云浮市油茶適生地區(qū)土壤重金屬含量變異分析及污染評價(jià)*

解懿妮 葉龍華 李小川 丁曉綱楊海燕 張 耕 齊 也

（1.廣東省森林培育與保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省林業(yè)科學(xué)研究院，廣東 廣州 510520；2.廣東省林業(yè)科技推廣總站，廣東 廣州 510173）

土壤是陸地表面具有肥力、并能夠生長植物的疏松表層[1]。土壤作為生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，可以為植物提供水分、養(yǎng)分等生長所需要的物質(zhì)，為土壤微生物提供生存空間，在大自然中有著不可替代的地位，具有重大的生態(tài)意義[2]。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化、工業(yè)化水平的提高，工業(yè)廢水、生活污水的排放及農(nóng)藥和化肥的不科學(xué)使用，使得許多污染物進(jìn)入土壤，導(dǎo)致土壤中的金屬元素含量超過土壤環(huán)境背景值，造成土壤重金屬污染，影響植物體生長，甚至危害人體健康[3-5]。

土壤重金屬問題是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)[6-8]，目前對此方面的研究多集中在農(nóng)田[9-11]、耕地[12-13]、礦區(qū)[14-15]、城市地區(qū)[16-17]及特殊區(qū)域[18-19]，對林地重金屬的研究相對較少，尤其是對于油茶林地土壤重金屬的研究更少，本文通過對于云浮市油茶（Camellia oleifera）適生地區(qū)的土壤重金屬含量進(jìn)行變異分析，并評價(jià)其污染狀況，可以全面掌握云浮市油茶適生地區(qū)的林地狀況，為提高林地生產(chǎn)力提供科學(xué)指導(dǎo)，對云浮市油茶種植具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

云浮市位于廣東省中西部，西江中游以南。地理位置在 22°22′～23°19′N，111°03′～112°31′E 之間。云浮市轄云城區(qū)、云安區(qū)、新興縣、郁南縣，代管羅定市，全市土地面積 7 785.11 km2。地處亞熱帶，年平均溫度22 ℃，極端最低溫度0 ℃，最高溫度39.1 ℃，是全國年平均溫差最小的大城市之一。云浮屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，具有溫暖多雨、光熱充足、夏季長、霜期短等特征。年均降雨量為1 982.7 mm，平均相對濕度為68%。全年中，4至6月為雨季，8至9月天氣炎熱，多臺風(fēng)。

1.2 樣點(diǎn)布設(shè)

選取適合油茶生長的地區(qū)，即坡度在30°以下，海拔800 m以下的酸性至微酸性土壤，云城區(qū)、云安區(qū)地形大多為丘陵地帶，坡度變化較小，采用隨機(jī)布點(diǎn)的方法，樣點(diǎn)數(shù)分別為40、21個(gè)；郁南縣由于分布較多山地，礦產(chǎn)資源儲量大，因此采用隨機(jī)布點(diǎn)和專題布點(diǎn)相結(jié)合的方法，樣點(diǎn)數(shù)為22個(gè)；羅定市和新興縣植物資源豐富，采用林分布點(diǎn)的方法進(jìn)行布點(diǎn)，樣點(diǎn)數(shù)分別為209、60個(gè)，總樣點(diǎn)數(shù)為352個(gè)。

1.3 土壤樣品采集及處理

土壤樣品嚴(yán)格按照《森林土壤樣品的采集與制備》（LY/T1210—1999）[20]進(jìn)行剖面土壤采集，采集前先記錄各個(gè)樣點(diǎn)的地名、地形、海拔、經(jīng)緯度、坡向、坡度、主要植被類型，采集土樣時(shí)，除去表面凋落物，挖取深1 m的土壤剖面，按 0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm 和80～100 cm由下而上分層采集土壤分析樣品，再采用S形線路采集一份0～10 cm混合土壤，每個(gè)樣地共1袋混合布袋樣品、5袋剖面布袋樣品、10個(gè)環(huán)刀樣品和10個(gè)小鋁盒樣品，采集時(shí)間是2015年11月至2016年1月，共采集土壤樣品352份。

