喻 鵬，馬 騰，唐仲華，甘義群，鄧青軍

（1.中國地質(zhì)大學環(huán)境學院，湖北武漢430074；2.武漢市政工程設計研究院，湖北武漢430074）

江漢-洞庭平原農(nóng)業(yè)土壤重金屬綜合評價

喻 鵬1，馬 騰1，唐仲華1，甘義群1，鄧青軍2

（1.中國地質(zhì)大學環(huán)境學院，湖北武漢430074；2.武漢市政工程設計研究院，湖北武漢430074）

針對江漢-洞庭平原農(nóng)業(yè)土壤受重金屬（Cu，Pb，Zn，Cr，Cd，Hg，As）污染的狀況進行系統(tǒng)調(diào)查后，根據(jù)取樣測試結(jié)果對土壤無機污染物含量進行特征分析.參照研究區(qū)土壤地球化學背景評價標準，采用單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對研究區(qū)農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染狀況進行綜合評價.結(jié)果表明：研究區(qū)7種單要素污染程度大小依次為Hg，Zn，As，Pb，Cd，Cu，Cr，相比較而言，Hg污染為主要污染元素，研究區(qū)大部分區(qū)域Hg超標，且同污染物外源性關系密切.整體而言，江漢-洞庭平原綜合污染指數(shù)較往年統(tǒng)計值有走高趨勢，農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境質(zhì)量達輕度污染級別.

江漢-洞庭平原；農(nóng)業(yè)土壤；重金屬；綜合評價；污染分級

江漢-洞庭平原區(qū)是我國重要的商品糧基地和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，多年來工農(nóng)業(yè)污染物的大規(guī)模排放及平原區(qū)農(nóng)藥化肥的泛濫造成了土壤環(huán)境質(zhì)量日趨下降［1］.基于平原區(qū)土壤污染現(xiàn)狀，許多學者就該區(qū)土壤重金屬污染規(guī)律乃至污染修復技術(shù)等方面開展了研究工作［2-3］.周濤等［4］對長沙城市土壤地質(zhì)環(huán)境進行了質(zhì)量評價.于婧等［5］、田應兵等［6］對江漢平原農(nóng)田及城郊的土壤重金屬進行了綜合評價，為研究區(qū)土壤治理及環(huán)保提供了量化的依據(jù).其中單獨針對江漢平原及大平原區(qū)局部點帶土壤重金屬評價較多，以整個江漢-洞庭土壤環(huán)境為目標的研究工作權(quán)重略低.

筆者以江漢-洞庭平原為基背景，采用單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對其土壤重金屬累積狀況進行分析，同時進一步綜合評價其分布的基本態(tài)勢及變化趨勢，旨在為該區(qū)土壤環(huán)境污染的監(jiān)測與防治提供一定參考［4-8］.

1 研究區(qū)概況

江漢-洞庭平原由江漢平原和洞庭平原組成，江漢平原南部與洞庭平原北部相連為一體，合稱兩湖平原.研究區(qū)介于北緯28°30′～31°10′、東經(jīng)111° 40′～114°16′間，總面積約5.0×104km2.江漢平原西起枝江，東迄武漢，北至鐘祥，南望洞庭湖濱，面積約3.2×104km2.洞庭平原地跨湘、鄂兩省，是以洞庭湖為軸心闊至湖南北及荊江南的河湖沖積平原區(qū)，面積約1.8×104km2.

2 材料與方法

2.1 采樣原則與處理

江漢-洞庭平原地勢由邊緣向中心呈階梯式下降、傾斜，并由西向東緩傾，根據(jù)原區(qū)冬寒夏熱、春雨秋旱、雨量充沛的氣候特點以及城市的快速擴張和農(nóng)田大量流失的土地利用變化特點，以控制整個研究區(qū)為目標，以具有代表性、準確性、合理性和科學性為原則［9-11］，采集的土地種類主要有水稻田、裸地、菜地、棉花地、苗圃基地以及林地等，根據(jù)地形采用蛇形采樣，采集深度為0～20 cm.每20 km2采集5個樣品混合成一個土樣，取樣質(zhì)量不小于500 g，共采集109個土壤樣品，采樣點位置如圖1所示.采用自然風干方式干燥樣品，然后將風干樣品用木棍壓碎，揀去石礫、殘根等雜物，以四分法留下土樣200 g，用陶瓷研缽進行研磨，過20目尼龍篩，再充分混勻待測.

