甘肅隴南某地農(nóng)田土壤污染狀況評(píng)價(jià)研究

張 瀛，王小平

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730050）

1 引言

“三農(nóng)”問(wèn)題是全面建設(shè)小康社會(huì)能否順利實(shí)現(xiàn)的重大問(wèn)題,運(yùn)用地球科學(xué)理論與相關(guān)技術(shù)方法解決農(nóng)田土壤污染問(wèn)題是地勘單位轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要機(jī)遇[1]。土壤是地球生態(tài)系統(tǒng)重要的物質(zhì)基礎(chǔ)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本條件，土壤污染會(huì)導(dǎo)致直接經(jīng)濟(jì)損失，引起食物品質(zhì)下降，危害人體健康及誘發(fā)其它環(huán)境問(wèn)題，對(duì)整個(gè)生態(tài)環(huán)境造成破壞[2-6]。近年來(lái)甘肅省環(huán)保、國(guó)土及農(nóng)業(yè)等主管部門(mén)以及相關(guān)科研院所對(duì)隴南某農(nóng)用地土壤污染狀況做了相應(yīng)的調(diào)查研究，研究發(fā)現(xiàn)主要重金屬污染因子為鎘、鉛、鋅、汞、砷等元素，這與該地礦業(yè)主要以鉛鋅礦為主有直接的關(guān)系。基于以上背景，本文選擇污染源已切斷的隴南某農(nóng)用地主要污染區(qū)作為研究對(duì)象，以期為后期土壤修復(fù)治理提供依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

研究區(qū)出露地層為第四紀(jì)地層，黃土為研究區(qū)的主要成土母質(zhì)，調(diào)查區(qū)內(nèi)的耕地在全國(guó)土壤污染普查中被確定為重點(diǎn)位超標(biāo)區(qū)，屬?lài)?guó)家于及甘肅省重點(diǎn)管控的耕地污染地塊之一。從成因上看均屬風(fēng)積黃土，它是第四紀(jì)更新世陸相的特殊沉積物，具有風(fēng)積、洪積、沖積等多種成因類(lèi)型；研究區(qū)地下水排泄條件相對(duì)比較簡(jiǎn)單，主要有地下水溢出、蒸發(fā)、地下徑流流出等方式。研究區(qū)礦產(chǎn)資源較為豐富，現(xiàn)今開(kāi)采的礦種主要有鉛鋅礦、鐵礦和金礦等，礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)為當(dāng)?shù)厝嗣駧?lái)較大經(jīng)濟(jì)利益，同時(shí)也帶來(lái)諸多環(huán)境問(wèn)題，如水土污染，林木破壞，地質(zhì)災(zāi)害等。

3 研究區(qū)土地污染情況

研究區(qū)耕地目前主要種植黃豆、玉米、小麥、苗圃和蔬菜等農(nóng)作物，土地污染成因?yàn)?0世紀(jì)末至21世紀(jì)初周邊幾家礦業(yè)公司選冶廢水無(wú)序排放及極端氣候條件下廢水漫灌導(dǎo)致。污染源調(diào)查結(jié)果顯示，主要污染物通過(guò)選礦及尾礦庫(kù)廢水浸入農(nóng)田造成污染，廢水中主要富集Pb、Zn、As、Cd、Hg等重金屬元素。

4 農(nóng)田采樣調(diào)查設(shè)計(jì)與實(shí)施

本次工作共在研究區(qū)采集表層樣80個(gè)，剖面樣20個(gè)，各種土壤類(lèi)型樣品的分析檢測(cè)因子見(jiàn)表1。

表1 各土壤樣品采樣情況及分析檢測(cè)因子表

表層土采樣深度為0～20 cm，樣品采集1.5 kg左右，裝入樣品袋。采用雙對(duì)角線法混合樣采樣方法設(shè)分點(diǎn)5 個(gè)左右；采樣點(diǎn)位確定后，在20 m×20 m采樣區(qū)域內(nèi)按混合采樣法采集分點(diǎn)樣品，原坐標(biāo)位置不變。

