全 勇,龔聲信,李學(xué)艷,馬 鵬,唐玉鳳
(昭通市農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站,云南 昭陽 657000)
綏江縣耕地土壤環(huán)境質(zhì)量分析評價
全 勇,龔聲信,李學(xué)艷,馬 鵬,唐玉鳳*
(昭通市農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站,云南 昭陽 657000)
【目的】為了解綏江縣的土壤環(huán)境質(zhì)量狀況,參照《無公害食品蔬菜產(chǎn)地環(huán)境條件標(biāo)準(zhǔn)》、《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》以及《有機農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》,對耕地土壤的重金屬元素鉛、汞、鎘、鉻、砷含量以及pH值進(jìn)行測定分析。【方法】選用單因子污染指數(shù)法和常用的Nemero綜合污染指數(shù)法2種方法,對研究區(qū)域的土壤環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合評價?!窘Y(jié)果】分析結(jié)果表明,綏江縣的土壤pH值在4.8~7.92,均值為6.48,土壤偏酸;綏江縣土壤樣品的重金屬平均含量分別為鉛30.65 mg/kg,鎘0.15 mg/kg,汞0.17 mg/kg,砷3.01 mg/kg,鉻100.87 mg/kg,均低于《無公害食品蔬菜》(NY-5010-2001)中的標(biāo)準(zhǔn)限值。重金屬平均變異程度順序為砷>汞>鉻>鉛>鎘?!窘Y(jié)論】綜合污染指數(shù)法和單項污染指數(shù)法的評價結(jié)果顯示,本研究區(qū)域的土壤環(huán)境質(zhì)量尚未監(jiān)測到重金屬污染,達(dá)到無公害蔬菜產(chǎn)地和A級綠色食品產(chǎn)地環(huán)境的質(zhì)量要求,但不能滿足有機農(nóng)業(yè)產(chǎn)地的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。
綏江縣;土壤質(zhì)量;分析;評價
【研究意義】土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可或缺的自然資源,也是重要的環(huán)境要素,耕地質(zhì)量是土壤特征的綜合反映,也是揭示土壤條件最敏感的指標(biāo)[1],直接影響農(nóng)作物的質(zhì)量和產(chǎn)量,進(jìn)而影響人體健康及社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展,體現(xiàn)人類活動對土壤的影響[2]。隨著城市、工業(yè)、交通、采礦及農(nóng)村經(jīng)濟的快速發(fā)展,土壤承接著各類垃圾、廢氣和廢水的污染,同時農(nóng)業(yè)自身產(chǎn)生的面源污染也在逐年加劇,導(dǎo)致中國耕地質(zhì)量急劇下降,工礦業(yè)廢棄地土壤環(huán)境問題突出[3],不僅影響農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量,還會通過食物鏈影響人類健康[4]。土壤重金屬因不能被微生物降解、可通過食物鏈被生物富集等特點給人類健康造成極大危害[5],土壤重金屬污染問題也受到高度關(guān)注?!厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前,土壤環(huán)境質(zhì)量綜合評價的方法較多,主要有單項污染指數(shù)法[6-7]、內(nèi)梅羅指數(shù)[8]、模糊綜合評價法[9]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[10]、支持向量機法[11]、密切值法[12]、綜合標(biāo)識指數(shù)法[13]和分級貼近度法[14]等,但受其準(zhǔn)確性和適用范圍限制,真正能推廣的很少[15]。任婧[16]等應(yīng)用單污染指數(shù)法和Nemero污染指數(shù)法對貴陽白云區(qū)工業(yè)區(qū)周邊水稻重金屬含量進(jìn)行評價,取得了較為理想的結(jié)果?!颈狙芯康那腥朦c】綏江縣地處滇東北金沙江下游,是國家級貧困縣,同時也是云南省重要的優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地,了解綏江縣耕地質(zhì)量狀況對保護(hù)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、增加農(nóng)民收入具有重要意義。因此,文章選取昭通市綏江縣為研究區(qū)域,對耕地土壤中的鉛、汞、鎘、鉻、砷等5種重金屬元素含量進(jìn)行檢測分析。【擬解決的關(guān)鍵問題】因此,文章采用較為成熟、計算簡單的單因子污染指數(shù)法和常用的Nemero綜合污染指數(shù)法2種方法對分析結(jié)果進(jìn)行評價,以期為綏江縣的耕地質(zhì)量狀況提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
1.1 研究區(qū)概況
綏江縣位于云南省東北部,金沙江南岸,地處東經(jīng)103°47′~104°16′,北緯28°21′~28°40′,西北與四川省雷波縣、屏山縣隔江相望。綏江縣地形由南向北傾斜,南高北低,屬北亞熱帶季風(fēng)海洋氣候,立體差異大,氣候溫和,光照多,降雨充沛集中,濕度大,年均濕度高達(dá)70 %。綏江縣土壤包括6個土類、10個亞類、8個土屬、23個土種;潮土占0.76 %,紫色土占28.90 %,水稻土占4.80 %,黃壤土占28.30 %,石灰土占4.95 %,黃棕壤占18.00 %。土壤質(zhì)地以壤土為主,輕粘土居第2位,其次為砂土和砂壤土。綏江縣共有16.24萬余人,農(nóng)業(yè)人口占到全縣總?cè)丝诘?5.84 %,約13.94萬人。全縣耕地面積1.8萬hm2,農(nóng)民人均占有耕地為0.13 hm2,森林覆蓋率為63 %。綏江縣是一個典型的農(nóng)業(yè)縣,工業(yè)極不發(fā)達(dá),農(nóng)業(yè)特產(chǎn)豐富,盛產(chǎn)玉米、蔬菜、水果、馬鈴薯等。
1.2 試驗方法
