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)

[1] 周建軍，周 桔，馮仁國(guó). 我國(guó)土壤重金屬污染現(xiàn)狀及治理戰(zhàn)略[J].中國(guó)科學(xué)院院刊，2014，29（3）：315-320.

[2] 胡 明.陜西潼關(guān)縣農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染評(píng)價(jià)[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（4）：141-143.

[3] 趙志忠，王 鵬，趙廣儒，等. 海南島西部農(nóng)用地表層土壤重金屬富集研究[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，21（1）：136-139.

[4] 李福燕，李許明，楊 帆，等. 海南島農(nóng)田土壤重金屬污染的評(píng)價(jià)及其來(lái)源分析[J].海南大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版，2013，（31）3：211-217.

[5] 郝麗虹. 基于GIS的海南島農(nóng)用地土壤重金屬污染評(píng)價(jià)[J]. 中國(guó)科技投資，2013（4）：41-44.

[6] 呂烈武，郭 彬，漆智平. 海南省萬(wàn)寧市水稻土重金屬污染的初步研究[J]. 熱帶作物學(xué)報(bào)，2009，30（7）：1023-1027.

[7] 魏志遠(yuǎn)，郭 彬，漆智平. 海南省文昌市水稻土重金屬污染評(píng)價(jià)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（35）：17 616-17 619.

[8] 鮑征宇，韓吟文. 海南島優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品生態(tài)地球化學(xué)研究成果報(bào)告[R]. 海口：海南省地質(zhì)調(diào)查研究院，2002.

[9] 鄧秋靜，宋春然，謝鋒等. 貴陽(yáng)市耕地土壤重金屬分布特征及評(píng)價(jià)[J]. 土壤，2006，38（1）：53-60.

[10] 魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社，2000：12-14.

[11] GB/T 17134-1997，土壤質(zhì)量總砷的測(cè)定二乙基二硫代氨基甲酸銀分光光度法[S].

[12] GB/T 17136-1997，土壤質(zhì)量總汞的測(cè)定冷原子吸收分光光度法[S].

[13] GB/T 17140-1997，土壤質(zhì)量鉛、鎘的測(cè)定KI-MIBK萃取火焰原子吸收分光光度法[S].

[14] GB/T 17137-1997，土壤質(zhì)量總鉻的測(cè)定火焰原子吸收分光光度法[S].

[15] 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社總編室.中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)匯編第209卷[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1996：359-361.

[16] 葉文虎，欒勝基. 環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)學(xué)[M]. 北京：高等教育出版社，1999：162-167.

[17] NY/T 395-2000，農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].

[18] 鄧秋靜，宋春然，謝 鋒，等. 貴陽(yáng)市耕地土壤重金屬分布特征及評(píng)價(jià)[J]. 土壤， 2006，38（1）：53-60.

[19] 柯賢忠，程緒江，謝淑云，等.基于多重分形的表層土壤中重金屬元素來(lái)源分析——以海南省瓊海市為例[J].地質(zhì)科技情報(bào)，2010，29（1）：97-102.

[20] 呂建樹(shù)，張祖陸，劉 洋，等.日照市土壤重金屬來(lái)源解析及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].地理學(xué)報(bào)，2012（7）：971-984.

[21] 鄭袁明，羅金發(fā)，陳同斌，等. 北京市不同土地利用類(lèi)型的土壤鎘含量特征[J]. 地理研究，2005，24（4）：542-548.