贵州土地整治项目区耕地土壤重金属含量特征及评价——以六枝特区岩脚镇为例

高安勤，何 娇，何冠谛，邓廷飞，何腾兵，5，舒英格

（1.贵州大学农学院，贵州 贵阳 550025；2.六盘水市农业委员会，贵州 六盘水 553000；3. 盘县沙淤农业产业园区管理委员会，贵州 盘县 553537；4.贵州大学生命科学学院，贵州 贵阳 550025；5.贵州大学新农村发展研究院，贵州 贵阳 550025）

贵州土地整治项目区耕地土壤重金属含量特征及评价
——以六枝特区岩脚镇为例

高安勤1，2，何 娇3，何冠谛4，邓廷飞1，何腾兵1，5，舒英格1

（1.贵州大学农学院，贵州 贵阳 550025；2.六盘水市农业委员会，贵州 六盘水 553000；3. 盘县沙淤农业产业园区管理委员会，贵州 盘县 553537；4.贵州大学生命科学学院，贵州 贵阳 550025；5.贵州大学新农村发展研究院，贵州 贵阳 550025）

为探明贵州省六枝特区岩脚镇土壤整治项目区重金属污染状况，通过对该区域中耕地土壤中Cr、Cu、Zn、Cd、Pb、Hg、As等重金属元素进行分析，并采用单因子污染指数法，内梅罗综合污染指数法和潜在生态危害指数法，将土壤质量环境标准和贵州省背景值等2种标准作为评价标准，对研究区土壤污染状况和生态风险进行评价，综合评价结果表明：以土壤环境质量标准作为评价标准时，其综合污染指数为0.923，处于警戒线水平；以贵州省背景值作为标准评价时，项目区存在一定程度的污染，旱地的综合污染指数高于水田。两种评价结果中单因子指数大于1的元素为Cd、Cr和Cu 3种元素，为主要污染元素。生态评价结果显示，该区域耕地土壤处于为轻微生态危害级别，其中Cd和Hg为主要风险贡献因子。因此，在土地整治成果验收过程中，应重视重金属污染问题，合理布局高标准基本农田和无公害生产基地，从而更好的惠及民生和农业生产。

土地整治；项目区；耕地土壤；重金属含量；污染评价

土壤是地球生态系统核心组成，作为农业不可替代和人类及陆生动植物赖以生存的最基本生产资料，其数量和质量的高低，严重制约生态系统和地区的经济社会发展［1］。土壤污染与水-气外源物质、土壤健康、食品安全以及行动者-人有着更为密切的关系［2］。据调查，2014年全国土壤总体污染率达16.1%，其中，耕地占19.4%［3］。土壤污染除工业三废以外，袭扰大半个中国的雾霾所带来的重金属沉降对耕所带来的污染更具广域性，具难降解、毒性强、存在积累效应等特征［4］。同时，不合理的土地利用方式，偏施化肥和农业投入品的随意废弃等现象造成重金属污染和土壤酸化［5］，土壤酸化增加了土壤重金属的有效性。富集于土壤表层的土壤重金属可通过径流和淋溶迁移污染地表水和地下水［6］，对全球生态系统更具威胁。此外，矿产资源开采也是重金属污染的重要来源，据调查，贵州省矿产资源丰富，汞矿、磷矿、煤矿储量居全国前列，资源的过度开采利用，造成区域土壤重金属污染，土壤重金属污染损害土壤-植物系统，威胁食物链系统中动植物健康［7］。钟正等［8］对黔东南州黄平县植烟土壤重金属研究发现，存在Pb、Hg Cr、Cd、Cu、Zn积累现象。重金属积累易造成烟株发育生长和化学成分失衡［9］。土壤重金属污染以重金属活性为表征，而重金属活性与土壤pH、有机胶体、阳离子交换量有关［10］。所以，在土壤重金属修复与防治过程中，注意耕地质量保护与提升。

土地整理以防治水土流失、改善生态环境、提高土地生产力、建设高标准基本农田为核心。这对提升耕地综合生产能力，促进农业增效农民增收、提高土地利用效率、改善农业生态环境将发挥十分重要的作用［11］。但是，目前土地整理工程更关注增加耕地，保证“量”的稳定，而较少重视耕地的“质”，尤其是忽略了污染物对土壤质量的影响［12］。当前土地整治项目主要通过配套农田水利措施来改善生产条件，开发一些荒地或质量较差的坡耕地来维持耕地的占补平衡，而高标准的土地整治项目的土壤质量的考量指标中很少涉及重金属的污染评价［13］。整治土地一旦发生重金属污染，对该区域将是一场灾难，难以修复，目前土壤修复技术还处于瓶颈期，难以有效修复污染土壤。为此，我们以此为研究背景，采取野外调查和室内分析方法，对土地整治项目区土壤重金属污染评价，为贵州耕地质量建设提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