剖面采樣的規(guī)格為長(zhǎng)1.5 m，寬0.8 m，深1.2 m，挖掘土壤剖面要使觀察面向陽(yáng)，表土和底土分兩側(cè)放置。采樣次序自下而上，先采剖面的底層樣品，依次往上，每20 cm采集一個(gè)樣品，共采集5個(gè)樣品，分層樣使用取土鉆采集樣品測(cè)量重金屬的樣品盡量用竹片或竹刀去除與金屬采樣器接觸的部分土壤，再用其取樣，樣品采集1.5 kg左右，裝入樣品袋。

樣品均由甘肅省中心實(shí)驗(yàn)室（國(guó)土資源部蘭州礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心）檢測(cè)。

根據(jù)樣品檢測(cè)結(jié)果，對(duì)各類(lèi)樣品進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2、表3、表4。

表2 研究區(qū)耕地土壤重金屬含量統(tǒng)計(jì)特征值

表3 研究區(qū)耕地剖面樣重金屬含量平均值一覽表序號(hào)

表4 研究區(qū)周邊耕地土壤背景樣品重金屬檢測(cè)結(jié)果一覽表

5 土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

本文主要使用單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（1）單因子指數(shù)法。Pi=Ci/Si，其中，Pi為污染指數(shù)，Ci為污染物實(shí)測(cè)值，Si為污染物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，i代表某種污染物；當(dāng)Pi≤1時(shí)，表示土壤未受污染；Pi＞1時(shí)，表示土壤已受污染，且Pi值越大污染越嚴(yán)重[7-10]。

（2）綜合污染指數(shù)（內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法）兼顧了單因子污染指數(shù)平均值和最高值，可以突出污染較重的重金屬污染物的作用[11-12]。綜合污染指數(shù)計(jì)算方法式中：P綜是采樣點(diǎn)的綜合污染指數(shù)；Pimax為i采樣點(diǎn)重金屬污染物單項(xiàng)污染指數(shù)中的最大值是指單因子指數(shù)平均值[13-14]。

環(huán)境質(zhì)量污染程度評(píng)價(jià)等級(jí)詳見(jiàn)表5、表6。

表5 單項(xiàng)污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表6 綜合污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

4.1 單項(xiàng)污染指數(shù)分析

（1）單因子污染指數(shù)頻率分布

根據(jù)單因子污染指數(shù)法，計(jì)算Pb、Zn、Cd、As、Hg五種重金屬分別在不同污染程度中的占比和污染水平，耕地土壤重金屬含量單因子污染指數(shù)頻率分布見(jiàn)表7。

表7 耕地土壤重金屬含量單因子污染指數(shù)頻率分布一覽表

結(jié)果顯示，部分樣點(diǎn)超過(guò)土壤環(huán)境二級(jí)評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，單因子點(diǎn)位超標(biāo)率最大為70%，土壤受到污染。主要污染因子為：Pb、Zn、Cd、As、Hg，單因子污染程度大小順序?yàn)椋篊d＞Zn＞Pb＞Hg＞As。污染因子在空間上的頻率分布：在耕地中部沿原選礦廠排污渠兩側(cè)形成帶狀污染，其中Pb、Zn、Cd污染程度最高達(dá)到5.6～28.56倍，As、Hg污染程度最高達(dá)到2.12～4.67倍，達(dá)到重度污染程度，其他區(qū)域單項(xiàng)評(píng)價(jià)因子單項(xiàng)指數(shù)在評(píng)價(jià)土壤環(huán)境二級(jí)評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的2～3倍之間，其中Pb、Zn污染程度最高達(dá)到1.95～2.38倍，為輕度污染區(qū)。

（2）重金屬在平面上分布規(guī)律

研究區(qū)位于溝谷內(nèi)，污染源排污渠道沿溝谷縱向展布。污染程度分布規(guī)律與超標(biāo)點(diǎn)位和污染源之間橫向距離、溝谷縱向坡度、溝谷微地貌地形條件有著直接的關(guān)系。超標(biāo)點(diǎn)位隨著與污染源之間距離的增加、地面高程增大，污染程度降低；溝谷縱向坡度加大，廢水流速增加，減少了廢水在土壤表面的過(guò)流及徑流入滲時(shí)間，污染程度降低；微地貌地形如洼地等在地表形成覆水建造，為重金屬在土壤中的賦存、富集創(chuàng)造條件，造成污染程度局部陡升。

