湖南省棉田镉含量分析及污染评价

匡政成，郭利双，匡逢春，李育强，陈浩东*

（1. 湖南省棉花科学研究所，湖南常德415101；2. 湖南农业大学生物科学技术学院，长沙410128）

近年来， 湖南省棉花种植面积大幅度降低，部分棉田改种水稻、玉米、蔬菜等作物[1]。 然而湖南省是我国“有色金属之乡”，矿产资源丰富，开采历史悠久[2]，导致湖南省部分耕地土壤重金属污染严重，镉（Cd）污染事件呈高发态势，引起人们普遍忧虑。为此，湖南省棉花科学研究所在全省典型植棉区采集30 份棉田土壤样品进行Cd 含量检测， 分析湖南省棉田土壤Cd 污染水平， 以期为当地棉田种植结构调整和农田土壤重金属防治提供支撑，从而合理使用污染耕地， 降低食用农产品重金属Cd 超标风险。

1 材料与方法

1.1 样品采集

选取岳阳、常德、衡阳3 个地级市，每个地级市随机选取10 个采样点（棉田），共30 个采样点（表1）。每个采样点按照五点取样法取1 m2面积内0～20 cm 土层土壤，混匀后取1 000 g 自然阴干备用。

1.2 数据检测和分析

采集的土壤样品送至湖南省农产品质量检验检测中心进行土壤pH 和土壤Cd 含量（质量分数，下同）测定。 采用MS Excel 2007 和SPSS 21 软件进行数据处理及分析。

1.3 评价方法

以湖南省土壤环境Cd 背景值作为基准，采用地累积指数法评价Cd 污染等级。 计算公式如下：Igeo＝log2（Ci/1.5Bi）；式中：Igeo为地累积指数，Ci为土壤样品中Cd 质量分数 （mg·kg－1），Bi为土壤环境背景的Cd 质量分数（mg·kg－1）。

根据Igeo将土壤Cd 污染程度分为7 个等级：当Igeo≤0 时，处于0 级，表示土壤未受到Cd 污染；0＜Igeo≤1 时，处于1 级，表示土壤受到轻度Cd 污染；1＜Igeo≤2 时，处于2 级，表示土壤受到中度Cd污染；2＜Igeo≤3 时，处于3 级，表示土壤受到中度到强（中-强）Cd 污染；3＜Igeo≤4 时，处于4 级，表示土壤受到强Cd 污染；4＜Igeo≤5 时，处于5 级，表示土壤受到很强Cd 污染；Igeo＞5 时， 处于6 级，表示土壤受到极强Cd 污染[3]。

2 结果与分析

2.1 土壤pH 和土壤Cd 含量

如表1 所示， 湖南省棉田土壤pH 平均值为6.98，范围在4.60～8.00。 其中，岳阳市土壤pH 平均值为7.02，范围在4.83～7.89，70%的采样点土壤pH 大于7.5， 说明岳阳市棉田土壤以碱性为主；常德市土壤pH 平均值为7.83，范围在7.60～8.00，所有的采样点土壤pH 大于7.5， 说明常德市棉田土壤以碱性为主； 衡阳市土壤pH 平均值为6.08，范围在4.60～7.90，70%的采样点土壤pH 小于6.5，说明衡阳市棉田土壤以酸性为主。湖南省棉田土壤Cd 含量平均值为0.52 mg·kg－1， 范围在0.16～1.60 mg·kg－1，其中岳阳市最高（0.61 mg·kg－1），常德市最低（0.34 mg·kg－1）。 与《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准 （试行）》（GB 15618－2018）[4]中规定的农用地土壤污染风险筛选值和管制值相比，10 个采样点Cd 含量高于农用地土壤污染风险筛选值， 占总样点的33.33%；1 个采样点Cd 含量高于农用地土壤污染风险管制值，占总样点的3.33%。 说明湖南省大部分棉田土壤重金属Cd 污染风险较低，但岳阳市、衡阳市可能存在食用农产品不符合质量安全标准等土壤污染风险，应当采取农艺调控、替代种植等安全利用措施，其中岳阳市部分地区应当禁止种植食用农产品。

表1 湖南省植棉区棉田土壤pH 和土壤Cd 含量

2.2 土壤重金属Cd 污染状况评价

地累积指数是评价沉积物中重金属污染的常用指标，它不仅反映重金属的自然变化特征，还能判别人为活动对环境的影响[5]。 参照潘佑民等[6]文献， 湖南省土壤环境Cd 背景值为0.126 mg·kg－1。由公式计算得到3 个地级市重金属Cd 的地累积指数平均值为1.19，范围在－0.24～3.08（表2）。 其中岳阳市重金属Cd 的地累积指数平均值为1.34，范围在0.32～3.08，50%的采样点Igeo在0～1，30%的采样点Igeo在1～2，表示岳阳市棉田土壤主要受到轻度和中度Cd 污染。 常德市重金属Cd 的地累积指数平均值为0.81，范围在0.15～1.45，80%的采样点Igeo在0～1，表示常德市棉田土壤也主要受到轻度Cd 污染。 衡阳市重金属Cd 的地累积指数平均值为1.41，范围在－0.24～2.84，50%的采样点Igeo在1～2，30%的采样点Igeo在2～3， 表示衡阳市棉田土壤主要受到中度和中-强Cd 污染。 从不同污染等级样品分析， 未受到Cd 污染土壤样品1 份，占总份数的3.33%；受到轻度Cd 污染土壤样品14份，占总份数的46.67%；受到中度Cd 污染土壤样品10 份，占样品总数的33.33%；受到中-强Cd 污染土壤样品4 份，占样品总数的13.33%；受到强Cd 污染土壤样品1 份，占样品总数的3.33%。 说明湖南省棉田土壤主要受到轻度和中度Cd 污染， 且土壤中Cd 含量很可能受到了人类活动的影响。

表2 湖南省植棉区Cd 的地累积指数及不同污染等级样品数

3 讨论与结论

本研究发现，湖南省棉田土壤主要受到轻度和中度的Cd 污染，这可能是农药和化肥施用、工业废弃物排放、矿冶等多种人类活动所致。 通过对湖南省棉田土壤Cd 含量分析发现，岳阳市和衡阳市棉田土壤Cd 含量远高于常德市，且50%的采样点Cd 含量高于农用地土壤污染风险筛选值、5%采样点Cd 含量高于农用地土壤污染风险管制值，这可能与岳阳市和衡阳市同处于湘江中下游Cd 污染物排放较为严重的地区有关。 该区域种植食用农产品重金属Cd 超标风险较高，这与前人的研究结论[7]基本一致。因此，岳阳市和衡阳市等区域棉田如进行种植结构调整，要注意农产品重金属Cd 污染及食用风险监测， 建议长株潭等湘江中下游地区推广种植非食用作物[9-11]。