云浮市油茶适生地区土壤重金属含量变异分析及污染评价*

解懿妮 叶龙华 李小川 丁晓纲杨海燕 张 耕 齐 也

（1.广东省森林培育与保护利用重点实验室/广东省林业科学研究院，广东 广州 510520；2.广东省林业科技推广总站，广东 广州 510173）

土壤是陆地表面具有肥力、并能够生长植物的疏松表层[1]。土壤作为生态系统的重要组成部分，可以为植物提供水分、养分等生长所需要的物质，为土壤微生物提供生存空间，在大自然中有着不可替代的地位，具有重大的生态意义[2]。近年来，随着经济的快速发展，城市化、工业化水平的提高，工业废水、生活污水的排放及农药和化肥的不科学使用，使得许多污染物进入土壤，导致土壤中的金属元素含量超过土壤环境背景值，造成土壤重金属污染，影响植物体生长，甚至危害人体健康[3-5]。

土壤重金属问题是国内外研究的热点[6-8]，目前对此方面的研究多集中在农田[9-11]、耕地[12-13]、矿区[14-15]、城市地区[16-17]及特殊区域[18-19]，对林地重金属的研究相对较少，尤其是对于油茶林地土壤重金属的研究更少，本文通过对于云浮市油茶（Camellia oleifera）适生地区的土壤重金属含量进行变异分析，并评价其污染状况，可以全面掌握云浮市油茶适生地区的林地状况，为提高林地生产力提供科学指导，对云浮市油茶种植具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

云浮市位于广东省中西部，西江中游以南。地理位置在 22°22′～23°19′N，111°03′～112°31′E 之间。云浮市辖云城区、云安区、新兴县、郁南县，代管罗定市，全市土地面积 7 785.11 km2。地处亚热带，年平均温度22 ℃，极端最低温度0 ℃，最高温度39.1 ℃，是全国年平均温差最小的大城市之一。云浮属南亚热带季风气候，具有温暖多雨、光热充足、夏季长、霜期短等特征。年均降雨量为1 982.7 mm，平均相对湿度为68%。全年中，4至6月为雨季，8至9月天气炎热，多台风。

1.2 样点布设

选取适合油茶生长的地区，即坡度在30°以下，海拔800 m以下的酸性至微酸性土壤，云城区、云安区地形大多为丘陵地带，坡度变化较小，采用随机布点的方法，样点数分别为40、21个；郁南县由于分布较多山地，矿产资源储量大，因此采用随机布点和专题布点相结合的方法，样点数为22个；罗定市和新兴县植物资源丰富，采用林分布点的方法进行布点，样点数分别为209、60个，总样点数为352个。

1.3 土壤样品采集及处理

土壤样品严格按照《森林土壤样品的采集与制备》（LY/T1210—1999）[20]进行剖面土壤采集，采集前先记录各个样点的地名、地形、海拔、经纬度、坡向、坡度、主要植被类型，采集土样时，除去表面凋落物，挖取深1 m的土壤剖面，按 0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm 和80～100 cm由下而上分层采集土壤分析样品，再采用S形线路采集一份0～10 cm混合土壤，每个样地共1袋混合布袋样品、5袋剖面布袋样品、10个环刀样品和10个小铝盒样品，采集时间是2015年11月至2016年1月，共采集土壤样品352份。

1.4 样品分析

土壤重金属 Zn、Cu、Pb、Cd、Ni采用 HFHNO3-HCLO4消解后，采用火焰光度计法测定[21]。

1.5 土壤重金属污染评价方法

采用单因子指数法和内梅罗综合污染指数法进行云浮市油茶适生地区土壤重金属污染评价[22]。1.5.1 单因子指数法 单因子指数法可以评价某种元素的污染程度，其计算公式为：

式中：Pi为重金属i元素的污染指数；Ci为重金属i元素的含量实测值；本研究中SI选用的是广东省土壤环境背景值[23]。在广东省土壤环境背景值中，重金属Cd、Pb、Cu、Zn、Ni的标准值分别为 0.056、36.000、17.000、47.300、14.400 mg/kg。单因子指数污染的分级标准是：Pi≤1时，污染水平为非污染；1＜Pi≤2时，为轻污染；2＜Pi≤3时，为中污染；Pi＞3时，为重污染。

