甘肃陇南某地农田土壤污染状况评价研究

张 瀛，王小平

（甘肃省地质矿产勘查开发局第三地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730050）

1 引言

“三农”问题是全面建设小康社会能否顺利实现的重大问题,运用地球科学理论与相关技术方法解决农田土壤污染问题是地勘单位转型发展的重要机遇[1]。土壤是地球生态系统重要的物质基础和农业生产的基本条件，土壤污染会导致直接经济损失，引起食物品质下降，危害人体健康及诱发其它环境问题，对整个生态环境造成破坏[2-6]。近年来甘肃省环保、国土及农业等主管部门以及相关科研院所对陇南某农用地土壤污染状况做了相应的调查研究，研究发现主要重金属污染因子为镉、铅、锌、汞、砷等元素，这与该地矿业主要以铅锌矿为主有直接的关系。基于以上背景，本文选择污染源已切断的陇南某农用地主要污染区作为研究对象，以期为后期土壤修复治理提供依据。

2 研究区概况

研究区出露地层为第四纪地层，黄土为研究区的主要成土母质，调查区内的耕地在全国土壤污染普查中被确定为重点位超标区，属国家于及甘肃省重点管控的耕地污染地块之一。从成因上看均属风积黄土，它是第四纪更新世陆相的特殊沉积物，具有风积、洪积、冲积等多种成因类型；研究区地下水排泄条件相对比较简单，主要有地下水溢出、蒸发、地下径流流出等方式。研究区矿产资源较为丰富，现今开采的矿种主要有铅锌矿、铁矿和金矿等，矿产资源的开发为当地人民带来较大经济利益，同时也带来诸多环境问题，如水土污染，林木破坏，地质灾害等。

3 研究区土地污染情况

研究区耕地目前主要种植黄豆、玉米、小麦、苗圃和蔬菜等农作物，土地污染成因为20世纪末至21世纪初周边几家矿业公司选冶废水无序排放及极端气候条件下废水漫灌导致。污染源调查结果显示，主要污染物通过选矿及尾矿库废水浸入农田造成污染，废水中主要富集Pb、Zn、As、Cd、Hg等重金属元素。

4 农田采样调查设计与实施

本次工作共在研究区采集表层样80个，剖面样20个，各种土壤类型样品的分析检测因子见表1。

表1 各土壤样品采样情况及分析检测因子表

表层土采样深度为0～20 cm，样品采集1.5 kg左右，装入样品袋。采用双对角线法混合样采样方法设分点5 个左右；采样点位确定后，在20 m×20 m采样区域内按混合采样法采集分点样品，原坐标位置不变。

剖面采样的规格为长1.5 m，宽0.8 m，深1.2 m，挖掘土壤剖面要使观察面向阳，表土和底土分两侧放置。采样次序自下而上，先采剖面的底层样品，依次往上，每20 cm采集一个样品，共采集5个样品，分层样使用取土钻采集样品测量重金属的样品尽量用竹片或竹刀去除与金属采样器接触的部分土壤，再用其取样，样品采集1.5 kg左右，装入样品袋。

样品均由甘肃省中心实验室（国土资源部兰州矿产资源监督检测中心）检测。

根据样品检测结果，对各类样品进行分类统计见表2、表3、表4。

表2 研究区耕地土壤重金属含量统计特征值

表3 研究区耕地剖面样重金属含量平均值一览表序号

表4 研究区周边耕地土壤背景样品重金属检测结果一览表

5 土壤环境质量评价

本文主要使用单因子指数法和内梅罗综合指数法对土壤环境质量进行评价。

（1）单因子指数法。Pi=Ci/Si，其中，Pi为污染指数，Ci为污染物实测值，Si为污染物评价标准，i代表某种污染物；当Pi≤1时，表示土壤未受污染；Pi＞1时，表示土壤已受污染，且Pi值越大污染越严重[7-10]。

（2）综合污染指数（内梅罗综合指数法）兼顾了单因子污染指数平均值和最高值，可以突出污染较重的重金属污染物的作用[11-12]。综合污染指数计算方法式中：P综是采样点的综合污染指数；Pimax为i采样点重金属污染物单项污染指数中的最大值是指单因子指数平均值[13-14]。

