嘉峪关地区农田土壤重金属污染调查

张国强

(海南大学机电工程学院)



嘉峪关地区农田土壤重金属污染调查

张国强

(海南大学机电工程学院)

摘要农田土壤中的重金属会通过生物富集作用在人体累积，其含量超标会危害人的身体健康。嘉峪关周边地区工业活动频繁，为调查该地区的重金属对附近农田土壤及农作物的污染情况，选取距离工业区13 km处的农田集中区域，对农田土壤和农作物采集取样、加工，分析其As、Hg、Cu、Pb、Cr、Ni、Zn等重金属含量。结果表明，该地区农田土壤Hg、Pb、Ni、Zn含量超出调查区域背景值，不同农作物中重金属含量存在差异；土壤中Zn、Ni、Cu超标主要与农田附近堆积的矿粉残留有关，而As、Hg、Pb、Cr则是由嘉峪关周边工厂不合理排放造成的；综合污染指数P值在1.0～2.0，说明该地区农田土壤受到轻度污染。因此，应当加大对污染的治理力度，防止污染进一步加重与扩大。

关键词农田土壤重金属污染

重金属是对土壤危害最严重的污染物之一，具有治理困难、累积性强、危害周期长的特点。农业生产中，污染物经转移、转换、聚集后，会降低农产品质量，甚至通过食物链富集危害人的健康。近年来，随着人们对自身健康的不断重视，农产品安全已成为社会各界关注的热点问题之一。

嘉峪关地区工业活动频繁，工业区周边分布的大量农田受重金属污染较为严重。对嘉峪关周边地区的农田土壤及对应的农作物采集取样，并对其中不同重金属污染物的含量进行分析，评价土壤的污染程度，为土壤重金属污染防治措施的制定、指导该地区生产无公害、高品质农产品的生产以及周边工业区污染物排放的限制提供有效的参考数据[1]。

1区域概况

嘉峪关市是甘肃省西北部的一个新兴的工业城市，农业属城郊型农业，主要为城区市民提供蔬菜、肉蛋奶等副食品，农业人口为3.28万人。近年来，嘉峪关市已形成以冶金工业为主体，化工、电力、建材、机械、轻纺、食品为辅的工业体系。该市资源丰富，铁矿、重晶石、石灰石、白云岩、造型黏土5种矿种资源储量居甘肃省前三位，其中镜铁山矿铁矿石总储量为4.83亿吨，是国内最大的坑采冶金矿山，冶金工业已成为嘉峪关地区的支柱型产业。冶金工业的迅速发展加剧了嘉峪关地区农田的土壤污染，污染物的排放严重影响了该地区的农产品质量。

2样品采集加工与检测

2.1土壤和农作物样品的采集

取样地区选择距离工业园区13 km处的农田集中区域，该地区种植的农作物种类繁多，距离工业园区最近，具有较高的研究价值。

取样时，按农作物种类划分土地类型并取样。

(1)土壤取样。由于农田土壤的地质结构及形状差异，对形状不规则的农田取样区域进行了适当的缩小直至取样区域可按16等份均分，取样时适当避开高凸或低凹较为明显的区域。在划分的16份农田土壤网格中心点约1 m半径的范围内取2～3个样品，并在地图上标记取样位置。取样采用不锈钢铲竖直挖土至土表以下20 cm深，在此土壤层取约50 g样品，装入密封袋密封，再用布袋装好，标号。

(2)农作物取样。采集土壤取样地点对应的农作物样品，另取50 g装入密封袋密封，标号，作为副本保存。

为防止土壤样品因生物和化学因素影响而变性，将样品放置在阴凉通风处自然风干，避免阳光直射和酸性、碱性物质及颗粒物杂质混入。用镊子夹除大颗粒石子、植物根系等，再用过滤网筛除较小的颗粒杂质。

2.2样品重金属含量的检测

由酒钢矿产资源中心地质勘查研究院对土壤和农作物样品进行重金属元素含量检测。检测前将样品研磨过筛至合适大小、混匀。农作物样品采集后迅速密封送至实验室经蒸馏水清洗，切成碎块，在一定温度下烘干至恒重，立即研磨并装瓶保存，进行检测。

