浙江省典型農(nóng)田土壤重金屬污染及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

張?jiān)剖| ，馬瑾*，魏海英，石陶然

1. 山西大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，山西 太原 030006；2. 中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院/環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

土壤是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)（Zhao et al.，2015）。然而，由于過去粗放型經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，加之人們環(huán)保意識(shí)淡薄，導(dǎo)致中國(guó)的土壤環(huán)境污染問題突出。2014年4月17日，原環(huán)境保護(hù)部和原國(guó)土資源部聯(lián)合發(fā)布《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》指出，全國(guó)土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀，總超標(biāo)率為16.1%，部分地區(qū)土壤污染較重，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂。污染類型以無機(jī)型為主，Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn、Ni 8種無機(jī)污染物點(diǎn)位超標(biāo)率分別為7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%。從污染分布情況看，長(zhǎng)江三角洲等區(qū)域土壤污染問題較為突出。

重金屬一般是指密度大于4.5 g·cm-3的金屬，常見的有Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn、Ni等8種，具有較強(qiáng)的生物毒性（孫晉偉等，2008）。農(nóng)田土壤特別是耕地土壤重金屬污染，不僅嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，更重要的是，重金屬還會(huì)通過食物鏈影響人體健康（杜艷等，2010）。因此，包括中國(guó)在內(nèi)的世界各國(guó)都對(duì)農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量格外重視。

長(zhǎng)江三角洲是中國(guó)第一大經(jīng)濟(jì)區(qū)，也是中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平最高的區(qū)域之一，該區(qū)域土壤污染與人類高強(qiáng)度擾動(dòng)有密切關(guān)系（曹偉等，2010）。浙江省地處長(zhǎng)江三角洲南翼，是中國(guó)高產(chǎn)綜合性農(nóng)業(yè)區(qū)，杭嘉湖平原、寧紹平原更是著名的糧倉和絲、茶產(chǎn)地。浙江省土壤中Cd、As、Pb、Zn、Cu平均含量普遍高于浙江省土壤背景值，Cd、Cu超標(biāo)情況已經(jīng)較為嚴(yán)重，As、Zn、Pb超標(biāo)情況不容樂觀（尹佳吉等，2015）。在浙江省嵊州市稻田土壤的研究中，測(cè)得土壤Pb、Cd分別超出浙江省土壤背景值的90.34%、86.17%（高智群，2016）。為了進(jìn)一步了解長(zhǎng)江三角洲地區(qū)典型農(nóng)田土壤重金屬污染狀況，選取了浙江省作為長(zhǎng)江三角洲典型區(qū)域開展典型農(nóng)田土壤重金屬污染研究，并結(jié)合生態(tài)環(huán)境部于2018年6月22日發(fā)布的《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn) (試行)》（GB 15618—2018）對(duì)浙江省典型農(nóng)田土壤污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。本研究結(jié)果有助于全面了解浙江省典型農(nóng)田土壤重金屬污染狀況、污染物來源、空間分布及其潛在風(fēng)險(xiǎn)，并為浙江省乃至長(zhǎng)江三角洲地區(qū)的典型農(nóng)田土壤環(huán)境污染防治及環(huán)境管理工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

浙江省（30.5-31.5°N，120-121°E）位于中國(guó)東南沿海、長(zhǎng)江三角洲南部，面積10.55萬平方千米。東臨東海，南接福建，西與江西、安徽相連，北與上海、江蘇為鄰。浙江地處亞熱帶中部，屬季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，氣溫適中，四季分明，光照充足，雨量充沛。浙江地形自西南向東北呈階梯狀傾斜，西南以山地為主，中部以丘陵為主，東北部是低平的沖積平原。浙江省的土壤以黃壤和紅壤為主，占浙江省面積70%以上，多分布在丘陵山地，平原和河谷多為水稻土，沿海有鹽土和脫鹽土分布。

