朱敏

摘要：土壤重金屬污染已嚴(yán)重危害糧食安全與人類健康。為了解平?jīng)鍪型寥乐亟饘傥廴粳F(xiàn)狀，摸清典型作物生長(zhǎng)、生產(chǎn)環(huán)境，明確土壤重金屬空間分布特征及污染源。選取506個(gè)典型作物種植區(qū)耕層土樣，測(cè)量其重金屬含量，并利用內(nèi)梅羅指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法進(jìn)行土壤重金屬污染評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，平?jīng)鍪型寥乐亟饘傥廴镜燃?jí)為清潔的樣品占99.41 %、尚清潔占0.59 %；潛在生態(tài)危害等級(jí)輕微的土壤樣品占95.85 %、中等生態(tài)危害占4.15%。506 個(gè)點(diǎn)位樣品中，鉛和砷2種土壤重金屬元素有部分超標(biāo)，超標(biāo)率Pd為0.45%、As為0.90%。從地理區(qū)域來看，土壤重金屬潛在生態(tài)危害程度在平?jīng)鍪械姆植紴橹胁?> 西部 > 東部；從土壤類型來看，土壤重金屬污染占比較大的土類主要為山地草甸土、灰褐土、新積土和紅粘土。

關(guān)鍵詞：土壤；重金屬污染；內(nèi)梅羅指數(shù)法；潛在生態(tài)危害指數(shù)法；空間分布

中圖分類號(hào)：X5318.1 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2097-2172（2023）02-0173-05

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2023.02.016

Soil Heavy Metal Pollution Status and Its Spatial Distribution

Characteristics of Typical Crop Planting Areas in Pingliang

ZHU Min

（Pingliang Agricultural Technology Extension Station， Pingliang Gansu 744000， China）

Abstract： Contamination of soil with heavy metals has seriously endangered human health and food security. To understand the current situation of soil heavy metal pollution， to find out the growth and production environment of typical crops， and to clarify the spatial distribution characteristics and pollution sources of heavy metals in Pingliang， 506 farmland topsoils were collected and their heavy metal contents were measured. Results showed that the proportions of tested samples marked as clean grade and still clean grade of soil heavy metal pollution in Pingliang were 99.41% and 0.59%， respectively. The proportions of potential ecological hazard grades of minor and moderate were 95.85 % and 4.15%， respectively. Among samples from 506 points， 2 soil heavy metal elements exceeded the standard and the excess rates were Pd as 0.45% and As as 0.90%. The potential ecological hazard of soil heavy metals by geographic region was Central > West > East. In terms of soil type， the soil types with a large proportion of soil heavy metal pollution were mountain meadow soil， gray-brown soil， new accumulation soil and red clay soil.

Key words： Soil; Heavy metal pollution; Nemero index method; Potential ecological hazard index method; Spatial distribution

