鄭聰斌

(漳州市長泰區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局， 福建 漳州 363900)

土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎，是人類生存和發(fā)展的根本。幾十年來，隨著人類礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用和工業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，土壤的污染日益嚴重。環(huán)境保護部、國土資源部于2014年發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》[1]顯示，全國土壤總的超標率為16.1%，其中Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn、Ni等8種重金屬污染物點位超標率分別為7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%；耕地土壤點位超標率為19.4%，其中輕微、輕度、中度和重度污染點位比例分別為13.7%、2.8%、1.8%和1.1%，主要污染物為Cd、Ni、Cu、As、Hg和Pb等。重金屬污染不僅嚴重破壞農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，影響農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)，還會通過食物鏈進入人體，對人的身體健康和生命安全造成危害[2-5]。

2016年國務院印發(fā)《土壤污染防治行動計劃》，提出了管控土壤環(huán)境風險、改善土壤環(huán)境質(zhì)量的十條具體措施，標志著土壤污染防治工作進入全面攻堅階段。其中第一條就是開展土壤污染調(diào)查，掌握土壤環(huán)境質(zhì)量狀況。近年來各地也紛紛開展了地區(qū)性重金屬污染狀況調(diào)查和評價[6-8]。

漳州市長泰區(qū)是漳州市區(qū)和廈門市的重要農(nóng)產(chǎn)品供應基地，近20年來，長泰區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展迅速，工業(yè)企業(yè)數(shù)量、汽車保有量大幅增加、生態(tài)環(huán)境惡化、農(nóng)藥化肥不合理使用等，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了嚴重的影響，因此對長泰區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染狀況進行調(diào)查、評價極有必要。本研究以漳州市長泰區(qū)農(nóng)田土壤為研究對象，對農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)狀進行分析評價，評估其潛在重金屬污染風險，以期為開展受污染農(nóng)田土壤治理與修復、促進當?shù)剞r(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

長泰區(qū)位于福建東南部，地處閩南金三角中心結合部，九龍江下游，地理坐標北緯24°34′～24°55′，東經(jīng)117°36′～117°57′。區(qū)域面積900 km2，其中耕地53.13 km2，園地1.31 km2。地形呈蒲扇狀，東、西、北三面環(huán)山，南部多平原。境內(nèi)有4條河流，年平均氣溫21.3℃，年平均降雨量1 600 mm，屬南亞熱帶海洋性氣候。土壤類型主要是水稻土，肥力一般。長泰區(qū)主要糧食作物為水稻，熟制一年三熟，其他種植面積較大的農(nóng)作物包括玉米、蔬菜、亞熱帶水果等。

1.2 土壤樣品采集與檢測分析

根據(jù)長泰區(qū)的自然環(huán)境特征和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基本情況，布設長期定位監(jiān)測區(qū)71個，其中耕地51個、園地20個；共分布在5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)(場)，分別是巖溪鎮(zhèn)30個、武安鎮(zhèn)11個、陳巷鎮(zhèn)12個、枋洋鎮(zhèn)10個、坂里鄉(xiāng)6個、古農(nóng)農(nóng)場2個。2020年，按照NY/T 395-2012《農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術規(guī)范》，每個監(jiān)測區(qū)采用梅花點法各采集5個不同位置土壤樣品，充分混勻后用四分法保留1 kg土壤混合樣待測，共采集混合樣71個。耕地監(jiān)測區(qū)采樣深度0～20 cm，園地監(jiān)測區(qū)采樣深度0～60 cm。

土壤樣品中的Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni采用王水提取-電感耦合等離子體質(zhì)譜法HJ 803-2016《土壤和沉積物12種金屬元素的測定 王水提取-電感耦合等離子體質(zhì)譜法》；As、Hg的測定采用原子熒光法GB/T 22105.1-2008《土壤質(zhì)量 總汞、總砷、總鉛的測定》。

1.3 評價標準與方法

本研究以GB15618-2018《國家土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風險管控標準(試行)》中農(nóng)用地土壤污染風險篩選值Si(表1)為標準，基于表層土壤中Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni、As、Hg的含量Ci，采用單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法和地積累指數(shù)法，對農(nóng)用地土壤污染風險進行評價。

