徐鳳偉，吳文強，朱長軍，薩茹拉，彭文啟

(1.河北工程大學能源與環(huán)境工程學院，河北 邯鄲 056038； 2.中國水利水電科學研究院，北京 100038)

0 引 言

當前土壤污染問題愈演愈烈，土壤環(huán)境質(zhì)量的保護面臨著一定的挑戰(zhàn)[1]。目前，針對農(nóng)業(yè)土壤污染特征，國內(nèi)外進行了大量的研究[2,3],近些年，國內(nèi)對于農(nóng)業(yè)面源污染中的畜禽養(yǎng)殖業(yè)土壤污染方面的研究也開展了諸多工作[4,5]。如劉培芳等[6]對長江三角洲地區(qū)的畜禽養(yǎng)殖狀況及其對環(huán)境的影響作了深入研究,發(fā)現(xiàn)畜禽糞便流失是該地區(qū)重要的有機污染源；張緒美等[7]對中國畜禽養(yǎng)殖結構及其糞便氮污染負荷特征進行了分析，發(fā)現(xiàn)中國的畜禽糞便污染負荷存在區(qū)域上的差異，且與當?shù)氐淖匀粭l件和經(jīng)濟發(fā)展水平有著密切的關系，對環(huán)境構成潛在威脅程度東部地區(qū)遠高于西部地區(qū)；張維理等[8]對中國農(nóng)業(yè)面源污染的形勢進行了估計，認為農(nóng)村畜禽養(yǎng)殖是農(nóng)業(yè)面源污染的主要來源。畜禽養(yǎng)殖業(yè)對環(huán)境的影響具有畜禽糞便產(chǎn)生量大、畜禽糞便污染嚴重等特點[9]。據(jù)統(tǒng)計，我國是世界上農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)出量最大的國家,每年產(chǎn)出量約40 億t，其中畜禽糞便排放量達到26. 1 億t[10]。1999-2000年國家環(huán)?？偩謱θ珖?guī)?；B(yǎng)殖業(yè)污染情況進行了調(diào)查,結果顯示，畜禽養(yǎng)殖業(yè)帶來的環(huán)境問題日趨嚴重,是形成農(nóng)村面源污染的主要因素之一[11]。

海河流域是我國人口密集區(qū)和最主要的農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)之一。農(nóng)業(yè)面源污染對區(qū)域地下水環(huán)境的影響一直以來未曾開展更為深入的研究。經(jīng)過查閱相關文獻，朱梅等[12]研究發(fā)現(xiàn)，海河流域地下水污染源主要為農(nóng)業(yè)面源污染源，在整個海河流域面源污染物入河等標負荷量中，種植業(yè)污染源占3.3%，農(nóng)村生活污染源占15.7%，畜禽養(yǎng)殖污染源占81%。土壤層是農(nóng)業(yè)面源污染的必經(jīng)通道，畜禽養(yǎng)殖對地下水污染占據(jù)著主導地位。為進一步證明畜禽養(yǎng)殖所產(chǎn)生的污染是否對該研究區(qū)域地下水產(chǎn)生較大影響，通過對畜禽養(yǎng)殖場污染物(畜禽糞便堆放處空地)經(jīng)雨水沖刷以及清洗(飼養(yǎng)圈舍、器具等)等所產(chǎn)生的未經(jīng)處理的污水淋溶到地下及周圍環(huán)境，對養(yǎng)殖場內(nèi)、外土壤層的污染狀況進行研究分析，可為此提供一定的科學論證支撐。因此，研究海河平原典型畜禽養(yǎng)殖場對該區(qū)土壤的污染具有特別重要的意義。