岩脚镇地处六枝特区西北部，属典型农业大镇，是贵州省“双百”重点小城镇之一，全镇总面积131.4 km2，耕地面积2 416 hm2。土地整治项目区辖3个村，气候属于北亚热带季风湿润气候区，年平均气温14.5℃，年平均降水量1 488.2 mm，年日照时数876 h。项目区属黔中-黔西南喀斯特丘原、中山峰林地貌，地势北高南低，相对高差196.5 m。项目区耕地面积为201.95 hm2，占旱地占总耕地面积的70.53%，水田占29.47%。土壤类型为黄壤，土种：旱地为黄泥土，水田为黄泥田。项目区规划了高标准基本农田示范区，目前正在积极筹建杨梅，冬瓜、梨子等无公害农产品生产基地。

1.2 样品采集

根据项目区行政单元为基础，将3个村划分为采样层次，在每个采样层次中，根据不同的土地利用现状、坡度和污染源进行单元划分，GPS采集样点位置数据。项目区共采集混合土样25个，其中旱地14个，水田11个。样品的采集采用梅花布点法，蛇形法，棋盘法等多点混合，木瓢采集5～10个样点0～20 cm的匀量耕层土壤，混合均匀后四分法留取2 kg，装袋带回。剔除植物残体、石块等杂物，经自然风干后，用研钵过2.00 mm和0.15 mm筛孔待测。

1.3 样品测定与分析

电位法测定土壤pH，重金属Cr、Cu 、Zn、Cd、Pb用三酸（HNO3-HF-HClO4）消解［14］，用电感耦合等离子质谱仪法（ICP-MS）测定，As和Hg采用王水消解［15］，用原子荧光法（AFS）测定。土壤样品分析过程中加入国家标准土样物质（GSS-2，GSS-5）进行质量控制，重复数为10%～15%，标样中各研究元素的测定值与标准值之间的相对误差＜ 10%。所用水为二次去离子水，试剂均为优级纯。采用Excel 2007和SPSS20.0进行数据统计分析。

1.4 评价标准

评价标准关系到土壤重金属污染评价结果的科学性和有效性。国家土壤环境质量标准有一定的局限性，存在着范围过严或过宽的问题［16］。综合采用不同的评价标准，其评价结果更能全面反应土壤受污染的状况［17-18］。本研究立足于现有数据和历史数据基础上，分别采用《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）二级标准和参照贵州地区背景值进行土壤污染评价（表1）。

表1 耕地土壤重金属单项指标评价标准（mg/kg）

1.5 评价方法

1.5.1 单因子污染污染指数法 以土壤单项污染物的实测值与评价标准的比值即为分指数用以表示土壤中该污染物的污染程度。

式中，Pi为土壤中i污染物的污染分指数，Ci为土壤中i污染物实测含量，Si为i污染物的评价标准。

1.5.2 梅罗综合污染指数法 实际情况中，同一区域土壤同时受到多种重金属的污染，单因子难以反应整体污染水平，因此需采用污染综合指数进行评价来确定土壤环境的总体质量（表2）。

算下来，这一年里，他到全球各主要产区考察参观，单是中国酒庄就跑了七八十家；他在全国各地举办葡萄酒课程，至于具体多少场，他说自己都数不清了。平均下来，每个月他只有一周时间可以待在家里，对于一个新手爸爸来说，这是一种折磨。

表2 土壤污染分级标准

式中，PN为某地区的综合污染指数，Pi为土壤污染物中污染分指数最大值，Pimax为土壤污染物中污染分指数的算术平均值。

1.5.3 潜在生态危害指数法 如表3所示，评价区土壤中第i种重金属元素的潜在生态危害系数（）及土壤中多种重金属的综合潜在生态危害指数（RI）可分别表示为：

2 结果与分析

表3 重金属污染潜在生态危害指标与分级关系

表4 项目区耕地土壤重金属含量（mg/kg）

2.1 重金属含量特征分析

项目区耕地土壤p H值变化范围为4.96～8.10，酸性土样（pH＜6.5）旱地5个，水田4个；中性土样（pH 6.5～7.5）旱地4个，水田2个；碱性土样（pH＞7.5）有10个，旱地5个，水田5个。从表4可以看出，土地整治项目区耕地土壤Cr、Cu、Zn、Cd、Pb、Hg和As的平均含量分别为152.91、45.05、95.70、0.46、31.47、0.09、7.66 mg/kg，除Cd之外，其余元素均未超标。所有样点中，分别有15个样点Cd、4个样点Cr和6个样点Cu超出国家土壤环境质量二级标准，有6个土壤样点存在2～3种重金属的复合污染。其中，旱地Cd超标9个，水田Cd超标7个，分别占总数的36%和28%；4个Cr污染样点均为旱地，占旱地样总数的16%；6个Cu污染样点中，旱地4个，水田2个，分别占总数的16%和8%。