當土壤中污染物含量等于或者低于表1規(guī)定的風險篩選值時，農(nóng)用地土壤污染風險低，一般情況下可以忽略，為優(yōu)先保護類(Ⅰ類)；高于表1規(guī)定風險篩選值時，可能存在農(nóng)用地土壤污染風險，應加強土壤環(huán)境監(jiān)測和農(nóng)產(chǎn)品協(xié)同監(jiān)測。

表1 農(nóng)用地土壤污染風險篩選值

1.3.1單項污染指數(shù)法 單項污染指數(shù)[9]是用來評價單個污染因子對土壤的污染程度，指數(shù)小污染輕，指數(shù)大則污染重。這種方法可以直觀、簡便、清晰地看出評價樣本與對應評價標準之間的比值關系，較快地篩選出主要的污染因子。其計算公式如下：

Pi=Ci/Si

(1)

式中Pi為i因子的單項污染指數(shù)，Ci為i因子的實測濃度值(mg·kg-1)，Si為i因子的評價標準值(mg·kg-1)。當Pi≤1.0時，表明該重金屬因子的含量未超出評價標準值，農(nóng)用地土壤污染風險低；當Pi>1.0時，表明該重金屬因子的含量已超出評價標準值，存在農(nóng)用地土壤污染風險。Pi越大，說明土壤受到該重金屬因子的污染越嚴重，風險越高。

1.3.2內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法 內(nèi)梅羅綜合指數(shù)[10]反映了各污染物對土壤的作用，同時突出了高濃度污染物對土壤環(huán)境質(zhì)量的影響，在國內(nèi)的應用范圍較廣。其計算公式如下：

PN=[(Piavg2+Pimax2)/2]1/2

(2)

式中PN為綜合污染指數(shù)，Piavg為土壤中各污染物的指數(shù)平均值，Pimax為土壤中單項污染物的最大污染指數(shù)。按內(nèi)梅羅污染指數(shù)劃定污染等級，其評價標準見表2。

表2 綜合污染指數(shù)與土壤污染程度分級

1.3.3地積累污染指數(shù)法 地積累指數(shù)法(Mull指數(shù)法)[11-12]除考慮到人為污染因素、環(huán)境地球化學背景值外，還考慮到由于自然成巖作用可能會引起的背景值變動，彌補了其他評價方法的不足，被廣泛用于研究沉積物及其他物質(zhì)中重金屬污染程度。其計算公式如下：

Igeo=log2[Ci/(k×Bi)]

(3)

式中Igeo為土壤重金屬地積累指數(shù)，Ci為土壤中重金屬i的實測濃度(mg·kg-1)；Bi為沉積物中該元素的地球化學背景值(mg·kg-1)，本研究取福建土壤背景值[13-14]，Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni、As、Hg的背景濃度分別為0.054、34.9、41.3、21.6、82.7、13.5、5.78、0.081 mg·kg-1；k為考慮各地巖石差異可能會引起背景值的變動而取的系數(shù)(一般取值為1.5)。地積累指數(shù)Igeo與土壤污染程度分級對應關系見表3 。

表3 地積累指數(shù)與土壤污染程度分級

2 結果與分析

2.1 8種重金屬元素含量特征

由表4可知，長泰區(qū)農(nóng)用地土壤8種重金屬元素的變異系數(shù)介于32.41%～72.92%，均屬于中等變異程度。變異系數(shù)反映數(shù)據(jù)的離散程度，其值越大表明數(shù)據(jù)的離散程度越高，Hg的變異系數(shù)達到72.92%，表明該元素在長泰區(qū)的空間分布差異性較大。8種元素含量的離散程度大小依次為：Hg(72.92%)>Cr(52.72%)>As(51.21%)>Cd(50.00%)>Cu(49.87%)>Ni(46.95%)>Pb(46.14%)>Zn(32.41%)。從平均值來看，8種重金屬含量均未高于標準規(guī)定的篩選值；參照福建土壤背景值，Cd、Pb、Cu、Zn、Hg均存在不同程度的積累，積累指數(shù)(污染物實測值/污染物背景值)分別為Cd(3.70)>Hg(2.37)>Pb(1.75)>Cu(1.39)>Zn(1.27)。

