?？谑修r(nóng)村土壤重金屬含量狀況與評(píng)價(jià)

仝霞，莫芳敏，劉芳，唐小妹，郭彬

（1.?？谑协h(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，海南海口571100；2.海南省農(nóng)業(yè)干部學(xué)校培訓(xùn)科，海南?？?71100）

海口市為海南省省會(huì)，是全省政治、經(jīng)濟(jì)、科技、文化中心，交通郵電樞紐，同時(shí)也是熱帶濱海旅游城市之一，生態(tài)資源豐富，人口密集，是周邊農(nóng)村畜禽農(nóng)產(chǎn)品的主要消費(fèi)區(qū).?？谥苓呣r(nóng)村土壤環(huán)境質(zhì)量的好壞直接影響著生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和人們身體健康[1].

生態(tài)環(huán)境保護(hù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都離不開(kāi)土壤，土壤為景觀植物和農(nóng)作物生長(zhǎng)提供基本的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，特殊的膠體結(jié)構(gòu)具有容納一定量的廢水和固廢的能力，起到凈化環(huán)境的作用，但是超過(guò)土壤自身的凈化能力或環(huán)境容量時(shí)，土壤的理化性質(zhì)就會(huì)發(fā)生改變，失去凈化器的功能[2]，造成生態(tài)系統(tǒng)惡化.特別是難以降解的重金屬類，這類物質(zhì)具有普遍性、表聚性、遷移小、不可逆性等特點(diǎn)[3]，在土壤中蓄積富集會(huì)引起復(fù)雜的生物效應(yīng)和毒害反應(yīng)，同時(shí)通過(guò)生物鏈的傳遞和富集，危害人類健康.

因此，土壤重金屬污染問(wèn)題在各界已有廣泛研究，特別是對(duì)其含量分布及評(píng)價(jià)的研究最為廣泛，對(duì)海南全省的研究也有報(bào)道[4-5]，但針對(duì)?？谑修r(nóng)村的土壤重金屬狀況未見(jiàn)報(bào)道，本文旨在對(duì)?？谑修r(nóng)村生態(tài)環(huán)境質(zhì)量做出調(diào)查評(píng)價(jià)的同時(shí)，分析其污染的原因，從而為制定?？谑修r(nóng)村生態(tài)環(huán)境保護(hù)對(duì)策和保護(hù)人們身體健康提供科學(xué)參考.

1 材料與方法

1.1 區(qū)域概況

海口市位于北緯19°32′～20°05′，東經(jīng)100°10′～110°41′.處于熱帶濱海，富于海濱自然風(fēng)光景觀.地處海南島北部，北瀕瓊州海峽，東與文昌市相鄰，南與文昌市、定安縣接壤，西鄰澄邁縣.地表主要為第四紀(jì)基性火山巖和第四系松散沉積物，呈較大面積分布，濱海以濱海臺(tái)階式地貌為主，西部以典型的火山地貌為主.全市土地面積2304.84 km2，其中農(nóng)業(yè)用地1756 km2.主要土壤類型有水稻土、磚紅壤、菜園土、潮沙泥土、濱海鹽漬沼澤土、濱海鹽土、濱海沙土7個(gè)土類.

1.2 樣品的采集與處理

本次主要選擇?？谑修r(nóng)村典型的居民區(qū)、基本農(nóng)田、菜地、畜禽養(yǎng)殖重點(diǎn)區(qū)域開(kāi)展取樣研究，共采集45 個(gè)樣品.研究區(qū)通過(guò)GPS 定位，采用梅花形采樣，使用竹鏟采集0～20 cm 的土樣，同一樣品由15～20個(gè)土樣混合構(gòu)成，并用四分法留取1 kg.混合土樣在室內(nèi)經(jīng)自然晾干、壓碎、剔除礫石及動(dòng)植物殘?bào)w后，混勻、用瑪瑙研缽研磨，過(guò)200目尼龍篩處理后，留取20 g 土樣用于Hg、As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn 等重金屬元素的分析測(cè)定.同時(shí)使用國(guó)家環(huán)境保護(hù)部生產(chǎn)的土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行校準(zhǔn)，保證準(zhǔn)確度.

