漳州市长泰区农用地土壤重金属污染评价

郑聪斌

(漳州市长泰区农业农村局， 福建 漳州 363900)

土壤是农业生产的基础，是人类生存和发展的根本。几十年来，随着人类矿产资源的开发利用和工业的大规模发展，土壤的污染日益严重。环境保护部、国土资源部于2014年发布的《全国土壤污染状况调查公报》[1]显示，全国土壤总的超标率为16.1%，其中Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn、Ni等8种重金属污染物点位超标率分别为7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%；耕地土壤点位超标率为19.4%，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为13.7%、2.8%、1.8%和1.1%，主要污染物为Cd、Ni、Cu、As、Hg和Pb等。重金属污染不仅严重破坏农业生态环境，影响农产品产量和品质，还会通过食物链进入人体，对人的身体健康和生命安全造成危害[2-5]。

2016年国务院印发《土壤污染防治行动计划》，提出了管控土壤环境风险、改善土壤环境质量的十条具体措施，标志着土壤污染防治工作进入全面攻坚阶段。其中第一条就是开展土壤污染调查，掌握土壤环境质量状况。近年来各地也纷纷开展了地区性重金属污染状况调查和评价[6-8]。

漳州市长泰区是漳州市区和厦门市的重要农产品供应基地，近20年来，长泰区经济社会发展迅速，工业企业数量、汽车保有量大幅增加、生态环境恶化、农药化肥不合理使用等，对农业生产造成了严重的影响，因此对长泰区农田土壤重金属污染状况进行调查、评价极有必要。本研究以漳州市长泰区农田土壤为研究对象，对农田土壤重金属污染现状进行分析评价，评估其潜在重金属污染风险，以期为开展受污染农田土壤治理与修复、促进当地农业可持续发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

长泰区位于福建东南部，地处闽南金三角中心结合部，九龙江下游，地理坐标北纬24°34′～24°55′，东经117°36′～117°57′。区域面积900 km2，其中耕地53.13 km2，园地1.31 km2。地形呈蒲扇状，东、西、北三面环山，南部多平原。境内有4条河流，年平均气温21.3℃，年平均降雨量1 600 mm，属南亚热带海洋性气候。土壤类型主要是水稻土，肥力一般。长泰区主要粮食作物为水稻，熟制一年三熟，其他种植面积较大的农作物包括玉米、蔬菜、亚热带水果等。

1.2 土壤样品采集与检测分析

根据长泰区的自然环境特征和农业生产基本情况，布设长期定位监测区71个，其中耕地51个、园地20个；共分布在5个乡镇(场)，分别是岩溪镇30个、武安镇11个、陈巷镇12个、枋洋镇10个、坂里乡6个、古农农场2个。2020年，按照NY/T 395-2012《农田土壤环境质量监测技术规范》，每个监测区采用梅花点法各采集5个不同位置土壤样品，充分混匀后用四分法保留1 kg土壤混合样待测，共采集混合样71个。耕地监测区采样深度0～20 cm，园地监测区采样深度0～60 cm。

土壤样品中的Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni采用王水提取-电感耦合等离子体质谱法HJ 803-2016《土壤和沉积物12种金属元素的测定 王水提取-电感耦合等离子体质谱法》；As、Hg的测定采用原子荧光法GB/T 22105.1-2008《土壤质量 总汞、总砷、总铅的测定》。

1.3 评价标准与方法

本研究以GB15618-2018《国家土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》中农用地土壤污染风险筛选值Si(表1)为标准，基于表层土壤中Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni、As、Hg的含量Ci，采用单因子污染指数法、内梅罗综合指数法和地积累指数法，对农用地土壤污染风险进行评价。

当土壤中污染物含量等于或者低于表1规定的风险筛选值时，农用地土壤污染风险低，一般情况下可以忽略，为优先保护类(Ⅰ类)；高于表1规定风险筛选值时，可能存在农用地土壤污染风险，应加强土壤环境监测和农产品协同监测。

表1 农用地土壤污染风险筛选值

1.3.1单项污染指数法 单项污染指数[9]是用来评价单个污染因子对土壤的污染程度，指数小污染轻，指数大则污染重。这种方法可以直观、简便、清晰地看出评价样本与对应评价标准之间的比值关系，较快地筛选出主要的污染因子。其计算公式如下：

Pi=Ci/Si

(1)

式中Pi为i因子的单项污染指数，Ci为i因子的实测浓度值(mg·kg-1)，Si为i因子的评价标准值(mg·kg-1)。当Pi≤1.0时，表明该重金属因子的含量未超出评价标准值，农用地土壤污染风险低；当Pi>1.0时，表明该重金属因子的含量已超出评价标准值，存在农用地土壤污染风险。Pi越大，说明土壤受到该重金属因子的污染越严重，风险越高。

1.3.2内梅罗综合污染指数法 内梅罗综合指数[10]反映了各污染物对土壤的作用，同时突出了高浓度污染物对土壤环境质量的影响，在国内的应用范围较广。其计算公式如下：

PN=[(Piavg2+Pimax2)/2]1/2

(2)

式中PN为综合污染指数，Piavg为土壤中各污染物的指数平均值，Pimax为土壤中单项污染物的最大污染指数。按内梅罗污染指数划定污染等级，其评价标准见表2。

表2 综合污染指数与土壤污染程度分级

1.3.3地积累污染指数法 地积累指数法(Mull指数法)[11-12]除考虑到人为污染因素、环境地球化学背景值外，还考虑到由于自然成岩作用可能会引起的背景值变动，弥补了其他评价方法的不足，被广泛用于研究沉积物及其他物质中重金属污染程度。其计算公式如下：