1.2.1 土樣布設(shè)與采集 按照《云南省無公害農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境調(diào)查、監(jiān)測及評價導(dǎo)則》和《農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》[17]的規(guī)定,根據(jù)綏江縣農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地的氣候特點、地形地貌、土壤類型及農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)特性等,堅持合理性、科學(xué)性、代表性的原則,在可能造成污染的區(qū)域設(shè)置監(jiān)測采樣點,進(jìn)行土壤樣品采集。按行政區(qū)域劃分5個采樣區(qū),每個采樣區(qū)劃分為若干個采樣單元,共布設(shè)139個采樣點(表1,圖1),網(wǎng)格法布設(shè)取樣點位和點數(shù),采樣密度為0.56個/km2,所布樣點有效控制面積為2.5萬hm2。土壤采樣按S型采樣法,用木鏟在0~20 cm土層(果樹及常年生植物0~40 cm土層)采集5個分樣,每個分樣采0.5 kg,5個分樣充分混合后,用四分法留1 kg作為該樣點的混合樣,并做好標(biāo)記和原始記錄,帶回檢測室,總計獲取有效樣本139個。土壤樣品封存在采樣袋中,以防在運輸轉(zhuǎn)移過程中被污染,到樣品室后,依次進(jìn)行風(fēng)干、磨細(xì)、過篩處理,過篩規(guī)格分別為0.15、0.25、0.85 mm,最后取100 g制備好的土樣進(jìn)行重金屬和pH值的測定。樣品在所有的處理過程中均采用陶瓷、木頭等非金屬用具,以排除外界干擾。
1.2.2 分析項目與測定方法 土壤樣品常規(guī)理化性狀分析參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[14];采用原子熒光光度法(BY/T395-2000,AFS-230原子熒光光度計)測定砷、汞,采用火焰光度法(GB/T17141-1997,PE-1100B原子吸收分光光度計)測定鉛、鎘,采用二苯碳酰二肼光度法(BY/T395-2000,721分光光度計)測定鉻,采用玻璃電極法(NY/T395-2000,Orion-210酸度計)測定土壤pH值(土水比為1∶2.5)。
1.3 土壤環(huán)境質(zhì)量的評價方法
表1 土壤采集區(qū)基本概況Table 1 The basic situation of soil collection area
圖1 研究區(qū)采樣點分布Fig.1 Distribution of sampling points in research area
本項目的數(shù)據(jù)處理采用Excel 2010和DPS7.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。重金屬污染具有非均勻性的特點,因此統(tǒng)計分析采用平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、差異系數(shù)3個數(shù)值。
1.4 土壤環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)分級
評價標(biāo)準(zhǔn)是衡量農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地環(huán)境質(zhì)量是否合格的尺度[19],本研究對評價因子分別采用了《有機農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)、《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(NY/T391-2000)和《無公害食品蔬菜》(NY-5010-2001)中的部分標(biāo)準(zhǔn)(表3)進(jìn)行評價和分析。
表2 土壤環(huán)境質(zhì)量的等級劃分Table 2 The grades of soil environmental quality
表3 土壤環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)限值Table 3 The limitation soil environmental quality assessment standards
2.1 綏江縣耕地土壤重金屬含量基本特征
通過不同耕地土壤調(diào)查及采樣,綏江縣耕地土壤質(zhì)地主要為壤土,輕粘土居第2位,其次為砂土和砂壤土。對采集自綏江縣的139個耕地土壤樣品測定分析。結(jié)果顯示,pH值介于4.8~7.92,平均值為6.48;重金屬平均含量分別為鉛30.65 mg/kg,鎘0.15 mg/kg,汞0.17 mg/kg,砷3.01 mg/kg,鉻100.87 mg/kg(表4),均低于《無公害食品蔬菜》(NY-5010-2001)中的標(biāo)準(zhǔn);鉛、鎘、砷3種重金屬含量低于背景值,汞和鉻重金屬含量均略高于背景值。重金屬平均變異程度順序為砷>汞>鉻>鉛>鎘,整體變異系數(shù)都低于50 %,除砷以外,其余均介于20 %~30 %。表明在研究區(qū)域內(nèi),不同采樣點的砷含量差異較大,其他重金屬元素含量分布相對比較集中。
2.2 綏江縣耕地土壤環(huán)境質(zhì)量評價
通過表3中的各項標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值和表4測定結(jié)果,分別計算出綏江縣139個樣點中的綜合污染指數(shù)值和單因子污染指數(shù)值(表5)。按照無公害蔬菜產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求,所有重金屬污染物的單項污染指數(shù)均小于0.7,全部符合I級清潔水平,表明本項目研究采樣區(qū)域達(dá)到并符合無公害食品蔬菜產(chǎn)地環(huán)境要求,可以進(jìn)行無公害農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)。
綠色食品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)評價指標(biāo)分為嚴(yán)控環(huán)境指標(biāo)和一般控制指標(biāo),在評價中若有1項或1項以上超標(biāo),則不適宜發(fā)展AA級綠色食品,但可根據(jù)超標(biāo)物的性質(zhì)、程度等具體情況及綜合污染指數(shù)全面衡量后確定是否符合發(fā)展A級綠色食品的要求[20]。研究區(qū)域139個采樣點的綜合污染指數(shù)大于I級清潔水平值0.7,單項污染指數(shù)小于1.0,但除Cd和As全部小于0.7外,其他4種重金屬污染物的單項污染指數(shù)僅有少量高于0.7,小于1.0,表明本項目研究區(qū)域達(dá)到生產(chǎn)A級綠色食品的要求,但不適宜發(fā)展AA級綠色食品。
