李慶聰，陳玉芹，王曉媛，胡永亮，李守嶺

（云南省德宏熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，云南瑞麗678600）

土壤作為各種農(nóng)作物最主要的生產(chǎn)載體，是自然界重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自然資源，土壤元素的構(gòu)成及含量直接影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。我國是農(nóng)作物生產(chǎn)大國，多年來，農(nóng)藥化肥的大量使用以及農(nóng)作物秸稈焚燒和農(nóng)田殘膜等農(nóng)業(yè)廢棄物的不合理處置，導(dǎo)致的重金屬、農(nóng)殘污染直接影響土壤的元素構(gòu)成和微生物活性，給作物的生長、產(chǎn)量和品質(zhì)帶來風(fēng)險隱患，從而影響人民群眾的健康安全。2005年4月至2013年12月，我國開展了首次全國土壤污染狀況調(diào)查，長達8年的調(diào)查顯示，全國土壤總的超標(biāo)率為16.1%，耕地土壤點位超標(biāo)率為19.4%，其中輕微、輕度、中度和重度污染點位比例分別為13.7%、2.8%、1.8%和1.1%，主要污染物為鎘、鎳、銅、砷、汞、鉛、滴滴涕和多環(huán)芳烴［1］。

德宏是云南邊境重要的天然橡膠種植地區(qū)，1904年開始種植橡膠樹，建國后規(guī)?；N植，是熱帶最北緣高海拔種植區(qū)的成功典范［2］。橡膠樹經(jīng)濟壽命長，一直以來，膠農(nóng)重化肥輕有機肥，重氮肥輕磷肥、鉀肥，以致施肥不足和管理不善，導(dǎo)致土壤肥力下降，橡膠產(chǎn)量和品質(zhì)難以提升。橡膠林地土壤環(huán)境質(zhì)量對于德宏橡膠產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有舉足輕重的意義，不僅是維護邊疆地區(qū)生態(tài)安全的基本前提，也是實現(xiàn)林下產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的核心要素。目前尚未有針對德宏橡膠林地土壤重金屬含量狀況及評價研究的相關(guān)報道，僅見開展了對土壤氮、磷、鉀等成分的研究，以指導(dǎo)農(nóng)戶科學(xué)施肥。為此，本研究在對德宏橡膠園土壤重金屬含量進行調(diào)查的基礎(chǔ)上，利用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)法對土壤重金屬狀況進行了評價，并對各種重金屬的潛在污染來源進行初步分析，為定期監(jiān)測當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境質(zhì)量變化和開展種植提供參考。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

云南德宏地處于N 23.88°～24.80°，E 97.60°～98.33°，屬南亞熱帶半濕潤季風(fēng)氣候，地形呈山、丘、壩分布，土壤分為6個土類、11個亞類、19個土層、34個土種，是我國較適宜種植橡膠樹的地區(qū)之一。2016年德宏天然橡膠種植面積達 1.64 萬 hm2［3］，主要分布在芒市、瑞麗、盈江3個縣（市）區(qū)，涉及5個國營農(nóng)場和18個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，橡膠林土壤主要有黃壤、磚紅壤、紅壤共3類。

1.2 土壤樣品采集

本研究以德宏州5個國有農(nóng)場的橡膠林為研究區(qū)，結(jié)合種植區(qū)面積大小、區(qū)域地質(zhì)等因素，確定布點數(shù)量和樣品采集方法（表1），于2017-2018年開展土壤重金屬含量監(jiān)測。

表1 德宏橡膠林土壤采樣區(qū)域基本情況

采集土壤樣品時避開施肥穴，采用梅花布點法和混合采樣法取0～20 cm耕層土壤樣品，根據(jù)面積大小，每塊橡膠林地采5個點混合成一個樣，用“四分法”取約1 kg鮮樣，經(jīng)室內(nèi)風(fēng)干后剔除異物，過60目和100目尼龍篩，備用。

1.3 檢測方法

采用原子吸收分光光度法測定銅、鋅、鎳、鉛、鎘和鉻共6種重金屬污染物［4-8］，同時檢測土壤pH值。

1.4 土壤重金屬污染風(fēng)險評價

評價標(biāo)準(zhǔn)參考《中華人民共和國土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618-1995）［9］旱地二級標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)pH值測定，采樣區(qū)的pH值范圍在4.28～6.47，即采用pH值＜6.5的二級重金屬污染評價標(biāo)準(zhǔn)，詳見表2。

土壤重金屬污染風(fēng)險評價一般采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)法。單因子污染指數(shù)法評價土壤中單個重金屬元素的污染程度，是目前國內(nèi)普遍采用的方法之一，模式為：

式中：Pi為污染物i的單因子污染指數(shù)，Ci為污染物i的實測濃度，Si為污染物i評價標(biāo)準(zhǔn)，i代表某種污染物。Pi數(shù)值越大，則土壤被某種污染物污染越嚴(yán)重［10］。

表2 土壤重金屬污染評價標(biāo)準(zhǔn)