Igeo=log2[Ci/(k×Bi)]

(3)

式中Igeo为土壤重金属地积累指数，Ci为土壤中重金属i的实测浓度(mg·kg-1)；Bi为沉积物中该元素的地球化学背景值(mg·kg-1)，本研究取福建土壤背景值[13-14]，Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni、As、Hg的背景浓度分别为0.054、34.9、41.3、21.6、82.7、13.5、5.78、0.081 mg·kg-1；k为考虑各地岩石差异可能会引起背景值的变动而取的系数(一般取值为1.5)。地积累指数Igeo与土壤污染程度分级对应关系见表3 。

表3 地积累指数与土壤污染程度分级

2 结果与分析

2.1 8种重金属元素含量特征

由表4可知，长泰区农用地土壤8种重金属元素的变异系数介于32.41%～72.92%，均属于中等变异程度。变异系数反映数据的离散程度，其值越大表明数据的离散程度越高，Hg的变异系数达到72.92%，表明该元素在长泰区的空间分布差异性较大。8种元素含量的离散程度大小依次为：Hg(72.92%)>Cr(52.72%)>As(51.21%)>Cd(50.00%)>Cu(49.87%)>Ni(46.95%)>Pb(46.14%)>Zn(32.41%)。从平均值来看，8种重金属含量均未高于标准规定的筛选值；参照福建土壤背景值，Cd、Pb、Cu、Zn、Hg均存在不同程度的积累，积累指数(污染物实测值/污染物背景值)分别为Cd(3.70)>Hg(2.37)>Pb(1.75)>Cu(1.39)>Zn(1.27)。

表4 长泰区农用地土壤重金属元素含量

2.2 单项污染指数评价与分析

由表5可知，长泰区农用地土壤8种重金属元素Pi平均值均小于1，但71个监测区农用地土壤样品中，存在某种重金属Pi>1.0(即超出标准筛选值)的监测区达20个，总超标率(超标率=超标样本数/监测样本总数100%)为28.17%，其中有3个监测区存在2种重金属超标。超标元素包括Cd、Pb、Cu、Hg，超标的监测区分别为10、8、2、3个，超标率分别为14.08%、11.27%、2.82%、4.23%。从超标率来看，Cd超标最为普遍，其次为Pb。从超标倍数来看，Cd和Pb元素超标最严重，且两种元素Pi最大值均为55号监测区，分别超出0.83倍和1.01倍。Cr、Zn、Ni、As等其他元素未检出超标。

表5 长泰区农用地土壤8种重金属元素单项污染指数评价结果

2.3 内梅罗综合污染指数评价与分析

由表6可知，长泰区71个监测区农田土壤样品的PN值介于0.27～1.50，平均值为0.66。污染等级Ⅰ级(清洁)的监测区为44个，占61.97%；污染等级Ⅱ级(尚清洁，达警戒限)的监测区为20个，占28.17%；污染等级Ⅲ级(轻度污染)的监测区为7个，占9.86%。污染等级Ⅲ级的监测区土壤样品，主要污染元素为Cd、Pb、Hg。表明长泰区有超过1/3的监测区达到污染警戒限以上程度，需要引起足够重视。

表6 长泰区农用地土壤8种重金属元素内梅罗综合污染指数评价结果

2.4 地积累指数评价与分析

由表7可知，长泰区地积累指数总体在-3.74～2.76，总平均值为-0.40，污染级别1～4级，污染程度从无污染到中-强污染都有分布，没有强污染以上程度。71个监测区中仅有5个监测区不存在任何一种元素污染，Cd、Pb、Hg污染的监测区较多。从单个污染因子来看，Cd仅有8个监测区无污染，中等污染程度以上的监测区有44个，达到61.97%；Pb仅有25个监测区无污染，中等污染程度以上的监测区有6个，占8.45%；Hg仅有26个监测区无污染，中等污染程度以上的监测区有19个，占26.76%；Cu无污染监测区46个，中等污染程度以上的监测区有3个，占4.23%；其他元素均无中等污染程度以上的监测区，重金属积累相对不高。

表7 长泰区农用地土壤8种重金属元素地积累指数评价结果

3 结论与讨论

受采样点密度较小等因素影响，本研究数据分析可能存在一定的偏差，但总体能反映长泰区重金属污染状况。从平均值来看，8种重金属含量均未高于标准规定的筛选值，但是采用评价方法分析，显示长泰区农用地土壤已经存在部分污染。3种评价方法均显示，Cd、Pb、Hg这3种重金属元素是长泰区农用地土壤主要污染元素，其中Cd是污染最普遍、积累最严重的元素。

土壤重金属污染来源十分广泛，包括成土母质、工业三废、生活污水、汽车尾气、农药肥料等，一旦造成污染就很难根除，其防治难度非常大[15-17]。如何阻止农用地土壤重金属污染进一步扩散和恶化，并逐步恢复土壤质量，是长泰区政府面临的一大挑战。虽然长泰区重金属积累已经较为普遍，但总体上污染程度尚未达到国家标准规定的严格管控范围，属于安全利用类，通过农艺和技术措施仍可实现安全利用，从而保障食品安全。国内外在土壤重金属污染防治方面已经进行了许多有益的尝试，并取得一定的成效，可以作为借鉴[18]。