漳州市長泰區農用地土壤重金屬污染評價

鄭聰斌

(漳州市長泰區農業農村局， 福建 漳州 363900)

土壤是農業生產的基礎，是人類生存和發展的根本。幾十年來，隨著人類礦產資源的開發利用和工業的大規模發展，土壤的污染日益嚴重。環境保護部、國土資源部于2014年發布的《全國土壤污染狀況調查公報》[1]顯示，全國土壤總的超標率為16.1%，其中Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn、Ni等8種重金屬污染物點位超標率分別為7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%；耕地土壤點位超標率為19.4%，其中輕微、輕度、中度和重度污染點位比例分別為13.7%、2.8%、1.8%和1.1%，主要污染物為Cd、Ni、Cu、As、Hg和Pb等。重金屬污染不僅嚴重破壞農業生態環境，影響農產品產量和品質，還會通過食物鏈進入人體，對人的身體健康和生命安全造成危害[2-5]。

2016年國務院印發《土壤污染防治行動計劃》，提出了管控土壤環境風險、改善土壤環境質量的十條具體措施，標志著土壤污染防治工作進入全面攻堅階段。其中第一條就是開展土壤污染調查，掌握土壤環境質量狀況。近年來各地也紛紛開展了地區性重金屬污染狀況調查和評價[6-8]。

漳州市長泰區是漳州市區和廈門市的重要農產品供應基地，近20年來，長泰區經濟社會發展迅速，工業企業數量、汽車保有量大幅增加、生態環境惡化、農藥化肥不合理使用等，對農業生產造成了嚴重的影響，因此對長泰區農田土壤重金屬污染狀況進行調查、評價極有必要。本研究以漳州市長泰區農田土壤為研究對象，對農田土壤重金屬污染現狀進行分析評價，評估其潛在重金屬污染風險，以期為開展受污染農田土壤治理與修復、促進當地農業可持續發展提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

長泰區位于福建東南部，地處閩南金三角中心結合部，九龍江下游，地理坐標北緯24°34′～24°55′，東經117°36′～117°57′。區域面積900 km2，其中耕地53.13 km2，園地1.31 km2。地形呈蒲扇狀，東、西、北三面環山，南部多平原。境內有4條河流，年平均氣溫21.3℃，年平均降雨量1 600 mm，屬南亞熱帶海洋性氣候。土壤類型主要是水稻土，肥力一般。長泰區主要糧食作物為水稻，熟制一年三熟，其他種植面積較大的農作物包括玉米、蔬菜、亞熱帶水果等。

1.2 土壤樣品采集與檢測分析

根據長泰區的自然環境特征和農業生產基本情況，布設長期定位監測區71個，其中耕地51個、園地20個；共分布在5個鄉鎮(場)，分別是巖溪鎮30個、武安鎮11個、陳巷鎮12個、枋洋鎮10個、坂里鄉6個、古農農場2個。2020年，按照NY/T 395-2012《農田土壤環境質量監測技術規范》，每個監測區采用梅花點法各采集5個不同位置土壤樣品，充分混勻后用四分法保留1 kg土壤混合樣待測，共采集混合樣71個。耕地監測區采樣深度0～20 cm，園地監測區采樣深度0～60 cm。

土壤樣品中的Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni采用王水提取-電感耦合等離子體質譜法HJ 803-2016《土壤和沉積物12種金屬元素的測定 王水提取-電感耦合等離子體質譜法》；As、Hg的測定采用原子熒光法GB/T 22105.1-2008《土壤質量 總汞、總砷、總鉛的測定》。

1.3 評價標準與方法

本研究以GB15618-2018《國家土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準(試行)》中農用地土壤污染風險篩選值Si(表1)為標準，基于表層土壤中Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni、As、Hg的含量Ci，采用單因子污染指數法、內梅羅綜合指數法和地積累指數法，對農用地土壤污染風險進行評價。

當土壤中污染物含量等于或者低于表1規定的風險篩選值時，農用地土壤污染風險低，一般情況下可以忽略，為優先保護類(Ⅰ類)；高于表1規定風險篩選值時，可能存在農用地土壤污染風險，應加強土壤環境監測和農產品協同監測。

表1 農用地土壤污染風險篩選值

1.3.1單項污染指數法 單項污染指數[9]是用來評價單個污染因子對土壤的污染程度，指數小污染輕，指數大則污染重。這種方法可以直觀、簡便、清晰地看出評價樣本與對應評價標準之間的比值關系，較快地篩選出主要的污染因子。其計算公式如下：

Pi=Ci/Si

(1)

式中Pi為i因子的單項污染指數，Ci為i因子的實測濃度值(mg·kg-1)，Si為i因子的評價標準值(mg·kg-1)。當Pi≤1.0時，表明該重金屬因子的含量未超出評價標準值，農用地土壤污染風險低；當Pi>1.0時，表明該重金屬因子的含量已超出評價標準值，存在農用地土壤污染風險。Pi越大，說明土壤受到該重金屬因子的污染越嚴重，風險越高。

1.3.2內梅羅綜合污染指數法 內梅羅綜合指數[10]反映了各污染物對土壤的作用，同時突出了高濃度污染物對土壤環境質量的影響，在國內的應用范圍較廣。其計算公式如下：

PN=[(Piavg2+Pimax2)/2]1/2

(2)

式中PN為綜合污染指數，Piavg為土壤中各污染物的指數平均值，Pimax為土壤中單項污染物的最大污染指數。按內梅羅污染指數劃定污染等級，其評價標準見表2。

表2 綜合污染指數與土壤污染程度分級

1.3.3地積累污染指數法 地積累指數法(Mull指數法)[11-12]除考慮到人為污染因素、環境地球化學背景值外，還考慮到由于自然成巖作用可能會引起的背景值變動，彌補了其他評價方法的不足，被廣泛用于研究沉積物及其他物質中重金屬污染程度。其計算公式如下：