1 土壤污染調(diào)查區(qū)背景

根據(jù)《中國畜牧業(yè)年鑒》(2012)，2011年河北省在全國豬、牛、羊和家禽出欄量中分別占到4.89%、7.26%、7.69%和18.97%，河北省邯鄲市是農(nóng)業(yè)大市，農(nóng)村人口占總人口的80%以上，根據(jù)第一次全國污染源普查城鎮(zhèn)生活源產(chǎn)排污系數(shù)手冊，邯鄲市位于一區(qū)三類。綜上選擇河北省邯鄲市館陶縣作為典型調(diào)查區(qū)。館陶縣位于華北平原南部，河北省南端偏東，是河北省邯鄲市下轄縣，地處河北省東南部，以衛(wèi)運河為界與山東省冠縣、臨清市毗鄰。總面積為456.3 km2，其中耕地面積3.2 萬hm2，總人口約為32.9萬人。通過《華北平原地下水可持續(xù)利用圖集》了解到，館陶縣土壤類型多為黏土、亞黏土以及粉土土壤。

2 樣品的采集與檢測

2.1 樣品采集

參照國家環(huán)境保護總局發(fā)布實施的《農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術規(guī)范(NY/T395-2012)農(nóng)田土壤取樣布點的方法。館陶試驗區(qū)共設置8個采樣點，總計監(jiān)測樣品88個，包括養(yǎng)雞場(養(yǎng)殖10 a)、養(yǎng)豬場(養(yǎng)殖10 a)、養(yǎng)牛場(養(yǎng)殖15 a)和養(yǎng)羊場(養(yǎng)殖5 a)4個典型農(nóng)村集約化養(yǎng)殖企業(yè)。檢測點位包括：養(yǎng)雞場的雞糞儲蓄池、雞場外30 m草地，養(yǎng)豬場的豬糞堆積場、豬場外10 m草地，養(yǎng)牛場的牛舍旁0.5 m(牛舍內(nèi)地面硬化)、牛場內(nèi)距離牛舍20 m楊樹旁2 m，養(yǎng)羊場的羊舍糞便積蓄地面、羊場外10 m人工草地。各監(jiān)測點位見表1。

表1 研究區(qū)域采樣點統(tǒng)計Tab.1 Statistical table of sample points in the study area

為了避免土壤在垂直方向分布的不均勻性，本次調(diào)查采用了5點取樣法，即先確定對角線的中點作為中心取樣點，再在對角線上選擇4個與中心取樣點距離相等的點作為取樣點(5點取樣范圍為1 m方格)，然后將這5個點所取的土壤進行混合作為最終的土壤樣品。土壤采樣深度為2 m，采取分層取樣的方式，依次為地表、0～20 cm混合樣、垂向依次遞增20 cm至200 cm共計11個樣品。將各層所取土樣裝入樣品袋，帶回實驗室進行處理分析。

2.2 樣品檢測

參照國家《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB15168-2018)以及《中國土壤元素背景值》對土壤環(huán)境元素在不同層位的含量進行檢測和對比分析。樣品委托北京新奧環(huán)標理化分析測試中心進行檢測。監(jiān)測指標包括全氮、全磷、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、鉛、汞、鉻、鎘、砷和pH值。其中鉻采用EN-001-01 GBC932原子吸收分光光度計(火焰)測定；鉛、鎘采用EN-001-02 GBC908AA原子吸收分光光度計(石墨爐)測定；汞采用冷原子吸收法測定；砷采用EN-065 AFS-2202E雙道原子熒光光度計測定；pH采用玻璃電極法測定。

3 土壤污染特征的調(diào)查結果與分析

通過對養(yǎng)殖場內(nèi)外樣點檢測分析結果可知，各檢測點位重金屬元素與營養(yǎng)鹽指標呈現(xiàn)截然不同的變化趨勢。各養(yǎng)殖場內(nèi)外檢測結果分析見圖1～圖4。