1.5.2 内梅罗综合污染指数法 由于单因子指数法只能反映出单个元素的污染水平，不能全面地显示出某个地区土壤的污染的整体水平，而内梅罗综合污染指数法可以兼顾单因子指数法中的平均值和最高值，突出污染水平高的元素对土壤环境的影响，因此，可以选用内梅罗综合污染指数法进行综合评价。其计算公式为：

式中：w为重金属元素的权重，Pb、Cu、Cd、Zn 和 Ni的权重分别为 3、3、3、3、2。

内梅罗综合污染指数的分级标准见表1。

1.6 数据分析

采用Microsoft excel 2007软件进行数据整理，采用SPSS 19.0对数据进行单因素方差分析及多重比较[24]，差异显著水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 土壤重金属含量特征

对云浮市油茶适生地区样点的土壤重金属含量进行描述性统计分析（表2），可知云浮市油茶适生地区的五种元素的变异系数均大于50%，变异程度较大，土壤中Cd、Pb、Cu、Zn、Ni元素含量的平均值分别为0.022、17.185、14.465、25.659、10.877 mg/kg， 变 异 范 围 分 别 为 0.003～0.169、2.717～103.314、1.776～56.595、5.362～102.326、1.115～55.921 mg/kg。

2.2 土壤重金属含量变异分析

对云浮市各地油茶适生地区的土壤重金属含量进行变异分析（图1），并与广东省土壤环境背景值和《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）中的二级标准[25]进行比较，结果表明：5个重金属元素在各地之间的含量有显著差异（P＜0.05），元素Cd各地的含量大小排序为云城区＞云安区＞新兴县＞郁南县＞罗定市，云城区Cd元素含量是罗定市含量的2.24倍，云浮市各地Cd元素含量的平均值均未超过广东省土壤环境背景值和标准值。

云城区元素Pb的含量最高，为38.344 mg/kg，其次是云安区、郁南县、新兴县，罗定市的Pb元素含量最低，为11.139 mg/kg，只有云城区的Pb含量高于广东省土壤环境背景值，其余各地均比广东省土壤环境背景值低，与标准相比，云浮市所有地点的Pb元素含量平均值均低于标准值。

表1 土壤综合污染程度分级标准Tab.1 Classification standards of soil comprehensive pollution grade

表2 云浮市土壤重金属含量统计分析Tab.2 Statistical analysis of soil heavy metals of Yunfu city

图1 云浮市各地区土壤重金属含量变异分析Fig.1 Mutation analysis of soil heavy metal content in different areas of Yunfu city

对于元素Cu，各地的平均含量排序为郁南县（19.868 mg/kg）＞云城区（17.166 mg/kg）＞云安区（16.786 mg/kg）＞罗定市（14.842 mg/kg）＞新兴县（8.836 mg/kg），新兴县与其他各地的Cu含量之间均有显著差异（P＜0.05），含量最高的郁南县是最低的新兴县含量的2.25倍，郁南县和云城区的元素Cu平均含量均大于广东省土壤环境背景值，云安区、罗定市和新兴县的平均含量均小于广东省土壤环境背景值，所有地区的Cu元素平均含量与标准相比，均低于标准值。

元素Zn平均含量最高的地区是云城区（40.410 mg/kg），其次是郁南县（39.715 mg/kg）、云安区（36.685 mg/kg）、罗定市（22.918 mg/kg），含量最低的地区是新兴县，为16.803 mg/kg，郁南县、云城区和云安区之间的平均含量无显著差异，但与罗定市、新兴县的平均含量有显著差异（P＜0.05），所有地区的元素Zn平均含量均小于广东省土壤环境背景值和标准值。

就元素Ni而言，各地平均含量排名分别是郁南县、云城区、云安区、罗定市、新兴县，与元素Cu含量排名一致，元素Ni平均含量最高的郁南县是云城区、云安区、罗定市、新兴县含量的1.31倍、1.42倍、2.77倍、4.37倍，除云城区和云安区之间无显著差异外，其余各地平均含量之间均有显著差异（P＜0.05），所有地区的元素Ni平均含量均小于标准值，与广东省土壤环境背景值相比，郁南县、云城区、云安区的平均含量均高于背景值，罗定市和新兴县的平均含量低于背景值。