Igeo=log2[Ci/(k×Bi)]

(3)

式中Igeo為土壤重金屬地積累指數，Ci為土壤中重金屬i的實測濃度(mg·kg-1)；Bi為沉積物中該元素的地球化學背景值(mg·kg-1)，本研究取福建土壤背景值[13-14]，Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni、As、Hg的背景濃度分別為0.054、34.9、41.3、21.6、82.7、13.5、5.78、0.081 mg·kg-1；k為考慮各地巖石差異可能會引起背景值的變動而取的系數(一般取值為1.5)。地積累指數Igeo與土壤污染程度分級對應關系見表3 。

表3 地積累指數與土壤污染程度分級

2 結果與分析

2.1 8種重金屬元素含量特征

由表4可知，長泰區農用地土壤8種重金屬元素的變異系數介于32.41%～72.92%，均屬于中等變異程度。變異系數反映數據的離散程度，其值越大表明數據的離散程度越高，Hg的變異系數達到72.92%，表明該元素在長泰區的空間分布差異性較大。8種元素含量的離散程度大小依次為：Hg(72.92%)>Cr(52.72%)>As(51.21%)>Cd(50.00%)>Cu(49.87%)>Ni(46.95%)>Pb(46.14%)>Zn(32.41%)。從平均值來看，8種重金屬含量均未高于標準規定的篩選值；參照福建土壤背景值，Cd、Pb、Cu、Zn、Hg均存在不同程度的積累，積累指數(污染物實測值/污染物背景值)分別為Cd(3.70)>Hg(2.37)>Pb(1.75)>Cu(1.39)>Zn(1.27)。

表4 長泰區農用地土壤重金屬元素含量

2.2 單項污染指數評價與分析

由表5可知，長泰區農用地土壤8種重金屬元素Pi平均值均小于1，但71個監測區農用地土壤樣品中，存在某種重金屬Pi>1.0(即超出標準篩選值)的監測區達20個，總超標率(超標率=超標樣本數/監測樣本總數100%)為28.17%，其中有3個監測區存在2種重金屬超標。超標元素包括Cd、Pb、Cu、Hg，超標的監測區分別為10、8、2、3個，超標率分別為14.08%、11.27%、2.82%、4.23%。從超標率來看，Cd超標最為普遍，其次為Pb。從超標倍數來看，Cd和Pb元素超標最嚴重，且兩種元素Pi最大值均為55號監測區，分別超出0.83倍和1.01倍。Cr、Zn、Ni、As等其他元素未檢出超標。

表5 長泰區農用地土壤8種重金屬元素單項污染指數評價結果

2.3 內梅羅綜合污染指數評價與分析

由表6可知，長泰區71個監測區農田土壤樣品的PN值介于0.27～1.50，平均值為0.66。污染等級Ⅰ級(清潔)的監測區為44個，占61.97%；污染等級Ⅱ級(尚清潔，達警戒限)的監測區為20個，占28.17%；污染等級Ⅲ級(輕度污染)的監測區為7個，占9.86%。污染等級Ⅲ級的監測區土壤樣品，主要污染元素為Cd、Pb、Hg。表明長泰區有超過1/3的監測區達到污染警戒限以上程度，需要引起足夠重視。

表6 長泰區農用地土壤8種重金屬元素內梅羅綜合污染指數評價結果

2.4 地積累指數評價與分析

由表7可知，長泰區地積累指數總體在-3.74～2.76，總平均值為-0.40，污染級別1～4級，污染程度從無污染到中-強污染都有分布，沒有強污染以上程度。71個監測區中僅有5個監測區不存在任何一種元素污染，Cd、Pb、Hg污染的監測區較多。從單個污染因子來看，Cd僅有8個監測區無污染，中等污染程度以上的監測區有44個，達到61.97%；Pb僅有25個監測區無污染，中等污染程度以上的監測區有6個，占8.45%；Hg僅有26個監測區無污染，中等污染程度以上的監測區有19個，占26.76%；Cu無污染監測區46個，中等污染程度以上的監測區有3個，占4.23%；其他元素均無中等污染程度以上的監測區，重金屬積累相對不高。

表7 長泰區農用地土壤8種重金屬元素地積累指數評價結果

3 結論與討論

受采樣點密度較小等因素影響，本研究數據分析可能存在一定的偏差，但總體能反映長泰區重金屬污染狀況。從平均值來看，8種重金屬含量均未高于標準規定的篩選值，但是采用評價方法分析，顯示長泰區農用地土壤已經存在部分污染。3種評價方法均顯示，Cd、Pb、Hg這3種重金屬元素是長泰區農用地土壤主要污染元素，其中Cd是污染最普遍、積累最嚴重的元素。

土壤重金屬污染來源十分廣泛，包括成土母質、工業三廢、生活污水、汽車尾氣、農藥肥料等，一旦造成污染就很難根除，其防治難度非常大[15-17]。如何阻止農用地土壤重金屬污染進一步擴散和惡化，并逐步恢復土壤質量，是長泰區政府面臨的一大挑戰。雖然長泰區重金屬積累已經較為普遍，但總體上污染程度尚未達到國家標準規定的嚴格管控范圍，屬于安全利用類，通過農藝和技術措施仍可實現安全利用，從而保障食品安全。國內外在土壤重金屬污染防治方面已經進行了許多有益的嘗試，并取得一定的成效，可以作為借鑒[18]。