表4 長泰區(qū)農(nóng)用地土壤重金屬元素含量

2.2 單項污染指數(shù)評價與分析

由表5可知，長泰區(qū)農(nóng)用地土壤8種重金屬元素Pi平均值均小于1，但71個監(jiān)測區(qū)農(nóng)用地土壤樣品中，存在某種重金屬Pi>1.0(即超出標準篩選值)的監(jiān)測區(qū)達20個，總超標率(超標率=超標樣本數(shù)/監(jiān)測樣本總數(shù)100%)為28.17%，其中有3個監(jiān)測區(qū)存在2種重金屬超標。超標元素包括Cd、Pb、Cu、Hg，超標的監(jiān)測區(qū)分別為10、8、2、3個，超標率分別為14.08%、11.27%、2.82%、4.23%。從超標率來看，Cd超標最為普遍，其次為Pb。從超標倍數(shù)來看，Cd和Pb元素超標最嚴重，且兩種元素Pi最大值均為55號監(jiān)測區(qū)，分別超出0.83倍和1.01倍。Cr、Zn、Ni、As等其他元素未檢出超標。

表5 長泰區(qū)農(nóng)用地土壤8種重金屬元素單項污染指數(shù)評價結果

2.3 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評價與分析

由表6可知，長泰區(qū)71個監(jiān)測區(qū)農(nóng)田土壤樣品的PN值介于0.27～1.50，平均值為0.66。污染等級Ⅰ級(清潔)的監(jiān)測區(qū)為44個，占61.97%；污染等級Ⅱ級(尚清潔，達警戒限)的監(jiān)測區(qū)為20個，占28.17%；污染等級Ⅲ級(輕度污染)的監(jiān)測區(qū)為7個，占9.86%。污染等級Ⅲ級的監(jiān)測區(qū)土壤樣品，主要污染元素為Cd、Pb、Hg。表明長泰區(qū)有超過1/3的監(jiān)測區(qū)達到污染警戒限以上程度，需要引起足夠重視。

表6 長泰區(qū)農(nóng)用地土壤8種重金屬元素內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評價結果

2.4 地積累指數(shù)評價與分析

由表7可知，長泰區(qū)地積累指數(shù)總體在-3.74～2.76，總平均值為-0.40，污染級別1～4級，污染程度從無污染到中-強污染都有分布，沒有強污染以上程度。71個監(jiān)測區(qū)中僅有5個監(jiān)測區(qū)不存在任何一種元素污染，Cd、Pb、Hg污染的監(jiān)測區(qū)較多。從單個污染因子來看，Cd僅有8個監(jiān)測區(qū)無污染，中等污染程度以上的監(jiān)測區(qū)有44個，達到61.97%；Pb僅有25個監(jiān)測區(qū)無污染，中等污染程度以上的監(jiān)測區(qū)有6個，占8.45%；Hg僅有26個監(jiān)測區(qū)無污染，中等污染程度以上的監(jiān)測區(qū)有19個，占26.76%；Cu無污染監(jiān)測區(qū)46個，中等污染程度以上的監(jiān)測區(qū)有3個，占4.23%；其他元素均無中等污染程度以上的監(jiān)測區(qū)，重金屬積累相對不高。

表7 長泰區(qū)農(nóng)用地土壤8種重金屬元素地積累指數(shù)評價結果

3 結論與討論

受采樣點密度較小等因素影響，本研究數(shù)據(jù)分析可能存在一定的偏差，但總體能反映長泰區(qū)重金屬污染狀況。從平均值來看，8種重金屬含量均未高于標準規(guī)定的篩選值，但是采用評價方法分析，顯示長泰區(qū)農(nóng)用地土壤已經(jīng)存在部分污染。3種評價方法均顯示，Cd、Pb、Hg這3種重金屬元素是長泰區(qū)農(nóng)用地土壤主要污染元素，其中Cd是污染最普遍、積累最嚴重的元素。

土壤重金屬污染來源十分廣泛，包括成土母質(zhì)、工業(yè)三廢、生活污水、汽車尾氣、農(nóng)藥肥料等，一旦造成污染就很難根除，其防治難度非常大[15-17]。如何阻止農(nóng)用地土壤重金屬污染進一步擴散和惡化，并逐步恢復土壤質(zhì)量，是長泰區(qū)政府面臨的一大挑戰(zhàn)。雖然長泰區(qū)重金屬積累已經(jīng)較為普遍，但總體上污染程度尚未達到國家標準規(guī)定的嚴格管控范圍，屬于安全利用類，通過農(nóng)藝和技術措施仍可實現(xiàn)安全利用，從而保障食品安全。國內(nèi)外在土壤重金屬污染防治方面已經(jīng)進行了許多有益的嘗試，并取得一定的成效，可以作為借鑒[18]。