摘 要：以天津市濱海新區(qū)現(xiàn)有的部分基本農(nóng)田、果園、菜地和濕地土壤為研究對象，通過分析土壤中重金屬含量，采用天津市土壤背景值、單項(xiàng)污染指數(shù)和Nemerow綜合污染指數(shù)法評估了不同土地利用條件下的土壤環(huán)境質(zhì)量狀況。結(jié)果表明，土壤樣本中Cu、Zn、Ni、Pb、As及Hg的平均含量高于天津市土壤背景值，而Cd和Cr的含量平均值在土壤背景值以下。綜合污染指數(shù)評價結(jié)果顯示，農(nóng)田的輕度污染率為37.5%，蔬菜地為80%，濕地土壤中為90%。整體而言，農(nóng)田和果園土壤比較清潔，而蔬菜地和濕地土壤存在一定的污染風(fēng)險。

關(guān)鍵詞：濱海新區(qū)；重金屬；土壤污染；綜合評價

中圖分類號：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.05.013

土壤環(huán)境的安全問題是農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境安全的核心，土壤污染與防治已成為環(huán)境科學(xué)和土壤科學(xué)共同關(guān)注的熱點(diǎn)[1]。土壤重金屬污染具有潛伏性、滯留時間長、移動性差等特點(diǎn)，從遭受污染到產(chǎn)生后果有一個逐步積累的過程，因此，對于土壤重金屬污染的監(jiān)測已成為農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)的重要內(nèi)容之一。分析監(jiān)測土壤重金屬元素的含量變化和分布特征，可為調(diào)控土壤重金屬的活性與毒性、制定合理的控制標(biāo)準(zhǔn)及選擇修復(fù)技術(shù)提供必要的理論依據(jù)[2-4]。天津市濱海新區(qū)原來是農(nóng)業(yè)區(qū)，自20世紀(jì)80年代以來，郊區(qū)開始出現(xiàn)較大規(guī)模的企業(yè)，其產(chǎn)生的廢水、固體廢棄物數(shù)量明顯增加，污水排放及工業(yè)固體廢棄物的擴(kuò)散，導(dǎo)致水環(huán)境不斷惡化。地下水污染、污水灌溉及堿渣擴(kuò)散也使得污染物直接或間接進(jìn)入土壤，影響到土壤環(huán)境質(zhì)量，成為該地區(qū)土壤污染的主要原因之一[5-7]。近年來，隨著濱海新區(qū)的快速發(fā)展，土地利用轉(zhuǎn)型使得原有的土壤污染壓力得到一定的緩解，但現(xiàn)有的基本農(nóng)田中依舊存在污染的風(fēng)險。因而，系統(tǒng)地開展農(nóng)田重金屬污染狀況的調(diào)查具有重要的理論和實(shí)際意義。目前，在濱海新區(qū)的環(huán)境監(jiān)測部門中，針對大氣、水體和固廢的監(jiān)測已積累了豐富的資料，而對于土壤污染的數(shù)據(jù)還相對較少。所以，適時地補(bǔ)充該地區(qū)土壤中污染物含量與分布的信息顯得十分必要。本研究以濱海新區(qū)現(xiàn)有的部分基本農(nóng)田、果園、菜地和濕地土壤為研究對象，擬通過分析土壤中重金屬含量，了解其主要污染物的分布特征，以期為正確認(rèn)識該地區(qū)的土壤環(huán)境現(xiàn)狀提供必要的科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 樣品采集

按照土壤的利用現(xiàn)狀選擇了農(nóng)田、蔬菜地、果園及濕地4種類型的土壤。土樣采集于2009年8月，采樣點(diǎn)分布如圖1所示。采集0～20 cm的表層土壤樣品，自然風(fēng)干后磨細(xì)，過0.25 mm土壤篩。土壤理化性質(zhì)參見文獻(xiàn)[8-10]。不同土壤樣品的pH值分布為：農(nóng)田土壤中6.5～7.5之間和>7.5的樣品各占50%；菜地土壤均為6.5～7.5之間；果園土壤均>7.5；濕地土壤90%為6.5～7.5之間，10%為>7.5，并以此作為選擇土壤環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)。

1.2 測定方法

土壤中重金屬Cu、Zn、Pb、Cd、As、Hg、Cr、Ni全量的分析測定按照《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB l5618—1995）[11]和《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 166—2004）[12]規(guī)定的步驟進(jìn)行。所用試劑均為優(yōu)級純或分析純。土壤中銅、鋅、鎳、鉛、鎘、鉻采用鹽酸—硝酸—?dú)浞帷呗人狍w系消解，原子吸收及分光光度法測定；土壤總砷和汞采用硝酸—高氯酸消解，原子熒光光度法。