1.4 樣品分析

土壤重金屬 Zn、Cu、Pb、Cd、Ni采用 HFHNO3-HCLO4消解后，采用火焰光度計(jì)法測定[21]。

1.5 土壤重金屬污染評價(jià)方法

采用單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法進(jìn)行云浮市油茶適生地區(qū)土壤重金屬污染評價(jià)[22]。1.5.1 單因子指數(shù)法 單因子指數(shù)法可以評價(jià)某種元素的污染程度，其計(jì)算公式為：

式中：Pi為重金屬i元素的污染指數(shù)；Ci為重金屬i元素的含量實(shí)測值；本研究中SI選用的是廣東省土壤環(huán)境背景值[23]。在廣東省土壤環(huán)境背景值中，重金屬Cd、Pb、Cu、Zn、Ni的標(biāo)準(zhǔn)值分別為 0.056、36.000、17.000、47.300、14.400 mg/kg。單因子指數(shù)污染的分級標(biāo)準(zhǔn)是：Pi≤1時(shí)，污染水平為非污染；1＜Pi≤2時(shí)，為輕污染；2＜Pi≤3時(shí)，為中污染；Pi＞3時(shí)，為重污染。

1.5.2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法 由于單因子指數(shù)法只能反映出單個(gè)元素的污染水平，不能全面地顯示出某個(gè)地區(qū)土壤的污染的整體水平，而內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法可以兼顧單因子指數(shù)法中的平均值和最高值，突出污染水平高的元素對土壤環(huán)境的影響，因此，可以選用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法進(jìn)行綜合評價(jià)。其計(jì)算公式為：

式中：w為重金屬元素的權(quán)重，Pb、Cu、Cd、Zn 和 Ni的權(quán)重分別為 3、3、3、3、2。

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)的分級標(biāo)準(zhǔn)見表1。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，采用SPSS 19.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析及多重比較[24]，差異顯著水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬含量特征

對云浮市油茶適生地區(qū)樣點(diǎn)的土壤重金屬含量進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析（表2），可知云浮市油茶適生地區(qū)的五種元素的變異系數(shù)均大于50%，變異程度較大，土壤中Cd、Pb、Cu、Zn、Ni元素含量的平均值分別為0.022、17.185、14.465、25.659、10.877 mg/kg， 變 異 范 圍 分 別 為 0.003～0.169、2.717～103.314、1.776～56.595、5.362～102.326、1.115～55.921 mg/kg。

2.2 土壤重金屬含量變異分析

對云浮市各地油茶適生地區(qū)的土壤重金屬含量進(jìn)行變異分析（圖1），并與廣東省土壤環(huán)境背景值和《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618-1995）中的二級標(biāo)準(zhǔn)[25]進(jìn)行比較，結(jié)果表明：5個(gè)重金屬元素在各地之間的含量有顯著差異（P＜0.05），元素Cd各地的含量大小排序?yàn)樵瞥菂^(qū)＞云安區(qū)＞新興縣＞郁南縣＞羅定市，云城區(qū)Cd元素含量是羅定市含量的2.24倍，云浮市各地Cd元素含量的平均值均未超過廣東省土壤環(huán)境背景值和標(biāo)準(zhǔn)值。

云城區(qū)元素Pb的含量最高，為38.344 mg/kg，其次是云安區(qū)、郁南縣、新興縣，羅定市的Pb元素含量最低，為11.139 mg/kg，只有云城區(qū)的Pb含量高于廣東省土壤環(huán)境背景值，其余各地均比廣東省土壤環(huán)境背景值低，與標(biāo)準(zhǔn)相比，云浮市所有地點(diǎn)的Pb元素含量平均值均低于標(biāo)準(zhǔn)值。

表1 土壤綜合污染程度分級標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Classification standards of soil comprehensive pollution grade