1.3 樣品的測(cè)定

本文中樣品前處理使用HNO3+HCl微波消解，冷卻、定容，上機(jī).元素Hg 和As 用雙道冷原子熒光光度計(jì)（AFS-830 型）測(cè)定.Cd、Cr、Cu、Pb、Zn 原子吸收儀（ZEEnit-700）測(cè)定.

2 土壤環(huán)境重金屬污染評(píng)價(jià)

2.1 重金屬評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

本文研究以《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618-1995）[6]中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)作為土壤各項(xiàng)重金屬污染物的含量限值進(jìn)行評(píng)價(jià).評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1.

表1 土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB15618-1995)Tab.1 Environmental quality standard for soil（GB15618-1995) （mg·kg-1）

2.2 重金屬評(píng)價(jià)方法及分級(jí)

2.2.1 單項(xiàng)污染指數(shù)

采用單因子污染指數(shù)法[7]對(duì)土壤重金屬污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算公式為：

式中，Pi為土壤污染物i的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)；Ci是土壤污染物i實(shí)測(cè)值，單位為mg·kg-1；Si是土壤污染物i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，單位為mg·kg-1.

當(dāng)Pi＜1時(shí)，表示土壤未污染；Pi＞1表示土壤已受污染；Pi的值越大，表示土壤污染越嚴(yán)重[8].

2.2.2 綜合污染指數(shù)

采用綜合污染指數(shù)法對(duì)土壤重金屬污染進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算公式為：

式中：P綜為土壤環(huán)境綜合污染指數(shù)；Pimax為污染物中污染指數(shù)最大值；為各污染指數(shù)平均值.綜合因子污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2.

表2 土壤重金屬污染分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 The classification standard for soil in heavy metal pollution

2.2.3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法不僅可以考慮重金屬的含量，而且與重金屬的生態(tài)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)和毒理學(xué)聯(lián)系在一起，定量地劃分了潛在風(fēng)險(xiǎn)程度[9].公式如下：.

表3 重金屬含量參比值

表3 重金屬含量參比值

Cd Hg As Cu Pb Cr Zn 30 40 10 5521 0.20 0.15 15 35 35 90 100元素Ti r Cin（mg·kg-1）

表4 潛在生態(tài)危害系數(shù)及風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI與污染程度的關(guān)系Tab.4 The relationship beween potential ecological risk index or risk index and degrees of pollution

表4 潛在生態(tài)危害系數(shù)及風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI與污染程度的關(guān)系Tab.4 The relationship beween potential ecological risk index or risk index and degrees of pollution

＜40 40～80 80～160 160～320≥320低中較重重嚴(yán)重＜150 150～300 300～600≥600低中等重嚴(yán)重系數(shù)范圍 污染程度 指數(shù)范圍 污染程度污染程度劃分Eir RI項(xiàng)目

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤重金屬含量與統(tǒng)計(jì)表征

對(duì)45 個(gè)采樣區(qū)土壤樣品進(jìn)行重金屬含量分析測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表5.研究顯示?？谑修r(nóng)村土壤重金屬含量均值依次為Zn＞Cr＞Cu＞Pb＞As＞Cd＞Hg，土壤重金屬含量均在國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi).試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)土壤Zn 含量值在7 種重金屬元素中最大，此研究結(jié)論與海南省農(nóng)業(yè)用地表層土的重金屬研究結(jié)果一致①，可能與海南土壤成土母質(zhì)重金屬含量的繼承有關(guān).同時(shí)，也有報(bào)到指出有機(jī)肥含Cu 和Zn 較高，長(zhǎng)期大量施用無(wú)疑會(huì)提高土壤重金屬的含量[12-13].從變異系數(shù)來(lái)看，依次為Hg＞Cr＞Cu＞Zn＞As＞Cd＞Pb，其中Hg、Cr和Cu變異系數(shù)較大可能與人類活動(dòng)干擾有關(guān)，由于此次采樣點(diǎn)分布覆蓋居民聚集區(qū)，且該三種元素的含量最大值均出現(xiàn)在居民區(qū)，因此人類生產(chǎn)生活對(duì)土壤重金屬有一定的影響.

