遂宁市农村土壤重金属污染调查与评价
2019-05-21余全智肖正龙蒋书琴
王 媛，余全智，刘 兵，肖正龙，蒋书琴
(遂宁市环境监测中心站，四川 遂宁 629000)
1 引言
土壤中的重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点，造成土壤功能的改变，导致农作物产量和质量的下降[1]。土壤重金属污染调查与评价能够分析当前土壤环境现状，预测土壤环境变化方向，为后续土壤研究奠定基础[2]。郑宏元等[3]运用富集因子法分析了南极协和半岛表层土壤中Pb、Hg存在中度富集，受到人为影响；肖雪等[4]用多种方法对淮河流域某镇农业土壤重金属含量特征及污染进行了评价；李娇等[5]对拉林河流域土壤重金属污染特征及来源进行了解析。在四川地区，张凌云等[6]对南充市不同区域农村土壤中重金属污染状况进行了调查；黄蕾等[7]利用内梅罗指数和潜在生态风险指数法对四川省内江市双桥乡土壤环境质量进行评价。本文通过对遂宁市不同区域土壤重金属污染调查与评价，以期对遂宁地区土壤环境污染程度、预测和监测当地环境化学变化提供科学依据。
2 样品采集与分析方法
本研究根据土壤类型、农作物种植类型、功能区布局，分别选择位于遂宁市西北方向的东山村，种植作物主要为辣椒；位于西南金龟村，主要种植绿叶菜；位于遂宁市东部的蓬溪县八角村，以种植桃树为主；位于南部的天宫村，主要种植红薯。4个村农作物所施化肥主要为有机肥、碳铵肥、钾肥、硼肥等。
2.1 样品采集与处理
参照 《土壤环境监测技术规范》(HJ/T166-2004)，共采集耕层(0～20 cm)土壤样品80个，其中基本农36个，菜地20个，林地24个。每个采样点在1 m2监测区域内按照5点法，采集0～20 cm表层土壤，四分法混合后为1 kg土样，贴好标签，带回实验室。经自然风干，用木棒粗磨，过20目尼龙筛，去除砂石及生物残留，然后取均匀土样100 g左右，进一步磨碎，过100目尼龙筛，充分混合均匀后装磨口瓶待测。
2.2 检测项目及方法
土壤pH值采用1∶2.5的土水质量比电位法测定，Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni均采用盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸消解，Pb、Cd石墨炉原子吸收分光光度法测定，Cu、Zn、Cr、Ni采用火焰原子吸收分光光度法测定；土壤样品经1+1王水消解后，用原子荧光分光光度计测定Hg、As含量。测定过程采用20%样品平行样，并加入国家标准土壤样品(GSS3)作为质量控制样品，质控样品相对误差小于10%。
3 评价标准及方法
3.1 土壤单项污染指数
以中国土壤环境质量标准(GB15618-1995)的8个重金属元素 (Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg、As、Ni)作为评价指标。土壤环境质量评价标准执行《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)二级标准。
相关计算公式和分级标准如下：Pi=Ci/Si
(1)
式(1)中Pi为污染物的单项污染指数；Ci为土壤中污染物的实测浓度；Si为食用农产品产地环境质量标准(HJ332—2006)。土壤单项污染指数污染程度判断标准为：Pi≤1，表示土壤未受污染；1
3.2 内梅罗土壤综合污染指数
土壤环境质量综合评价采用内梅罗公式计算土壤综合污染指数，这种方法的计算结果不仅考虑了各种污染物的平均污染水平，也反映了污染最严重的污染物给环境造成的危害。其计算公式为：
(2)
式(2)中：PN土壤综合污染指数；Pi为各污染物污染指数的算术平均值；Pimax为各污染物中最大的单项污染指数，本研究中Pi的计算以食用农产品产地环境质量标准计算。土壤环境质量单因子评价基准参考值与内梅罗指数的评价判别标准为土壤单项污染指数污染程度判断标准：PN≤0.7，表示土壤未受污染；0.7