浙江省境內(nèi)礦產(chǎn)種類繁多，有鐵、銅、鉛、鋅、金、鉬、鋁、銻、鎢、錳等，以及明礬石，螢石、葉蠟石、石灰石、煤、大理石、膨潤(rùn)土、砩石等。明礬石礦儲(chǔ)量居世界第一（60%），螢石礦儲(chǔ)量居中國(guó)第二。非金屬礦產(chǎn)豐富，部分礦種探明資源儲(chǔ)量位居全國(guó)前列（林慶讓，1986；呂惠進(jìn)，2001）。金屬礦產(chǎn)點(diǎn)多面廣，鐵、銅、鉬、鉛、鋅、金、銀、鎢、錫礦產(chǎn)較多，礦石組成復(fù)雜，共伴生多種元素（吳軍林等，1999）。全省經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，涉及制造、加工、建筑、運(yùn)輸、養(yǎng)殖、紡織、工貿(mào)、服務(wù)等十幾個(gè)領(lǐng)域，100多個(gè)工業(yè)行業(yè)和30多個(gè)農(nóng)副產(chǎn)品加工業(yè)（王國(guó)武等，2000）。

1.2 土壤樣品采集與處理

本研究通過網(wǎng)格布點(diǎn)法采集了浙江地區(qū) 67個(gè)表層土壤（0-20 cm），采樣時(shí)間為2016年9月。為確保樣品的代表性，每個(gè)點(diǎn)位共采集5份子樣并均勻混合為一份，去除礫石和動(dòng)植物的殘?bào)w后風(fēng)干、研磨過0.25 mm篩。為避免人為干擾及與其他金屬接觸，樣品采集、混合、研磨等過程中均采用木制品，瑪瑙研缽等用具。處理后的土樣儲(chǔ)存于棕色磨口瓶中，于-20 ℃冰箱中避光保存。

1.3 土壤樣品分析

土壤樣品 Cd、Cr、Pb、As、Cu、Zn和 Ni利用 HNO3-HCLO4-HF消解，Hg使用 H2SO4-HNO3催化消解。Hg、As質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用原子熒光光譜法測(cè)定，Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用等離子體質(zhì)譜法ICP-MS測(cè)定。每批土樣做3次空白樣和平行樣，取平均值作為樣品重金屬元素的最終測(cè)定值。測(cè)試過程中加入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)土壤參比物質(zhì)（GSS-12）進(jìn)行質(zhì)量控制，各重金屬的回收率均在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)參比物質(zhì)的允許范圍內(nèi)。

1.4 污染評(píng)價(jià)方法

1.4.1 污染負(fù)荷指數(shù)法

以浙江省土壤環(huán)境背景值（中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，1990）為參比值，采用 Tomlinson提出的污染負(fù)荷（PLI）法對(duì)浙江省典型農(nóng)田土壤重金屬進(jìn)行污染評(píng)價(jià)（Tomlinson et al.，1980），其計(jì)算公式為：

式中，CFi為重金屬i的污染指數(shù)；ci為重金屬i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；cn為重金屬i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。CFi的污染分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：CFi≤0.7 屬于無污染，0.7＜CFi≤1 屬于輕微污染，1＜CFi≤2 屬于輕度污染，2＜CFi≤3 屬于中度污染，CFi≥3屬于重度污染。PLI為重金屬污染負(fù)荷指數(shù)，n為參加評(píng)估的重金屬元素個(gè)數(shù)；PLI的污染分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（Liu et al.，2016）為：PLI≤0.7屬于無污染，0.7＜PLI≤1 屬于輕微污染，1＜PLI≤2屬于輕度污染，2＜PLI≤3屬于中度污染，PLI≥3屬于重度污染。

1.4.2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）法最先是 Hakanson（1980）從沉積學(xué)角度建立起來的評(píng)價(jià)重金屬潛在生態(tài)危害的方法。單一重金屬元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)及多種重金屬元素綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RIj的計(jì)算公式如下：

