武漢市黃陂區農田土壤重金屬含量及其污染風險評價

王素萍　張貴友　杜雷　黃翔　洪娟　姜利　練志誠　張利紅　葉莉霞　陳鋼　李培根

摘要：為系統了解武漢市黃陂區典型農田土壤重金屬的污染水平及生態風險，采集并分析了364個代表性農田土壤表層樣品中的8種重金屬元素（As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Hg），采用單因子污染指數和內梅羅綜合污染指數評價該地區土壤農田重金屬污染狀況。結果表明，黃陂區農田土壤90%以上處于清潔水平，存在的污染主要為Cd污染，7.69%的農田土壤處于Cd污染狀態，3.02%以下的農田土壤處于Cu和Ni的污染狀態，未發現農田土壤受到As、Cr、Pb、Hg和Zn的污染。

關鍵詞：農田土壤;重金屬;污染評價;武漢市城郊

中圖分類號： X53;X131.3 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020） 16-0030-04

DOI： 10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.16.006

中國城市化和工業化進程不斷加快，越來越多的污染物被排放到環境中，加上為追求高產造成的農用化學品的過量施用，均可導致重金屬元素在土壤中不斷積累[1]。由于重金屬元素在土壤中具有易富集和遷移的特性，不僅影響作物的生長發育和糧食安全[2，3]，而且還會通過食物鏈進入動物體內，最終進入人體，在人體內積累，導致一系列的慢性病、畸形甚至癌癥的發生[4-8]，目前發生的“鎘大米”“鎘小麥”等一些餐桌上的問題也不斷提醒著人們，土壤重金屬污染已經嚴重影響到了人類的飲食安全，進而影響到了人體的健康[9]。

市郊農田土壤是城市生態環境的重要組成部分，是城市鮮活農產品的重要來源，同時也是城市及工業“三廢”物質排放的匯聚地，隨著加速發展的城市化進程，近郊農田土壤資源快速萎縮、農業集約化程度不斷提高、土壤利用強度日益加大，化肥、農藥等農化產品過量施用導致有害物質在土壤中積累的現象相當普遍。因此，研究市郊農田的土壤重金屬積累特征對于保障城市農產品健康安全供應、促進城市的可持續發展具有重要價值。

有學者對北京、天津、上海、長沙、杭州、重慶、廣州、海口等地的菜地土壤重金屬污染狀況進行了一系列的調查研究[10-18]，而有關武漢市土壤重金屬分布特征與污染評價的研究有限，且主要集中于湖泊沉積物、工業區土壤及主城區土壤[19-23]，鮮有針對城郊農田土壤重金屬含量的研究[24-6]。本研究以武漢市黃陂區為研究區域，對該區域農田土壤重金屬污染狀況進行調查和分析，采用單因子污染指數評價法和內梅羅綜合污染指數法綜合評價該區域農田土壤的重金屬潛在生態風險，為該區域農田土壤重金屬的污染防控和農業生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

黃陂區位于武漢市中心城區北部，地理位置為N 30°41'-31°22'，E 114°9'-114°37'。南北長 104km，東西寬55km，總面積為2261 km2，屬亞熱帶季風氣候，具有光照充足、雨量充沛等優點，是武漢市面積最大和人口最多的一個新城區[27]。

1.2樣品米集

參照《土壤環境監測技術規范》進行網格法布局，同時兼顧區域內行政村農田種植面積，采集0～20cm的耕作層土壤。采用多點混合采樣法，即在樣點周圍50 m范圍內采集5個土壤樣品，充分混合后采用四分法留取1kg左右，共采集土壤樣品364個。用聚乙烯塑料袋包裝帶回實驗室風干，剔除其中的植物殘根、石塊及雜物，用瑪瑙研缽研磨并過100目篩，裝袋密封后備用。