环境质量污染程度评价等级详见表5、表6。

表5 单项污染指数分级标准

表6 综合污染指数分级标准

4.1 单项污染指数分析

（1）单因子污染指数频率分布

根据单因子污染指数法，计算Pb、Zn、Cd、As、Hg五种重金属分别在不同污染程度中的占比和污染水平，耕地土壤重金属含量单因子污染指数频率分布见表7。

表7 耕地土壤重金属含量单因子污染指数频率分布一览表

结果显示，部分样点超过土壤环境二级评级标准，单因子点位超标率最大为70%，土壤受到污染。主要污染因子为：Pb、Zn、Cd、As、Hg，单因子污染程度大小顺序为：Cd＞Zn＞Pb＞Hg＞As。污染因子在空间上的频率分布：在耕地中部沿原选矿厂排污渠两侧形成带状污染，其中Pb、Zn、Cd污染程度最高达到5.6～28.56倍，As、Hg污染程度最高达到2.12～4.67倍，达到重度污染程度，其他区域单项评价因子单项指数在评价土壤环境二级评级标准的2～3倍之间，其中Pb、Zn污染程度最高达到1.95～2.38倍，为轻度污染区。

（2）重金属在平面上分布规律

研究区位于沟谷内，污染源排污渠道沿沟谷纵向展布。污染程度分布规律与超标点位和污染源之间横向距离、沟谷纵向坡度、沟谷微地貌地形条件有着直接的关系。超标点位随着与污染源之间距离的增加、地面高程增大，污染程度降低；沟谷纵向坡度加大，废水流速增加，减少了废水在土壤表面的过流及径流入渗时间，污染程度降低；微地貌地形如洼地等在地表形成覆水建造，为重金属在土壤中的赋存、富集创造条件，造成污染程度局部陡升。

（3）重金属在垂向剖面上的分布规律

根据剖面检测结果，计算各剖面重金属在土壤中垂向分布规律见表8。

表8 研究区耕地剖面样重金属含量平均值一览表

从表8中可以看出，表层0～20cm污染最为严重，依次向下污染程度逐渐降低，在深度20～60 cm之间污染程度明显降低，60～80 cm污染程度陡降，至深度80 cm～100 cm，土壤中重金属含量变化趋于平缓，污染基本消失。这与土壤的渗透率有直接关系，0～60 cm主要为耕作土，土壤较为疏松，渗透率较大，为重金属的迁移提供了通道，60 cm以下基本为原状土，主要成分以粘土为主，土壤渗透率较低，重金属下渗通道较小，下渗困难。可以确定污染深度在0～60 cm之间。

4.2 平均综合污染指数与内梅罗综合指数

由单一调查点综合污染指数计算公式，根据样品检测结果，计算土壤单项污染指数，再根据单一调查点综合污染指数计算结果，计算所有调查点的平均综合污染指数结果显示，Hg为0.70，As为0.67，Cd为5.33，Pb为2.83，Zn为3.30。根据所有调查点平均综合污染指数计算结果，计算出研究区内梅罗综合污染指数为4.18。

6 结论

（1）污染源调查结果显示，主要污染物通过选矿及尾矿库废水浸入农田造成污染，废水中重金属元素富集，主要为：Pb、Zn、As、Cd、Hg等。

（2）研究区土壤中各元素背景值均高于国家及甘肃省土壤背景值1～2倍，其主要原因是，该地块位于铅锌矿带，本身背景值较高，同时开展矿山开采、选矿、冶炼等活动，对周边耕地具有一定的影响。

（3）根据内梅罗综合污染指数分析法，研究区污染地块点位超标率100%，综合污染水平为中度污染，总体形成面状污染。通过单因子指数及综合污染指数平均值分析，确定主要污染因子为：Pb、Zn、Cd、As、Hg，单因子污染程度大小顺序为Cd＞Zn＞Pb＞Hg＞As。

（4）研究区污染呈两级分化趋势，其中沿选矿厂排污渠两侧50米范围内Pb、Zn、Cd污染指数最高达到5.6～30.15，As、Hg污染程度最高达到2.12～4.67倍，为重度污染区；耕地东西两侧边缘地带，耕地未受到污染；其他区域污染指数在0.78～5之间，为轻微、中轻度污染区。

（5）根据剖面样分析，表层0～20 cm污染最为严重，依次向下污染程度逐渐降低，在深度20～60 cm之间污染程度降低明显，60～80 cm污染程度陡降，从有污染直接下降到无污染，至深度80cm～100 cm，土壤中重金属含量变化趋于平缓，污染基本消失。