西昌市重金屬污染現(xiàn)狀分析及防治技術(shù)方法研究

摘要：【目的】通過一系列評(píng)價(jià)方法對(duì)西昌市耕地重金屬污染現(xiàn)狀進(jìn)行分析，利用現(xiàn)有成熟的重金屬防治技術(shù)研究出一套最適合當(dāng)?shù)氐募夹g(shù)方案?！痉椒ā坎杉拇ㄊ∥鞑懈赝寥罉悠饭?55個(gè)，農(nóng)產(chǎn)品樣品共148個(gè)，通過測(cè)定土壤和農(nóng)產(chǎn)品中的砷（As）、鉻（Cr）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、汞（Hg）等5種重金屬及類金屬元素的含量，采用地累積指數(shù)法、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)該地區(qū)耕地進(jìn)行重金屬污染程度分析。【結(jié)果】（1）地累積指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果表明研究區(qū)域耕地總體上受重金屬污染較低，但是個(gè)別點(diǎn)位存在鎘元素極重度污染風(fēng)險(xiǎn)。（2）潛在生態(tài)污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果表明個(gè)別點(diǎn)位存在重金屬元素鉻元素和鉛元素重度污染風(fēng)險(xiǎn)，鎘、砷、汞元素極重度污染風(fēng)險(xiǎn)，綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)結(jié)果為重度風(fēng)險(xiǎn)。（3）農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量較低，受污染程度較輕，僅有零星點(diǎn)位的鎘元素超標(biāo)。【結(jié)論】西昌市耕地主要受重金屬鎘污染，污染程度較重，范圍較小，經(jīng)有效防治后，土壤及農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量下降效果明顯，探討出有效的重金屬污染防治技術(shù)措施：有機(jī)肥、有機(jī)肥+葉面阻控劑、土壤調(diào)理劑+葉面阻控劑處理，可作為西昌市重金屬污染防治的最佳配套防治措施。

關(guān)鍵詞：西昌市；耕地土壤；重金屬；污染現(xiàn)狀；防治技術(shù)方案

中圖分類號(hào)：S15 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Analysis of the Current Situation of Heavy Metal Pollution in Xichang City and Exploration of

Prevention and Control Technology

ZENG Jian1， WANG Fei1， GONG Rui1， HUANG Cheng2， SHANGGUAN YuXian3*

（1The 8th Geological Brigade of Sichuan Province， Xichang， Sichuan 615000， China; 2Xinjiang Agricultural University， Urumqi， Xinjiang 830052， China; 3Institute of Agricultural Resources and Environment， Sichuan Academy of Agricultural Sciences， Chengdu， Sichuan 610000， China）

Abstract：【Objective】This study was conducted to analyze the current situation of heavy metal pollution in cultivated land in Xichang City through a series of evaluation methods， and to develop a set of technical solutions that are most suitable for the local area by using the existing mature heavy metal control technology. 【Method】 A total of 155 soil samples and 148 agricultural product samples were collected from Xichang City， Sichuan Province， and the contents of arsenic （As）， chromium （Cr）， cadmium （Cd）， lead （Pb） and mercury （Hg） in soil and agricultural products were determined. 【Result】 （1） The results of evaluation with the land accumulation index method showed that the cultivated land in the study area was generally polluted low by heavy metals， but there was a risk of severe cadmium pollution at individual points. （2） The results of evaluation with the potential ecological pollution index method showed that there was a risk of severe pollution of heavy metals chromium and lead， severe pollution risk of cadmium， arsenic and mercury at individual points， and the results of the comprehensive potential ecological risk index were severe risks. （3） The contents of heavy metals in agricultural products were low， the pollution was slight， and only the cadmium element in sporadic points exceeds the standard. 【Conclusion】 The cultivated land in Xichang City is mainly polluted by heavy metal cadmium， and the pollution degree is serious， but the scope is small. After effective prevention and control， the heavy metal content in soil and agricultural products has a significant reduction effect， and the effective technical measures for the prevention and control of heavy metal pollution are obtained： organic fertilizer， organic fertilizer + foliar inhibitor， soil conditioner + foliar inhibitor treatment， which can be used as the best supporting measures for prevention and control of heavy metal pollution in Xichang City.