圖1 江漢-洞庭平原土壤采樣點示意圖

2.2 測定項目與方法

根據(jù)國家《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》（GB15618—2008）和研究區(qū)土壤特點，由華中農(nóng)業(yè)大學土壤實驗室進行分析.將所取土壤樣品進行無機污染物元素分析：汞（硝酸-硫酸-五氧化二釩消解后，原子熒光測定［12］）；全鋅、全銅（鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸消解后，原子吸收測定［13］）；鎘、鉛、鉻（鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸消解后，石墨爐原子吸收測定［14-15］）；砷（硝酸-鹽酸-高氯酸消解后，原子熒光測定［16］）.

2.3 評價模型與標準

由于《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》（GB15618—2008）與研究區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀存有一定差距，為更合理地展現(xiàn)平原區(qū)土壤重金屬的變化特征，依據(jù)實際情況，綜合采用第4系洞庭湖組湖沼相沉積區(qū)土壤地球化學參數(shù)作為背景評價標準［17］（見表1），同時采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅污染綜合指數(shù)法［18-20］來評價土壤污染狀況.

表1 江漢-洞庭平原土壤地化背景評價標準

單因子污染指數(shù)的計算公式為

式中：pi為i污染物指數(shù)；ci為i污染物實測值；si為 i污染物評價標準.

內(nèi)梅羅污染綜合指數(shù)法計算公式為

2.4 土壤質(zhì)量分級標準

綜合污染指數(shù)全面綜合反映了污染物對土壤污染的不同程度，同時充分考慮了高含物質(zhì)對土壤環(huán)境質(zhì)量的影響.采用該指數(shù)模擬Cu，Pb，Zn，Cr，Cd，Hg，As等7種重金屬元素對土壤的污染程度，使得土質(zhì)的等級評定更客觀.兼顧考慮單項污染指數(shù)，以表示某一有害物質(zhì)的影響，值越高元素對綜合污染指數(shù)的貢獻率和影響就越大.結(jié)合平原區(qū)實際和相關標準，將土壤污染等級進行劃分，見表2.

表2 土壤污染分級標準

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤無機污染物累積分布

對土樣測試結(jié)果進行分析，統(tǒng)計結(jié)果見表3，對照表1，除Cr，Cu，Mn元素外其他元素均在一定程度上超過標準值.Cd平均質(zhì)量比為0.15 mg·kg-1，變化幅度0.05～0.33 mg·kg-1，超標率為3％，超標主要在岳陽等地呈點狀分布；Pb平均質(zhì)量比為20.86 mg·kg-1，變化幅度為8.35～55.19 mg· kg-1，超標率為16％，超標點集中于在長沙、岳陽等地；Zn平均質(zhì)量比為84.06 mg·kg-1，變化幅度19.11～126.87 mg·kg-1，超標率21％，超標點主要分布在岳陽、荊州、仙桃等地；As平均質(zhì)量比為10.23 mg·kg-1，變化幅度3.64～23.96 mg·kg-1，超標率23.7％，超標點主要分布洞庭湖周邊及仙桃等地；Hg平均質(zhì)量比為0.12 mg·kg-1，變化幅度0.01～0.37 mg·kg-1，超標率達58％，在平原大部分地區(qū)均超過背景值.

