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        瓊海市水稻土重金屬污染現(xiàn)狀及評(píng)價(jià)

        2014-11-14 00:01:01郭彬仝霞魏志遠(yuǎn)
        熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué) 2014年10期
        關(guān)鍵詞:瓊海市重金屬污染

        郭彬 仝霞 魏志遠(yuǎn)

        摘 要 在瓊海市12個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的典型土壤中采集21個(gè)混合土壤樣本,并對(duì)各土壤樣本中重金屬元素Hg、Cd、Cr、Pb和As的含量進(jìn)行測(cè)定,以了解瓊海市水稻土重金屬含量及污染現(xiàn)狀。依據(jù)國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn),采用單項(xiàng)污染指數(shù)法以及內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)土壤中重金屬的污染程度。結(jié)果表明:瓊海市水稻土各重金屬元素的平均含量均小于二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值;表層土壤Pb和Hg、Pb和Cd、As和Cd、As和Pb之間存在顯著相關(guān)性(P<0.01);從單項(xiàng)污染指數(shù)來(lái)看,除了大路鎮(zhèn)存在Cr元素輕度污染外,其他各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均未受到重金屬Hg、Cd、Cr、Pb和As的污染;從全市范圍來(lái)看,僅有大路鎮(zhèn)為警戒級(jí)程度,其他11個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)安全清潔,全市的綜合污染指數(shù)僅為0.32,說(shuō)明全市水稻土環(huán)境質(zhì)量狀況整體清潔,處于安全水平。

        關(guān)鍵詞 水稻土 ;重金屬污染 ;污染指數(shù)法 ;瓊海市

        分類(lèi)號(hào) X825

        重金屬具有不易分解、易積聚的特點(diǎn),是土壤環(huán)境中具有潛在危害的一類(lèi)污染物。近年來(lái),國(guó)內(nèi)土壤重金屬污染事故發(fā)生較為頻繁,不但嚴(yán)重威脅土壤環(huán)境與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全,還可以通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體,危害人們身體健康,甚至危及社會(huì)穩(wěn)定[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)約有56%的蔬菜,34%的農(nóng)畜產(chǎn)品和20%的糧食存在質(zhì)量安全隱患,損害民眾健康[2]。因此,土壤重金屬污染問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)注,并試圖運(yùn)用各種手段對(duì)重金屬污染進(jìn)行評(píng)價(jià)。就海南而言,土壤重金屬污染也已引起了人們的普遍關(guān)注。趙志忠[3]、李福燕[4]、郝麗虹[5]等人對(duì)海南農(nóng)用地重金屬污染進(jìn)行了研究。筆者曾參與了海南儋州、文昌地區(qū)水稻土重金屬污染的調(diào)查與評(píng)價(jià)工作[6-7]。為了進(jìn)一步摸清海南冬季瓜菜主產(chǎn)區(qū)的農(nóng)田重金屬污染現(xiàn)狀,作者對(duì)瓊海市水稻田土壤Hg、Cd、Cr、Pb、As等5種重金屬元素的污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià),以期為創(chuàng)建農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全生產(chǎn)基地提供科學(xué)依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 研究區(qū)概況

        瓊海市地處海南省東部,東鄰南海,東北連文昌市,南靠萬(wàn)寧市,西與定安、屯昌、瓊中縣交界,位于北緯18°58′~19°28′和東經(jīng)110°07′~110°40′。全市轄嘉積鎮(zhèn)、塔洋鎮(zhèn)、萬(wàn)泉鎮(zhèn)、長(zhǎng)坡鎮(zhèn)、石壁鎮(zhèn)、大路鎮(zhèn)、中原鎮(zhèn)、會(huì)山鎮(zhèn)、博鰲鎮(zhèn)、潭門(mén)鎮(zhèn)、龍江鎮(zhèn)、陽(yáng)江鎮(zhèn)等12個(gè)鎮(zhèn),轄區(qū)內(nèi)還有5個(gè)國(guó)營(yíng)農(nóng)場(chǎng)、1個(gè)華僑農(nóng)場(chǎng)和1個(gè)國(guó)營(yíng)林場(chǎng),總面積1 692 km2,總?cè)丝?9.6萬(wàn)人。該市屬于熱帶季風(fēng)及海洋濕潤(rùn)氣候區(qū),年平均氣溫24℃,年平均降雨量2 072 mm,年平均日照2 155 h,年平均輻射量為4.974×105 J,終年無(wú)霜雪。轄區(qū)內(nèi)土壤類(lèi)型主要包括:磚紅壤、水稻土、燥紅土、赤紅壤、濱海沙土、新積土、珊瑚沙土、黃壤、紫色土、沼澤土、石灰(巖)土、火山灰土、石質(zhì)土、酸性硫酸鹽土、濱海鹽土等15大類(lèi),其中以稻土、磚紅壤水分布范圍最廣[8]。