Keywords： Xichang City; arable soil; heavy metal; pollution status; technical programme for prevention and control

0 引言

【研究意義】土壤是一個(gè)國家最重要的自然資源，它是農(nóng)業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，土壤的肥力與安全直接或間接地影響農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)與安全，最終影響人體健康（劉洪蓮等，2006）。西昌市位于四川省西南部與貴州省和云南省相接，屬熱帶高原季風(fēng)氣候區(qū)，山地相對(duì)較多，氣候條件優(yōu)良，是長江中上游農(nóng)業(yè)資源最獨(dú)特、最豐富、最有開發(fā)潛力、最具發(fā)展優(yōu)勢(shì)的地區(qū)之一，被譽(yù)為“天府之國第二糧倉”，水果產(chǎn)業(yè)規(guī)模也較大，因此確保該地區(qū)土壤資源的長期安全顯得極其重要。【前人研究進(jìn)展】隨著工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，重金屬污染問題日益引起人們的關(guān)注。重金屬是指密度較大、毒性較高的金屬元素，如鉛、鎘、汞等。它們?cè)谧匀唤缰衅毡榇嬖冢捎谌祟惢顒?dòng)的影響，如工業(yè)廢水排放、農(nóng)藥使用、燃煤等，導(dǎo)致重金屬在環(huán)境中的積累和擴(kuò)散，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人類健康造成了嚴(yán)重的威脅。當(dāng)前我國農(nóng)用地土壤重金屬污染形勢(shì)嚴(yán)峻（陳衛(wèi)平等，2018），耕地土壤重金屬等污染物土壤點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)19.4%，嚴(yán)重威脅到人的健康和安全。因此及時(shí)有效地進(jìn)行重金屬污染治理修復(fù)至關(guān)重要。四川省西昌市對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品的研究較少，多偏向于對(duì)土壤重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，而且許多研究表明農(nóng)產(chǎn)品對(duì)重金屬的富集能力較低" " （張丹等，2006；唐瑞玲等，2020；張富貴等，2020）?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】雖然目前已有很多關(guān)于土壤和水稻中重金屬的污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及污染防治的研究報(bào)道，但是針對(duì)西昌市目前沒有一套完整的重金屬污染防治技術(shù)?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本文旨在對(duì)重金屬污染現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并探討防治技術(shù)方法，以期為重金屬污染治理提供參考和指導(dǎo)。首先，對(duì)重金屬污染的來源和影響進(jìn)行綜合分析，以揭示其對(duì)環(huán)境和人類健康的潛在危害。其次，將重點(diǎn)分析重金屬污染的現(xiàn)狀，包括污染程度、分布特征和主要受污染的環(huán)境介質(zhì)，以便更好地了解問題的嚴(yán)重性和緊迫性。同時(shí)，本研究擬通過對(duì)四川省西昌市的土壤和農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量的檢測(cè)，利用地累積污染指數(shù)法和潛在生態(tài)污染指數(shù)法對(duì)該地區(qū)的土壤污染程度、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、土壤中重金屬與農(nóng)產(chǎn)品中重金屬的相關(guān)性以及農(nóng)產(chǎn)品對(duì)重金屬的富集能力進(jìn)行判斷，通過分析此區(qū)域的污染程度，探索出適合西昌市土壤污染治理的安全技術(shù)措施，為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)治理修復(fù)工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在四川省西昌市（27°53′40″ N，102°15′52″ E）的7個(gè)村的耕地上進(jìn)行效果監(jiān)測(cè)及技術(shù)篩選試驗(yàn)，每個(gè)試驗(yàn)有針對(duì)性地選擇一種或綜合防控措施進(jìn)行技術(shù)示范（見表1）。在每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)內(nèi)按3 hm2/點(diǎn)的密度隨機(jī)、均勻布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（監(jiān)測(cè)田塊面積666.7 m2左右）?？傆?jì)設(shè)置效果監(jiān)測(cè)點(diǎn)134個(gè)。