参照贵州省背景值，项目区土壤Cd的超标率仅为8%，除As外，Cr、Cu、Zn、Cd、Pb、Hg各元素超出背景值的比例分别为100%、88%、36%、20%、32%，Cr和Cu存在广域累积现象，Zn、Pb、Hg等元素只在局部区域有累积。

2.2 土壤重金属污染现状评价

如表5所示，参照环境质量国家二级标准来评价时，单项污染指数Cd最高，达到1.20，其余元素均小于1，各元素的污染指数从大到小依次为Cd＞Cr＞Cu＞Zn＞As＞Hg＞Pb。项目区耕地的综合污染指数为0.923，表明该区域土壤为警戒线等级，存在污染的风险。旱地、水田中Cd污染突出，单项污染指数分别为1.30和1.07，综合指数表现为旱地（1.000）＞水田（0.824），达到轻度污染水平。

以贵州省背景值作为评价标准得到的结果为：各元素污染程度为Cr＞Cu＞Cd＞Pb＞Hg＞Zn＞As，其中Cr和Cu的污染指数大于1，分别为1.59和1.41，处于轻度污染水平，其余各元素污染程度均在警戒线以下。研究区综合污染指数为1.320，说明该区域土壤在耕作和人为干扰下，重金属的迁移和活化及人为投入品输入，造成了一定程度的污染，达到轻度污染水平。从综合污染指数上看，旱地与水田相当，污染以Cr和Cu为主。当地旱地以玉米-小麦轮作为主，水田以水稻-油菜轮作为主，旱地的种植结构多样，化肥的施用量均大于水田，同时，地膜的使用可能是造成旱地重金属污染较水田严重的原因［5］。

综合两种评价结果可以发现，国家土壤环境质量标准评价Cd存在污染，而参照贵州省土壤重金属背景值却未受到污染，说明贵州土壤中的Cd可能多源于土壤母质［21］，外源输入较少，Cr和Cu多来源于母质。但近年来铜制剂农药等也是污染的重要来源，同时，当地长期生活燃煤和施用含有重金属的肥料有关。该区域道路水利等基础设施的建设过程中，也可能造成了一定的重金属线源污染。

2.3 重金属元素相关性分析

表5 项目区耕地土壤重金属评价指数

25个土样各元素进行相关性分析结果见表6，从表6可以看出，pH与Cr、Cu呈极显著负相关，与Hg呈显著的负相关，与其他元素间相关性不显著。Cr和Cu，Cu和Zn，Cd和Pb、As，Pb和As间呈极显著正相关，可能在成因和来源上有一定的关联［22］。Cr和Zn、Hg，Cu和As，Zn和Hg呈显著正相关，Cu和Cd呈显著负相关。

表6 项目区耕地土壤重金属元素相关性系数

表7 项目区耕地土壤重金属潜在生态风险指数

图1 项目区耕地土壤重金属生态风险指数频率分布

2.4 潜在生态危害评价

Hakanson提出的潜在生态危害指数法［23］是一种评价重金属污染及生态危害的定量分析方法，它综合考虑了各种重金属的毒性水平和生物对受污染后的敏感程度，能够综合反映出重金属对生态环境的影响潜力。如表7所示，应用Hakanso指数法及其划分标准，在参照国家土壤环境质量二级标准评价时，Cd的生态风险指数为43.63，具有一定的潜在危害性，达到中等生态危害，Cr、Cu、Zn、Pb、Hg、As等元素的生态危害系数差异不大，为轻微生态危害。从图1可以看出，重金属Cd的潜在生态指数分布频率显示其轻微生态危害、中等生态危害、强生态危害的百分比分别为40%、56%、4%；参照贵州省背景值评价7种重金属的生态危害级别均为轻微生态危害，以Hg的风险指数最高，为33.42。Hg元素中有32%为中等生态危害，68%为轻微生态。有4%Cd元素达到了中等生态危害，94%为轻微生态危害。综合考虑多种重金属元素潜在危害指数，两种评价结果均显示，该区域耕地土壤生态危害级别全部为轻微生态危害。其中Cd和Hg两种元素的风险指数较高，为潜在的生态污染元素，需要引起高度重视。