        1.2 方法

        1.2 樣品采集與處理

        研究樣品為水稻土,主要分布在瓊海市12個(gè)鎮(zhèn)。樣品采集考慮重金屬空間變異的分布特性,布點(diǎn)采用非均勻性方法,保證每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)不少于1個(gè)樣品。采樣布點(diǎn)主要在遠(yuǎn)離交通道路和工業(yè)區(qū),且集中連片的水稻田洋。每個(gè)樣品分別在100 m×100 m范圍內(nèi),視情況采用梅花法、對(duì)角線(xiàn)法或蛇形法采集15~20個(gè)樣點(diǎn),取0~20 cm耕層土壤組成混合樣品,按四分法保留分析樣品1 kg左右。本研究共采集21個(gè)樣本,樣點(diǎn)分布情況詳見(jiàn)表1。在樣品采集、混合、裝袋、粉碎、研磨等處理過(guò)程中,為防止人為因素的干擾,均采用瑪瑙、木頭和塑料等材質(zhì)用具[9]。

        土壤pH值采用電位法測(cè)定[10];土壤中總砷的測(cè)定采用硼氫化鉀—硝酸銀分光光度法[11];土壤中總汞的測(cè)定采用冷原子吸收分光光度法[12];土壤中鉛、鎘的測(cè)定采用 KI-MIBK萃取火焰原子吸收分光光度法[13];土壤中總鉻的測(cè)定采用火焰原子吸收分光光度法[14]。上述5種重金屬分析嚴(yán)格按GB/T(17134-17140)-1997的要求,由通過(guò)國(guó)家質(zhì)量雙認(rèn)證的“地質(zhì)礦產(chǎn)部海南省中心實(shí)驗(yàn)室”進(jìn)行測(cè)定。

        1.2.2 土壤評(píng)價(jià)

        1.2.2.1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

        依據(jù)國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB15618—1995)的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行評(píng)價(jià)[15],具體指標(biāo)與限值詳見(jiàn)表2。

        1.2.2.2 評(píng)價(jià)模式

        在單項(xiàng)污染指數(shù)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,采用內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法對(duì)土壤重金屬污染現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)[16-17]。

        單項(xiàng)污染指數(shù)法:Pi=Ci/Si

        式中:Pi為土壤中污染物i的環(huán)境質(zhì)量指數(shù);Ci為污染物i的實(shí)測(cè)值(mg/kg);Si為污染物i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(mg/kg)。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。

        綜合污染指數(shù)法(N. L. Nemerow):

        P綜=

        +

        式中:P綜為土壤環(huán)境綜合污染指數(shù);()max為污染物中污染指數(shù)最大值;()ave為各污染指數(shù)平均值。當(dāng)P綜<0.7時(shí),表示土壤清潔安全;當(dāng)0.73時(shí),表示土壤屬于重度污染。

        土壤污染物分擔(dān)率[18]:Wi=(Pi/Pi)×100%

        式中:Wi為土壤污染物的分擔(dān)率(%),n為樣品個(gè)數(shù)。

        1.2.3 統(tǒng)計(jì)分析

        采用Excel和 SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 重金屬含量

        從表3可知,全市土壤5種重金屬的含量?jī)H有20號(hào)樣(大路鎮(zhèn))的Cr元素超標(biāo),超標(biāo)率占4.8%。各元素的平均含量依次為:Hg 0.061、Cd 0.101、Cr 50.08、Pb 19.73、As 3.53 mg/kg,均小于GB15618-1995的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值,表明土壤環(huán)境總體良好。各元素變異系數(shù)的大小依次為:Cr(136.17%)>As(106.53%)>Hg(83.76%)>Pb(50.40%)>Cd(50.01%),變異系數(shù)均大于50%,這與柯賢忠等人的研究相符[19],表明各樣點(diǎn)間的重金屬數(shù)據(jù)均具有一定的離散度,其中Cr和As的變異系數(shù)相對(duì)于其它3種重金屬元素較大,說(shuō)明Cr和As的離散度較高,在各樣點(diǎn)的分布不均勻,易受人為因素?cái)_動(dòng)[20]。

