韶关市中型灌区灌溉水重金属污染调查与评价

(1.广州市华测品标检测有限公司，广东 广州 510000；2.韶关市水务局，广东 韶关 512026)

灌溉水的安全是保障农产品质量安全的基础条件，也是影响农作物生长的关键因素[1]，使用污水灌溉会使重金属元素在土壤富集，然后被农作物吸收，并通过食物链进入人体，影响人体健康[2-3]。其中比较经典的例子就是由镉(Cd)污染引起的痛痛病。根据国内的研究，只要灌溉水中的重金属控制在标准以下，就不会对作物及人体产生危害[3]。韶关地区工矿业活动比较频繁，根据以往调查研究，工矿区的土壤和农产品重金属含量均出现过不同程度的超标[4-6]。

本次调查选取韶关市29个中型灌区，对灌溉水的汞(Hg)、铜(Cu)、锌(Zn)、砷(As)、镉(Cd)和铅(Pb)6种重金属进行摸底调查，分析各重金属的含量，评价该地区灌溉水的重金属污染状况，为韶关市灌溉水的安全利用及农产品安全生产提供科学依据，也为分析韶关地区农田土壤重金属的来源提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

选取韶关市辖区内29个中型灌区，每个中型灌区的水源源头、中间节点、末端节点各选取一个点位开展监测，灌区采样点位合计87个。选取农业产地环境条件标准中严格控制的重金属指标，对灌溉水中的Hg、Cu、Zn、As、Cd和Pb进行测定，并评价各个灌区灌溉水重金属污染状况。调查区内29个中型灌区合计水量71510万m3，设计灌溉面积80万亩，有效灌溉面积52万亩，灌区内主要种植的农作物为一年两造水稻和蔬菜。

1.2 方法

1.2.1 采样方法

根据调查区灌溉水系的分布现状，依据《农用水源环境质量监测技术规范》(NY/T 396—2000)和《地表水和污水监测技术规范》的要求，于2019年8—10月，在韶关市辖区内的29个中型灌区，采集87 个点位灌溉水样品，并记录每个采样点位的经纬度信息，采样点位分布图见图1。采样时每个水样采集500mL于聚乙烯瓶中，其中测汞元素的样品加入盐酸调节pH值至1～2；测砷、镉、铅、铜、锌的样品加入硝酸调节pH值至1～2[8]。

1.2.2 分析方法

对采集的灌溉水样品按照各指标的检测标准进行检测，各金属元素均采用《水质 65种元素的测定 电感耦合等离子体质谱法》(HJ 700—2014)进行测定。

1.2.3 评价标准与方法

灌溉水重金属限值参照《农田灌溉水质标准》(GB 5084—2005)中规定的限值，具体评价标准见表1。采用单项污染指数法(Single Factor Index Method)与内梅罗综合污染指数法(Nemerow Integrated Index Method)相结合的方法进行评价，指数分级参照《食用农产品产地环境质量评价标准》(HJ 332—2006)中对灌溉水质量指数的划定，见表2。

表1 农田灌溉水环境质量标准限值 单位：mg/L

a.单项污染指数法计算公式为

(1)

式中：Pi为水中污染物i的单项污染指数，如果Pi≤1，表示未受污染，Pi>1，表示受到污染；Ci为水中污染物i的实测值；Si为污染物i的评价标准限值。

b.内梅罗综合污染指数法计算公式为

(2)

式中：Piavg为灌溉水中污染指数的平均值；Pimax为各单因子环境质量指数中最大者。内梅罗指数特别考虑了污染最严重的因子，内梅罗环境质量指数在加权过程中避免了权系数中主观因素的影响，是目前应用较多的一种环境质量指数。

表2 农田灌溉水环境质量分级标准

2 结果与分析

2.1 灌溉水重金属含量及单项污染指数

在测定的87个灌溉水点位中，汞的浓度范围为0～0.00092mg/L，为国家限量标准的0～92.00%；铜的浓度范围为0～0.01040mg/L，为国家限量标准的0～2.08%；锌的浓度范围为0～0.12900mg/L，为国家限量标准的0～6.45%；砷的浓度范围为0～0.01830mg/L，为国家限量标准的0～18.30%；镉的浓度范围为0～0.00062mg/L，为国家限量标准的0～6.20%；铅的浓度范围为0～0.02670mg/L，为国家限量标准的0～13.35%；从各个点位灌溉水重金属的实测数据来看(见表3)，均未检测到有重金属超标的点位，表明韶关市灌溉水目前尚属于安全级别。

