李曉戈 方亮 鐘磊

摘要：武定縣是云南省重要的黃煙主產(chǎn)區(qū)，土壤養(yǎng)分和土壤質(zhì)量狀況是保障黃煙安全的關(guān)鍵。本次通過對(duì)武定縣1802件表層土壤樣品（0～20cm）中8種重金屬元素（As、Cd、Hg、Ni、Pb、Zn、Cu、Cr）數(shù)據(jù)分布研究，根據(jù)《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》（DZ/T0295-2016）和《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），對(duì)研究區(qū)進(jìn)行了土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示：（1）研究區(qū)8種重金屬含量均高于全國(guó)土壤背景值，研究區(qū)內(nèi)pH變化范圍在3.88～8.47之間，平均值為5.33，土壤酸化嚴(yán)重，但重金屬含量大多低于云南省土壤背景值，重金屬基本不超標(biāo)；（2）農(nóng)用地土壤環(huán)境綜合等級(jí)結(jié)果表明，一等（無風(fēng)險(xiǎn)）、二等（風(fēng)險(xiǎn)可控）、三等（風(fēng)險(xiǎn)較高）土地面積分別占調(diào)查區(qū)66.03%、32.17%和1.80%，局部風(fēng)險(xiǎn)較高地區(qū)與礦區(qū)開采有關(guān)，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低。

關(guān)鍵詞：土壤養(yǎng)分；重金屬；環(huán)境評(píng)價(jià)；黃煙；云南省

1.引言

土壤中N、P、K，亦稱“肥料三要素”[1]，是決定黃煙品質(zhì)的重要因素，適宜的土壤pH值等理化指標(biāo)是優(yōu)質(zhì)黃煙的基礎(chǔ)[2-3]。同時(shí)，土壤中重金屬以其難以降解的特點(diǎn)已成為人類食物與生態(tài)環(huán)境安全重要威脅[4-10]。土壤作為重金屬最大的天然儲(chǔ)藏庫(kù)，其重金屬來源主要分為地質(zhì)成因和人為成因兩類[11]，地質(zhì)成因表現(xiàn)為對(duì)成土母巖礦物元素的繼承性，土壤的成土母質(zhì)本身重金屬含量較高，在風(fēng)化成土過程中發(fā)生重金屬相對(duì)富集，地質(zhì)成因的土壤重金屬活性較低，不易進(jìn)入植物中，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)低；人為污染主要包括工業(yè)“三廢”排放、資源不合理開采、生活垃圾累積、農(nóng)藥化肥過度使用等，人為成因的重金屬污染，具有較高的活性，易被植物吸收、富集。因此，重金屬的來源識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估尤為重要，是減少重金屬污染的關(guān)鍵因素。西南地區(qū)碳酸鹽巖和玄武巖廣泛分布，是我國(guó)著名的重金屬高背景區(qū)[12]，同時(shí)也是我國(guó)重要的煙草生產(chǎn)基地，在黃煙主產(chǎn)區(qū)開展土壤養(yǎng)分和環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)是保障黃煙抽吸品質(zhì)的關(guān)鍵。本文選擇在云南省重要的黃煙產(chǎn)區(qū)武定縣開展土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，為指導(dǎo)黃煙生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

2.研究區(qū)概況

調(diào)查區(qū)位于云南省武定縣，隸屬于楚雄彝族自治州，地跨東經(jīng)101°55′～102°29′、北緯25°20′～26°11′，東鄰祿勸縣，南與祿豐縣、富民縣毗鄰，西與元謀縣接壤，北與四川會(huì)理縣隔金沙江相望，是出滇入川的必經(jīng)之地，縣域國(guó)土面積3322平方千米，是烏蒙山區(qū)集中連片貧困地區(qū)之一，地勢(shì)東西兩側(cè)及西南部高，北部低，屬低緯高原季風(fēng)氣候區(qū)，由于受地形地勢(shì)影響，具有北熱、南暖、東西涼的立體氣候特點(diǎn)，降水豐沛，氣候垂直變化顯著，雨熱同季，大陸性強(qiáng)。武定縣耕（園）地面積占全縣國(guó)土總面積的18.99%，土壤類型主要有棕壤、黃棕壤、紅壤、燥紅土、紫色土、石灰?guī)r土、沖積土和水稻土8個(gè)土類、14個(gè)亞類，是重要的糧食、黃煙生產(chǎn)基地。