        2.2 重金屬含量的相關(guān)分析

        重金屬之間的相關(guān)系數(shù)可以反映是否存在相似的來(lái)源途徑,一般相關(guān)系數(shù)較高的重金屬之間依存關(guān)系較強(qiáng),說(shuō)明來(lái)源于相似途徑的可能性較大;相關(guān)系數(shù)較低則依存關(guān)系弱,來(lái)源途徑也不盡相同[21]。由表4可知,Pb和Hg、Pb和Cd、As和Cd、As和Pb之間存在顯著的相關(guān)性(P<0.01),說(shuō)明這些重金屬存在相同污染源的可能性較大。

        2.3 土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

        通過(guò)表5分析可知,全市水稻土單項(xiàng)污染指數(shù)僅有20號(hào)樣(大路鎮(zhèn))的Cr大于1,說(shuō)明此樣點(diǎn)已遭受Cr污染;各重金屬元素的單項(xiàng)污染指數(shù)平均值依次為:Cd(0.34)>Hg(0.20)=Cr(0.20)>As(0.12)>Pb(0.08),平均值都小于1,說(shuō)明全市水稻土整體上處于安全水平。

        從土壤污染物分擔(dān)率來(lái)看,各重金屬元素分擔(dān)率的平均值依次為:Cd(39.12%)>Hg(21.49%)>Cr(18.24%)>As(12.13%)>Pb(9.02%),Cd元素指數(shù)的分擔(dān)率與其它元素相比,總體處在較高水平,說(shuō)明重金屬Cd對(duì)土壤的污染貢獻(xiàn)率較大,即全市的綜合污染程度主要受Cd元素的影響。因此,今后如果要將全市水稻土環(huán)境質(zhì)量控制在安全水平,須重點(diǎn)監(jiān)測(cè)重金屬Cd的動(dòng)態(tài)變化。

        從綜合污染指數(shù)看,全市水稻土各樣點(diǎn)的綜合污染指數(shù)在0.14~0.98,僅有20號(hào)樣(大路鎮(zhèn))達(dá)到警戒級(jí)程度,主要原因是由于Cr元素的超標(biāo),其污染尚處于清潔水平;除了20號(hào)樣點(diǎn),其它樣點(diǎn)的綜合污染指數(shù)均小于0.7,說(shuō)明全市水稻土環(huán)境狀況良好。從全市來(lái)看,綜合污染指數(shù)平均值為0.32,屬于安全水平。

        3 討論與結(jié)論

        研究表明,瓊海市水稻土pH值均小于6.5,土壤中5種重金屬元素的平均含量依次為:Hg 0.061、Cd 0.101、Cr 50.08、Pb 19.73 mg/kg和As 3.53 mg/kg,均小于GB15618-1995的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值,僅有一處(20號(hào)樣點(diǎn))Cr元素超標(biāo),表明土壤環(huán)境總體良好。經(jīng)相關(guān)性分析表明,As和Cd、As和Pb、Pb和Hg、Pb和Cd之間來(lái)自相同污染源的可能性較大,在土壤環(huán)境污染治理中要考慮是否存在多種元素的復(fù)合污染問(wèn)題。

        瓊海市水稻土各重金屬元素的單項(xiàng)污染指數(shù)整體處在安全水平范圍,其平均值都小于1,僅有一處遭受Cr污染(20號(hào)樣點(diǎn))。從土壤污染物分擔(dān)率來(lái)看,各元素單項(xiàng)污染指數(shù)分擔(dān)率的平均值為:Cd>Hg>Cr>As>Pb,全市的綜合污染程度主要受重金屬Cd元素的影響。全市21個(gè)樣點(diǎn)中僅有一處為警戒級(jí)程度,其它樣點(diǎn)處于安全水平。從綜合污染指數(shù)看,全市的綜合污染指數(shù)平均值為0.32,屬于安全水平。綜合以上結(jié)果表明,瓊海市水稻土整體環(huán)境質(zhì)量狀況良好,有利于創(chuàng)建農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地,保障農(nóng)產(chǎn)品的安全生產(chǎn)和有效供給。

        參考文獻(xiàn)

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