三明市畜禽养殖场周边土壤重金属污染调查及评价研究

三明市环境监测站 刘青付

随着经济的飞速发展和工业化进程的加速，土壤重金属污染日益严重，已经成为一个世界性的环境问题。土壤中重金属具有移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解等特点，治理和恢复的难度大[1]。土壤环境作为城市的重要组成部分，在规模化畜禽养殖过程中，因为饲料中广泛添加 Cu、Zn、Fe、As、Mn等元素，导致畜禽粪便积累高量的重金属元素，所以畜禽养殖中畜禽粪便的排放就成为土壤重金属污染加剧的重要原因之一[2]。而另外部分的重金属随畜禽粪便、尿液排泄到水域中，严重破坏人们的生存环境，最终影响人类健康[3-5]。我国学者在南京、广州、上海、成都、福州、郑州等主要城市开展了土壤重金属污染相关的研究工作[6-14]，研究表明，我国城市土壤已普遍受到不同程度的重金属污染。

本文对三明市3个规模化畜禽养殖场周边的土壤样品进行重金属含量调查分析，并对重金属含量采用污染指数法和潜在风险指数法进行环境质量评价，旨在为三明市畜禽养殖场的生态环境质量改进提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 土壤样品的采集、制备

在畜禽养殖场外围 500米范围内采用网格法进行随机布点，网格大小为100m×100m。每个畜禽养殖场周边土壤布设5个采样小区，共布设15个采样小区，每个采样小区至少采集3～5个样品组成一个混合样品。土壤样品采集0～20cm的土层。

1.2 试剂与仪器

试剂：HF、HClO4、HNO3、HCl，均为优级纯。

仪器：AA900T型原子吸收分光光度计(美国PE公司生产)、PF6-1型原子荧光光度计(北京普析通用公司)、LabTech EH45C电热板(北京莱伯泰科仪器股份有限公司)。

1.3 样品分析方法

铜、铬、锌、铅、镍和锰：参考HJ491—2009 (土壤 总铬的测定 火焰原子吸收分光光度法)中的全消解方法，用盐酸、硝酸、氢氟酸和高氯酸，在电热板上加热消解样品，消解液定容到50mL容量瓶中备用。镉、铅含量采用石墨炉原子吸收分光光度法测定（GB/T 17141-1997）；铜、锌、铬、锰、镍含量采用火焰原子光度法测定。砷、汞：参 考 GB／T 22105—2008 (土壤质量 总汞、总砷、总铅的测定原子荧光法)，采用原子荧光法进行测定。pH采用玻璃电极法（NY/T 1377—2007）进行测定。

2 结果与分析

2.1 土壤重金属含量与土壤背景值的比较

三明市畜禽养殖场土壤重金属含量的统计值及福建省土壤背景值[15]、国家土壤Ⅱ级标准值（GB15618—1995）列于表 1。与福建省土壤背景值相比，畜禽养殖场周边土壤重金属的Cd、Hg、As、Pb平均含量均高于相应元素的福建省土壤背景值。其中，除了 Zn、Ni含量的最大值低于福建省土壤背景值外， Cd、Hg、As、Pb、Cr、Mn、Cu含量的最大值均超过了福建省土壤背景值，表明在三明市畜禽养殖场周边土壤中的7种重金属均有外源物质进入，并存在明显的累积现象，但与国家土壤Ⅱ级标准值相比，所有元素的平均含量均在标准限量内。

表1 畜禽养殖场周边土壤重金属含量统计 （单位： mg/kg）

变异系数是反映统计数据离散程度的参数，可以从一定程度上反映某元素的分布与均一状况，变异系数越大，数据波动越大，说明受到外界的影响越大。比较9种重金属元素的变异系数，从大到小依次为：Pb >As> Cu>Cr> Mn> Cd>Ni> Zn> Hg，其中Pb的变异系数最大，表明重金属Pb在畜禽养殖场周边土壤中的分布最不均匀，受人为干扰比其他的重金属更严重，其原因可能是受畜禽饲料及畜禽排污造成的。Hg的变异系数最小，说明Hg在畜禽养殖场周边的土壤中分布比较均匀，受人为影响较小。

2.2 土壤重金属之间相关性的分析

研究土壤中重金属的相关性可以推测重金属来源是否相同。一般而言，土壤重金属的全量测定中各元素相关性越大，则同源性越大[16]。本文应用SPSS19.0软件对三明市畜禽养殖场周边土壤中9种重金属元素含量进行相关性分析，结果见表2。