表5 ?？谑修r(nóng)村土壤重金屬總量統(tǒng)計(jì)表Tab.5 Statistics table of heavy metal content in the rural soil of Haikou city

3.2 土壤重金屬評(píng)價(jià)結(jié)果

3.2.1 單因子指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

由表6 統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，?？谑修r(nóng)村土壤重金屬單因子指數(shù)均小于1，表明土壤未受污染.其單因子指數(shù)均值分別為Cu（0.952）＞Cd（0.583）＞Zn（0.497）＞Cr（0.450）＞Hg（0.102）＞Pb（0.077）＞As（0.021）.表明元素Cu 和Cd 對(duì)土壤重金屬污染貢獻(xiàn)較大，可能與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量使用化肥、農(nóng)藥有關(guān)，其中Cd 一般為農(nóng)業(yè)活動(dòng)的標(biāo)識(shí)元素[14].原因可能是海南水熱資源豐富，為病蟲(chóng)害發(fā)生提供了很好的條件，一些含Cu 的低毒殺蟲(chóng)劑和含Cd 較多的磷肥使用較多，部分農(nóng)藥通過(guò)作物吸收和流失逐漸在土壤中積累[15].

表6 ?？谑修r(nóng)村土壤重金屬單因子指數(shù)及綜合污染指數(shù)Tab.6 The single and multiple pollution index of the rural soil in Haikou

3.2.2 綜合因子指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

從綜合污染指數(shù)來(lái)看，該研究區(qū)域土壤Cu＞Cr＞Cd＞Zn＞Hg＞Pb＞As，只有Cu和Cr受到輕度污染，屬于已受污染水平；其他元素均未超出警戒線，為尚清潔以下水平；土壤狀況總體良好.土壤中元素Cr可能是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)致的污染，與耕作和種植方式有關(guān)，農(nóng)膜、化肥和農(nóng)藥的大量使用增加了重金屬污染風(fēng)險(xiǎn).也有研究表明，元素Cr屬于地質(zhì)來(lái)源，受地球化學(xué)成因影響[16].

3.2.3 潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)結(jié)果

利用土壤元素毒性系數(shù)與單因子污染指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表7，土壤重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)均小于40，為低污染等級(jí)；風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)為28.318，小于150，亦屬于低污染等級(jí).潛在生態(tài)危害系數(shù)除Hg外，Cd、Cu和Cr均排在前列，與綜合污染指數(shù)排序基本一致；其中Hg 和Cd 的結(jié)果較大與其生態(tài)毒性系數(shù)較大有關(guān).各元素的重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)和風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)均在低污染水平，土壤環(huán)境處于輕微污染，屬于清潔安全狀態(tài).

表7 ?？谑修r(nóng)村土壤重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)及風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Tab.7 The potential ecological risk index and risk index in the rural soil of Haikou city

4 結(jié)論與分析

1）?？谑修r(nóng)村土壤重金屬含量均在國(guó)家《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)范圍內(nèi).

2）從變異系數(shù)來(lái)看，依次為Hg＞Cr＞Cu＞Zn＞As＞Cd＞Pb，其中Hg、Cr 和Cu 變異系數(shù)較大可能與人類活動(dòng)干擾有關(guān)，由于此次采樣點(diǎn)分布覆蓋居民聚集區(qū)，且該三種元素的含量最大值均出現(xiàn)在居民區(qū)，因此人類生產(chǎn)生活對(duì)土壤重金屬有一定的影響.

3）從污染指數(shù)、潛在生態(tài)危害系數(shù)和風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)來(lái)看，均在低污染水平，土壤環(huán)境尚處于清潔安全水平.

結(jié)果表明，?？谑修r(nóng)村土壤環(huán)境質(zhì)量總體良好，只有部分區(qū)域的土壤受到輕微污染，尚處于清潔安全狀態(tài).?？谑修r(nóng)村土壤污染主要與人類活動(dòng)干擾有關(guān)，其中，菜地和農(nóng)業(yè)用地的污染主要與施肥種類、農(nóng)藥種類和種植方式有關(guān).因此，海口市農(nóng)村土壤環(huán)境保護(hù)還應(yīng)對(duì)癥治理，加強(qiáng)管理，合理規(guī)劃.

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