土壤重金屬污染問題近年來引起大眾廣泛關(guān)注。隨著生活水平的提升，人們對(duì)農(nóng)業(yè)綠色食品、產(chǎn)品和糧食安全的要求愈來愈高，但隨之而來的農(nóng)田土壤重金屬污染問題卻越來越凸顯［1 ］。人體內(nèi)重金屬物質(zhì)增加的主要渠道是土壤重金屬經(jīng)過食物鏈的留轉(zhuǎn)，而土地中重金屬物質(zhì)的高毒性、永久性、難降解特性和在食物鏈中的高蓄積性等，都會(huì)對(duì)人類健康造成危害［2 ］。土地重金屬物質(zhì)中有汞（Hg）、鉛（Pb）、鎘（Cd）、鉻（Cr）和砷（As）等危害性明顯的元素，也包括有一些常見的鋅銅（Cu）、鋅（Zn）、鎳（Ni）等微量元素，這些主要來自農(nóng)藥、廢水、污泥和大氣沉降等。由于在土壤中重金屬污染的移動(dòng)性非常小，無法由任何細(xì)菌分解，也無法隨雨水淋濾，當(dāng)進(jìn)入人體內(nèi)后危害性很大，所以必須格外注意防止重金屬對(duì)土壤的污染。過量的重金屬物質(zhì)可損害人類神經(jīng)、免疫，并危害植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育［3 ］，因此，對(duì)土地重金屬污染物的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)十分關(guān)鍵。土壤是糧食的根基，有污染的土壤必定種植不出綠色安全的作物，重金屬存在較弱的空間自相關(guān)性，導(dǎo)致土地環(huán)境污染的治理較為艱難［4 ］。正確掌握一定地域范圍內(nèi)土壤中的重金屬分布狀況，合理評(píng)價(jià)土壤重金屬對(duì)人類健康和自然環(huán)境的影響風(fēng)險(xiǎn)，并及時(shí)采取相應(yīng)的污染緩解措施，對(duì)于維護(hù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)質(zhì)量安全和市民健康都有重要意義［5 ］。目前，統(tǒng)計(jì)學(xué)方法主要應(yīng)用于土壤重金屬的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和空間變異調(diào)查研究中，內(nèi)梅羅綜合指數(shù)適用于土地重金屬的環(huán)境危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，Hakanson的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子被廣泛用來確定土壤重金屬的生態(tài)危險(xiǎn)性［5 - 11 ］。了解土壤中重金屬的污染狀況，判斷其環(huán)境污染與生態(tài)危險(xiǎn)性，是防治與管理土壤環(huán)境污染的基礎(chǔ)，能夠幫助土壤污染修復(fù)、作物栽培進(jìn)行重要決策。平?jīng)鍪兄饕N植玉米、冬小麥、蘋果、設(shè)施蔬菜、小雜糧等，近幾年“紅?！薄敖鸸碑a(chǎn)業(yè)正處于快速發(fā)展時(shí)期，土壤動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估尤其重要。筆者通過研究平?jīng)鍪修r(nóng)業(yè)典型種植地區(qū)土壤重金屬危害綜合指標(biāo)，以明確平?jīng)鍪型寥罎撛诃h(huán)境風(fēng)險(xiǎn)綜合指標(biāo)，力求為平?jīng)鍪型恋丨h(huán)境污染綜合治理和農(nóng)產(chǎn)品安全種植工作提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

1 ? 材料與方法

1.1 ? 研究區(qū)概況

平?jīng)鍪械靥幐拭C省以東，涇河上游，是陜甘寧相交的幾何中部“金三角洲”，東臨陜西咸陽，西連甘肅定西、白銀，南接陜西寶雞和甘肅天水，北與寧夏固原、甘肅慶陽接壤，海拔890～ ? 2 857 m，年平均降水量511.2 mm。平?jīng)鍪惺俏鞅钡貐^(qū)重要的畜牧業(yè)基地和農(nóng)林產(chǎn)品生產(chǎn)基地，地處涇渭河冷溫帶亞濕潤(rùn)地區(qū)，在中國(guó)農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃分中屬于隴東地區(qū)溫和零點(diǎn)五濕潤(rùn)農(nóng)業(yè)氣候區(qū)?？傮w的氣候特征為南濕、北干、東暖、西冷。受地勢(shì)和海拔的共同影響，氣候垂直差別很明顯。

1.2 ? 數(shù)據(jù)收集與分析

以平?jīng)鍪?017 — 2020年農(nóng)田土壤重金屬污染情況為主要研究目標(biāo)。土壤取樣點(diǎn)布設(shè)按縣（區(qū)、市）進(jìn)行分區(qū)分層，采集了506個(gè)國(guó)家級(jí)、省級(jí)、縣級(jí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤樣本進(jìn)行檢測(cè)。取樣程序按照《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ / T166 — 2004）的規(guī)定，現(xiàn)場(chǎng)收集地表0～20 cm土層土壤樣品，各樣品由5個(gè)子試樣混勻構(gòu)成。對(duì)土壤樣品經(jīng)過風(fēng)干、預(yù)處理，并去掉野草、樹根等雜物，交由專業(yè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)。506個(gè)目標(biāo)區(qū)域（點(diǎn)位）見圖1。采用Excle 2007軟件進(jìn)行資料統(tǒng)計(jì)分析。