1.2 樣品采集

試驗(yàn)共采集土壤樣品155個(gè)（包括7個(gè)基礎(chǔ)土樣），農(nóng)產(chǎn)品樣品148個(gè)（14個(gè)對(duì)照樣品），其中土壤樣品采用多點(diǎn)混合法，每個(gè)采樣點(diǎn)用五點(diǎn)法采集深度為0～20 cm表層土5～6份，均勻混合后采用四分法取約1 kg。將土樣自然風(fēng)干后，去其雜質(zhì)，用研缽研碎，充分混勻后過1 mm篩，用于測(cè)定土壤pH值。與此同時(shí)取適量土樣研碎，過0.2 mm篩，分別測(cè)定土壤中砷、鉻、鎘、鉛、汞等元素的含量，用于重金屬污染程度評(píng)價(jià)。

1.3 試驗(yàn)儀器及測(cè)定方法

土壤pH的測(cè)定參照《土壤pH的測(cè)定（NY/T 1377-2007）》的測(cè)定方法，按水土比2.5∶1攪拌30 min并靜置1 h后用pH計(jì)測(cè)定。重金屬測(cè)定于2023年8月10日至8月28日送四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)過程中加入國家標(biāo)準(zhǔn)土壤參比物質(zhì)（GSS－1及GSS－6）進(jìn)行質(zhì)量控制（鄭盛華等，2021；余飛等，2024）。數(shù)據(jù)利用Excel 2016進(jìn)行分析，Rstudio軟件進(jìn)行相關(guān)分析。見表2和表3。

1.4 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法

根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—2018）和《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762—2017），參照農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管制值，采用地累積污染指數(shù)法（Müller，1969）、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)（Hakanson，1980）等方法對(duì)四川省西昌市土壤和農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行污染程度及潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

1.5 土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

1.5.1 地累積指數(shù)法

地累積指數(shù)法是20世紀(jì)60年代末由Müller（1969）提出用于研究沉積物及其他物質(zhì)中重金屬污染程度的定量評(píng)價(jià)方法，該法能夠反映土壤重金屬污染分布特征，近年來被國內(nèi)外學(xué)者廣泛應(yīng)用于土壤重金屬污染評(píng)價(jià)中（劉洋等，2022；儲(chǔ)楊陽等，2022；張浙等，2022），其公式為：

[Igeo]=[log2]（[Cn1.5Bn]）

式中，Igeo為地累積指數(shù)；Cn為土壤中重金屬n的實(shí)測(cè)含量，單位為mg/kg；Bn為土壤中重金屬n的地球化學(xué)背景值。根據(jù)Igeo的計(jì)算結(jié)果，可將重金屬分為7個(gè)等級(jí)，如表4所示。

1.5.2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI是由瑞典地球化學(xué)家Hakanson（1980）提出的一種評(píng)價(jià)重金屬污染程度的方法，計(jì)算公式為：

[RI=Eri=Tri×CiSi]

式中：Eri表示第i種重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)；Tri表示第i種重金屬毒性系數(shù)；本文參照hakanson（1980）提出的重金屬毒性水平Hg、As、Cd、Cr、Pb分別為40、10、30、5、5（薄錄吉等，2021；于林松等，2022等）；Ci表示重金屬i濃度實(shí)測(cè)值；Si表示重金屬i濃度的參照值，參考《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（HJ 332—2006）確定；RI表示潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，是參評(píng)元素Eri的和。其中用Eri評(píng)價(jià)所得為依據(jù)重金屬i元素評(píng)價(jià)結(jié)果，用RI評(píng)價(jià)所得為依據(jù)所有參評(píng)重金屬綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。見表5。

2 結(jié)果與分析

2.1 基礎(chǔ)土樣中重金屬的污染程度

試驗(yàn)區(qū)測(cè)樣結(jié)果如表6所示，根據(jù)土壤檢測(cè)結(jié)果，試驗(yàn)區(qū)土壤pH為4.9～7.8，土壤酸堿性差異明顯。鎘含量的平均值為0.97 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差為1.34，超標(biāo)4個(gè)，超標(biāo)率為50%；有效鎘的平均值為0.506 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差為0.892，超標(biāo)1個(gè)，超標(biāo)率為12.5%。

