平?jīng)鍪械湫妥魑锓N植區(qū)土壤重金屬污染狀況及其分布特征

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、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個典型作物種植區(qū)耕層土樣，測量其重金屬含量，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價。結(jié)果表明，平?jīng)鍪型寥乐亟饘傥廴镜燃墳榍鍧嵉臉悠氛?9.41 %、尚清潔占0.59 %；潛在生態(tài)危害等級輕微的土壤樣品占95.85 %、中等生態(tài)危害占4.15%。506 個點位樣品中，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：X5318.1 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：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，都會對人類健康造成危害［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發(fā)育［3 ］，因此，對土地重金屬污染物的危險性評價十分關(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，合理評價土壤重金屬對人類健康和自然環(huán)境的影響風(fēng)險，并及時采取相應(yīng)的污染緩解措施，對于維護(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)計學(xué)方法主要應(yīng)用于土壤重金屬的環(huán)境風(fēng)險評估和空間變異調(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)境危險性評價，Hakanson的生態(tài)風(fēng)險指標(biāo)和生態(tài)風(fēng)險因子被廣泛用來確定土壤重金屬的生態(tài)危險性［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)展時期，土壤動態(tài)監(jiān)測和風(fēng)險評估尤其重要。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地區(qū)，在中國農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃分中屬于隴東地區(qū)溫和零點五濕潤農(nóng)業(yè)氣候區(qū)。總體的氣候特征為南濕、北干、東暖、西冷。受地勢和海拔的共同影響，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)。土壤取樣點布設(shè)按縣（區(qū)、市）進(jìn)行分區(qū)分層，采集了506個國家級、省級、縣級監(jiān)測點土壤樣本進(jìn)行檢測。取樣程序按照《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ / T166 — 2004）的規(guī)定，現(xiàn)場收集地表0～20 cm土層土壤樣品，各樣品由5個子試樣混勻構(gòu)成。對土壤樣品經(jīng)過風(fēng)干、預(yù)處理，并去掉野草、樹根等雜物，交由專業(yè)機構(gòu)檢測。506個目標(biāo)區(qū)域（點位）見圖1。采用Excle 2007軟件進(jìn)行資料統(tǒng)計分析。

1.3 ? 研究方法

1.3.1 ? ?內(nèi)梅羅指數(shù)法 ? ?評價單個元素的危害程度叫作單因子指數(shù)，計算公式為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的實測含量；Si重金屬元素i的評價標(biāo)準(zhǔn)，本文參照《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618 — 2008）中的二級標(biāo)準(zhǔn)（表1）。

單因子指數(shù)只能反映單個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)計算最常見的方法之一 ［12 ］，計算公式如下：

式中，P綜為采樣點土壤重金屬綜合污染指數(shù)；Pimax為采樣點重金屬單項污染指數(shù)中的最大值；Piave為采樣點重金屬單項污染指數(shù)的平均值。內(nèi)梅羅指數(shù)等級劃分標(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)法被國內(nèi)外廣泛應(yīng)用于評價重金屬的潛在危害［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)重金屬污染物對生態(tài)的綜合影響，計算公式如下：

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)法評價結(jié)果

通過測量506個點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個點中，有3個點的土壤重金屬污染級別為尚清潔，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)計分析的506個點中，土壤重金屬污染級別達(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種評估方法評估的結(jié)論中，均表明平?jīng)鍪型寥乐亟饘傥廴境潭鹊内厔轂樯锌?。值得注意的是，采用土壤重金屬生態(tài)危險綜合指數(shù)評價結(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

對檢測結(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)計分析（表6）可知，7種土壤重金屬點位超標(biāo)率均小于《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》中對應(yīng)的土壤重金屬點位超標(biāo)率（Cu=2.1%，Cd=7%，Zn=0.9%，Cr=1.1%，Pb=1.5%，As=2.7%，Hg=1.6% ）［14 ］。從計算結(jié)果明顯看出，只有Pb、As這2種重金屬元素有點位超標(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)行有針對性防治。

2.3 ? 主要土類土壤重金屬污染狀況

調(diào)查的506個點位中，共涉及13個土類，通過不同土類土壤重金屬污染等級占比計算，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)中各個等級的點位統(tǒng)計（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)對平?jīng)鍪械湫徒?jīng)濟作物種植區(qū)506個點位的土壤重金屬污染情況分析，污染級別為潔凈、尚潔凈的比例分別為99.41%、0.59%。潛在生態(tài)危險級別為輕度生態(tài)危險、中度生態(tài)危險的比例分別為95.85%、4.15%。表明平?jīng)鍪型寥乐亟饘傥廴镜某潭饶壳跋鄬^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，加強監(jiān)控，維持其正常糧食生產(chǎn)功能。506個點位中，土壤重金屬元素點位超標(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條件以及經(jīng)濟社會的發(fā)展形式相關(guān)。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 陳衛(wèi)平，楊 ? 陽，謝 ? 天，等. ?中國農(nóng)田土壤重金屬污染防治挑戰(zhàn)與對策［J］. ?土壤學(xué)報，2018，55（2）：261-272.