1.3 ? 研究方法

1.3.1 ? ?內(nèi)梅羅指數(shù)法 ? ?評(píng)價(jià)單個(gè)元素的危害程度叫作單因子指數(shù)，計(jì)算公式為Pi=Ci /Si，式中：Pi 為重金屬元素i的污染指數(shù)；Ci 為重金屬元素 i的實(shí)測(cè)含量；Si重金屬元素i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，本文參照《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618 — 2008）中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表1）。

單因子指數(shù)只能反映單個(gè)重金屬元素的污染程度，而土壤的重金屬污染物程度是由各種不同重金屬元素綜合評(píng)判的，內(nèi)梅羅指數(shù)法是目前進(jìn)行重金屬綜合污染指數(shù)計(jì)算最常見的方法之一 ［12 ］，計(jì)算公式如下：

式中，P綜為采樣點(diǎn)土壤重金屬綜合污染指數(shù)；Pimax為采樣點(diǎn)重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)中的最大值；Piave為采樣點(diǎn)重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)的平均值。內(nèi)梅羅指數(shù)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見表 2。

1.3.2 ? ?潛在生態(tài)危害指數(shù)法 ? ?潛在生態(tài)危害指數(shù)法被國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)重金屬的潛在危害［13 ］，結(jié)合了生態(tài)學(xué)、環(huán)境化學(xué)和生態(tài)毒理學(xué)來反應(yīng)重金屬污染物對(duì)生態(tài)的綜合影響，計(jì)算公式如下：

2 ? 結(jié)果與分析

2.1 ? 內(nèi)梅羅指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

通過測(cè)量506個(gè)點(diǎn)位土壤重金屬污染狀況，并利用內(nèi)梅羅指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的平?jīng)鍪懈骺h（市、區(qū)）土壤重金屬污染情況見圖2、圖3。在使用內(nèi)梅羅指數(shù)法分析的506個(gè)點(diǎn)中，有3個(gè)點(diǎn)的土壤重金屬污染級(jí)別為尚清潔，土壤重金屬污染的概率僅為0.59%（表4）。在使用潛在生態(tài)危害指數(shù)法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的506個(gè)點(diǎn)中，土壤重金屬污染級(jí)別達(dá)到輕度生態(tài)危害、中度生態(tài)危害的占比分別為95.85%、4.15%（表5）。在2種評(píng)估方法評(píng)估的結(jié)論中，均表明平?jīng)鍪型寥乐亟饘傥廴境潭鹊内厔?shì)為尚可。值得注意的是，采用土壤重金屬生態(tài)危險(xiǎn)綜合指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果中為等生態(tài)危害的占比達(dá)到4.15%，從這方面看，未來土壤重金屬污染程度可能會(huì)加劇，在防治方面仍需要重視。綜合來看，7縣（區(qū)、市）的土壤重金屬污染程度依次為中部（崆峒區(qū)、華亭市、崇信縣） > 西部（莊浪縣、靜寧縣） > 東部（涇川縣、靈臺(tái)縣），其中華亭市污染較重，潛在生態(tài)危害綜合指數(shù)也較高。

2.2 ? 主要污染元素和超標(biāo)率

對(duì)檢測(cè)結(jié)果中7種土壤重金屬污染元素的超標(biāo)情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析（表6）可知，7種土壤重金屬點(diǎn)位超標(biāo)率均小于《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》中對(duì)應(yīng)的土壤重金屬點(diǎn)位超標(biāo)率（Cu=2.1%，Cd=7%，Zn=0.9%，Cr=1.1%，Pb=1.5%，As=2.7%，Hg=1.6% ）［14 ］。從計(jì)算結(jié)果明顯看出，只有Pb、As這2種重金屬元素有點(diǎn)位超標(biāo)情況，超標(biāo)率分別為0.45%、0.90%，其他元素均未超標(biāo)。說明平?jīng)鍪型寥乐亟饘傥廴厩闆r較好，但后期仍需進(jìn)行有針對(duì)性防治。