（3）重金屬在垂向剖面上的分布規(guī)律

根據(jù)剖面檢測(cè)結(jié)果，計(jì)算各剖面重金屬在土壤中垂向分布規(guī)律見(jiàn)表8。

表8 研究區(qū)耕地剖面樣重金屬含量平均值一覽表

從表8中可以看出，表層0～20cm污染最為嚴(yán)重，依次向下污染程度逐漸降低，在深度20～60 cm之間污染程度明顯降低，60～80 cm污染程度陡降，至深度80 cm～100 cm，土壤中重金屬含量變化趨于平緩，污染基本消失。這與土壤的滲透率有直接關(guān)系，0～60 cm主要為耕作土，土壤較為疏松，滲透率較大，為重金屬的遷移提供了通道，60 cm以下基本為原狀土，主要成分以粘土為主，土壤滲透率較低，重金屬下滲通道較小，下滲困難。可以確定污染深度在0～60 cm之間。

4.2 平均綜合污染指數(shù)與內(nèi)梅羅綜合指數(shù)

由單一調(diào)查點(diǎn)綜合污染指數(shù)計(jì)算公式，根據(jù)樣品檢測(cè)結(jié)果，計(jì)算土壤單項(xiàng)污染指數(shù)，再根據(jù)單一調(diào)查點(diǎn)綜合污染指數(shù)計(jì)算結(jié)果，計(jì)算所有調(diào)查點(diǎn)的平均綜合污染指數(shù)結(jié)果顯示，Hg為0.70，As為0.67，Cd為5.33，Pb為2.83，Zn為3.30。根據(jù)所有調(diào)查點(diǎn)平均綜合污染指數(shù)計(jì)算結(jié)果，計(jì)算出研究區(qū)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)為4.18。

6 結(jié)論

（1）污染源調(diào)查結(jié)果顯示，主要污染物通過(guò)選礦及尾礦庫(kù)廢水浸入農(nóng)田造成污染，廢水中重金屬元素富集，主要為：Pb、Zn、As、Cd、Hg等。

（2）研究區(qū)土壤中各元素背景值均高于國(guó)家及甘肅省土壤背景值1～2倍，其主要原因是，該地塊位于鉛鋅礦帶，本身背景值較高，同時(shí)開(kāi)展礦山開(kāi)采、選礦、冶煉等活動(dòng)，對(duì)周邊耕地具有一定的影響。

（3）根據(jù)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)分析法，研究區(qū)污染地塊點(diǎn)位超標(biāo)率100%，綜合污染水平為中度污染，總體形成面狀污染。通過(guò)單因子指數(shù)及綜合污染指數(shù)平均值分析，確定主要污染因子為：Pb、Zn、Cd、As、Hg，單因子污染程度大小順序?yàn)镃d＞Zn＞Pb＞Hg＞As。

（4）研究區(qū)污染呈兩級(jí)分化趨勢(shì)，其中沿選礦廠排污渠兩側(cè)50米范圍內(nèi)Pb、Zn、Cd污染指數(shù)最高達(dá)到5.6～30.15，As、Hg污染程度最高達(dá)到2.12～4.67倍，為重度污染區(qū)；耕地東西兩側(cè)邊緣地帶，耕地未受到污染；其他區(qū)域污染指數(shù)在0.78～5之間，為輕微、中輕度污染區(qū)。

（5）根據(jù)剖面樣分析，表層0～20 cm污染最為嚴(yán)重，依次向下污染程度逐漸降低，在深度20～60 cm之間污染程度降低明顯，60～80 cm污染程度陡降，從有污染直接下降到無(wú)污染，至深度80cm～100 cm，土壤中重金屬含量變化趨于平緩，污染基本消失。