不同土地利用类型土壤环境质量评价＊

孙若楠，颜 雄，王庆鹤，李文昭

（1.遵义师范学院，贵州 遵义 563006；2.大连交通大学，辽宁 大连 116000）

重金属随大气沉降、污水、固体废弃物和农用物资进入土壤，长期停留和积累在土壤中，无法彻底清除，毒性强，可通过食物链富集到人体内，对人体产生危害。因此，开展土壤重金属污染现状评价的相关研究对正确了解土壤环境质量和土壤重金属污染防治具有指导作用[1-2]。资料调查显示，中国1/5的耕地受到重金属污染，经济损失高达百亿元[3]。2014年《全国土壤污染状况调查公报》显示，耕地土壤点位超标率19.4%，矿区点位超标33.4%，污染以无机型为主，主要为铅、铬、铜、镉和锌等重金属[4]。研究表明，不同土地类型的土壤重金属质量分数有明显差异[5]。本项目以贵州省遵义市果园、菜地和矿区土壤为研究对象，测定表层土壤（0～20 cm）中Pb、Cr、Cu、Cd、Zn和Mn的质量分数及pH。通过分析土壤中重金属质量分数，对不同土地类型的土壤重金属质量分数进行对比分析，对土壤环境质量进行评价，为土壤污染防治提供有效的参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于贵州省遵义市，以新蒲新区苏家湾的果园（107°08'E，27°73'N）、凤冈县龙山村的菜地（107°67'E，28°08'N）和遵义市湘江河附近某已开采锰矿（106°56'E，27°37'N）的土壤为研究对象。

1.2 土壤样品的处理和测定

分别采集果园、菜地、矿区0～20 cm的表层土壤，去除枯枝落叶、砾石和根茎后，在实验室自然风干，研磨，过100目筛，保存于密封袋中。采用盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸开放消煮法进行消解前处理。土壤pH采用电位法测定（土液比1∶2.5），利用火焰原子吸收法测定Cr、Cu、Zn和Mn，利用石墨炉原子吸收法测定Pb和Cd。分析过程加入国家标准样品进行质量控制，每个样品进行平行样品测定，结果符合要求。

1.3 评价方法

采用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法对研究区内土壤环境质量进行综合评价。

1.3.1 单因子污染指数法

评价土壤中单一污染物的污染程度用单因子污染指数法。

式（1）中：Pi为重金属元素的单因子污染指数；Ci为重金属元素的实测值，mg/kg；Si为重金属元素的背景值，mg/kg。

当Pi≤1时，土壤处于较清洁水平；当Pi≥1时，土壤受到污染。Pi值越大，土壤污染程度越严重。

1.3.2 内梅罗综合污染指数法

在单因子污染指数的基础上，内梅罗综合污染指数法可充分反映土壤中各污染物的平均污染水平，并突出污染物对环境的危害。

式（2）中：PN为综合污染指数；Pave为各污染物中污染指数的平均值；Pmax为各污染物中污染指数的最大值。

根据内梅罗综合污染指数法，土壤污染可分为5个等级，如表1所示。

表1 土壤污染指数评价分级标准表

1.4 数据处理

采用Microsoft Office Excel 2017进行数据统计分析。

2 结果与讨论

2.1 不同土地类型土壤重金属质量分数特征

对果园、菜地和矿区的6种重金属质量分数进行统计，结果如表2所示。

表2 研究区土壤重金属质量分数（单位：mg/kg）

3种类型土壤中的Pb、Cr、Zn都高出贵州土壤背景值[6]，Pb和Zn超标与黔北地区铅锌矿的冶炼密切相关，Cr超标与农药化肥和塑料薄膜的使用、工矿业含Cr废料的排放有关[7]。果园土壤除了Cd和Mn外，其余重金属质量分数均超过贵州省土壤背景值，Pb、Cr和Zn质量分数较高，分别是贵州省土壤背景值的1.54倍、1.50倍和2.00倍。菜地Cr超贵州省土壤背景值倍数最高，是土壤背景值的1.71倍，Pb和Zn分别是1.45倍和1.36倍，其余重金属元素均未超过土壤背景值。矿区土壤重金属质量分数均超过贵州土壤背景值，其中Cd、Zn和Mn质量分数远超土壤背景值，分别为土壤背景值的14.57倍、12.72倍和11.31倍，因为该矿区为黔北地区的锰矿，所以Mn质量分数最高，并含有较多的Zn，其中Cd的质量分数远远超过贵州省土壤背景值，与贵州省的地质背景和矿产开采冶炼有较密切联系[8]。