1.3 土壤污染評價因子及方法

研究區(qū)土壤為城郊土壤，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量：無公害蔬菜產(chǎn)地環(huán)境要求》（GB/T 18407.1—2001）[13]、土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 15618—1995）[11]，選取國標(biāo)中的8種元素（Cu，Zn，Pb，Cd，As，Hg，Cr和Ni）作為評價因子。評價方法采用單項(xiàng)污染指數(shù)和Nemerow綜合污染指數(shù)法[14]。依據(jù)土壤樣本pH值測定結(jié)果，標(biāo)準(zhǔn)限值采用土壤二級指標(biāo)中相應(yīng)的pH值要求（pH 6.5～7.5及>7.5的數(shù)值），農(nóng)田和蔬菜地以農(nóng)田的標(biāo)準(zhǔn)比對，果園土壤采用對應(yīng)的果園標(biāo)準(zhǔn)，濕地土壤采用國家標(biāo)準(zhǔn)中相近的稻田土壤標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。土壤污染等級劃分參照夏家淇[15]及姜芝萍[16]報道的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土地利用方式土壤重金屬分布特征

天津市濱海新區(qū)不同利用狀況下土壤中8種元素含量測定結(jié)果如表1所示。由表1可以看出，研究區(qū)域內(nèi)土壤重金屬含量較天津土壤重金屬背景值[17]有明顯的增加，Cu、Zn、Pb、As、Hg、Ni的測定平均值分別為背景值的2.19，2.30，2.39，1.66，12.46，2.47倍，Hg的增加量最大；Cd和Cr為背景值的0.87和0.99倍，與背景值相當(dāng)。

2.1.1 土壤中Cu含量變化 在4種土地利用類型中，農(nóng)田土壤中銅含量的平均值達(dá)到50.10 mg·kg-1，菜園土壤中為58.59 mg·kg-1，果園土壤中為71.33 mg·kg-1，濕地土壤中為53.90 mg·kg-1。不同土地利用方式的土壤Cu含量變化如圖2所示。由圖2可以看出，農(nóng)田和濕地土壤中不同采樣點(diǎn)之間差異較大，而在蔬菜地之間差異較小，果園土壤中總體上大于其他類型的土壤。濕地中的S19樣點(diǎn)含量最高，達(dá)到128.83 mg·kg-1，這與其處于堿渣堆附近的位置有關(guān)。農(nóng)田采樣點(diǎn)中的S5～S7和濕地中的S25及S26的銅含量相對較低。

2.1.2 不同土地利用方式土壤Zn含量變化 不同利用類型土壤中，農(nóng)田土壤中鋅含量的平均值達(dá)到104.3 mg·kg-1，菜園土壤中為160.1 mg·kg-1，果園土壤中為127.0 mg·kg-1，濕地土壤中為156.6 mg·kg-1。不同土地利用方式的土壤鋅含量變化如圖3所示。由圖3可以看出，農(nóng)田中除S3和S4樣點(diǎn)含量較高外，其他樣點(diǎn)集中在80 mg·kg-1上下；5個菜地土樣的總體含量較高，含量分布在142.87～182.26 mg·kg-1之間；2個果園土壤中鋅含量分別為109.5～144.5 mg·kg-1，顯著低于菜園土壤中的含量；10個濕地土壤中含量差異較大，含量在106.1～247.4 mg·kg-1之間，其中S19樣點(diǎn)的含量最高。

2.1.3 不同土地利用方式土壤Pb含量 不同土地利用方式的土壤鉛含量變化如圖4所示。由圖4可以看出，農(nóng)田土壤中的平均值達(dá)到29.71 mg·kg-1，但S3和S4樣點(diǎn)的含量顯著高于于其他樣點(diǎn)；菜園土壤中平均為49.23 mg·kg-1，各采樣點(diǎn)的鉛含量在40.15～53.74 mg·kg-1之間，總體上含量較高；果園土壤中為35.14 mg·kg-1，盡管2個樣點(diǎn)分布在海河南北，但二者之間差別較??；濕地土壤中平均為44.01 mg·kg-1，除S17和S19樣點(diǎn)的鉛含量達(dá)到73.84和85.67 mg·kg-1外，其他點(diǎn)的含量均在20.08～49.35 mg·kg-1之間。