3.1 館陶縣某養(yǎng)羊場土壤檢測與分析

通過對館陶縣某養(yǎng)羊場內(nèi)、外的土壤剖面的檢測結果(見圖1)分析可以發(fā)現(xiàn)：養(yǎng)羊場對土壤重金屬含量影響不大，在場地內(nèi)土壤表層(0～20 cm)鉛、鎘、砷、汞和總鉻重金屬的含量分別是養(yǎng)羊場外的1.17倍、1.27倍、0.58倍、0.9倍和0.69倍；研究區(qū)內(nèi)重金屬的濃度在土壤深度約為60 cm后到達天然背景值，場地內(nèi)外重金屬鉛、鎘、砷、汞和總鉻元素的平均濃度均滿足土壤環(huán)境質(zhì)量一級標準。養(yǎng)羊場對土壤表層內(nèi)營養(yǎng)鹽的含量變化影響較大，在場地內(nèi)土壤表層全氮、全磷、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮營養(yǎng)鹽的含量分別是養(yǎng)羊場外的10.35倍、3.01倍、18.49倍和1.12倍，超出率分別為935%、201%、1 749%和22%；在養(yǎng)羊場內(nèi)，土壤表層內(nèi)的營養(yǎng)鹽濃度明顯高于土壤深層的濃度，具有一定的表層富集現(xiàn)象；營養(yǎng)鹽濃度在土壤深度約為20 cm后達到天然背景值；養(yǎng)羊場內(nèi)的pH值為8.18～9.25，平均值為8.71，養(yǎng)羊場外的 pH值變化范圍為8.36～8.85，平均值為8.57，根據(jù)《中國土壤元素背景值》知道該研究區(qū)pH值的背景值為7.9，所以在該研究區(qū)的土壤具有一定的堿性污染問題,且養(yǎng)羊場對其有一定的加劇作用。

3.2 館陶縣某養(yǎng)牛場土壤檢測與分析

通過圖2的土壤檢測結果垂向分布可以發(fā)現(xiàn)：養(yǎng)牛場內(nèi)土壤表層重金屬鉛、鎘、砷、汞和總鉻重金屬的含量分別是養(yǎng)牛場楊樹下的0.22倍、0.88倍、0.19倍、0.17倍和0.42倍，說明在養(yǎng)牛場對于土壤表層重金屬的影響具有一定的減緩作用；土壤表層營養(yǎng)鹽的含量受養(yǎng)牛場影響較大，特別是全氮、全磷和硝態(tài)氮養(yǎng)牛場牛棚內(nèi)的含量分別是養(yǎng)牛場楊樹下的12.25倍、3.99倍和15.83倍，超出率分別達到1 125%、299%和1 483%；養(yǎng)牛場內(nèi)土壤表層的營養(yǎng)鹽的含量明顯高于土壤深層的營養(yǎng)鹽含量，表明營養(yǎng)鹽的含量受養(yǎng)牛場影響較大，受土壤深度的影響較大，具有明顯的表層富集現(xiàn)象；養(yǎng)牛場內(nèi)的pH值變化范圍為8.4～9.6，平均值為8.7，養(yǎng)牛場楊樹下的pH值變化范圍為8.91～9.4，平均值為9.12，均超出中國土壤環(huán)境質(zhì)量pH背景值，表明該區(qū)域具有一定的堿性污染問題，且養(yǎng)牛場對其有一定的消減作用。

圖1 館陶縣某養(yǎng)羊場內(nèi)、外土壤檢測結果垂向分布Fig. 2 Vertical distribution diagram of soil detection results in and out of the sheep farm in Guantao County

圖2 館陶縣某養(yǎng)牛場內(nèi)、楊樹下土壤檢測結果垂向分布Fig.3 Vertical distribution diagram of soil detection results under poplar trees in a cattle raising yard in Guantao County

圖4 館陶縣某養(yǎng)雞場內(nèi)、外土壤檢測結果垂向分布圖Fig.5 Vertical distribution diagram of soil detection results in and out of the chicken farm in Guantao County