2.3 云浮市土壤重金属污染评价

对云浮市油茶适生地区土壤重金属进行污染评价（表3），结果表明：云浮市重金属Cd、Pb、Cu、Zn、Ni的单因子指数值均小于1.0，污染水平为非污染；单因子指数评价显示重金属Cu的污染水平最高，为0.85，其次是元素Ni（0.75）、Zn（0.54）、Pb（0.47），重金属Cd的污染水平最低，为0.39；土壤综合污染指数为0.73，处于污染等级2，污染程度为警戒线，污染水平为尚清洁。

重金属Cd处于非污染水平的样点数占总样点数的95.47%，处于污染水平的样点数占4.53%，重金属Pb和Zn所有样点中处于重污染水平的样点数为0个，其余元素处于重污染水平的均占0.28%，元素Cd样点中未被污染的样点比例最高，元素Cu中未被污染的样点比例最低，为70.14%，处于轻污染水平的比例元素Cu最高，Cd最低，处于中污染水平的样点比例中元素Ni最高，元素Zn最低，为0.56%。

对云浮市各地油茶适生地区土壤重金属污染进行评价（表4），结果显示：郁南县的单因子指数值除元素Cu和Ni大于1小于2属于轻污染外，其余元素均小于1，属于非污染，郁南县中元素Ni的污染程度最高，土壤综合污染指数为1.38，污染等级为3级，属于轻污染，表明污染物超过起初污染值，作物开始被污染。

云城区的元素Pb、Cu、Ni的单因子指数值均大于1，属于轻污染，与郁南县一样，元素Ni的污染程度最高，Cd的污染程度最低，云城区的土壤综合污染指数为1.15，等级为3级，属于轻度污染。

云安区除元素Ni的单因子污染指数值大于1外，其余各元素的单因子指数值均小于1，为非污染，元素Ni的单因子指数值最大，污染程度最高，云安区的土壤综合污染指数大于1，污染等级为3级，表明污染物超过起初污染值，作物开始被污染。

表3 云浮市土壤重金属污染评价Tab.3 Evaluation of soil heavy metal pollution in Yunfu city

表4 云浮市各地土壤重金属污染评价Tab.4 Evaluation of soil heavy metal pollution in different areas of Yunfu city

罗定市的5种元素的单因子污染指数值均小于1，均属于非污染，其中元素Cu的污染程度最高，罗定市的土壤综合污染指数为0.71，在0.7和1.0之间，污染等级为2级，程度为警戒线，污染水平为尚清洁。

新兴县与罗定市一样，5种元素的单因子指数值均小于1，属于非污染，Cu的单因子指数值最大，土壤综合污染指数为0.48，小于0.7，综合污染等级为1级，程度为安全，污染水平为清洁。

3 结论与讨论

云浮市油茶适生地区的土壤重金属元素Cd、Pb、Cu、Zn、Ni含量各个样点之间的变异程度较大，变异系数均大于50%，为中强度变异，5种元素含量的总体均值均小于广东省土壤环境背景值和《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）中的二级标准，对于云浮市各地点来说，各个地点的5种元素平均值也均小于标准值，而与广东省相比，除云城区的元素Pb含量平均值大于背景值，郁南县和云城区的元素Cu含量均值大于背景值，郁南县、云城区和云安区的元素Ni含量均值比广东省土壤环境背景值高外，其余各地各元素的含量均值均小于广东省背景值。

云浮市油茶适生地区的单因子污染指数显示，5种元素中Cu的污染程度最高，Cd的污染程度最低，但5种重金属元素的单因子指数值均小于1.0，为非污染水平。内梅罗土壤综合污染指数为0.73，大于0.7，处于污染等级中的2级，污染程度为警戒线，污染水平为尚清洁，表明云浮市油茶适生地区整体来说属于较清洁，可以因地制宜地种植不同品种的油茶。

而对云浮市各地油茶适生地区的污染评价显示：郁南县、云城区和云安区的土壤综合污染等级均为3级，属于轻污染，表明污染物超过起初污染值，作物开始受到污染，罗定市的土壤综合污染等级为2级，污染水平为尚清洁，只有新兴县的土壤综合污染指数小于0.7，等级为1级，污染程度为安全，水平为清洁。因此，需要对郁南县、云城区和云安区的土壤污染进行重视，可以采取物理修复、化学修复、植物、动物及微生物修复等[3,26-29]方法进行污染治理。虽然罗定市的污染水平为尚清洁，但也需要引起重视，减少人为活动引起的污染，防止土壤受到重金属的污染。

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