式中，RIj為j樣點(diǎn)多種重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；為j樣點(diǎn)重金屬i的單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；為j樣點(diǎn)重金屬i的污染指數(shù)；為j樣點(diǎn)土壤重金屬i的實(shí)測(cè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)；為重金屬i的參比值，本研究以《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn) (試行)》（GB15618—2018）中農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值（5.5＜pH≤6.5）為參比值；Ti為重金屬 i的毒性系數(shù)，As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和 Zn的毒性系數(shù)分別為 10、30、2、5、5、5和1。

1.4.3 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指數(shù)法

采用Rapan et al.（2003）提出的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指數(shù)（IER）對(duì)浙江省農(nóng)田土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警評(píng)估，IER計(jì)算公式為：

式中，IER為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指數(shù)；IERi為第 i種重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；CAi為第i種重金屬的實(shí)測(cè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)；CRi為第i種重金屬的參比值。

IER預(yù)警分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：IER≤0屬于無警，0＜IER≤1屬于預(yù)警，1＜IER≤3 屬于輕警，3＜IER≤5 屬于中警，IER＞5屬于重警。

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤重金屬污染特征

浙江省典型農(nóng)田土壤中重金屬污染特征統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表 1，土壤 As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍分別為1.73-34.86、0.08-0.81、10.43-178.54、8.44-67.27、0.01-0.69、4.21-127.30、16.70-730.19、39.92-214.36 mg·kg-1，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為7.27、0.23、47.42、23.91、0.12、21.10、47.14、91.59 mg·kg-1。所有元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)均未超過農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控篩選值（GB 15618—2018）。土壤As、Cr、Ni的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)未超出浙江省土壤環(huán)境背景值，Cd、Cu、Hg、Pb和 Zn的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別超出浙江省土壤環(huán)境背景值3.28、1.36、1.40、2.00和1.30倍。偏度系數(shù)與峰度系數(shù)可以表征土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的形態(tài)分布。結(jié)果顯示，土壤中Pb和Ni的偏度系數(shù)（分別為 7.76和 3.81）和峰度系數(shù)（分別為 62.25和20.00）較大，表明部分土壤樣品中Pb和Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，呈現(xiàn)高累積狀態(tài)。

為了直觀表達(dá)浙江省典型農(nóng)田土壤重金屬富集情況，本研究采用SigmaPlot 14.0軟件繪制了箱線圖（圖1），并與浙江省土壤環(huán)境背景值、GB 15618—2018中農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值及管控值進(jìn)行了比較。由圖1可知，全部樣點(diǎn)的Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)均超過浙江省土壤環(huán)境背景值，但平均水平未超出對(duì)應(yīng)篩選值和管控值，說明浙江省典型農(nóng)田土壤存在普遍的 Cd富集，但未超出國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限值。大部分采樣點(diǎn)Cu、Zn和Pb 3種重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)超出浙江省土壤環(huán)境背景值，極少部分樣點(diǎn)超出農(nóng)用土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，另有少部分樣點(diǎn) Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)超出農(nóng)用土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控值。Cr和Ni的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于浙江省土壤環(huán)境背景值，但存在少數(shù)樣點(diǎn)超出相應(yīng)篩選值。As的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于浙江省土壤環(huán)境背景值，未超出 As農(nóng)用土壤風(fēng)險(xiǎn)篩選值及管控值的樣點(diǎn)。Hg的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于浙江省土壤環(huán)境背景值，但均低于農(nóng)用土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值及管控值。

2.2 土壤重金屬來源解析

利用Spearsman相關(guān)系數(shù)矩陣得到土壤重金屬間的相關(guān)性（表 2），以此衡量土壤重金屬間的相關(guān)密切程度。相關(guān)性極顯著的重金屬元素間可能具有相似的來源途徑（許萌萌等，2018）。運(yùn)用SPSS 22.0軟件計(jì)算得到浙江省典型農(nóng)田土壤中8種重金屬間的相關(guān)系數(shù)（表2）。由表2可知，土壤Cd-Hg、Cd-Zn、As-Zn、Cu-Zn、Cr-Cu、Cr-Ni、Cu-Ni之間的Person相關(guān)系數(shù)較高，達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），表明 Cd-As-Hg，Cu-Ni-Cr等元素可能具有相同來源，Pb與各元素間無較顯著的相關(guān)性，因此推斷Pb的來源途徑可能與其他重金屬不同。