1.3樣品測定

土壤樣品采用微波消解法（硝酸-氫氟酸-雙氧水）進行預處理，即稱取0.2g左右土壤樣品于50mL具蓋聚四氟乙烯消解管中，依次加入6mL硝酸、2mL氫氟酸和1mL雙氧水，放入微波消解儀（Sineo Jupiter-8）消解，消解液用ICP-OES （ThermoiCAP 6300）測定 As、Cd、Cr、Pb、Cu、Zn、Ni 的含量，用原子熒光光度計（普析通用PF31）測定Hg的含量。分析方法準確度和精準度采用國家土壤標準物質GSS-5和平行樣品進行控制，數據處理用Excel和SPSS 19.0處理。

1.4 重金屬污染評價 采用國家《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB15618-2018）農用地土壤污染風險篩選值為評價基準，應用單因子污染指數評價法和內梅羅綜合污染指數法對農田土壤重金屬污染程度進行評價，評價標準見表1和表2。

1.4.1 單因子污染指數評價法 單因子污染指數是土壤環境質量評價的常見指標，公式為Pi=Ci/Si，其中，Pi指土壤中污染物f的單項污染指數;指污染物i的實測值;Si指污染物;的評價標準。Pi>1表示土壤受到污染;Pi≤1表示土壤未受污染;Pi越大，表明土壤受污染程度越嚴重，13表示土壤受重度污染。

1.4.2 內梅羅綜合污染指數法 內梅羅綜合污染指數法是目前常用的另一種土壤環境質量評價方法，在進行環境質量評價以及土壤污染程度的比較上具有較強實用性，使得不同污染物間或不同地域間環境質量的比較成為可能。該公式為P綜=√（P2 + P2imax）/2，P綜指土壤污染綜合指數;P指各污染物污染指數的算術平均值;Pimax指各污染物中最大污染指數。P綜≤0.7表示安全;0.73表示重度污染。

2 結果與分析

2.1 黃陂區農田土壤重金屬含量狀況

黃陂區364個米樣點土壤中各重金屬含量如表3所示，不同樣點土壤重金屬含量變化范圍較大，A3、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Hg取的含量范圍分別為 0.52～16.72 mg/kg、0.01 ～3.28 mg/kg、11.13～119.52mg/kg、7.02～159.36 mg/kg、3.32～77.67 mg/kg、2.95～37.38 mg/kg、16.79～156.77 mg/kg、0.01 ～2.23 mg/kg，變異系數分別為46.64%、209.23%、41.26%、55.28%、41.46%、50.21%、36.87%和153.64%，可見Cd和Hg的變異系數較高，表明Cd和Hg含量在黃陂區的分布差異較尚。

將不同采樣點農田土壤中各重金屬的含量與湖北省土壤背景值對比發現，5.49%的樣點土壤中As的含量高于湖北省土壤背景值，14.29%的樣點土壤中Cd的含量高于湖北省土壤背景值，1.92%的樣點土壤中Cr的含量高于湖北省土壤背景值，40.93%的樣點土壤中Cu的含量高于湖北省土壤背景值，7.69%的樣點土壤中Ni的含量高于湖北省土壤背景值，3.85%的樣點土壤中Pb的含量高于湖北省土壤背景值，10.99%的樣點土壤中Zn的含量高于湖北省土壤背景值，65.11%的樣點土壤中Hg的含量高于湖北省土壤背景值，表明各重金屬在黃陂區農田土壤中均有一定程度的積累，且Cu和Hg在土壤中的積累范圍較廣。

2.2單因子污染指數評價法

以農用地土壤污染風險篩選值為評價基準，對黃陂區采樣點土壤環境質量進行評價，結果如表4所不。黃陂區農田土壤中AS、Cr、Hg、Pb、Zn均處于未受污染狀態，其余3種元素Cd、Cu、Ni有著不同程度的污染，其中，Cd污染程度最嚴重，有7.69%的土壤樣點存在Cd污染，2.20%的樣點達中度污染水平，1.92%的樣點達到了重度污染水平，黃陂區約有3.02%和0.55%的土壤分別存在Cu和Ni的輕度污染狀況。總體表明，Cd污染在黃陂區應該引起重視，其他重金屬的污染較輕。