2.2 地累積污染指數(shù)法評(píng)價(jià)重金屬污染程度

如表7所示，土壤重金屬的地累積污染指數(shù)平均值在-10.787～1.958，其中汞元素全部為負(fù)值，砷、鉻、鎘、鉛元素有正值，說明此區(qū)域存在砷、鉻、鎘、鉛污染。從地累積分級(jí)結(jié)果可知汞和砷為無污染和輕污染級(jí)；鉻有3個(gè)輕度污染，1個(gè)為重度污染；鎘有12個(gè)輕度污染，67個(gè)中度污染，40個(gè)中-重度污染，13個(gè)重度污染，2個(gè)重-極重度污染；鉛有33個(gè)輕度污染，1個(gè)中度污染。所以該區(qū)域受重金屬鎘污染較重。

2.3 潛在生態(tài)污染指數(shù)法評(píng)價(jià)重金屬污染程度

通過對(duì)5種重金屬元素的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析得出，汞元素的Eri（表示潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)）為451.0，砷元素的Eri為346.3，鉻元素的Eri為184.0，鎘元素的Eri為4511.0，鉛元素的Eri為206.8。各元素都存在不同程度的污染。從綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)得出該區(qū)域?qū)儆谥囟蕊L(fēng)險(xiǎn)。見表8。

2.4 農(nóng)產(chǎn)品中重金屬的含量

如表9所示，技術(shù)處理后土壤中的重金屬鉛元素含量在17.2～81.3 mg/kg，平均值為34.6 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差為11.2，無超標(biāo)；鎘含量在0.11～2.28 mg/kg，平均值為0.50 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差為0.34，超標(biāo)71個(gè)，超標(biāo)率52.99%；有效鎘含量在0.01～0.98 mg/kg，平均值為0.18 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差為0.17，超標(biāo)19個(gè)，超標(biāo)率14.18%；鉻含量在28.5～1011.2 mg/kg，平均值為76.4 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差為82.7，超標(biāo)1個(gè)，超標(biāo)率0.75%；砷元素含量在2.15～15.67 mg/kg，平均值為7.09 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差為3.26，無超標(biāo)；汞元素含量在0.01～0.27 mg/kg，平均值為0.05 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差為0.04。由此可以看出該地區(qū)耕地土壤主要受重金屬鎘的污染。

2.5 農(nóng)產(chǎn)品中重金屬的含量

測(cè)得農(nóng)產(chǎn)品中汞含量的最小值為0.003 mg/kg，最大值為0.008 mg/kg；砷含量的最小值為" " " 0.002 mg/kg，最大值為0.348 mg/kg；鉻含量的最小值為0.043 mg/kg，最大值為0.310 mg/kg；鉛含量的最小值為0.020 mg/kg，最大值為0.168 mg/kg，都未超過《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）。鎘元素含量的最小值為" " "0.002 mg/kg，最大值為0.970 mg/kg，平均值為0.052 mg/kg，有6個(gè)超標(biāo)，超標(biāo)率為4.48%（表10）。這些結(jié)果表明該研究區(qū)域的農(nóng)作物農(nóng)產(chǎn)品受污染較小，僅有幾個(gè)點(diǎn)位農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量超標(biāo)，說明技術(shù)措施阻鎘效果明顯。

2.6 重金屬污染防治技術(shù)篩選

如圖1所示，7個(gè)重金屬污染防治技術(shù)篩選試驗(yàn)區(qū)施用有機(jī)肥的處理農(nóng)產(chǎn)品中鎘含量較對(duì)照下降了73.6%，土壤調(diào)理劑處理較對(duì)照下降了30%，土壤調(diào)理劑+葉面阻控劑處理較對(duì)照下降了63%，葉面阻控劑處理較對(duì)照下降了32.6%，有機(jī)肥+葉面阻控劑處理較對(duì)照下降了79%。其中，有機(jī)肥+葉面阻控劑、有機(jī)肥、土壤調(diào)理劑+葉面阻控劑處理后農(nóng)產(chǎn)品中鎘含量較CK的差異顯著，其余2個(gè)處理較CK的差異不顯著。