表1 浙江省典型農(nóng)田土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)描述性統(tǒng)計(jì)Table 1 Descriptive statistics of heavy metal concentrations in typical farmland soils of Zhejiang Province

圖1 采樣點(diǎn)土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布箱線圖Fig. 1 Boxplots of the heavy metal mass fraction

表2 土壤重金屬元素之間相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation coefficients of heavy metals in soil

為進(jìn)一步研究浙江省典型農(nóng)田土壤中8種重金屬間的相互關(guān)系和各污染物的來源，運(yùn)用SPSS 22.0進(jìn)行主成分分析（PCA）。PCA是一種對(duì)高維數(shù)據(jù)進(jìn)行降維從而更好了解重金屬之間關(guān)系的方法，可將多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)來反映原始數(shù)據(jù)信息，以區(qū)分土壤重金屬來源（吳洋等，2015）。

由主成分分析結(jié)果可知（表 3）：第一主成分（F1）的方差貢獻(xiàn)率為33.82%，在Cr、Cu和Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)上載荷較高，對(duì)應(yīng)載荷量分別為 0.712、0.813和0.786，主要反映了Cr、Cu和Ni的富集信息。Cr和Ni平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于浙江省土壤環(huán)境背景值，一般而言，Cr和Ni在土壤中的含量主要受成土母質(zhì)的含量影響（李春芳等，2017），這兩種元素在土壤中的聚集與成土母質(zhì)有很大關(guān)聯(lián)。趙曦等（2015）研究同樣表明 Cr、Ni、Cu之間具有極顯著的相關(guān)性，推斷這3種元素主要為自然來源?？傮w而言，Cr、Cu和Ni受人為活動(dòng)影響相對(duì)較小。前人的研究也發(fā)現(xiàn)（周艷等，2018；張超蘭等，2009），這些元素受土壤地球化學(xué)作用影響較大，主要受自然因素控制，所以第一主成分歸因?yàn)橥寥滥纲|(zhì)影響。

表3 土壤重金屬元素因子載荷Table 3 Factor matrix for soil heavy metals

第二主成分上重金屬 Cd和Hg具有較高的載荷，分別為 0.726和 0.693。前文分析也發(fā)現(xiàn)，Cd和Hg的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯超過了浙江省土壤環(huán)境背景值，說明這兩種元素有明顯富集現(xiàn)象。Cd是施用化肥與農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)活動(dòng)的標(biāo)識(shí)元素（Chang et al.，2014），人們?cè)谵r(nóng)業(yè)活動(dòng)中對(duì)化肥和農(nóng)藥的過度依賴會(huì)加重土壤Cd污染。電鍍工業(yè)（趙科理等，2016）、礦山開采（張晗等，2017）、污水灌溉（Liu et al.，2006）等人類活動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生大量 Cd。羅小玲等（2014）的研究同樣發(fā)現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)的“三廢”排放也是土壤Cd的重要來源。Hg主要是通過燃煤、電廠和焦化廠等向大氣中排放，大氣中的Hg很穩(wěn)定，通過大氣干濕沉降的方式進(jìn)入土壤并累積（孔絲紡等，2010）。Shi et al.（2019）研究發(fā)現(xiàn)，畜禽糞便和污水灌溉是浙江省農(nóng)田土壤汞的主要來源，其貢獻(xiàn)分別為50.25%和38.63%，因而推斷第二主成分代表工農(nóng)業(yè)等人為活動(dòng)來源。