2.3 內梅羅綜合污染指數評價法

以農用地土壤污染風險篩選值作為評價基準值，采用內梅羅綜合污染指數法對樣點土壤進行評價，結果見表5。表明黃陂區大部分地區的土壤處于警戒線以下，達95.88%，有2.20%的土壤樣點處于輕度污染水平，0.55%的土壤樣點處于中度污染水平，1.37%的土壤樣點處于重度污染水平。評價結果表明黃陂區大部分土壤處于安全水平，對農業生產影響較小，通過對小范圍污染指數較高的土壤進行土壤改良，減少高重金屬含量肥料的使用來降低土壤中重金屬含量，可以顯著降低黃陂區的土壤重金屬污染水平。

3討論

將測定結果與湖北省土壤背景值進行比較，并以農用地土壤污染風險篩選值作為基準值評價重金屬的單因子污染指數和內梅羅綜合污染指數可知，本研究在所調查的黃陂區農田土壤中均發現了一定含量的重金屬，有40.93%和65.11%的樣點土壤中Cu和Hg的含量超過湖北省土壤背景值，且這兩種重金屬污染在黃陂區農田土壤中分布最廣，As、Cr、Pb和Zn的含量較低，處于未受該4種重金屬污染水平，但是Cd、Cu和Ni的含量在部分樣點達到了污染水平，以Cd的污染指數最高，有7.69%的土壤樣點存在Cd污染，其中有2.20%的樣點達中度污染水平，1.92%的樣點達重度污染水平，黃陂區約有3.02%和0.55%的土壤分別存在Cu和Ni的輕度污染狀況，總體表明，Cd是污染的主要貢獻因子。

有研究表明，磷肥原料中含有Cd等重金屬，以及磷肥生產中容易出現重金屬污染情況[28]，因此磷肥中常含有一定量的重金屬元素，黃陂區農田土壤中Cd的高含量和高分布性可能與農戶長期過量施用磷肥有關[29]，不使用污水灌溉和控制磷肥的過量施用可有效控制當地農田土壤的重金屬含量的累積，可通過土壤改良降低其他重金屬元素的含量，改善當地土壤狀況。

4 小結

對武漢市黃陂區農田土壤中8種重金屬（As、Cd、Cr、Pb、Hg、Ni、Cu、Zn）的含量測定分析及污染指數評價分析，得出如下結論。

1）黃破區農田土壤中As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn和Hg 的平均含量分別為 6.33、0.13、42.68、29.34、23.71、13.77、57.97 和 0.14 mg/kg，有 40.93% 和 65.11% 的樣點土壤中Cu和Hg的含量超過湖北省土壤背景值。

2）對黃陂區農田土壤單因子污染指數評價表明，Cd的單因子污染指數最高，有7.69%的土壤存在Cd污染現象，其中，3.57%的土壤處于Cd輕度污染水平，2.20%和1.92%的土壤分別處于Cd中度污染和重度污染水平，3.02%和0.55%的土壤分別受Cu和Ni的輕度污染，未發現農田土壤受As、Cr、Pb、Hg和Zn的污染;內梅羅綜合污染指數評價表明，處于重金屬輕度污染水平、中度污染水平和重度污染水平的農田土壤分別占2.20%、0.55%和1.37%，Cd污染為主要貢獻因子。

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收稿日期：2019-12-16

基金項目：湖北省技術創新重大項目（2018ABA099）

作者簡介：王素萍（1985-），女，山東德州人，農藝師，碩士，主要從事養分資源管理與土壤環境監測的研究，（電話）13971613681（電子信箱）wspl2@163.com;通信作者，陳鋼（1969-），女，正高級農藝師，博士，主要從事養分資源管理與新型肥料研發的研究。