3.方法與材料

3.1樣品采集和分析測(cè)試

嚴(yán)格按照《DZ/T0295-2016土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》[13]要求采集土壤表層樣品，采用地理網(wǎng)格和全國(guó)第二次土地調(diào)查圖斑相結(jié)合的樣點(diǎn)布設(shè)方案，以旱地—園地—林地順序優(yōu)先采集樣品，同時(shí)兼顧均勻性，最大限度地代表區(qū)域內(nèi)土壤環(huán)境質(zhì)量的狀況。共采集土壤樣品1802件，采樣深度為0cm～20cm。樣品采集后置于布樣帶中，用聚乙烯塑料袋密封，室溫條件下風(fēng)干，用10目尼龍篩過篩，四分法取300克完全過篩的樣品放在聚乙烯瓶中送實(shí)驗(yàn)室分析。

本次研究分析測(cè)試項(xiàng)目pH、Cr、Cd、As、Zn、Cu、Ni、Pb和Hg共9種指標(biāo)。根據(jù)不同分析方法的質(zhì)量水平，本項(xiàng)目選擇分析方法配套基本方案以X射線熒光光譜法（XRF）、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-OES）和電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）為主體，輔以其它分析方法組成，重復(fù)樣相對(duì)雙差合格率為100%，分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

3.2土壤環(huán)境綜合評(píng)價(jià)方法

土壤環(huán)境質(zhì)量是綜合土壤中砷（As）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、銅（Cu）、汞（Hg）、鉛（Pb）、鎳（Ni）、鋅（Zn）8個(gè)重金屬元素在土壤中的含量水平，根據(jù)《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）中的篩選值和管控值劃分出的土壤環(huán)境地球化學(xué)綜合等級(jí)，Ci≤Si為一等，無風(fēng)險(xiǎn)，SiGi為三等，風(fēng)險(xiǎn)較高，因國(guó)標(biāo)中Cu、Zn、Ni無管控值，Cu、Zn、Ni單指標(biāo)評(píng)價(jià)時(shí)只分無風(fēng)險(xiǎn)、和風(fēng)險(xiǎn)可控兩等，其中：Ci：土壤中i指標(biāo)的實(shí)測(cè)濃度，Si：篩選值，Gi：管控值。土壤環(huán)境地球化學(xué)綜合等級(jí)采用“一票否決”的原則，每個(gè)評(píng)價(jià)單元的土壤環(huán)境地球化學(xué)綜合等級(jí)等同于單指標(biāo)劃分出的環(huán)境等級(jí)最差的等級(jí)。

4.結(jié)果與討論

4.1土壤重金屬含量特征

表層土壤中重金屬（As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn）及pH值統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn平均含量分別為6.34、0.14、79.12、35.11、0.03、34.27、27.42和64.14 mg·kg-1，Cr、Zn含量較高，平均值分別超過云南省土壤背景值（ABV）的1.21和3.16倍[14]，其余重金屬含量均低于云南省土壤背景值。8種土壤中重金屬含量除As和Zn外，含量均高于全國(guó)土壤背景值[15]，分別是全國(guó)土壤背景值的0.70、2.33、1.49、1.76、1.27、1.4、1.25和0.97倍，研究區(qū)內(nèi)pH變化范圍在3.88～8.47之間，平均值為5.33，土壤酸化嚴(yán)重。研究區(qū)內(nèi)土壤重金屬元素的變異系數(shù)以中高度為主，8種元素變異系數(shù)從大到小依次為Cu> As > Cd > Zn >Hg > Pb > Ni > Cr，分布不均勻。所有重金屬平均含量均未超過《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)》（GB 15618-2018）規(guī)定的篩選值[16]，考慮到研究區(qū)位于西南重金屬高背景區(qū)，該區(qū)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低。