Pb在第三主成分上有較高的載荷，前文分析表明，Pb的平均含量高于浙江省土壤環(huán)境背景值，且變異系數(shù)、偏度、峰度系數(shù)均較大，表明部分區(qū)域Pb累積明顯?？諝庵械腜b經(jīng)風(fēng)力作用，沉積至土壤中產(chǎn)生富集。Han et al.（2018）研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)動(dòng)車尾氣排放是 Pb的重要來源。雖然中國(guó)在上世紀(jì)90年代禁用了含Pb汽油，但其影響依然存在，Pb在環(huán)境中的負(fù)荷依然較高（Cai et al.，2017）。因此，第3種主成分歸因?yàn)榻煌ㄔ础?/p>

2.3 土壤重金屬污染特征

以浙江省土壤背景值為參比值，依據(jù)污染負(fù)荷指數(shù)法，對(duì)浙江省農(nóng)田土壤重金屬污染水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見表4。

表4 浙江省典型農(nóng)田土壤污染情況統(tǒng)計(jì)Table 4 Pollution levels statistics of typical farmland soils of Zhejiang Province %

評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，浙江省農(nóng)田土壤重金屬元素單項(xiàng)污染指數(shù)（CF）均值表現(xiàn)為 Cd (3.33)＞Pb(2.00)＞Hg (1.45)＞Cu (1.36)＞Zn (1.30)＞Cr (0.90)＞Ni(0.86)＞As (0.79)。Cr、Ni、As屬于輕微污染水平，Pb、Hg、Cu、Zn屬于輕度污染水平，Cd屬于重度污染水平。尹佳吉等（2015）的研究同樣表明，浙江省農(nóng)田土壤中Cd超標(biāo)嚴(yán)重（以浙江省表層土壤背景值為標(biāo)準(zhǔn)），超標(biāo)率為55.47%，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)（以《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618—1995)為評(píng)價(jià)依據(jù)）處于輕微污染等級(jí)。從各重金屬元素不同污染級(jí)別樣點(diǎn)數(shù)占比可知（表2），As無污染、輕微、輕度、中度和重度污染樣點(diǎn)數(shù)分別占樣點(diǎn)總數(shù)的53.73%、31.34%、10.45%、2.99%和1.49%；Cd輕度、中度和重度污染樣點(diǎn)數(shù)分別占樣點(diǎn)總數(shù)的23.88%、34.33%、41.79%；Cr無污染、輕微、輕度、中度和重度污染樣點(diǎn)數(shù)分別占樣點(diǎn)總數(shù)的41.79%、19.41%、35.82%、1.49%和 1.49%；大部分樣點(diǎn)的Cu、Pb和Zn的污染指數(shù)屬于輕度污染，Cu、Pb和Zn的輕度污染樣點(diǎn)數(shù)分別占樣點(diǎn)總數(shù)的62.69%、61.20%和65.67%；Hg無污染、輕微、輕度、中度和重度污染樣點(diǎn)數(shù)分別占樣點(diǎn)總數(shù)的16.41%、34.33%、31.34%、8.96%、8.96%；Ni無污染、輕微、輕度、中度和重度污染樣點(diǎn)數(shù)分別占樣點(diǎn)總數(shù)的 55.22%、16.42%、23.88%、2.99%、1.49%。前人對(duì)浙江省局部區(qū)域的研究也紛紛印證了浙江省農(nóng)田土壤重金屬的污染情況。高智群等（2016）在對(duì)嵊州稻田土壤重金屬的研究中，得到重金屬Cd、Cu、Ni、Pb、Zn的平均值分別為0.2、28.64、27.03、38.51、98.74 mg·kg-1，與浙江省土壤背景值相比，Cd和Pb超過了背景值。以《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618—1995）為評(píng)價(jià)依據(jù)，輕度和中度污染分別占14%和2%，表明部分區(qū)域農(nóng)田土壤重金屬污染較嚴(yán)重。劉慶等（2007）對(duì)慈溪市農(nóng)田土壤重金屬的研究表明，Cu、Zn、Pb含量超出當(dāng)?shù)乇尘爸档?倍以上，中度污染水平比例分別為 4%、0.9%、0.9%。丁能飛等（2007）對(duì)蒼南縣土壤重金屬含量的評(píng)估表明，該區(qū)域土壤質(zhì)量總體較好。梁巧玲等（2014）對(duì)浙江省麗水市城郊農(nóng)田土壤的研究則表明，Pb的含量均低于標(biāo)準(zhǔn)值，超標(biāo)率為0，而Cd的范圍在0.37-0.45 mg·kg-1，超標(biāo)率為55%-100%。周金波等（2016）對(duì)寧波市農(nóng)田土壤重金屬污染狀況調(diào)查表明，寧波地區(qū) Cd污染比較突出，個(gè)別樣點(diǎn)已經(jīng)達(dá)到重度污染。張君媚等（2017）對(duì)慶元縣農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，以《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995）為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)域As、Cr均低于標(biāo)準(zhǔn)值，Hg超標(biāo)率為 1.09%，Cd超標(biāo)率為 11.96%，Pb超標(biāo)率為2.17%。蔣玉根等（2008）對(duì)富陽縣土壤重金屬含量的測(cè)定結(jié)果表明，以《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995）為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，富陽市 Cu、Zn、Cd超過標(biāo)準(zhǔn)值的比例分別為8.33%，7.83%，18.3%。重金屬污染負(fù)荷指數(shù)法評(píng)估所得浙江省農(nóng)田土壤重金屬綜合污染指數(shù)（PLI）變化范圍在0.41-2.35之間，平均值為1.18，呈現(xiàn)輕度污染，PLI最大值呈現(xiàn)中度污染。PLI屬于輕微和輕度污染的樣點(diǎn)數(shù)分別占樣點(diǎn)總數(shù)的29.85%和61.19%。