3 结论

（1）项目区土壤环境质量总体良好，除水田Cd、Cu和旱地Cd、Cr、Cu的平均含量超过国家环境质量标准，旱地、水田各元素重金属差异不大。参照贵州省土壤背景值来看，除As外，其余各元素均存在不同范围和不同程度累积，该区域中的重金属变异系数范围为9.83%～44.52%。水田旱地中Cd、As、Pb、Cu的变异系数高于旱地，说明该重金属元素在水田中的空间分布差异明显，水耕熟化导致重金属迁移速率存在差异。

（2）利用国家环境质量标准和贵州土壤环境背景值两种评价标准进行评价时，该区域的污染等级介于警戒线和轻度污染之间，旱地、水田Cd污染突出，旱地的综合污染指数高于水田，达到轻度污染水平。说明不同土地利用方式，重金属的迁移转化存在较大差异。两种评价结果中单因子指数大于1的元素有Cd、Cr和Cu，可将这3种元素综合列为该区域污染防治的主要污染元素。相关性分析付表明，土壤中Cr和Cu、Zn，Cd和Pb、As可能具有同源性。

（3）该区域的潜在生态评价结果显示：综合考虑多种重金属元素潜在危害指数，两种评价结果均显示该区域耕地土壤生态危害级别皆为轻微生态危害。其中Cd和Hg两种元素的风险指数较高，为潜在的生态污染元素，需引起高度重视。

（4）当前土地整治项目中，田间道路和灌溉排水等基础设施是项目建设侧重点，对土地质量的监管和评估力度较低。研究结果表明，项目区局部土壤重金属污染现状不容乐观，已存在Cd、Cr和Cu等重金属的累积和污染，因此，在土地整治成果验收过程中，应建立土壤重金属的评估评价体系，将其作为土地整治项目验收标准的一个重要环节。再者，合理做好高标准农田的区划，基本农田保护区周围严禁建厂，严禁作为垃圾或客土堆填；采取有效的污染防控措施防止污染转移。

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（责任编辑 杨贤智）

Characteristics and contamination evaluation on cultivated soil heavy metals in consolidation project areas in Guizhou province—A case study on Yanjiao town in Liuzhi District

GAO An-qin1，2，HE Jiao3，HE Guan-di4，DENG Ting-fei1，HE Teng-bing1，5，SHU Ying-ge1
（1.College of Agriculture，Guizhou University，Guiyang 550025，China；2. Liupanshui Agricultural Commission，Liupanshui 553000，China；3. Management Committee of Shayu Agricultural Industrial Park，Panxian 553537，China；4. College of Life Science，Guizhou University，Guiyang 550025，China；5. New Countryside Development Institute，Guizhou University，Guiyang 550025，China）

In order to find out the heavy metals contamination characteristics of cultivated soil in Yanjiao town consolidation project area of Liuzhi Special District in Guizhou province，the concentrations of heavy metals such as Cr，Cu，Zn，Cd，Pb，Hg，As etc. of cultivated soil in nine typical land remediation project areas were analyzed.Single factor contamination index method，Nemerow contamination index，contamination load index method and potential ecological risk index method were used to assess soil heavy metal pollution，State environmental standards and soil heavy metal background values of Guizhou province were used to obtain the soil environmental quality database in project areas. Assessment on the heavy metal contamination and ecological risk of cultivated soils in the project area，comprehensive evaluation results showed that，evaluating based on the secondary limit values of national standards，the comprehensive contamination index was 0.923 and was below alertness line level. There was already a high level of environmental contamination，dry land was higher than paddy fields. Two kinds of evaluation results showed that single factor index of Cd，Cr and Cu were above 1，these three elements were the major contributors to pollution in project areas. Ecological evaluation results showed that the cultivated soil of the areas was at slight ecological risk level，Cd and Hg were the main risk factos. Therefore，the high standard basic farmland and contamination-free production bases should be reasonable layout.

land consolidation；project areas；cultivated soil；heavy metalcontent；contamination evalution

S153. 6

A

1004-874X（2016）11-0070-08

2016-08-19

贵州省科技创新人才团队建设计划项目（黔科合人才团队[2013]4020）；国家星火计划项目（2015GA820002）

高安勤（1991-），男，在读硕士生，E-mail：TsubasaTang@163.com

何腾兵（1963-），男，教授，E-mail:hetengbing@163.com

高安勤，何娇，何冠谛，等.贵州土地整治项目区耕地土壤重金属含量特征及评价—— 以六枝特区岩脚镇为例［J］.广东农业科学，2016，43（11）：70-77.