3.3 富集因子法
富集因子法富集因子(enrichment factor，EF)主要被应用于判断和识别大气、降水、土壤等环境系统中污染物的自然来源和人为来源。
富集因子的计算公式可为：
EF=(Ci/Cn)土壤/(Ci/Cn)地壳
(3)
Ci为元素i的浓度，Cn为参比元素的浓度。当EF<1时，表明没有受到人为影响；当1
4 结果与分析
3.1 土壤重金属含量统计分析
表1 研究区域重金属含量统计
表1调查结果表明，遂宁市农村土壤点土壤均为碱性，pH 值平均值为7.52，金属 Cd在土壤中未检出。其他元素在不同区域土壤中含量差异明显，如Cu的范围为13.10～30.92 mg/kg，As的范围为0.01～8.44 mg/kg。所有元素的变异系数均在中等及以上(CV<10% 为弱变异，CV=10%～30% 为中等变异，CV>30% 为强变异)，说明这些元素的分布不均匀，不同采样点之间变化的范围较大。分析得到Zn的平均值99.5 mg/kg，为四川省背景值的1.15倍；Ni的平均值为26.3 mg/kg是四川省背景值的1.10倍，两个元素变异系数分别为49%和52%，变幅较大。其他元素的平均值较低，未超出国家二级标准值及四川省背景值，研究区域农用土壤总体状况良好。
4.2 生态风险评价
根据所测得的重金属含量，结合上述3种评价方法对采集样品的污染指数进行统计分析。就土壤单项污染指数而言，80个样品的Cu、As、Hg、Pb、Cr单项污染指数均在I级范围内，未对土壤造成污染。天宫村20个土壤样35%受Ni污染，Ni单项污染指数平均值最大且大于 1，15%的土壤样受Zn污染。内梅罗综合污染指数排序为:天宫村(1.28)>金龟村(0.71)>八角村(0.57)>东山村(0.55)，天宫村处于重金属轻度污染，八角村、金龟村、东山村三村土壤未受污染，有区域差别(图1)。调查区域的农村土壤综合污染指数平均值为0.78，尚清洁但处于警戒限。
为了判断Zn、Ni元素的污染来源，计算了80个采样点位Cu、Zn、Pb、Cr、Hg、As和Ni7种元素的富集因子，结果如图2所示。由图可知，各采样点土壤中 Cu、As、Pb、Hg和Cr这5种重金属的富集因子均小于1，Zn的有7个点位的富集因子处于1～1.5之间，Ni有17个点的富集因子大于1，由此可知，土壤中Cu、As、Hg、Pb和Cr 4种重金属主要来源于自然源，也验证了污染区域内Zn和Ni受到了较强的人为污染与干扰。
图1 不同区域农村土壤重金属单项、综合污染指数比较
图2 研究区域内重金属富集因子分布
5 土壤重金属污染原因分析
实地调查发现，研究区域天宫村大部分水样中重金属含量低于检出限，灌水对土壤重金属来源的贡献较小。天宫村零星分布种猪场、生态鹅养殖场，与传统的有机肥源相比，天宫村农户使用的有机肥肥源大多来源于这些养殖场。养殖场使用的配方饲料中往往添加适当比例的重金属元素，动物仅能有效利用饲料中重金属的10%左右，过量的重金属元素通过所饲养动物排泄到土壤中，或通过有机肥的形式施入农田[10]。
其次农业生产实用的化肥的原料和生产工艺也带入了重金属。无机磷肥的施用，同样会导致土壤 Zn、Ni 等的污染。这些化肥中复合肥中重金属含量最高[11]，由于复合肥系人工配制，原料一般不加以精制[12]。大部分化肥用作底肥和追肥施用，会造成局部土壤重金属高浓度。长期施用化肥，重金属在土壤中的累积效应也不容忽视。
6 结论
(1)对研究区土壤重8种重金属含量分析，不同区域差异较大，变异系数强，Zn的平均值99.5 mg/kg，为四川省背景值的1.15倍；Ni的平均值为26.3 mg/kg是四川省背景值的1.10倍。
(2)采用单污染指数和内梅罗综合污染指数法、富集因子法评价，天宫村35%采样点受Ni污染，15%受Zn污染且土壤重金属综合污染指数大于1，为轻污染等级；4个研究区域综合污染指数为平均值0.78，表明遂宁市农用土壤尚清洁但处于警戒限；7个点位Zn的富集因子处于1～1.5之间，Ni有17个点的富集因子大于1，Zn和Ni受到了较强的人为污染与干扰。