按照有機農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求,本研究區(qū)域中除As有138個采樣點的單項污染指數(shù)小于0.7外,其余僅有少數(shù)幾個樣點不超標(biāo),綜合污染指數(shù)遠(yuǎn)大于1.0,達(dá)到2.752,因此本研究區(qū)域的耕地土壤不適宜進(jìn)行有機農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。
表5 綏江縣土壤環(huán)境質(zhì)量指數(shù)統(tǒng)計Table 5 The soil environmental equality index based on three standards in Suijiang county
表6 各采樣區(qū)土壤重金屬含量Table 6 Soil heavy metal contents of sampling areas
2.3 綏江縣不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤環(huán)境質(zhì)量評價
通過對綏江縣5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)采集土樣進(jìn)行測定,結(jié)果顯示,5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的5種重金屬含量均能符合《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618-1995)的二級標(biāo)準(zhǔn)值,滿足保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn),維護(hù)人體健康的要求,其中砷全部達(dá)到滿足一級標(biāo)準(zhǔn)值(表6)。
根據(jù)表3中各元素的標(biāo)準(zhǔn)限值,板栗鄉(xiāng)共計采樣31個,除鉻元素(55.2 %)達(dá)到綠色蔬菜產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn)外,其余4種元素均能達(dá)到綠色食品產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn),所有元素均達(dá)到無公害蔬菜產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn)。因此,板栗鄉(xiāng)可生產(chǎn)A級綠色食品,但不適宜發(fā)展AA級綠色食品。
中城鎮(zhèn)的57個采樣點除鉻元素(78.9 %)達(dá)到綠色蔬菜產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn)外,其余4種元素均能達(dá)到綠色食品產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn),所有元素均達(dá)到無公害蔬菜產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn)。因此,中城鎮(zhèn)可生產(chǎn)A級綠色食品,但不適宜發(fā)展AA級綠色食品。
新灘鎮(zhèn)的18個采樣點除鉻元素(83.3 %)達(dá)到綠色蔬菜產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn)外,其余4種元素均能達(dá)到綠色食品產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn),所有元素均達(dá)到無公害蔬菜產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn)。因此,新灘鎮(zhèn)可生產(chǎn)A級綠色食品,但不適宜發(fā)展AA級綠色食品。
會儀鎮(zhèn)的19個采樣點的所有重金屬元素均能滿足綠色食品產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn)限值,適宜發(fā)展AA級綠色食品。
南岸鎮(zhèn)14個采樣點的所有重金屬元素均能滿足綠色食品產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn)限值,適宜發(fā)展AA級綠色食品。
通過本項目實施研究,對綏江縣耕地土壤進(jìn)行調(diào)查及有代表性的樣品采集分析,明確了綏江縣的大部分耕地土壤環(huán)境質(zhì)量良好,但均不適宜有機農(nóng)業(yè)(食品)生產(chǎn)基地。但是鉻、鉛和汞的測定數(shù)值針對綠色產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn),其含量比例已達(dá)到84.1 %、61.3 %和48.6 %,因此生產(chǎn)中如果不注意科學(xué)施肥和用藥,部分區(qū)域土壤中這3種重金屬含量標(biāo)準(zhǔn)就會超過綠色食品產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn)。樣品土壤中鎘和砷的含量針對綠色產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn)比例在37.5 %和15 %,說明耕地土壤中這2種重金屬含量較低,對土壤環(huán)境安全性高。
結(jié)合現(xiàn)有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)習(xí)慣和水平,針對性地改良環(huán)境較差的土壤,完善科學(xué)、合理地施用肥料或農(nóng)藥技術(shù),為綏江縣農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全提供理論依據(jù),對制定和規(guī)劃區(qū)域性的種植業(yè)生產(chǎn)具有實際意義。由于點位數(shù)量以及評價項目的局限,只能大概說明土壤環(huán)境是否適合發(fā)展無公害、綠色及有機農(nóng)業(yè),不能代表當(dāng)?shù)氐娜嫔鷳B(tài)環(huán)境,今后需要進(jìn)一步加強大氣、水等方面環(huán)境研究,為綏江縣安全農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展提供科技支撐。