2.4 潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)

以農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值為參比值，根據(jù)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)劃分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)浙江省農(nóng)田土壤重金屬污染進(jìn)行潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，結(jié)果見表5。

表5 浙江省農(nóng)田土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)Table 5 Potential ecological risk assessment of heavy metals in farmland soils of Zhejiang

評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，浙江省農(nóng)田土壤重金屬單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（E）平均值表現(xiàn)為Cd (23.33)＞Hg(2.77)＞Pb (2.62)＞Cu (2.39)＞As (1.82)＞Ni (1.51)＞Cr(0.63)＞Zn (0.46)。所有樣點(diǎn) As、Cr、Cu、Hg、Ni、Zn的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均小于40，處于輕微風(fēng)險(xiǎn)水平。Pb的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最大值大于40，屬于中等風(fēng)險(xiǎn)水平；Cd的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最大值大于80，屬于較強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)水平，因此，Pb和Cd是浙江省農(nóng)田土壤最主要的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子。章明奎等（2008）對(duì)浙東海積平原農(nóng)田土壤重金屬的研究中，以《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618—995）中重金屬含量標(biāo)準(zhǔn)值為參比值，發(fā)現(xiàn)Cd、Cu、Hg超標(biāo)比例分別為15.63%、3.13%、6.25%。陳江等（2010）對(duì)湖州市土壤重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)則表明，當(dāng)?shù)豀g和Cd處于中等風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，上述研究結(jié)果與本研究評(píng)價(jià)結(jié)果相符。浙江省農(nóng)田土壤重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）變化范圍在14.33-105.89，平均值為35.53，呈現(xiàn)輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。所有樣點(diǎn)的RI值均小于150，全部處于輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平。浙江省農(nóng)田土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指數(shù)（IER）變化范圍在-6.63-2.89，平均值為-4.89，屬于無風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警級(jí)別。需要注意的是，IER最大值大于 2，說明個(gè)別樣點(diǎn)達(dá)到了輕度預(yù)警級(jí)別。

本研究采用污染負(fù)荷指數(shù)（PLI）、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指數(shù)（IER）對(duì)農(nóng)田土壤重金屬污染與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并利用ArcGIS 10.2軟件，繪制了浙江省典型農(nóng)田土壤重金屬PLI、RI和IER空間分布圖（圖2）。