4.2土壤重金屬環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

土壤酸堿度是土壤最重要的化學(xué)性質(zhì)，因?yàn)樗峭寥栏鞣N化學(xué)性質(zhì)的綜合反映，它與土壤微生物的活動(dòng)、有機(jī)質(zhì)的合成和分解、各種營(yíng)養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化與釋放及有效性、土壤保持養(yǎng)分的能力都有關(guān)系。土壤酸堿度對(duì)土壤養(yǎng)分有效性有重要影響，在pH6～7的微酸條件下，土壤養(yǎng)分有效性最高，最有利于植物生長(zhǎng)。酸堿度分級(jí)結(jié)果顯示（表2），調(diào)查區(qū)農(nóng)用地土壤以酸性為主，酸性地塊面積為233988畝，其比例為70.98%，強(qiáng)酸性地塊面積為57022畝，占調(diào)查區(qū)的17.30%，中性地塊面積為23989畝，占調(diào)查區(qū)的7.28%，堿性地塊面積為14646畝，占調(diào)查區(qū)的4.44%，調(diào)查區(qū)無強(qiáng)堿性土壤分布。

重金屬污染分級(jí)結(jié)果顯示，調(diào)查區(qū)As基本不超標(biāo)，以一等（無風(fēng)險(xiǎn)）為主，面積316676畝，占調(diào)查區(qū)96.07%，無超過管控值土地，調(diào)查區(qū)砷含量不高，無風(fēng)險(xiǎn)；調(diào)查區(qū)Cd基本不超標(biāo)，以一等（無風(fēng)險(xiǎn)）為主，面積305084畝，占調(diào)查區(qū)92.55%，二等（風(fēng)險(xiǎn)可控）面積18755畝，比例為5.69%，超過管控值土地面積5806畝，比例為1.76%；調(diào)查區(qū)土壤Cu污染較嚴(yán)重，超出篩選值農(nóng)用地97574畝，超標(biāo)比例29.60%，需要加強(qiáng)預(yù)防和治理工作；調(diào)查區(qū)Pb含量二等（風(fēng)險(xiǎn)可控）與獅子山礦區(qū)有關(guān)，其余有零星分布；調(diào)查區(qū)97.55%的土壤Cr含量低于150mg/kg，達(dá)到國(guó)家一級(jí)土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，無風(fēng)險(xiǎn)；調(diào)查區(qū)農(nóng)用地Ni主要以一等（無風(fēng)險(xiǎn)）為主，面積309002畝，占調(diào)查區(qū)的93.77%，超標(biāo)農(nóng)用地面積20543畝，占調(diào)查區(qū)面積6.23%；調(diào)查區(qū)農(nóng)用地土壤Zn含量以一等（無風(fēng)險(xiǎn)）為主，面積318720畝，占調(diào)查區(qū)96.69%；調(diào)查區(qū)農(nóng)用地土壤Hg無超標(biāo)。

調(diào)查區(qū)一等、二等、三等土地面積分別為217678畝、106036畝、5932畝，分別占總調(diào)查面積的66.03%、32.17%、1.80%（圖1）。武定縣土壤環(huán)境質(zhì)量較清潔，二等（風(fēng)險(xiǎn)可控）土地和三等（風(fēng)險(xiǎn)較高）土地與獅子口礦區(qū)位置吻合，土壤環(huán)境質(zhì)量等級(jí)較地的二等（風(fēng)險(xiǎn)可控）和三等（風(fēng)險(xiǎn)較高）的土地主要為林地，耕地（園地）風(fēng)險(xiǎn)較低。

4.3土壤重金屬污染來源分析

各元素之間的相關(guān)性常用來判別元素之間是否具有共同來源的依據(jù)之一，具有顯著正相關(guān)性的重金屬通常認(rèn)為有相似的來源。對(duì)研究區(qū)As、Cd、Cr等8種指標(biāo)進(jìn)行皮爾森相關(guān)性檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)（表3），土壤中Cr和Ni有極好的相關(guān)性，Cr和Ni種重金屬元素在0.01水平上有顯著關(guān)系，且相關(guān)系數(shù)均較大，在0.65以上，表明2種元素很可能具有相同的物質(zhì)來源；土壤Cd和Zn兩者之間相關(guān)系數(shù)為0.84（0.01水平），存在極顯著的關(guān)系，說明它們可能具有共同來源。