2.3 ? 主要土類土壤重金屬污染狀況

調(diào)查的506個(gè)點(diǎn)位中，共涉及13個(gè)土類，通過不同土類土壤重金屬污染等級(jí)占比計(jì)算，可以看出平?jīng)鍪型寥乐亟饘傥廴镜姆植记闆r。通過內(nèi)梅羅指數(shù)中各個(gè)等級(jí)的點(diǎn)位統(tǒng)計(jì)（圖4）可知，重金屬污染程度較高的前4種土壤依次為山地草甸土>灰褐土 > 新積土 > 紅黏土，可見平?jīng)鍪械湫妥魑锓N植區(qū)占比較多的黃綿土和黑壚土潛在生態(tài)危害程度較低，土壤污染程度較高的土類都為種植區(qū)稀少的土類。說明土類也是影響土壤潛在生態(tài)危害綜合指數(shù)的重要因素，應(yīng)該針對(duì)不同土壤類型采取不同防治措施。

3 ? 討論與結(jié)論

研究表明，平?jīng)鍪型寥乐亟饘傥廴疽环矫媾c土壤類型也就是成土母質(zhì)有關(guān)，這與蘇輝躍等［15 ］的研究一致。另一方面，華亭市是煤、電、化、運(yùn)等一體綜合工業(yè)重鎮(zhèn)，土壤重金屬污染的主要源頭很可能是工礦企業(yè)排出的含有特定重金屬的粉塵，再通過大氣沉降物和雨水而導(dǎo)致的土壤重金屬污染，因此當(dāng)?shù)氐耐寥牢廴境潭嚷愿哂谄溆?縣（區(qū)）。

經(jīng)對(duì)平?jīng)鍪械湫徒?jīng)濟(jì)作物種植區(qū)506個(gè)點(diǎn)位的土壤重金屬污染情況分析，污染級(jí)別為潔凈、尚潔凈的比例分別為99.41%、0.59%。潛在生態(tài)危險(xiǎn)級(jí)別為輕度生態(tài)危險(xiǎn)、中度生態(tài)危險(xiǎn)的比例分別為95.85%、4.15%。表明平?jīng)鍪型寥乐亟饘傥廴镜某潭饶壳跋鄬?duì)較輕，適宜種植優(yōu)質(zhì)糧食及綠色蔬菜作物，但土壤潛在生態(tài)危害綜合指數(shù)不容小覷，應(yīng)提前提出防治預(yù)案，把握土壤污染防治需求與機(jī)遇，推行綠色修復(fù)管理規(guī)定和技術(shù)規(guī)范，合理布局糧食作物，加強(qiáng)監(jiān)控，維持其正常糧食生產(chǎn)功能。506個(gè)點(diǎn)位中，土壤重金屬元素點(diǎn)位超標(biāo)率Pd為0.45%、As為0.90%。Pd和As 是平?jīng)鍪型寥赖淖钪饕廴疚?，與全國(guó)土壤污染情況相似［16 ］。從地理區(qū)域來看，土壤重金屬潛在生態(tài)危害程度在平?jīng)鍪械姆植紴橹胁?> 西部 > 東部。表明土壤重金屬污染的嚴(yán)重程度不但與地域因素相關(guān)，而且還在較大程度上與地理?xiàng)l件以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展形式相關(guān)。

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收稿日期：2022 - 05 - 17

基金項(xiàng)目：平?jīng)鍪锌萍季种攸c(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（平科任【2021】25號(hào)）。

作者簡(jiǎn)介：朱 ? 敏（1992 — ），女，甘肅平?jīng)鋈耍r(nóng)藝師，主要從事土壤肥料研究、農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣工作。Email： 781516346@qq.com。