通過綏江縣耕地土壤調(diào)查,縣內(nèi)大部分耕地土壤質(zhì)地類型為壤土,輕粘土居第2位,其次為砂土和砂壤土,耕作性良好,適種作物種類多。對采集自綏江縣主要農(nóng)田土壤樣品的重金屬含量測定,土壤樣品中均含有鉛、鎘、汞、砷、鉻等重金屬元素,其中含量高低順序為鉻>鉛>砷>汞>鎘。對照表3土壤環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)限值,其測定值均低于無公害蔬菜產(chǎn)地和綠色食品產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn)限值,表明綏江縣的大部分耕地土壤環(huán)境質(zhì)量良好,但均不適宜有機農(nóng)業(yè)(食品)生產(chǎn)基地。從5個鄉(xiāng)(鎮(zhèn))耕地土壤樣品測定數(shù)值分析,會儀鎮(zhèn)和南岸鎮(zhèn)的5種重金屬含量均能低于綠色食品產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn)限值,適合發(fā)展AA級綠色食品;中城鎮(zhèn)、新灘鎮(zhèn)、板栗鄉(xiāng)均因不同程度的鉻元素超標(biāo),僅達(dá)到生產(chǎn)A級綠色食品的要求,但不適宜發(fā)展AA級綠色食品。
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AnalysisandEducationofSoilEnvironmentalQualityCultivatedLandinSuijiangCounty
QUAN Yong,GONG Sheng-xin,LI Xue-yan,MA Peng,TANG Yu-feng*
(Zhaotong Agricultural Environmental Protection Centre,Yunnan Zhaoyang 657000,China)
【Objective】 In order to reveal the status of soil environmental quality in Suijiang County,based on ‘the Non-polluted Vegetable Producing Environmental Condition Standard’,‘The Green Food Producing Environmental Quality Standard’,and ‘Organic Agriculture Production Base Environmental Quality Standard’,heavy metals such as lead,mercury,cadmium,chromium,arsenic and soil pH value were measured and analyzed.【Method】Single factor pollution index and comprehensive pollution index method of Nemero were used to evaluate the soil environmental quality.【Result】Soils in Suijiang were acidic with value from 4.8 to 7.92,and the pH mean value of the soil was 6.48.The average contents of lead,cadmium,mercury,arsenic,chromium in soil samples in Suijiang County was 30.65,0.15,0.17,3.01,100.87 mg/kg,respectively,all were lower than the limit value of ‘the Non-polluted Vegetable Producing Environmental Condition Standard’.The order of average variation degree of heavy metals was arsenic>mercury>chromium>lead>cadmium.【Conclusion】 Based on the value results of single factor pollution index and comprehensive pollution index method of Nemero,the soil environmental quality could met the requirements of non-polluted vegetable producing environmental quality and A-grade green good producing environmental quality,but were not suitable for developing organic agriculture producing,which could provide scientific basis and assistant decision making for developing organic agricultural production and relevant departments.
Suijiang county; Soil quality; Analysis; Evaluation
1001-4829(2017)4-0847-06
10.16213/j.cnki.scjas.2017.4.023
2016-05-04
云南省農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全專項(2140129)
全 勇(1973-),男,云南鎮(zhèn)雄人,碩士,高級農(nóng)藝師,研究方向為農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)研究,E-mail:563197296@qq.com,*為通訊作者,唐玉鳳,E-mail:tyfsunny@163.com。
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(責(zé)任編輯 王家銀)