圖2 浙江省典型農(nóng)田土壤PLI、RI、IER空間分布格局Fig. 2 Spatial distribution patterns of PLI, RI and IER of typical farmland soils in Zhejiang Province

由圖2可知，浙江省農(nóng)田土壤重金屬污染負(fù)荷指數(shù)PLI在1.00-2.00范圍的樣點(diǎn)幾乎覆蓋整個(gè)省區(qū)，表明該省農(nóng)田土壤重金屬處于輕度污染狀態(tài)。麗水市PLI指數(shù)大多處于無污染或輕微污染水平。麗水市是浙江省礦產(chǎn)資源最為豐富的市，其礦種多，礦床規(guī)模大，金礦占全省比例達(dá)58.7%，鉬占56.1%，鉛鋅分別占13.0%和10.2%。礦產(chǎn)開采活動(dòng)是土壤重金屬污染的重要因素（Xiao et al.，2017；Zhou et al.，2018）。因而該區(qū)域土壤重金屬污染與其豐富礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用是密切相關(guān)的。研究區(qū)域潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI均小于150，具有輕微風(fēng)險(xiǎn)。其中金華市義烏和紹興市諸暨的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)IR值分別為80.30和102.20，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高。金華市的農(nóng)田土壤除受當(dāng)?shù)毓さV業(yè)影響外，化肥、農(nóng)藥等農(nóng)用化學(xué)品，如磷肥、各類復(fù)合肥及除草劑、殺蟲劑等也是重要的污染源。此外，金華市區(qū)的垃圾填埋場(chǎng)中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的固體廢棄物通過大氣擴(kuò)散或降水等方式造成土壤重金屬污染（許金朵，2008）。孫華等（2008）對(duì)紹興市諸暨浬浦銅礦周邊土壤重金屬的研究結(jié)果同樣表明該礦區(qū)開采活動(dòng)是土壤重金屬的外來污染源，與此同時(shí)，村民對(duì)化肥及農(nóng)藥的過度使用也是重要原因。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指數(shù) IER除在麗水市縉云縣巖沿村采樣點(diǎn)具有預(yù)警級(jí)別外，其余均屬于無警級(jí)別。此外，紹興市嵊州市農(nóng)田土壤重金屬在無警級(jí)別中較為突出，嵊州市是全國(guó)第一批經(jīng)濟(jì)開放縣（市）、全國(guó)縣域經(jīng)濟(jì)基本競(jìng)爭(zhēng)力百強(qiáng)縣市，有中國(guó)廚具之都、電聲零件之都等稱號(hào)。高智群等（2016）對(duì)該區(qū)域土壤-水稻系統(tǒng)重金屬的研究表明，其土壤重金屬Cd、Cu、Ni、Pb、Zn均有不同程度的累積，局部污染嚴(yán)重，這與該區(qū)域工業(yè)活動(dòng)有關(guān)。

3 結(jié)論

浙江省典型農(nóng)田土壤8種重金屬元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)均超出浙江省土壤環(huán)境背景值，存在明顯的富集效應(yīng)，其中Cd的富集效應(yīng)最突出，但均未超過農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控篩選值（GB 15618—2018）。從生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果來看，Pb和Cd是浙江省農(nóng)田土壤最主要的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子。Cr、Cu和Ni主要受到自然因素的影響，Cd和Hg主要來自于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等人類活動(dòng)，Pb則主要來自于交通源?？傮w而言，浙江省典型農(nóng)田土壤環(huán)境重金屬為輕度污染狀態(tài)，存在輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，說明浙江省快速的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展已經(jīng)對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)田土壤環(huán)境造成一定的影響，未來需要進(jìn)一步加強(qiáng)農(nóng)田土壤環(huán)境監(jiān)管，保障生態(tài)環(huán)境安全和農(nóng)產(chǎn)品安全。