2.1.4 不同土地利用方式土壤Cd含量 不同土地利用方式中土壤鎘含量變化如圖5所示。由圖5可以看出，農(nóng)田土壤中的平均值達(dá)到0.086 mg·kg-1，菜園土壤中為0.325 mg·kg-1，果園土壤中為0.131 mg·kg-1，濕地土壤中為0.137 mg·kg-1。在全部25個采樣點(diǎn)中，鎘含量在0.060～0.336 mg·kg-1之間，平均值為0.139 mg·kg-1，低于天津市土壤鎘背景值（0.16 mg·kg-1）。農(nóng)田土壤的含量均較低，菜園土壤中有4個樣點(diǎn)超出背景值且含量較高（在0.228～0.303 mg·kg-1之間）、果園和濕地土壤中，除S19樣點(diǎn)含量較高外（0.336 mg·kg-1），其他樣點(diǎn)均低于土壤背景值。

2.1.5 不同土地利用方式土壤As含量 不同土地利用方式的土壤砷含量變化如圖6所示。在4種土地利用類型中，農(nóng)田土壤中的砷含量平均值為14.97 mg·kg-1，菜園土壤為15.92 mg·kg-1，果園土壤為13.54 mg·kg-1，濕地土壤的砷含量最高，達(dá)到18.36 mg·kg-1，但除S19樣點(diǎn)含量較高（31.51 mg·kg-1）外，其他樣點(diǎn)在11.71～20.51 mg·kg-1之間。總體上看，土壤砷含量分布比較均勻，但超出了土壤背景值。

2.1.6 不同土地利用方式土壤Hg含量 不同土地利用方式的土壤汞含量變化如圖7所示。在4種土地利用類型中，農(nóng)田土壤中Hg含量平均值為0.360 mg·kg-1，菜園土壤的砷含量為0.707 mg·kg-1，果園土壤為0.271 mg·kg-1，濕地土壤的砷含量最高，達(dá)到0.768 mg·kg-1。由圖7可以看出，農(nóng)田超出背景值的有3個樣點(diǎn)，菜園和果園中超出背景值的有4個樣點(diǎn)，而在濕地土壤中，90%的樣點(diǎn)超出背景值，表明濕地土壤中汞的累積比較顯著。

2.1.7 不同土地利用方式土壤Cr含量 不同土地利用方式的土壤鉻含量變化如圖8所示。4種不同土地利用類型中，菜園土壤中鉻的平均濃度最高，達(dá)到75.26 mg·kg-1，其次為農(nóng)田73.24 mg·kg-1，果園土壤中為71.06 mg·kg-1， 濕地土壤中為69.22 mg·kg-1。在25個樣點(diǎn)中鉻含量超出背景值的點(diǎn)占38.5%，但總體的平均值為71.86 mg·kg-1，低于背景值72.65 mg·kg-1，不同樣點(diǎn)之間的Cr含量分布比較均勻。

2.1.8 不同土地利用方式土壤Ni含量 不同土地利用方式的土壤鎳含量變化如圖9所示。4種土地利用類型中，菜地土壤的鎳含量平均濃度達(dá)到最高76.10 mg·kg-1，其次為濕地土壤71.90 mg·kg-1，農(nóng)田和果園土壤含量分別為59.36 mg·kg-1和50.28 mg·kg-1。與天津市土壤背景值比較，在供試的25個土樣中Ni含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出背景值，反映出土壤Ni含量的變化是影響該區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量的要素之一。與其他元素類似，在農(nóng)田中的S3～S4樣點(diǎn)、菜地中的S10～S13樣點(diǎn)及濕地中的S17～S25樣點(diǎn)檢出的Ni含量顯著高于其他樣點(diǎn)，反映出其污染途徑具有相似性。

2.2 土壤環(huán)境質(zhì)量狀況評價

以國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，通過計算單項(xiàng)污染指數(shù)和Nemerow綜合污染指數(shù)，得出濱海新區(qū)不同土地利用方式下不同重金屬對土壤環(huán)境質(zhì)量的影響現(xiàn)狀（表2）。依據(jù)土壤樣本pH值測定結(jié)果，標(biāo)準(zhǔn)限值采用土壤二級指標(biāo)值，農(nóng)田和蔬菜地以農(nóng)田的標(biāo)準(zhǔn)比對，果園土壤采用對應(yīng)的果園標(biāo)準(zhǔn)，濕地土壤采用國家標(biāo)準(zhǔn)中相近的稻田土壤標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。

