表3 農田土壤總鉻含量變化趨勢(mg/kg)Table 3 Change trend of total chromium content in farmland soil(mg/kg)

注：小寫字母表示同一土層不同處理之間的顯著性差異(P<0.05)，大寫字母表示同一處理；不同土層之間的顯著性差異(P<0.05)。下同。

2.2 Cr(Ⅵ)垂直分布特征

由表4可以看出，0～100 cm土層范圍內，農田土壤Cr(Ⅵ)含量介于0.62～9.60 mg/kg，平均值為4.57 mg/kg，40～100 cm土層土壤Cr(Ⅵ)含量顯著高于0～40cm土層(P<0.05)，是《土壤環境質量農用地土壤風險管控標準》(6.5

從表4還可以得出，在同一土層深度范圍內，距離工業區300 m處的農田(農田20和農田21)土壤Cr(Ⅵ)含量顯著小于距離工業區100 m處農田(農田18和農田19)(P<0.05)，與土壤總鉻變化趨勢一致。

表4 農田土壤Cr(Ⅵ)含量變化趨勢(mg/kg)Table 4 Change trend of Cr(Ⅵ) content in farmland soil(mg/kg)

2.3 鉻污染評價

表5 農田表層(0～20 cm)土壤不同形態鉻含量分布Table 5 The distribution of different forms of chromium in soil surface layer (0～20 cm) in farmland

表層(0～20 cm)土壤總鉻和Cr(Ⅵ)的各樣點平均值如表5所示，土壤總鉻含量變化范圍為60.30～211.88 mg/kg，平均值為99.72 mg/kg，變異系數為40.68%，變異幅度較大，各樣點間差異達顯著水平(P<0.05)。與《土壤環境質量農用地土壤風險管控標準》(6.5

3 結論

垂直剖面上，土壤總鉻含量平均值為84.60 mg/kg，Cr(Ⅵ)含量平均值為4.57 mg/kg，總鉻含量大致隨土層深度增加而減少，Cr(Ⅵ)含量變化趨勢相反。表層(0～20 cm)土壤總鉻含量平均值為99.72 mg/kg，Cr(Ⅵ)含量平均值為0.46 mg/kg。與《土壤環境質量農用地土壤風險管控標準》(6.5