5.結(jié)論

（1）除As和Zn外，研究區(qū)8種重金屬（Cd、Cu、Ni、Cr、Zn、As、Hg、Pb）重金屬含量均高于全國(guó)土壤背景值，研究區(qū)內(nèi)pH變化范圍在3.88～8.47之間，平均值為5.33，土壤酸化嚴(yán)重，但重金屬含量大多低于云南省土壤背景值，下一步需加強(qiáng)重金屬來源研究，厘清受西南地區(qū)特殊的地質(zhì)條件還是人為活動(dòng)的影響。

（2）農(nóng)用地土壤環(huán)境綜合等級(jí)結(jié)果表明，一等、二等、三等土地面積分別占調(diào)查區(qū)66.03%、32.17%和1.80%。局部風(fēng)險(xiǎn)較高地區(qū)與礦區(qū)開采有關(guān)，研究區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量尚可。

（3）重金屬污染來源主要與碳酸鹽巖、基性侵入巖、砂巖以及銅鐵礦床等西南特殊地質(zhì)背景有關(guān)，受地層控制明顯，Cr、Cu、Ni等重金屬具有相同的來源，Zn和Cd可能受地質(zhì)背景與人為外源污染雙重影響，具有相同來源。

參考文獻(xiàn)：

[1]何同康.土壤（土地）資源評(píng)價(jià)的主要方法及其特點(diǎn)比較[J].土壤學(xué)進(jìn)展， 1983， 11（6）： 1-12.

[2]駱東奇，白潔，謝德體.論土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法[J].土壤與環(huán)境， 2002， 11（2）： 202-205.

[3]金繼運(yùn).“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”及其在我國(guó)的應(yīng)用前景[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)， 1998， 4（1）： 1-7.

[4]Cheng， S. Heavy metal pollution in China： origin， pattern and control. Environ. Sci. Pollut. Res. 2003， 10， 192–198.

[5]Rodrigues， S.M.， Cruz， N.， Coelho， C.， et al. Risk assessment for Cd， Cu， Pb and Zn in urban soils： chemical availability as the central concept. Environ. Pollut. 2013， 183， 234–242.

[6]Cheng H， Li M， Xie X J. Exploring China： environment and resources. Journal of Geochemical Exploration， 2014， 139 ： 1–3.

[7]Chen H， Teng Y， Lu S， Wang Y， Wang J. Contamination features and health risk of soil heavy metals in China. Science of the Total Environment. 2015， 512-513， 143-153.

[8]Kowalska， J.， Mazurek， R.， G？asiorek， M.， Setlak， M.， Zaleski， T.， Waroszewski， J. Soil pollution indices conditioned by medieval metallurgical activity–a case study from Krakow （Poland）. Environ. Pollut. 2016， 218， 1023–1036.

[9]Shi， Y.， Huang， J.， Zeng， G.， Gu， Y.， Hu， Y.， Tang， B.， Zhou， J.， Yang， Y.， Shi， L. Evaluation of soluble microbial products （SMPs） on membrane fouling in membrane bioreactors （MBRs） at the fractional and overall level： a review. Rev. Environ. Sci. Biotechnol. 2018a， 17， 71–85.

[10]張富貴，彭敏，王惠艷，等.基于鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度的西南重金屬高背景區(qū)土壤重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué)， 2020， 41（09）： 321-333.

[11]Liang Jie， Feng Chunting， Zeng Guangming， et al，. Spatial distribution and source identification of heavy metals in surface soils in a typical coal mine city， Lianyuan， China[J]. Environmental Pollution. 2017， 225： 681-690.

[12]Yang Y. The Geochemistry of anomalous elements in the environment of Guizhou. Guizhou Geology. 1999， 66 （1）： 66-72.

[13]中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部. DZ/T 0295-2016土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范[S]. 2016.

[14]中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站.中國(guó)土壤元素背景值[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社， 1990.

[15]王學(xué)求，周建，徐善法，等.全國(guó)地球化學(xué)基準(zhǔn)網(wǎng)建立與土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值特征[J].中國(guó)地質(zhì)， 2016， 43（5）： 1469-1480.

[16]中華人民共和國(guó)生態(tài)環(huán)境部. GB 15618-2018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)[S].