從單項(xiàng)污染指數(shù)來看，采樣區(qū)的25個土壤樣本中Cu、Zn、Pb及Cr的Pi值均小于1，表現(xiàn)為清潔；除濕地土壤中S19樣品外，Cd和As在其他24個樣本中也達(dá)到清潔水平。樣品S19的PCd和PAs分別為1.121及1.260，屬于輕度污染，這與該采樣點(diǎn)位于過去的曬鹽場地附近有關(guān)。Hg和Ni是該地區(qū)污染率較高的元素，在25個樣本中有16個達(dá)到輕度以上的污染水平，污染率均為64%，其中S19的Hg污染達(dá)到中度污染水平，表明該地區(qū)的Hg和Ni存在較大的污染風(fēng)險，并且Hg和Ni的污染分布具有同步性。從不同利用類型土壤中的分布來看，農(nóng)田的輕度污染率為37.5%，蔬菜地為80%，果園屬于清潔，濕地土壤中為90%。分析其污染的原因，Hg和Ni污染與該地區(qū)污水中Hg和Ni排放有密切關(guān)系。濕地土壤主要分布在鹽場、河口區(qū)域，排污河及海河水質(zhì)污染是導(dǎo)致超標(biāo)的主要原因。蔬菜地灌溉量大，灌溉水污染可導(dǎo)致土壤中累積量增大。從樣點(diǎn)分布看，農(nóng)田中的S3和S4、菜地中的S10～S13均分布在海河附近，所以存在較大的污染風(fēng)險。

從綜合污染指數(shù)看，25個樣本中8%屬于輕度污染，包括菜園土壤S10和濕地土壤S19；綜合指數(shù)超過警戒級閾值（>0.7）的樣本數(shù)占52%，包括了農(nóng)田中的S3和S4樣本，菜地土壤中的S11～S13，濕地土壤中的S17、S20～S26樣本；樣本中達(dá)到安全級別的占40%，以農(nóng)田和果園土壤為主。

3 結(jié)論與討論

土壤重金屬的來源受成土母質(zhì)、氣候、人類活動等多種因素的影響，不同地區(qū)、不同種類的土壤、特別是人類活動較為頻繁、容易受到擾動和污染的各種農(nóng)用土地[18]。在針對土壤環(huán)境問題的研究和管理過程中，我國相繼公布了土壤元素背景值和土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，確定了Cu、Zn、Pb、Cd、As、Hg、Cr及Ni等8種重金屬和類金屬元素的含量限值，為土壤污染評估提供了必要的判別參考依據(jù)。由試驗(yàn)結(jié)果可知，除Cd和Cr外，其他元素的平均值均超出公布的天津市土壤元素背景值，其原因一方面與這些元素在土壤中的現(xiàn)存濃度或許較30年前有所增加有關(guān)，另一方面也與當(dāng)年背景值測定時選取的采樣地點(diǎn)和土壤類型有關(guān)。本研究主要是以濱海新區(qū)的土壤為研究對象，而背景值可能包括天津市較大的土壤范圍，其土壤類型會有一定差別，因此，利用背景值僅僅是一種評估污染狀況時的參考，而更主要的是以國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)。

在監(jiān)測的數(shù)據(jù)中，濱海新區(qū)不同類型土壤中Hg和Ni存在較大的污染風(fēng)險，在25個樣本中的污染率均為64%，污染分布具有同步性，并且主要分布在菜地和濕地土壤中。這一現(xiàn)象或許與人為活動導(dǎo)致的水污染有一定關(guān)系。在濱海新區(qū)特定的土壤環(huán)境下，其土壤以砂質(zhì)為主，土層薄，導(dǎo)致水與土壤交換過程加劇，海河水系帶入的污染物及過去曬鹽過程引起的水與土壤中物質(zhì)交換增加也許是其土壤中Hg和Ni元素積累量變化的重要原因。同時土地利用類型對土壤重金屬含量分布的影響具有一定差異，農(nóng)田的輕度污染率為37.5%，蔬菜地為80%，果園屬于清潔，濕地土壤中為90%。綜合污染指數(shù)評價的結(jié)果表明，25個樣本中8%屬于輕度污染，超過警戒級閾值的樣本數(shù)占52%，達(dá)到安全級別的樣本占40%?？傮w上表現(xiàn)為農(nóng)田和果園土壤比較清潔，而蔬菜地和濕地土壤中存在一定的污染風(fēng)險。

關(guān)于土壤污染狀況的評估問題，目前學(xué)者們也有新的認(rèn)識和共識，污染物在土壤中的含量（總量）高低不僅僅是判別土壤是否被污染的唯一依據(jù)，而要結(jié)合污染物受體是否產(chǎn)生危害及危害性的大小進(jìn)行全面評估[19-20]。生物是土壤中的主要受體，污染物是否對生物產(chǎn)生毒害效應(yīng)也需要結(jié)合土壤中污染物的存在形態(tài)、生物的蓄積量和毒性表現(xiàn)形式等多方面因素綜合評判[21-22]。因此，監(jiān)測土壤中重金屬的現(xiàn)存量對于評價土壤可能存在的環(huán)境污染風(fēng)險具有一定的意義。依據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的限值可知，其超標(biāo)量越大則污染的風(fēng)險亦越大。

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