再从各个金属元素的单项污染指数来看(见表4),汞的指数范围在0～0.920之间；铜的指数范围在0～0.021之间；锌的指数范围在0～0.065之间；砷的指数范围在0～0.366之间；镉的指数范围在0～0.062之间；铅的指数范围在0～0.134之间。各金属元素的单项污染指数均小于1，表明采样点位各金属含量均未超过标准中的限值。但是值得注意的是，汞的单项污染指数最大值为0.920，超过0.5的点位达17个，表明研究区灌溉水汞超标存在一定的风险。

表3 各点位灌溉水水质分析数据

表4 各点位重金属单项污染指数

2.2 各灌区综合污染评价

根据29个中型灌区87个采样点位的灌溉水质实测结果，计算出各个灌区的平均单项污染指数(Pi)和综合污染指数(P综)，详细数据见表5。

表5 各灌区灌溉水重金属含量评价结果

从单项污染指数Pi来看，各金属元素的单项污染指数Pi均小于1，表明各金属元素均未超过标准中的限值。但值得注意的是，有5个灌区汞的单项污染指数均超过了0.5，属尚清洁水平。灌区29汞的Pi为0.4133，非常接近0.5。表明这几个灌区的灌溉水存在汞超标的风险，农业部门在引水灌溉时需多加关注。

从综合污染指数P综来看，指数范围为0.01～0.50；仅1个灌区的综合污染指数P综达到了0.5，属尚清洁水平；有4个灌区的综合污染指数P综接近0.5，虽属于清洁水平，但引水灌溉时仍然需要多加关注。

3 讨论与结论

3.1 讨论

本次调查过程中发现汞元素的单项污染指数高于其他元素，通过分析采样点位置以及灌区所处的地理位置，可能的原因有：ⓐ受当地矿山地质环境影响，雨水冲刷矿山土壤，再随地表径流流入灌区，汞指数偏高的点位和灌区主要位于浈江、曲江，两个地方工矿业活动比较频繁；ⓑ蓄水取水引入受污染的水体：灌区取水水源主要为北江流域水资源，而北江两大支流曲江和浈江均曾发生过较为严重的水污染事故，周淑婷等[7]曾调查过北江河水质的重金属污染情况，发现Hg的污染指数为 27.62，属于严重污染；ⓒ农业面源污染：农村居民环境保护意识有待加强，农村垃圾随意入河现象普遍，河道“脏、乱、差”现象仍普遍存在[8]。采样过程中发现，有农药、肥料包装废弃物随意丢弃在田间地头、路边沟渠的现象，这些废弃物带来的污染也不容忽视。

3.2 结论

本文通过实地调查采样和实验室分析，测定了韶关市29个中型灌区灌溉水的重金属含量，并利用单项指数法和内梅罗综合指数法对灌溉水质进行评价。结果表明：韶关市中型灌区水质总体良好，暂未发现重金属超标点位，各灌区综合评价指数P综的范围为0.01～0.50，指数为0.50的灌区仅1个，属尚清洁水平，其余灌区均属清洁水平；从重金属的单项污染指数来看，有5个灌区汞的单项污染指数超过了0.5，属尚清洁水平。

4 展 望

本次调查区域灌区的水源基本为水库蓄水，灌溉水的调查采样时间主要集中在8月、9月，处于丰水期。因为地表水污染物的含量存在一定时效性，所以测试结果仅能反映当时的污染情况，随着丰水期、枯水期的更替，调查区内灌溉水的重金属含量也可能会随之变动。为确保灌区内灌溉水的用水安全，降低灌溉水重金属对土壤和农作物的输入性风险，针对可能引起灌溉水重金属含量偏高的因素，应当采取以下措施：

a.合理处置矿山废渣、废水和废气，防治矿山水土流失。

b.做好农药、肥料包装废弃物的回收，避免因包装废弃物随意丢弃而造成灌溉水的污染。

c.加强取水水源的监测，避免引入受污染水体。

d.增加灌溉水质监测的频次和采样点位密度，掌握灌区内灌溉水质现状、动态变化过程和规律，防止潜在的污染，保障农业用水安全。