3 討論

地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)污染指數(shù)法是評(píng)估土壤重金屬污染的2種主要方法，它們從不同角度反映污染狀況（馬劍宇等，2016）。地累積指數(shù)法側(cè)重于比較土壤中重金屬含量與背景值的差異，而潛在生態(tài)污染指數(shù)法則考慮了重金屬的毒性和含量，提供綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，結(jié)合這2種方法可以更全面地評(píng)估污染程度（陳江軍等，2018；費(fèi)利東等，2023）。已有研究通過地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)污染指數(shù)法初步對(duì)不同地區(qū)受重金屬污染的耕地土壤進(jìn)行污染程度評(píng)價(jià)，結(jié)合多種不同評(píng)價(jià)方法客觀全面地反映出土壤污染情況（EMAM and" SOLIMAN，2022；趙慶令等，2015）。此外，通過一些成熟的土壤防治技術(shù)進(jìn)行綜合治理，可形成一套適用于該地區(qū)的防治技術(shù)措施。

本研究用地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)污染指數(shù)法對(duì)西昌市受重金屬污染的耕地土壤進(jìn)行評(píng)價(jià)，用地累積指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果為西昌市耕地存在鎘元素污染，而用潛在生態(tài)污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果為鉻、鉛元素存在重度污染風(fēng)險(xiǎn)，鎘、砷、汞元素存在局部極重度風(fēng)險(xiǎn)，綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為重度風(fēng)險(xiǎn)。這說明可能該地區(qū)土壤母質(zhì)本身鎘含量較高，而其他重金屬污染是人為因素的可能性較大，如附近工廠、企業(yè)排放三廢等對(duì)周邊土壤造成污染（麻冰涓等，2014；李強(qiáng)等，2022；劉同等，2022）?？傮w來看，該地區(qū)主要受重金屬鎘污染嚴(yán)重，但是分布范圍較小，僅有個(gè)別點(diǎn)位污染程度較高，且污染源大概率為土壤母質(zhì)，應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)的治理、防護(hù)措施。

土壤中鎘和鉛含量較高，但是農(nóng)產(chǎn)品樣中重金屬的鎘和鉛含量僅有個(gè)別超標(biāo)，說明采取了有效的重金屬阻隔措施，也可能與農(nóng)產(chǎn)品對(duì)重金屬的富集能力低有關(guān)系。周全（2017）、陳慧茹（2019）、羅錫坤（2020）認(rèn)為粳稻對(duì)重金屬的富集能力和吸收速率較秈稻低，與此研究中出現(xiàn)的土壤中重金屬含量高而農(nóng)產(chǎn)品中重金屬的含量低的結(jié)果一致。

通過有機(jī)肥、土壤調(diào)理劑、土壤調(diào)理劑+葉面阻控劑、葉面阻控劑、有機(jī)肥+葉面阻控劑等防治措施處理后，土壤中的有效鎘含量有所下降，其中有機(jī)肥、有機(jī)肥+葉面阻控劑、土壤調(diào)理劑+葉面阻控劑處理后農(nóng)產(chǎn)品籽粒中重金屬含量顯著下降，效果突出。因此，可將此套技術(shù)方案作為西昌市重金屬污染防治的最佳防治措施。

4 結(jié)論

（1）地累積指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果表明西昌市區(qū)域耕地總體上受重金屬污染程度較低，但是存在個(gè)別點(diǎn)位鎘元素極重度污染風(fēng)險(xiǎn)。

（2）潛在生態(tài)污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果表明重金屬元素鉻元素和鉛元素存在個(gè)別點(diǎn)位重度污染風(fēng)險(xiǎn)，鎘、砷、汞元素極重度污染風(fēng)險(xiǎn)，綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)結(jié)果為重度風(fēng)險(xiǎn)。

（3）農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量較低，受污染較小，僅有零星點(diǎn)位的鎘元素超標(biāo)。

（4）重金屬污染防治技術(shù)措施有機(jī)肥、有機(jī)肥+葉面阻控劑、土壤調(diào)理劑+葉面阻控劑效果顯著，可作為西昌市重金屬污染防治的最佳配套防治措施。

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（責(zé)任編輯 李菊馨）

DOI：10.20191/j.cnki.2095-0764.2024030033

基金項(xiàng)目：四川省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2023YFS0485）。

第一作者：曾建（1987—），男，本科，高級(jí)工程師，主要從事土壤環(huán)境治理研究，E-mail：673602757@qq.com。

*通信作者：上官宇先（1987—），男，博士，副研究員，主要從事土壤環(huán)境治理研究，E-mail：396478825@qq.com。

收稿日期：2024-04-01