［2］ ZHANG F S， LI Y X， YANG M， et al. Content of heavy metals in animal feeds and manures from farms of different scales in northeast China［J］. ?International Journal of Environmental Research and Public Health， 2012， 9（8）： 2658-2668.

［3］ ZHAO K L， LIU X M， ZHANG W W， et al. ?Spatial dependence and bioavailability of metal fractions in paddy fields on metal concentrations in rice grain at a regional scale［J］. Journal of Soils and Sediments， 2011， 11（7）：1165-1177.

［4］ 張喜平，呂莉莉，王小軍，等. ?天水市武山縣蔬菜大棚土壤重金屬含量分析與評價［J］. ?甘肅農(nóng)業(yè)科技，2022，53（2）：63-67

［5］ HOU D Y， O′CONNOR D， NATHANAIL P， et al. Integrated GIS and multivariate statistical analysis for regional scale assessment of heavy metal soil contamination： A critical review［J］. ?Environmental Pollution， 2017， 231： 1188-1200.

［6］ YAYLALI-ABANUZ G. ?Heavy metal contamination of surface soil around Gebze industrial area， Turkey［J］. Microchemical Journal， 2011， 99（1）：82-92.

［7］ DONG R Z， JIA Z M， LI S Y. ?Risk assessment and sources identification of soil heavy metals in a typical county of Chongqing Municipality， southwest China［J］. Process Safety and Environmental Protection， 2018， 113： 275-281.

［8］ JIA Z M， LI S Y， WANG L. ?Assessment of soil heavy metals for ecoenvironment and human health in a rapidly urbanization area of the upper Yangtze Basin［J］. ?Scientific Reports， 2018， 8（1）：3256.

［9］ NI M F， MAO R， JIA Z M， et al. Heavy metals in soils of Hechuan County in the upper Yangtze（SW China）： Comparative pollution assessment using multiple indices with high-spatial-resolution sampling［J］. ?Ecotoxicology and Environmental Safety， 2018， 148： 644-651.

［10］ WU J， LU J， LI L M， et al. Pollution， ecological-health risks， and sources of heavy metals in soil of the northeastern Qinghai-Tibet Plateau［J］. ?Chemosphere， 2018， 201： 234-242.

［11］ 李瑞琴，白 ? 濱，于安芬，等. ?蘭州百合產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量與肥力狀況評［J］. ?甘肅農(nóng)業(yè)科技，2019（11）：7-11.

［12］ 郭笑笑，劉叢強，朱兆洲，等． ?土壤重金屬污染評價方法［J］. ?生態(tài)學(xué)雜志，2011，30（5）：889-896．

［13］ 徐爭啟，倪師軍，庹先國，等． ?潛在生態(tài)危害指數(shù)法評價中重金屬毒性系數(shù)計算［J］． ?環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2008（2）：112-115．

［14］ 陳雅麗，翁莉萍，馬 ? 杰，等． ?近十年中國土壤重金屬污染源解析研究進(jìn)展［J］. ?農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2019，38（10）：2219-2238．

［15］ 蘇輝躍，王 ? 璐，錢 ? 歡，等． ?武清區(qū)典型蔬菜種植區(qū)土壤重金屬的風(fēng)險評估和空間分布特征［J］. ?農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報，2021，38（6）：1122-1131．

［16］ 紀(jì)文貴，王 ? 珂，蒙建設(shè)，等． ?中國土壤重金屬污染狀況及其風(fēng)險評價［J］. ?農(nóng)業(yè)研究與應(yīng)用，2020，33（5）：22-28．

收稿日期：2022 - 05 - 17

基金項目：平?jīng)鍪锌萍季种攸c研發(fā)計劃項目（平科任【2021】25號）。

作者簡介：朱 ? 敏（1992 — ），女，甘肅平?jīng)鋈?，農(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。