贵州六盘水农用土壤重金属含量状况及潜在生态风险评价

刘 松， 周富强， 黄凤红， 冉 非， 蔡 玲

(贵阳海关， 贵州 贵阳 550081)

土壤是地球表面母质、气候、地形、时间、生物等综合作用下形成的能够生长绿色植物、具有生态环境调控功能、处于永恒变化中的矿物质与有机质的疏松混合物[1]。土壤是动植物赖以生存的重要资源，由于人类活动的影响，尤其是工业化的进程，使得大量重金属进入土壤并积累。当重金属在土壤中积累到一定程度时，便会影响土壤质量从而影响农产品的品质，通过生物富集及生物放大作用，经食物链间接或直接对人类健康产生危害。土壤重金属污染问题在多个地方的土壤中都有发现[2-5]。因此，开展农业用地中土壤重金属含量的状况调查，对保证农产品质量及人们安全食用农产品具有重要意义。

六盘水位于贵州省，在云贵高原东侧一、二级台地斜坡上，东经104°18′～105°42′，北纬25°19′～26°55′。气候类型属于亚热带季风性湿润气候，在低纬度高海拔等因素的作用下，气候温暖湿润，使得年均气温为14℃左右，7月最高温在22℃左右[6]，故而六盘水有“凉都”之称。胡江良等[7]测定六盘水主要工业园区表层土壤中铅、铜、镍、铬、钴、锌、锰、钒和钛9种重金属的含量发现，铅、铜、锌污染较为严重。张建等[8]测定六盘水马铃薯种植区土壤中砷、镉、镍、铬、铅、铜和锌等7种重金属含量，镉元素存在污染情况。笔者进一步扩大范围采集六盘水农用土壤，按照GB15618—2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》[9]中重金属的要求测定其中的铅、镉、砷、铬、铜、锌、镍、汞等8种重金属含量，并采用Hakanson潜在生态危害指数法对农用土壤中重金属污染情况及潜在生态风险进行评价，为了解六盘水农用土壤中重金属含量情况及其土壤质量评价提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

六盘水农用土壤：2017-2018年在六盘水钟山区粮食种植地、菜地，水城县菜地，六枝特区粮食种植地，盘州市粮食种植地、果树种植地、茶叶种植地采集土壤。

试剂：硝酸、盐酸、高氯酸等为优级纯，水为Milli-Q超纯水器产的去离子水。

仪器：北京瑞利原子荧光AF-610D2、美国赛默飞原子吸收M6、瑞士梅特勒pH计S40、意大利迈尔斯通DMA-80测汞仪。

1.2 样品采集

采集表层0～20 cm土壤并充分混合，然后按四分法获得1 kg左右土壤样品。共采集32个土壤样品，其中，六盘水市钟山区5个(编号TR1～TR5)，水城县5个(编号TR6～TR10)，六枝特区4个(编号TR11～TR14)，盘州市18个(编号TR15～TR32)。

1.3 样品处理及重金属的测定

将土壤样品置于50℃烘箱中烘干，碾碎，剔除植物残体、石块及其他杂质。用玛瑙研钵研磨，过100目筛，贮存备用。土壤中铅、镉按标准GB/T 17141—1997检测[10]，砷按标准GB/T 22105.2—2008检测[11]，铬按标准HJ 491—2009检测[12]，铜、锌按标准GB/T 17138—1997检测[13]，镍按标准GB/T 17139—1997检测[14]，汞按标准GB/T 17136—1997检测[15]，pH按标准NY/T 1121.2—2006检测[16]。

1.4 潜在生态风险评价

瑞典科学家Lars Hakanson 在1980年应用沉积学原理，提出了沉积物和土壤潜在生态风险指数(RI)评价分析方法[17]。该方法将土壤重金属含量与重金属的生态效应及毒理学联系在一起，是一种应用较为广泛的重金属污染评价方法之一，其公式为:

(1)

(2)

(3)

表1 Hakanson潜在生态风险指标

2 结果与分析

2.1 不同样点表层土壤的重金属含量

从表2可知，六盘水不同样点土壤的重金属含量变化。铅含量为12.7～172.6 mg/kg，平均含量34.0 mg/kg；镉含量0.04～0.86 mg/kg，平均含量0.26 mg/kg；砷含量2.5～44.3 mg/kg，平均含量13.3 mg/kg；铬含量52.8～262.1 mg/kg，平均含量126.9 mg/kg；铜含量18.4～229.8 mg/kg，平均含量73.7 mg/kg；锌含量30.4～170.6 mg/kg，平均含量116.0 mg/kg；镍含量12.7～88.9 mg/kg，平均含量54.6 mg/kg；汞含量0.04～0.40 mg/kg，平均含量0.12 mg/kg。从变异系数来看，汞最大(0.92)，其次是砷(0.84)，锌最小(0.28)。铜、镍、铬、锌、汞5种重金属的平均含量超过贵州省土壤背景值，分别是其背景值的2.30倍、1.40倍、1.32倍、1.17倍和1.09倍。铅、镉、砷、铬、铜、锌、镍、汞超过贵州省土壤背景值，超标率分别为25.0%、3.1%、18.8%、65.6%、81.3%、75.0%、71.9%、25.0%，铜、锌、镍超标率较高。

