广西贵港柑桔产区土壤重金属污染及生态风险评价

2020-08-26单志强石少明马荣锴杨小兰

四川环境 2020年4期

单志强，石少明，马荣锴，杨小兰

(1.柳州职业技术学院环境与食品工程学院，广西柳州 545000; 2.中国有色桂林矿产地质研究院有限公司，广西桂林 541004)

2016年，国务院印发的了《土壤污染防治行动计划》，明确要求查明主要农产品产地土壤重金属含量，掌握土壤质量状况，在此基础上进行土壤污染风险管控。鉴于此，广西区制定了《广西土壤污染防治攻坚三年作战方案(2018-2020年)》，方案中指出，对全区重点农产品产地区域土壤污染情况进行详查，评估典型重金属污染及潜在的生态环境风险，进行有效的管控和治理。富集性、持久性及隐蔽性是土壤重金属污染的三个典型特征，重金属离子通过迁移进入食物链，严重危害人类的身体健康，重金属污染评价、空间分布特征及土壤修复技术等领域目前成为学者们的研究热点问题。樊娟[1]等对洞庭湖表层底泥重金属污染及其生态风险评价；刘瑞雪等[2]利用潜在生态危害指数法评价了湘潭某地区农田土壤中重金属的综合潜在生态风险，指出镉污染的高风险性；徐琪等[3]调查了金川区表层土壤中几种典型重金属含量及分布特征，采用相关性分析和聚类分析确定土壤重金属来源，并利用地累积指数评价了重金属污染情况。

贵港市地处西江流域下游，是有色金属产地之一，同时也是广西区及全国主要柑桔生产基地。2016年港南区的柑橘的种植面积为1 635亩，2017年种植面积是7 995亩，同比增长388.99%，2018年种植面积达到2万多亩，贵港港南区的柑桔种植正在飞速增长。研究产区土壤环境容量及质量状况，对于土地资源可持续利用与土壤污染修复技术开发具有重要意义。该区域土壤环境质量状况相关研究未见相关报道，本文以港南区典型柑桔生产区域土壤样品为研究对象，对污染源进行解析，并利用潜在生态危害指数法评价潜在生态风险，对重金属污染特征及分布状况进行了研究，提出了该区域土壤修复方向和建议，为该地区柑桔生产产地土壤修复、土壤环境学科发展、农业环境保护、风险管控及产地安全管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 布点与采样

根据贵港港南区柑桔种植区域分布及种植面积大小，兼顾布点的均匀性，科学性和代表性原则，对目标区域种植地块0～40cm耕作层土壤进行取样，其中考虑果园的面积，地形以及取样过程中土壤性质因数等进行样品采集。对采集的68份土壤样品用二分器缩分至1kg，自然晾干，去除可见植物根系和砾石，对辊破碎过100目筛装袋，供检测用。

1.2 样品测定及标准

土壤样品采用盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸消解，对As、Hg、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn 8种离子用ICP-AES进行测定分析；土壤质量评价标准采用国家土壤环境质量标准(GB15618-2018) 中的二级标准。

1.3 潜在生态风险评价

潜在生态危害指数法[4～6]在环境风险评价中广泛应用，指标涉及土壤重金属含量、毒性水平及污染浓度等，同时考量多元素协同作用以及环境对重金属污染敏感性等因素。计算公式为：

(1)

(2)

表1 重金属潜在生态风险程度评价指标与分级关系Tab.1 Potential ecological risk evaluation indexes and classification

1.4 数据处理

采用Arc GIS10.3统计分析重金属的时空分布特征；采用Excel 2013和SPSS 20.0对数据进行描述性统计分析。

2 结果与讨论

2.1 土壤重金属污染评价

2.1.1 土壤重金属含量统计

由表2可以看出，研究区柑桔产地40个样本中，土壤pH值范围为4.42～11.23，平均值为6.32，整体属酸性土壤。Cr、Ni、Cu、Zn、As、Hg、Pb 7种元素含量均值低于土壤污染风险筛选值(GB15618-2018)，Cd元素含量均值(1.22mg/kg)高于风险筛选值(0.3mg/kg)，但低于风险管制值(3.0mg/kg)。产区存在较低Cd污染状况，柑桔种植过程中应注意Cd污染带来的潜在生态风险。Cd、Cu、Zn、As、Hg、Pb 6种元素算术平均值高于广西区土壤平均背景值，相对百分比分别为： 91.80%、28.78%、32.15%、80.31%、36.36%、28.59%，表明该产区相对广西区农田土壤重金属元素含量偏高。变异系数反应了重金属含量的变化，8种金属均有较强(>30%)的变异水平，其中Cd、Pd、Hg均有较大的含量范围，说明该产区元素分布很不均匀，主要是由于产地所处地理位置特征及人为活动引起的。

表2 柑桔产地土壤重金属含量统计(n=40)Tab.2 Statistics of heavy metals in soil of citrus production area(n=40) (mg/kg)

2.1.2 土壤重金属含量空间分布

采用反距离权重法(IDW)对样本点进行插值，得到8种金属元素的空间分布特性和规律。由图1可知，Pb、Zn具有相似的空间分布规律，高含量区域主要出现在研究区东北部、西南部，表明两种元素有相同的来源。据调查，研究区流域上游，有一定数量的有色金属铅锌矿区分布，矿石类型主要以方铅矿及闪锌矿为主要类型，伴生含砷氧化物及黄铁矿。矿石冶炼过程形成的含尘烟气扩散、废水地表及地下径流是造成种植区土壤污染的主要原因。Cd元素含量有从中心向四周逐渐增高的趋势，浓度最高点出现然中心区偏东北处。Cd元素含量偏高除受矿业开发作业影响外，农田灌溉及磷肥的使用也有直接关系。Hg、Ni两种元素分布规律类似，元素含量由东西向中心方向逐渐降低。Cr元素含量由北向南依次升高，Cu元素含量从北高南逐渐降低。养殖场中动物粪便的排放、化工废水排放、矿业开发中三废处理不当等都能造成种植区土壤重金属含量偏高。

图研究区土壤重金属含量空间分布Fig. Spatial distribution of soil heavy metal in the study region

2.1.3 土壤重金属单项污染风险评价

依照(GB15618-2018)标准，将土壤重金属单项污染风险归为三个等级。1(元素单项含量X≤风险筛选值)、2(风险筛选值风险管制值)。单项污染评价只统计标准(GB15618-2018)中给出的Pb、Cd、Cr、As、Hg 5种元素。从表3可知，研究区40份土壤样品中Pb、Cr、Hg 3种元素污染风险处于1级水平，即其含量值小于风险筛选值，农业种植土壤污染风险低，一般情况下可忽略不计。Cd元素2级水平占比50%，表明可能存在食用农产品不符合食品安全标准等土壤污染风险，原则上应采取农艺调控及替代种植等安全利用措施。3级水平占比12.5%，表明土壤污染风险较高，应采取土壤修复技术改良土壤环境质量，并进行风险管控，以达到柑桔安全种植的目的。