表3 江漢-洞庭平原土壤重金屬數(shù)據(jù)基本統(tǒng)計特征

3.2 土壤重金屬污染綜合評價

研究區(qū)各監(jiān)測點重金屬含量及污染評價指數(shù)如表4所示，結(jié)果顯示Cd單因子指數(shù)變化范圍為0.19～1.22，平均值為0.54；Cr單因子指數(shù)變化范圍為0.06～0.51，平均值為0.14；Cu單因子指數(shù)變化范圍為0.28～0.72，平均值為0.45；Pb單因子指數(shù)變化范圍為0.30～1.98，平均值為0.75；Zn單因子指數(shù)變化范圍為0.53～1.30，平均值為0.86；As單因子指數(shù)變化范圍為0.42～1.98，平均值0.84；Hg單因子指數(shù)變化范圍為0.18～5.11，平均值為1.63.研究區(qū)平均單因子污染指數(shù)大小順序為Hg，Zn，As，Pb，Cd，Cu，Cr.

表4 監(jiān)測點重金屬含量及污染指數(shù)

續(xù)表

從綜合污染指數(shù)看，各監(jiān)測點綜合污染指數(shù)關系見圖2，結(jié)合表4可知，監(jiān)測點2，10，13污染指數(shù)為3～4，屬重度污染級別；監(jiān)測點1，3，4，5污染指數(shù)為2～3，屬中度污染級別；監(jiān)測點6，7，8，9，11，12，14，15，16，29，32的污染指數(shù)均為1～2，處于輕度污染級別，上述各監(jiān)測點均需采取相應措施進行保護；監(jiān)測點26，27，35綜合污染指數(shù)均小于0.7，處于安全級別；其余監(jiān)測點綜合污染指數(shù)則為0.7～1.0，處于警戒線級別.結(jié)合每類重金屬平均污染指數(shù)及內(nèi)梅羅算式，估算綜合污染總指數(shù)為1.27，顯示平原區(qū)整體屬輕度污染級別.

從土壤重金屬累積狀況上看，平原區(qū)表層土壤Cd高積區(qū)主要分布在荊州洪湖-岳陽-仙桃-湘江長沙段周邊，主要因岳陽段內(nèi)鋅礦的工業(yè)污染和遠距遷移形成（見圖3）.圖4中表層土壤Cr高積區(qū)主要分布于洞庭湖中央湖積平原、孝感應城等地，與第4系洞庭湖組湖沼相沉積地質(zhì)環(huán)境及應城周邊分布的化工廠有直接聯(lián)系；圖5中表層土壤Cu高積區(qū)主要分布在江漢平原中部地區(qū)-益陽-湘江沿岸，面積分布較廣，這和土壤Cu的原始積累及工農(nóng)業(yè)污染有關；圖6中表層土壤Pb高積區(qū)主要分布于長沙望城-岳陽-益陽桃江等地，主要受長株潭及周邊城市大規(guī)模城建中工業(yè)生產(chǎn)影響；圖7中表層土壤Zn高積區(qū)分布于平原區(qū)中部-長沙湘江沿岸等地，由于分布范圍廣，究其原因可能與原生地質(zhì)環(huán)境有關；表層土壤As高積區(qū)主要分布在長沙、仙桃沙湖鎮(zhèn)等地并呈點狀分布，當?shù)卦刭|(zhì)環(huán)境影響權(quán)重也偏大（見圖8）；表層土壤Hg總體呈南高北低的趨勢，高積區(qū)主要分布于常德市南-茅草街-岳陽湘陰-屈原農(nóng)場等地，土壤中長期積累同當?shù)鼗ぁ⒁苯鸬韧庠葱怨I(yè)廢棄物造成的污染疊加有關，這在其偏高的變異系數(shù)值上同樣得到驗證（見圖9）.