3检测结果与分析

3.1农田土壤与农作物重金属含量分析

农田土壤重金属含量分析结果及背景值见表1，农作物重金属含量分析结果及标准见表2。

表1农田土壤重金属含量分析结果

mg/kg

表2农作物重金属含量分析结果

mg/kg

由表1可知，嘉峪关周边地区的农田土壤中重金属As、Cu、Cr含量未超出调查区域的背景值，而其它重金属元素含量均超出该区域的背景值。说明该农田土壤已受到一定程度的重金属污染。

由表2可知，Cr在调查区域的所有农作物中含量均相对较高，玉米中Cr、Pb含量和洋葱中Ni、Zn、Cu含量均超标。考虑马铃薯土壤的重金属含量，马铃薯中各重金属含量整体较低，重金属含量均未超标，说明其对重金属元素吸收较差。因此，在无公害农产品生产中，不仅要对土壤成分进行详细的分析，还要根据农作物对重金属元素的吸收能力来决定适合种植的类型，以兼顾食用安全和经济效益。

3.2农田土壤重金属污染程度分析

根据农田土壤环境监测技术规范，可运用单项污染指数法和综合污染指数法分析土壤重金属污染情况，以评估调查区域土地污染程度。单项污染指数计算公式为：

(1)

式中，Pi为土壤中污染物i的环境质量指数；Ci为污染物i的实测浓度，mg/kg；Si为污染物i的评价标准。Pi>1，表示污染，Pi≤1表示未污染，Pi值越大，表示污染越严重。计算结果见表3，无公害农产品土地的污染分级标准见表4。

表3　农田土壤污染物指数计算

表3、表4结果表明，调查区域的农田土壤受到不同程度的重金属污染，污染程度均在轻度以上，其中的109个单项污染指数显示对应的样品为轻度污染，占比97.3%，3个为重度污染，占比2.7%。

表4　农田土壤污染分级标准

3.3农田土壤污染源分析

由表3可计算出农田土壤中某个重金属元素污染指数占全部分析的重金属污染指数总和的百分比。结果表明，土壤中某项污染指数占各项污染指数总和的百分比大小顺序具体为：Zn(19.6%)>Ni(16.7%)>Cu(14.1%)>Pb(12.9%)>Hg(9.5%)>Cr(9.2%)>As(6.5%)。Zn、Ni、Cu三种重金属合计占各重金属污染指数总和的50.4%，是首要污染物。主要原因是与农田附近地区经常临时堆积的矿粉、矿渣等，在外力作用下容易散落到农田土表，进而污染土壤。

近年来，在有关部门的监管下，该区域附近堆积的矿粉得到了部分清理，但堆积矿粉中的Zn、Ni等重金属污染物仍残留在农田土壤，造成严重污染，难以治理。另外，该地区周边的工业发展迅速，选矿、烧结、焦化、炼铁、炼钢、冷轧、热轧、热电等厂区排放的污染物中含有的大量重金属污染物，吸附在大气颗粒物中，最终通过沉降进入农田土壤中，加剧了周边地区农田土壤的污染。目前，嘉峪关地区城市化进程的加快，也加剧了该地区农田土壤的污染程度。

4结论

(1)嘉峪关周边地区农田土壤中Hg、Pb、Ni、Zn等重金属含量超出调查区域背景值，农作物对重金属吸收能力不同，重金属含量也不同。所调查的农作物中Cr含量均相对较高，其中玉米中Cr、Pb含量和洋葱中Ni、Zn、Cu含量均超标，而马铃薯中重金属含量均未超标，说明马铃薯对重金属元素吸收能力较差。

(2)综合污染指数计算结果表明，该地区农田土壤受到轻度的重金属污染，并使种植的农作物中重金属含量存在不同程度的超标。土壤中Zn、Ni、Cu超标主要与农田附近堆积的矿粉残留有关，而As、Hg、Pb、Cr则是由嘉峪关周边工厂不合理排放造成的。

(3)由于农田土壤中含量超标重金属会通过生物富集作用在人体中累积，最终危害人体健康，因此，应加大监管力度，彻底清理农田中的残留物。同时，周边工厂应保证工业垃圾达标排放，尽量减少对周边环境的污染，从源头上消除农田土壤的重金属污染。

(收稿日期2015-12-01)

张国强(1995—)，男，570208 海南省海口市美兰区。