不同类型的土壤中Pb、Cr质量分数相差甚微，Cu质量分数略有差异。果园和菜地土壤中Pb质量分数相差不大，分别高出矿区14.71 mg/kg、11.41 mg/kg，这是由于果园和菜地经常施用农药和化肥造成的结果，并且Pb非该锰矿的伴生元素，所以矿区的Pb质量分数低于果园和菜地。菜地和矿区的Cr质量分数相差不足0.5 mg/kg，果园的Cr质量分数最低，这是由于菜地施用化肥的频率高于果园、矿区附近含Cr废水的排放导致菜地和矿区的Cr质量分数高于果园，总体而言，3种土壤中Cr质量分数相差不大。矿区的Cu质量分数最高，果园次之，菜地质量分数最低，而且低于贵州省土壤背景值。除了菜地的Cr超过了GB 15618—2018《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》的风险筛选值外，其余都未超出相应标准的风险筛选值。菜地的Cr质量分数高于GB 15618—2018《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》（试行）中规定的风险筛选值，但低于规定的农用地土壤污染风险管制值，可能存在农用地土壤污染风险和食用农产品不符合质量安全标准等风险。

3种类型土壤中的Cd、Zn和Mn质量分数存在明显差异，果园土壤Cd质量分数为0.37 mg/kg，菜地为0.07 mg/kg，矿区为9.60 mg/kg，石金芳等[9]的研究表明贵州省矿区表层土壤中Cd质量分数最高。矿区的Cd质量分数最高，虽远超贵州省土壤背景值，但尚未超过GB 36600—2018《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》第二类用地的风险筛选值，处于安全水平。矿区土壤中Zn质量分数分数比果园和菜地Zn质量分数分别高出1 066.97 mg/kg、1 130.44 mg/kg，存在明显差异，与黔北地区的铅锌矿的冶炼有很大关联。由于矿区为锰矿，所以Mn质量分数高达8 983.67 mg/kg，与果园和菜地Mn质量分数形成明显差异。

2.2 土壤环境质量评价

研究区土壤重金属单因子污染指数和内梅罗综合污染指数如表3所示，果园土壤中Pb、Cr、Cu、Cd、Zn和Mn的单因子污染指数分别为1.54、1.50、1.09、0.56、2.00和0.10，6种重金属对综合污染值贡献大小依次为Zn＞Pb＞Cr＞Cu＞Cd＞Mn，内梅罗综合污染指数为1.62，评价污染等级为轻度污染。菜地土壤中6种重金属的Pi值分别为1.45、1.71、0.93、0.11、1.36和0.04，对综合污染值贡献大小依次为Cr＞Pb＞Zn＞Cu＞Cd＞Mn，综合污染指数为1.38，污染等级为轻度污染水平。矿区土壤污染最为严重，6种重金属的Pi值都超过了1，分别为1.13、1.71、1.76、14.57、12.72和11.31，内梅罗综合污染指数11.49，污染等级为重度污染，6种重金属对综合污染值的贡献大小依次为Cd＞Zn＞Mn＞Cu＞Cr＞Pb。

表3 研究区土壤重金属污染评价指数及等级

由此可见，果园和菜地的主要污染都来源于Pb、Cr、Zn，果园的最大污染元素是Zn，菜地的最大污染元素是Cr。矿区的主要污染来源于Cd、Zn、Mn，污染因子指数较高，表明该区域土壤可能受到了多种重金属的综合污染[10]，形成了以Cd-Zn-Mn为主导的、Cu-Cr-Pb伴生的复合污染区域。果园和矿区Cu的Pi值均超过了1，菜地中Cu的Pi值为0.93，十分接近1，由此可见，3种类型土壤中Cu的污染不容忽视，矿区Cu的单因子污染指数大于Cr，更应受到关注。3种类型土壤中Pb、Cr、Zn的Pi值均大于1，分别受到了不同程度的污染，其中Zn污染形势较为严峻。总体看来，仅有果园中Cd、Mn和菜地Cd、Cu、Mn的单因子污染指数值小于1，表现为清洁水平。

3 结论

3种不同土地类型表层土壤重金属质量分数水平存在差异，3种土地中Pb、Cr、Cu质量分数差异较小，矿区土壤中Cd、Zn、Mn质量分数远远高于果园和菜地，存在明显的差异，虽然矿区的Cd质量分数最高，远超贵州省土壤背景值，但尚未超过GB 36600—2018《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》第二类用地的风险筛选值，处于安全水平。3种类型土壤中的Pb、Cr、Zn都高出贵州土壤背景值，菜地的Cr超过了GB 15618—2018《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》的风险筛选值，其余重金属都未超出相应的风险筛选值。虽然菜地的Cr质量分数高于GB 15618—2018《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》中规定的风险筛选值，但是低于规定的农用地土壤污染风险管制值，仍然存在农用地土壤污染风险和食用农产品不符合质量安全标准等风险，应加强土壤环境监测和农产品协调监测，原则上应当采取农艺调控、替代种植等安全利用措施。

单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法结果显示，果园和菜地的主要污染元素为Pb、Cr、Zn，矿区的主要污染元素为Cd、Zn、Mn，其中3种类型的土地中重金属Zn污染情况均较严峻。矿区的Cu单因子污染指数高达1.76，也应受到重点关注。菜地的内梅罗污染综合指数最低，果园次之，矿区最高。果园和菜地土壤重金属污染处于轻度污染水平，矿区土壤重金属污染达到重度污染。