圖2 監(jiān)測點綜合污染指數(shù)對比

圖3 Cd含量累積示意

圖4 Cr含量累積示意

圖5 Cu含量累積示意

圖6 Pb含量累積示意

圖7 Zn含量累積示意

圖8 As含量累積示意

圖9 Hg含量累積示意

依照農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境質(zhì)量評價結(jié)果，劃分出平原區(qū)污染級別，見圖10.安全土地主要分布于中部大部分農(nóng)田保護區(qū)；警戒級別土地主要分布在平原區(qū)周邊丘陵、崗地；輕度污染土地主要分布在城市周邊農(nóng)田或部分河湖兩岸平原農(nóng)業(yè)用地，中度污染土地主要分布在應城、仙桃、荊州及常德、益陽大型工業(yè)園區(qū)周邊農(nóng)業(yè)用地；重度污染土地則主要以點狀散布在應城周邊，湘江沿岸部分林地及常德、岳陽等農(nóng)業(yè)用地帶.

圖10 江漢-洞庭平原農(nóng)業(yè)土壤污染分區(qū)

4 結(jié) 論

在土壤樣品無機污染物測試結(jié)果的基礎上運用單因子指數(shù)法及內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評價了江漢-洞庭平原重金屬污染程度，結(jié)果顯示其農(nóng)業(yè)土壤污染程度大小順序依次為Hg，Zn，As，Pb，Cd，Cu，Cr，其中大部分區(qū)域Hg超標.平原區(qū)整體綜合污染指數(shù)1.27，較往年統(tǒng)計值有走高趨勢，農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境遭輕度污染，總體狀況不樂觀.同時若干點帶農(nóng)業(yè)土壤監(jiān)測工作基礎薄弱直接影響對重金屬分布變化趨勢的了解，建議在采取相應措施防止其進一步污染的同時，在基本農(nóng)田保護區(qū)布設一定密度的綜合監(jiān)測網(wǎng)，對農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境的監(jiān)測和治理中加強對工農(nóng)業(yè)廢棄物達標排放程度的監(jiān)控及重金屬元素的污染防治研究，以便更合理地利用其農(nóng)業(yè)土地資源.

（

）

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（責任編輯 祝貞學）

Com prehensive evaluation of heavy metal for agricultural environmental soil of Jianghan-Dongting p lain

Yu Peng1，Ma Teng1，Tang Zhonghua1，Gan Yiqun1，Deng Qingjun2
（1.School of Environmental Studies，China University of Geosciences，Wuhan，Hubei 430074，China；2.Wuhan Municipal Engineering Design and Research Institute，Wuhan，Hubei430074，China）

Based on the systemic investigation of pollution status by heavy metals of Cu，Pb，Zn，Cr，Cd，Hg and As to agricultural soil environment of Jianghan-Dongting plain，the characteristics of inorganic pollutant contents were analyzed.Based on the soil geochemistry background values，singlefactor index method and Nemerow comprehensive pollution index method were used in comprehensive assessment of agricultural environmental soil heavymetal pollution condition in research area.The results show that the pollution of Hg is themost seriouswhich is closely related to exogenous pollutants，and the pollution decreasing extent of other factors is Hg，Zn，As，Pb，Cd，Cu，Cr.The comprehensive assessment illuminates that the comprehensive pollution index has higher tendency compared to previous statistics，and the agricultural soil environmental quality of study area is slightly polluted.

Jianghan-Dongting plain；agricultural environmental soil；heavymetal；comprehensive assessment；pollution classification

X825

A

1671-7775（2015）05-0550-07

喻 鵬，馬 騰，唐仲華，等.江漢-洞庭平原農(nóng)業(yè)土壤重金屬綜合評價［J］.江蘇大學學報：自然科學版，2015，36（5）：550-556.

10.3969/j.issn.1671-7775.2015.05.010

2014-11-28

中國地調(diào)局示范項目（1212011120084）

喻 鵬（1987—），男，安徽安慶人，博士研究生（groundwatermodel@163.com），主要從事地下水滲流及其數(shù)值模擬相關的研究.

馬 騰（1972—），男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，教授，博士生導師（mateng45@sina.com），主要從事地下水污染與防治研究.