表2 云浮市土壤重金屬含量統(tǒng)計(jì)分析Tab.2 Statistical analysis of soil heavy metals of Yunfu city

圖1 云浮市各地區(qū)土壤重金屬含量變異分析Fig.1 Mutation analysis of soil heavy metal content in different areas of Yunfu city

對于元素Cu，各地的平均含量排序?yàn)橛裟峡h（19.868 mg/kg）＞云城區(qū)（17.166 mg/kg）＞云安區(qū)（16.786 mg/kg）＞羅定市（14.842 mg/kg）＞新興縣（8.836 mg/kg），新興縣與其他各地的Cu含量之間均有顯著差異（P＜0.05），含量最高的郁南縣是最低的新興縣含量的2.25倍，郁南縣和云城區(qū)的元素Cu平均含量均大于廣東省土壤環(huán)境背景值，云安區(qū)、羅定市和新興縣的平均含量均小于廣東省土壤環(huán)境背景值，所有地區(qū)的Cu元素平均含量與標(biāo)準(zhǔn)相比，均低于標(biāo)準(zhǔn)值。

元素Zn平均含量最高的地區(qū)是云城區(qū)（40.410 mg/kg），其次是郁南縣（39.715 mg/kg）、云安區(qū)（36.685 mg/kg）、羅定市（22.918 mg/kg），含量最低的地區(qū)是新興縣，為16.803 mg/kg，郁南縣、云城區(qū)和云安區(qū)之間的平均含量無顯著差異，但與羅定市、新興縣的平均含量有顯著差異（P＜0.05），所有地區(qū)的元素Zn平均含量均小于廣東省土壤環(huán)境背景值和標(biāo)準(zhǔn)值。

就元素Ni而言，各地平均含量排名分別是郁南縣、云城區(qū)、云安區(qū)、羅定市、新興縣，與元素Cu含量排名一致，元素Ni平均含量最高的郁南縣是云城區(qū)、云安區(qū)、羅定市、新興縣含量的1.31倍、1.42倍、2.77倍、4.37倍，除云城區(qū)和云安區(qū)之間無顯著差異外，其余各地平均含量之間均有顯著差異（P＜0.05），所有地區(qū)的元素Ni平均含量均小于標(biāo)準(zhǔn)值，與廣東省土壤環(huán)境背景值相比，郁南縣、云城區(qū)、云安區(qū)的平均含量均高于背景值，羅定市和新興縣的平均含量低于背景值。

2.3 云浮市土壤重金屬污染評價(jià)

對云浮市油茶適生地區(qū)土壤重金屬進(jìn)行污染評價(jià)（表3），結(jié)果表明：云浮市重金屬Cd、Pb、Cu、Zn、Ni的單因子指數(shù)值均小于1.0，污染水平為非污染；單因子指數(shù)評價(jià)顯示重金屬Cu的污染水平最高，為0.85，其次是元素Ni（0.75）、Zn（0.54）、Pb（0.47），重金屬Cd的污染水平最低，為0.39；土壤綜合污染指數(shù)為0.73，處于污染等級2，污染程度為警戒線，污染水平為尚清潔。

重金屬Cd處于非污染水平的樣點(diǎn)數(shù)占總樣點(diǎn)數(shù)的95.47%，處于污染水平的樣點(diǎn)數(shù)占4.53%，重金屬Pb和Zn所有樣點(diǎn)中處于重污染水平的樣點(diǎn)數(shù)為0個(gè)，其余元素處于重污染水平的均占0.28%，元素Cd樣點(diǎn)中未被污染的樣點(diǎn)比例最高，元素Cu中未被污染的樣點(diǎn)比例最低，為70.14%，處于輕污染水平的比例元素Cu最高，Cd最低，處于中污染水平的樣點(diǎn)比例中元素Ni最高，元素Zn最低，為0.56%。

