東川區礦區農田土壤及玉米重金屬污染研究

余文春，包 立，任利娟

(云南農業大學資源與環境學院，云南 昆明 650201)

0 引言

云南省金屬礦物種類豐富，有色金屬礦產和開采量均處于全國領先地位，素有“有色金屬王國”之稱。其中，東川是云南礦產資源豐富的典型地區之一，到目前探明的礦產資源主要有銅、鐵、磷、金、鉛礦等。研究表明，在礦產資源豐富的地區，土壤中的重金屬含量相對較高，而土壤中的重金屬具有高毒性、難遷移、易富集等性質,有較強的累積效應,伴隨礦產資源的開采、選礦和冶煉，耕作土壤中重金屬污染日趨嚴重，過量的重金屬進入土壤環境，土壤發生污染后會極大影響作物生長及產量,能通過“土壤-植物-人”的途徑進入人體，土壤發生污染后會極大影響作物生長及產量,人體一旦攝入便很難排出體外,會對大腦和器官等造成不可逆轉的損害。了解土壤中重金屬污染物及其危害程度、部分代表性農作物對重金屬的富集能力，是科學評價某一地區健康風險、制定作物生產方案的前提。本研究對云南省昆明市東川區重金屬污染農田土壤修復治理示范區土壤中重金屬污染物及相應土地上所種植玉米中重金屬含量進行分析，對玉米中重金屬含量進行比較，分析重金屬污染狀況。

1 前期準備

1.1 樣品的采集

1.1.1 采樣點

對東川區大寨村銅礦開采、冶煉區周邊受鉛、砷、鎘等重金屬污染農田土壤及玉米進行采樣，采集土壤和玉米樣品各 10 個 。

1.1.2 玉米樣品的采集

在研究地點玉米大面積種植區，采用多點混合法進行采樣，每點取 3～5 株玉米匯合成1個混合樣，共采樣10個。玉米樣品采集后裝入潔凈的聚乙烯塑料袋，做好編號及記錄，并扎緊袋口封裝后運回實驗室，以防水分蒸發。24h 內將樣品存放至低溫環境中。帶回實驗室進行分析。

1.1.3 土壤樣品的采集

玉米取樣同田采集作物生長的耕作層土壤樣品，共采 10 個混合樣。為避免其他金屬污染，用木制工具采樣，采取蛇形法，耕作層為0～20cm土樣，在各采樣點采集6個土樣混合均勻制成混合樣，用四分法棄取，留下lkg 左右，裝入樣品袋，編號記錄。

1.1.4 樣品處理

先將玉米樣品用自來水、蒸餾水洗滌, 濾紙吸干。先置于105℃烘箱中殺青2h, 然后60～70℃烘2d，計干重，測定植物含水率，烘干后的樣品用不銹鋼磨碎機粉碎，過 60 目篩，保存備用。土壤首先除去其中的巖石和殘留植物，風干14d后用四分法棄取，過 100 目篩備用。

1.2 樣品測試

土壤 pH 值的測定采用HJ 962-2018電位法 ，土壤銅、鉛的測定采用HJ 491-2019火焰原子吸收分光光度法，土壤質量鉛、鎘的測定采用GB/T 17141-1997石墨爐原子吸收分光光度計法，土壤中總砷的測定采用GB/T 22105.2-2008，玉米中重金屬含量測定采用GB 5009.268-2016食品安全國家標準食品中多元素的測定進行。

1.3 評價方法和標準

1.3.1 農作物重金屬污染評價標

《GB 2762-2012食品安全國家標準食品中污染物限量》作為玉米重金屬污染評價標準，評價玉米中重金屬元素的污染情況采用內梅羅綜合污染指數法。

1.3.2 土壤重金屬污染評價標準

土壤 pH 值為6.16～7.66，采用《GB 15618-2018土壤環境質量標準》 作為土壤超標率評價標準。為全面反映各污染物對土壤的不同作用，突出高濃度污染物對環境質量的影響，數據分析與評價采用單因子污染評價指數和內梅羅綜合評價指數法，單因子污染評價指數表達式為：Pi=Ci/Si，式中：Pi為所計算出的重金屬單項污染指數；Ci為該重金屬的實測值；Si為各項評價標準值。為突出土壤中不同重金屬最高污染指數的作用，引入土壤綜合評價指數，即在單項污染指數的基礎上采用土壤綜合污染指數法評價土壤中重金屬元素的污染情況，計算公式為：

式中:Pi=Ci/Si,Pi為所計算出的重金屬單項污染指數；Ci為該重金屬的實測值；Si為各項評價標準值。土壤分級標準見表1。

表1 土壤環境質量分級標準

2 結果與分析

2.1 土壤重金屬污染情況

由表 2 可知，該區農田土壤中Cd超標，超標率為 100% ,Pb、As、Cu 3種重金屬未超標，超標率均為0，土壤Pb含量的變異系數為 145.73，表明土壤 Pb分布不均勻，與其他幾種重金屬相比較，農田土壤 Pb更易受外界干擾。土壤中 Pb、As和Cu的污染指數< 0.7，為未受污染，Cd的污染指數為2.18，>2，<3，為中度污染。

表2 土壤重金屬污染特征參數

由表 3 可知，該區玉米中重金屬元素Cd、Pb、Cu超標，超標率分別為 60% 、30%、90%，玉米Cd含量的變異系數為 328.57，Pb含量的變異系數為508.33,表明玉米Cd、 Pb分布不均勻，與其他幾種重金屬相比較，玉米 Cd、Pb更易受外界干擾。玉米中所測Cd的污染指數>3，為重污染，Pb、Cu的污染指數>2，<3，為中度污染，As的污染指數<0.7，為未污染，污染程度為 Cu> Cd > Pb> As。

表3 玉米重金屬污染特征參數

3 討論

對比土壤重金屬污染特征參數及玉米重金屬污染特征參數表可知，土壤中Cd超標嚴重，超標率為100%，Pb、As、Cu未超標，超標率為0，而玉米中Cd、Pb、Cu均超標，超標率分別為60%、30%、90%，As未超標，超標率為0，且在玉米中Cu的超標率大于Cd，由此推斷玉米中Pb、Cu含量超標的原因可能有多種，包括農藥、化肥的施用，重金屬伴隨著養分一起被農作物吸收，除此之外還包括大氣沉降、垃圾等其他人為原因造成的重金屬超標。

4 結論

在所研究區域內農田土壤中的 Pb、As、Cu 均沒有超標，基本不構成污染。而在研究區域內玉米受到 Cu 的污染最為嚴重，Cd、Pb次之，說明玉米對 Cu 的富集吸收能力最強，Cd、Pb次之。在查閱相關文獻過程中可知，在東川礦產豐富的地區，重金屬污染情況十分突出，前人開展過類似的調查采樣，通過對比，玉米中重金屬的超標情況遠不及葉菜類農作物，如白菜等，因此在該地區進行相關種植規劃前應避開對重金屬富集能力強的作物，以免進一步對人體產生危害。