3.3 館陶縣某養(yǎng)豬場土壤檢測與分析

根據(jù)圖3可以看到：養(yǎng)豬場對土壤重金屬含量影響不大，在場地內(nèi)土壤表層(0～20 cm)鉛、鎘、砷、汞和總鉻重金屬的含量分別是養(yǎng)豬場外的0.77倍、1.1倍、0.82倍、0.71倍和0.84倍；在土壤表層內(nèi)，養(yǎng)豬場內(nèi)的重金屬鉛、砷、汞以及總鉻元素的濃度均低于養(yǎng)豬場外的濃度。養(yǎng)豬場對土壤表層內(nèi)營養(yǎng)鹽的含量變化影響較大，養(yǎng)豬場內(nèi)表層全氮、全磷、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮營養(yǎng)鹽的含量分別是豬場外的5.96倍、12.11倍、3.86倍和14.56倍，超出率分別為496%、1 111%、286%和1 356%；在養(yǎng)豬場內(nèi)，土壤表層營養(yǎng)鹽的含量明顯高于土壤深層營養(yǎng)鹽的含量，具有一定的表層富集現(xiàn)象；養(yǎng)豬場內(nèi)的pH值為5.91～8.77，平均值為8.12，養(yǎng)豬場外的pH值為8.39～8.8，平均值為8.61，均略高于背景值。

3.4 館陶某養(yǎng)雞場土壤檢測與分析

由圖4土壤檢測結果可以看到：養(yǎng)雞場對重金屬的濃度變化影響微弱，養(yǎng)雞場內(nèi)鉛、鎘、砷、汞和總鉻重金屬的含量分別是養(yǎng)雞場外的0.99倍、0.75倍、1.15倍、0.83倍和1.002倍，幾乎沒什么影響。養(yǎng)雞場對營養(yǎng)鹽的含量變化影響極大，養(yǎng)雞場內(nèi)表層全氮、全磷、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮營養(yǎng)鹽的含量分別是雞場外的23.64倍、2.04倍、31.25倍和84.47倍，超出率分別為2 264%、104%、3 025%和8 347%；在養(yǎng)雞場內(nèi)，營養(yǎng)鹽在土壤表層的含量明顯高于土壤深層的含量，由于樣點為雞糞堆場，營養(yǎng)鹽表層富集現(xiàn)象十分明顯；養(yǎng)雞場內(nèi)的pH值變化范圍為8.57～9.12，平均值為8.80，養(yǎng)雞場外的pH值變化范圍為8.27～8.72，平均值為8.48，均超出背景值，表明該研究區(qū)土壤存在堿性問題且養(yǎng)雞場對其具有一定的加劇作用。

4 結 論

通過對海河平原典型畜禽養(yǎng)殖場土壤污染特征的調(diào)查研究，在垂直剖面結果分析中，各養(yǎng)殖場內(nèi)、外的鉛、鎘、砷、汞和總鉻重金屬元素在各土壤分層的平均濃度均符合國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準，個別點位重金屬元素的平均含量超出國家土壤環(huán)境質(zhì)量一級標準界限值。各養(yǎng)殖場內(nèi)的營養(yǎng)鹽含量在土壤表層內(nèi)明顯高于土壤深層的含量，表明在養(yǎng)殖場內(nèi)的土壤表層內(nèi)具有一定的表層富集現(xiàn)象。該研究區(qū)域內(nèi)，各養(yǎng)殖場土壤表層營養(yǎng)鹽污染物濃度極大，但垂向濃度急速減小，一般至土壤深度60 cm左右處濃度就接近天然狀態(tài)，最多至100 cm土壤深度，主要的土壤污染物濃度基本達到天然值。

在該研究區(qū)，各養(yǎng)殖場內(nèi)的重金屬含量是對應各養(yǎng)殖場外重金屬含量的0.17～1.27倍，對重金屬元素的濃度變化具有較小的影響。各養(yǎng)殖場的營養(yǎng)鹽全部富集在土壤表層，表層營養(yǎng)鹽含量是養(yǎng)殖場外的0.646～84.47倍，超出率最高達到8 347%。在各養(yǎng)殖場內(nèi)外區(qū)域pH值都高于該研究區(qū)的土壤環(huán)境質(zhì)量背景值，表明該區(qū)域土壤存在一定的鹽堿化問題。