對云浮市各地油茶適生地區(qū)土壤重金屬污染進(jìn)行評價(jià)（表4），結(jié)果顯示：郁南縣的單因子指數(shù)值除元素Cu和Ni大于1小于2屬于輕污染外，其余元素均小于1，屬于非污染，郁南縣中元素Ni的污染程度最高，土壤綜合污染指數(shù)為1.38，污染等級為3級，屬于輕污染，表明污染物超過起初污染值，作物開始被污染。

云城區(qū)的元素Pb、Cu、Ni的單因子指數(shù)值均大于1，屬于輕污染，與郁南縣一樣，元素Ni的污染程度最高，Cd的污染程度最低，云城區(qū)的土壤綜合污染指數(shù)為1.15，等級為3級，屬于輕度污染。

云安區(qū)除元素Ni的單因子污染指數(shù)值大于1外，其余各元素的單因子指數(shù)值均小于1，為非污染，元素Ni的單因子指數(shù)值最大，污染程度最高，云安區(qū)的土壤綜合污染指數(shù)大于1，污染等級為3級，表明污染物超過起初污染值，作物開始被污染。

表3 云浮市土壤重金屬污染評價(jià)Tab.3 Evaluation of soil heavy metal pollution in Yunfu city

表4 云浮市各地土壤重金屬污染評價(jià)Tab.4 Evaluation of soil heavy metal pollution in different areas of Yunfu city

羅定市的5種元素的單因子污染指數(shù)值均小于1，均屬于非污染，其中元素Cu的污染程度最高，羅定市的土壤綜合污染指數(shù)為0.71，在0.7和1.0之間，污染等級為2級，程度為警戒線，污染水平為尚清潔。

新興縣與羅定市一樣，5種元素的單因子指數(shù)值均小于1，屬于非污染，Cu的單因子指數(shù)值最大，土壤綜合污染指數(shù)為0.48，小于0.7，綜合污染等級為1級，程度為安全，污染水平為清潔。

3 結(jié)論與討論

云浮市油茶適生地區(qū)的土壤重金屬元素Cd、Pb、Cu、Zn、Ni含量各個(gè)樣點(diǎn)之間的變異程度較大，變異系數(shù)均大于50%，為中強(qiáng)度變異，5種元素含量的總體均值均小于廣東省土壤環(huán)境背景值和《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618-1995）中的二級標(biāo)準(zhǔn)，對于云浮市各地點(diǎn)來說，各個(gè)地點(diǎn)的5種元素平均值也均小于標(biāo)準(zhǔn)值，而與廣東省相比，除云城區(qū)的元素Pb含量平均值大于背景值，郁南縣和云城區(qū)的元素Cu含量均值大于背景值，郁南縣、云城區(qū)和云安區(qū)的元素Ni含量均值比廣東省土壤環(huán)境背景值高外，其余各地各元素的含量均值均小于廣東省背景值。

云浮市油茶適生地區(qū)的單因子污染指數(shù)顯示，5種元素中Cu的污染程度最高，Cd的污染程度最低，但5種重金屬元素的單因子指數(shù)值均小于1.0，為非污染水平。內(nèi)梅羅土壤綜合污染指數(shù)為0.73，大于0.7，處于污染等級中的2級，污染程度為警戒線，污染水平為尚清潔，表明云浮市油茶適生地區(qū)整體來說屬于較清潔，可以因地制宜地種植不同品種的油茶。

而對云浮市各地油茶適生地區(qū)的污染評價(jià)顯示：郁南縣、云城區(qū)和云安區(qū)的土壤綜合污染等級均為3級，屬于輕污染，表明污染物超過起初污染值，作物開始受到污染，羅定市的土壤綜合污染等級為2級，污染水平為尚清潔，只有新興縣的土壤綜合污染指數(shù)小于0.7，等級為1級，污染程度為安全，水平為清潔。因此，需要對郁南縣、云城區(qū)和云安區(qū)的土壤污染進(jìn)行重視，可以采取物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、植物、動物及微生物修復(fù)等[3,26-29]方法進(jìn)行污染治理。雖然羅定市的污染水平為尚清潔，但也需要引起重視，減少人為活動引起的污染，防止土壤受到重金屬的污染。

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