由表2可以看出，三明市畜禽养殖场周边的土壤中各种重金属元素含量之间普遍存在相关性，其中Cd和Cr、Zn、Mn的相关系数分别为 0.572、0.752、0.637；As和 Cu、Ni的相关系数分别为 0.876、0.709， Cu和 Ni的相关系数为0.671；Zn和Mn的相关系数为0.760，均达到显著正相关水平。这表明Cd和Cr、Zn、Mn等多种重属元素有可能来自相同的污染源，呈现复合污染的可能性比较大，这些污染元素有可能来自畜禽养殖场使用的饲料和排放的动物粪便。

表2 三明市畜禽养殖场周边土壤重金属元素含量相关性分析

2.3 畜禽养殖场周边土壤重金属污染评价

本次研究采用单项污染指数法、综合污染指数法以及潜在生态风险指数法对研究区土壤重金属污染进行评价，评价标准依据《土壤环境质量标准》（GB15618—1995）中的二级标准。

根据单向污染指数和综合污染指数法（内罗梅计算公式）得出三明畜禽养殖场周边土壤中Cd、Hg、As、Pb、Cr、Zn、Mn、Ni、 Cu 9种重金属污染评价结果，如表3所示，3个畜禽养殖场的单项污染指数均小于 1，说明各个畜禽养殖场周边土壤的重金属元素含量均是达标的。从表3可以看出，3个畜禽养殖场的综合污染指数分别是0.34、0.43、0.41，根据土壤综合评价分级标准（Pi≤1为无污染），可以判断三明市3个畜禽养殖场周边土壤污染等级皆为1级清洁（安全）。

表3 禽养殖场周边土壤单项污染指数与综合污染指数

潜在生态危害系数评价法是由瑞典科学家 Hakanson提出的沉积物评价方法[17]，该方法被广泛应用于土壤、水生生物和水体沉积物中重金属元素的污染评价，引入毒性响应系数，将重金属的环境生态效应与毒理学联系起来，使评价更侧重于毒理方面，对其潜在的生态危害进行评价。计算公式为：

式中，RI为采样点多种重金属元素的潜在生态危害指数,Eir为元素 i的潜在生态风险系数， Tir为元素 i的毒性系数（几种重金属毒性系数值：Zn＝Mn=1< Cr=2< Pb=Ni=Cu=5

表4 潜在生态风险评价指标分级

为了反映特定区域的差异性，本文选择福建省土壤背景值作为参比值，评价结果见表 5。以单种重金属元素平均值进行潜在生态危害系数评价，As、Pb、Cr、Zn、Mn、Ni、 Cu7种重金属元素的潜在生态危害强度较轻，其值介于0.4～15.7之间，小于40，属于轻微生态危害水平；Cd在3个养殖场周边土壤中的潜在生态危害较重，某农牧有限公司和某养猪基地达到中等生态危害水平，某养牛基地达到强生态危害水平；3个养殖场周边土壤中Hg的Eir值为40.0～49.4，处于中等生态危害水平。

三明市3个规模畜禽养殖场周边的土壤中，Cd、Hg均为土壤重金属的主要生态危害因子。因此，在今后的养殖场周边土壤生态环境监管中，应将Cd和Hg作为优先控制的污染元素。

表5 禽养殖场周边土壤重金属的潜在生态危害系数和危害指数

3 防治对策

总的来说，三明畜禽养殖场周边，土壤环境总体保持良好，9种重金属的含量均低于国家土壤环境质量二级标准。和福建省土壤背景值比较，畜禽养殖场周边土壤中的7种重金属均有外源物质进入，并存在明显的累积现象，应采取积极的应对措施，以防止重金属对生态环境造成危害。

一是畜禽养殖场周边土壤环境需要重视源头治理。土壤重金属具有隐蔽性、潜伏性、长期性等特点，一旦受污染其危害性及修复成本都是巨大的。因此，要合理安排畜禽养殖基地的生产布局，加强对畜禽养殖场周边土壤重金属污染的监测力度，优化饲料配方，严格控制兽药、饲料重金属的使用量。

二是植物治理方法。主要通过改变耕作管理方式，在畜牧养殖场周边的土壤中种植抗污能力强的植物，如种植多周树木、花草，不但可以改善环境，还能净化土壤，防止土壤重金属污染，提高土壤环境质量。

三是推行清洁生产，建立生态农业基地，养殖种植一体化，减少土壤重金属的累积，改善土壤环境。

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