2.2 不同样点表层土壤重金属的潜在生态风险

2.2.1 单因子生态风险值 从表3可知，汞潜在生态风险最高，为43.86，达中度风险程度，其余7个重金属均处于低风险程度。从每个样点来看，钟山区、水城县和六枝特区汞潜在生态风险值均小于等于40，处于低风险程度；而盘州市有6个样点汞潜在生态风险值超过80，处于重风险程度。此外，镉(11.95)和铜(11.52)处于低风险程度，但潜在风险值比镍、砷、铅、铬、锌5种重金属高。8种重金属的生态危害依次为汞>镉>铜>镍>砷>铅>铬>锌。

表2 六盘水不同样点表层土壤重金属的含量

表3 六盘水不同样点表层土壤重金属的潜在生态风险值

2.2.2 总生态风险程度 从表4可知，32个土壤样品的综合潜在总风险指数(RI)为31.96～193.79，各区平均RI值为六枝特区(41.12)<水城县(68.09)<钟山区(88.08)<盘州市(106.74)，4个区域的潜在总生态风险程度均处于低风险程度。从单个点来看，除盘州市有6个点土壤的RI值超过150，处于中度风险程度，其余各点均处于低风险程度。

表4 六盘水不同样点表层土壤重金属的潜在总生态风险程度

3 结论与讨论

3.1 结论

六盘水农用地表层土壤中重金属平均含量铬(126.9 mg/kg)>锌(116.0 mg/kg)>铜(73.7 mg/kg)>镍(54.6 mg/kg)>铅(34.0 mg/kg)>砷(13.3 mg/kg)>镉(0.26 mg/kg)>汞(0.12 mg/kg)。其中，铜、镍、铬、锌和汞5种重金属的平均含量超过其贵州省土壤背景值，分别是其背景值的2.30倍、1.40倍、1.32倍、1.17倍、1.09倍。六盘水农用土壤的8种重金属平均单因子生态风险值(Eri)依次为汞(43.86)>镉(11.95)>铜(11.52)>镍(6.98)>砷(6.64)>铅(4.82)>铬(2.65)>锌(1.17)。汞处于中度风险程度，其余7个重金属均处于低风险程度。六盘水农用土壤重金属综合潜在总风险指数RI值的平均值小于150，处于低风险程度。各区平均RI值为六枝特区(41.12)<水城县(68.09)<钟山区(88.08)<盘州市(106.74)。

3.2 讨论

从单个元素含量看，铜元素污染较为严重，其平均含量是背景值的2.30倍。胡江良等[7]分析六盘水工业区表层土壤的污染重金属，铅属于中度-重污染程度，锌、铜属于中度污染。推测六盘水农用土壤中铜的污染一部分来源是工业区。通过单因子生态风险值分析可知，六盘水农用土壤潜在生态风险的因子为Hg、Cd、Cu。这与张建等[8]分析六盘水马铃薯种植区土壤重金属，Cd、Cu为潜在生态风险的因子的结论大致相同。张泽东等[20]分析黔西南州、贵阳市和安顺市的10个无籽刺梨种植基地中土壤重金属污染状况，其潜在生态风险因子为Cd、Cu和Hg。熊仕娟等[21]分析贵州省百宜镇辣椒产地土壤重金属污染状况，Cd轻度污染。顾云兵等[22]分析仁怀市农业基地土壤重金属污染状况，Cd和Hg是该区域农业基地土壤潜在生态风险因子。贾亚琪[23]分析贵阳市白云区农田土壤重金属污染状况，Ni、Cu、Cd元素超标较严重。耿丹[24]分析织金县煤矿区种植地土壤重金属污染状况，该地区土壤受Hg、Cd、Ni、Cu的污染。在已有的研究报道中，贵州省农用土壤重金属污染主要是Hg、Cd、Cu和Ni。

六盘水各区农用土壤重金属综合潜在总风险指数RI值的平均值均小于150，处于低风险程度。各区农用土壤的平均RI值为盘州市(106.74)>钟山区(88.08)>水城县(68.09)>六枝特区(41.12)。这与张建等[8]得到六盘水马铃薯种植区各区综合潜在生态危害指数排序(盘县>水城县>六枝特区)相同。其中盘州市有6个土壤取样点RI值超过150，处于中度风险程度，需要注意防控重金属污染，才能保证农产品从源头上不被重金属污染。六盘水农用土壤中重金属污染潜在总生态风险处于低风险程度，但需要注意Hg、Cd、Cu带来的污染风险。