河套灌区某典型区域农田土壤重金属污染现状调查与评价

韩翠莲 ，田志强 ，霍轶珍

（1.河套学院土木工程系，内蒙古 巴彦淖尔 015000；2.内蒙古自治区河套灌区灌溉排水工程技术研究中心，内蒙古 巴彦淖尔 015000）

随着工农业生产的快速发展，化肥和农药的大量施用、工业废水的排放以及大气的沉降，我国农田土壤重金属污染状况日趋严重。据2014年土壤普查数据显示，我国农田土壤受汞、砷、铬、镉、铅等重金属污染的面积约2 000×104hm2，占总耕地面积的16.7%。重金属难降解、易积累、毒性大，对作物的生长、产量和品质都有影响，尤其是它还能被作物吸收进入食物链，成为危害人体健康的潜在威胁。

河套灌区历史上曾数次对灌区土壤环境进行过大面积的调查，但近几年随着工业与农业的迅猛发展，化肥、农药、地膜等大量使用，整个灌区农田土壤污染程度到底怎样？带着这个问题对河套灌区上、中、下游一定面积的耕地进行了调查研究，下面简单谈一下灌区中游义长灌域部分农田的土壤重金属调查研究情况。

1 材料与方法

1.1 调查区概况

河套灌区是国内设计灌溉面积最大的一处自流引水灌区，位于内蒙古自治区巴彦淖尔市境内，南临黄河，北依阴山，东起包头西郊，西至乌兰布和沙漠。本文调查区域位于灌区中游义长灌域境内部分土地，据植被不同分为荒地、玉米地、葵花地、葫芦地等几种类型，全部为水浇地，土壤盐碱化较严重。

1.2 样品的采集与分析

1.2.1 采样点布设及样品采集

2017年5月，按照2.5 km×2.5 km的间距对调查区域进行网格布点，共布设51个采样点，在采样现场用手持GPS定位找到采样点，如遇到个别点无法采样的稍作移动就近选择可以采样之处。由于表层土壤更能反映人类及动植物等外界因素对土壤的干扰程度[1]，本试验采集地面表层0～20 cm深度范围内土壤样品，连同编号标签一同装入聚乙烯塑料袋密封，另用采样记录表记录采样点编号、植被、经纬度等，采样结束后由专人送回实验室，将其置于风干盘中，摊成2～3 cm的薄层，适时压碎、翻动，去除杂物，自然风干。对风干好的样品再次压碎、去杂，用四分法取压碎样，过20目尼龙筛，过筛后的样品再采用四分法取其两份，一份交样品库存放，直接用于土壤pH等项目的试验分析，另一份研磨至全部过孔径100目尼龙筛，装入样品袋用于土壤重金属项目的试验分析。

1.2.2 分析方法

制备好的土壤样品经过消解后即可进行重金属含量的测试，本次土壤重金属测定项目有铅（Pb）、汞（Hg）、镉（Cd）、铬（Cr）、砷（As）。其中，Pb、Cd用石墨炉原子吸收分光光度法测定，Hg、As用原子荧光法测定，Cr用火焰原子吸收分光光度法测定。

1.3 评价标准与评价方法

1.3.1 评价标准

采样区为一般农田的旱田水浇地，据测试本采样区所取土样pH均大于7.5，按照《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）[4]，采用二级标准作为重金属污染的质量标准，具体数值见表1。

表1 二级土壤环境质量标准值（pH＞7.5） mg/kgTab.1 Environmental quality standard value of secondary soil

1.3.2 评价方法

目前，农田土壤重金属污染评价方法很多，主要为污染指数法，包括单项污染指数法和综合污染指数法，本次试验研究在单项污染指数分析的基础上，又进一步采用内梅罗综合污染指数法来评价土壤的综合污染程度。

根据《土壤环境监测技术规范》(HJ/T166-2004）[3]，内梅罗污染指数评价标准见表2。

表2 内梅罗污染指数法评价标准Tab.2 Evaluation standard of Nemero pollution index method

2 结果与分析

2.1 调查结果与分析

2.1.1 调查结果的统计分析

在调查区域共布设51个采样点，用于测定土壤重金属含量，对测定结果进行统计分析，其结果见表3。由表3数据可知：调查区域土壤存在镉超标现象，其点位超标率为2%，最大超标点位超标倍数约为2.5倍，前茬是葵花，其余4种重金属超标率均为0。对照河套地区土壤背景值[7]可见：只有镉的平均含量超过土壤背景值，从各元素最大含量看，镉、汞、铅、铬最大含量均超过土壤背景值，存在点位超标现象。

表3 调查区域土壤重金属元素描述性统计分析表Tab.3 descriptive statistical analysis of heavy metal elements in soil

2.1.2 不同植被重金属含量结果分析

调查区域采样点重金属测定数据及其植被情况，经统计分析见表4，由表4数据可知：调查区域内镉在不同植被上浓度的排序为葵花＞玉米＞葫芦＞荒地，汞在不同植被上浓度的排序为葵花＞玉米＞荒地＞葫芦，砷在不同植被上浓度的排序为葵花＞葫芦＞玉米＞荒地，铅在不同植被上浓度的排序为葵花＞玉米＞荒地＞葫芦，铬在不同植被上浓度的排序为葵花＞玉米＞荒地＞葫芦。

表4 调查区域内不同植被土壤重金属元素统计分析表Tab.4 statistical analysis of heavy metal elements in soils with different vegetation

2.2 评价结果与分析

2.2.1 单项污染指数法评价结果

采用单项污染法通过计算得到调查区域土壤重金属污染指数见表5，由表中数据可知：土壤中镉元素的污染指数范围是0.002～3.515，平均值为0.389，虽然平均污染程度尚属清洁，但其中有2%的点位单项污染指数大于3，属重度污染。其余4种重金属元素污染程度，无论从最大值还是平均值衡量均属清洁。同时，5种重金属元素中，镉元素的污染分担率为48.4%，位居第一，应予以重视。

表5 调查区域土壤重金属单项污染指数分析表Tab.5 Analysis of single pollution index of heavy metals in soil

2.2.2 内梅罗污染指数法评价结果

由计算得知调查区域土壤内梅罗污染指数见表6，可见，调查区土壤总体比较清洁，但其中有1个点位处内梅罗污染指数为2.55，属于中度污染状态，结合单项污染指数分析得知，该点位为镉污染。

表6 调查区域土壤重金属内梅罗污染指数分析表Tab.6 Analysis of pollution index of soil heavy metal Nemero

3 结果分析

调查区域内镉的平均含量超过当地土壤背景值，铬、汞、铅的最大含量高于背景值，说明这些元素在一些点位上存在富集效应。

土壤重金属生态风险由强至弱依次为镉＞铬＞汞＞砷＞铅，调查区域土壤总体尚属清洁，但部分区域土壤存在镉重度污染，其污染治理不可忽视。同时，在以后的土壤环境检测中，应重点加强镉的检测。

调查区域内无工业排放污染，镉元素超标主要来自农业生产活动，因含磷复合肥中含有镉[5]，目前，当地农民大量施用磷肥，多年累积导致土壤中镉元素含量显著增加，致使部分点位土壤镉污染严重。

由调查区域土壤重金属含量与其植被情况分析得知，连续种植葵花可导致土壤重金属污染加重，可以从调整作物种类，比如葵花改种葫芦等降低土壤重金属尤其镉污染程度。