內(nèi)梅羅污染指數(shù)法能夠全面、綜合地反映某一區(qū)域多種污染物的整體污染水平和環(huán)境質(zhì)量，模式為：

式中：P為土壤內(nèi)梅羅污染指數(shù)，Pa為各單因子污染指數(shù)平均值，Pmax為各單因子污染指數(shù)中最大值。

土壤綜合污染指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)見表3［10］。

表3 土壤綜合污染指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)采用Eexcel 2007進行整理，SPSS 24.0作差異分析和相關(guān)性分析，采用Origin 8.5作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤指標(biāo)描述性統(tǒng)計及分析

檢測結(jié)果（表4）顯示：盈江農(nóng)場鎘元素呈強變異，變異系數(shù)分別達101.39%，銅、鋅等5個元素變異系數(shù)在40%左右，呈中強變異。畹町農(nóng)場銅、鋅、鎳、鉻呈中等變異，鉛和鎘呈中強變異。莫里農(nóng)場銅、鋅、鎳變異系數(shù)分別為16.93%、18.82%、18.72%，呈中等變異，鉛、鎘、鉻變異系數(shù)分別為47.32%、69.40%、43.63%，呈中強變異。瑞麗農(nóng)場銅和鋅變異系數(shù)分別為22.08%和21.30%，呈中等變異，其余4個重金屬呈中強變異。遮放農(nóng)場鋅變異系數(shù)為28.49%，呈中等變異，其余5個重金屬呈中強變異，鎘變異系數(shù)最高，達78.94%。各農(nóng)場橡膠林采樣區(qū)域土壤中的銅、鋅、鎳、鉛、鉻、鎘等6個重金屬元素的含量具有差異性（圖1，P＜0.05）。盈江農(nóng)場和瑞麗農(nóng)場的橡膠林土壤中6個重金屬元素含量之間無顯著差異，且含量較其他農(nóng)場低；畹町農(nóng)場橡膠林土壤中的鎘元素含量最高；莫里農(nóng)場橡膠林土壤中的銅和鉻含量最高，鋅、鎳、鉛、鎘含量次之；畹町農(nóng)場橡膠林土壤中的鋅和鎳含量最高，鉻和鎘含量次之。根據(jù)土壤重金屬二級標(biāo)準(zhǔn)，5個農(nóng)場橡膠林采樣區(qū)域中僅重金屬鎳含量超標(biāo)，具有污染性，其余重金屬元素含量均符合二級標(biāo)準(zhǔn)。

表4 土壤重金屬元素描述性統(tǒng)計

圖1 土壤重金屬元素含量差異分析及污染情況

2.2 橡膠林土壤重金屬污染程度分析

從圖2可看出，5個農(nóng)場橡膠林土壤重金屬鎳的單因子污染指數(shù)均大于1.0，具有污染性，其中遮放農(nóng)場受鎳污染程度最大，瑞麗農(nóng)場受鎳污染程度最低。鎳的污染指數(shù)從高到低依次為遮放農(nóng)場＞莫里農(nóng)場＞畹町農(nóng)場＞盈江農(nóng)場＞瑞麗農(nóng)場。其余重金屬元素單因子指數(shù)均小于1.0，與采用土壤二級標(biāo)準(zhǔn)分析結(jié)果一致。盈江農(nóng)場重金屬的單因子污染指數(shù)從高到低依次為鎳＞銅＞鎘＞鋅＞鉛＞鉻；畹町農(nóng)場重金屬的單因子污染指數(shù)從高到低依次為鎳＞銅＞鎘＞鋅＞鉻＞鉛；瑞麗農(nóng)場重金屬的單因子污染指數(shù)從高到低依次為鎳＞銅＞鎘＞鋅＞鉛＞鉻；莫里農(nóng)場重金屬的單因子污染指數(shù)從高到低依次為鎳＞銅＞鎘＞鋅＞鉛＞鉻；遮放農(nóng)場重金屬的單因子污染指數(shù)從高到低依次為鎳＞鎘＞銅＞鋅＞鉻＞鉛。通過排序可以看出，各農(nóng)場橡膠林土壤重金屬主要受鎳、銅、鎘的影響。

從綜合污染指數(shù)圖（圖2）明顯可看出，瑞麗農(nóng)場污染程度為警戒級，污染水平屬于尚清潔，盈江農(nóng)場、畹町農(nóng)場、莫里農(nóng)場以及遮放農(nóng)場的綜合污染程度為輕度污染，污染水平屬于土壤污染物超過背景值。綜合污染指數(shù)從高到低依次為遮放農(nóng)場＞莫里農(nóng)場＞畹町農(nóng)場＞盈江農(nóng)場＞瑞麗農(nóng)場。

2.3 樣區(qū)土壤重金屬

元素相關(guān)性分析

通過對土壤重金屬進行相關(guān)性分析（表5）可知，各重金屬元素之間具有不同程度的顯著相關(guān)性，其中銅與鋅、鎳、鉛、鉻具呈正相關(guān)，銅與鎳、鉻，鎳與鉻，鉛和鎘呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為 0.865、0.601，0.751，0.689。

圖2 橡膠林土壤重金屬污染程度評價

表5 土壤重金屬相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

本研究對德宏地區(qū)5個農(nóng)場橡膠林的97個土樣中 Cu、Zn、Ni、Pb、Cd、和 Cr共 6種重金屬進行了檢測與污染風(fēng)險評價。根據(jù)土壤重金屬二級標(biāo)準(zhǔn)，5個農(nóng)場橡膠林采樣區(qū)域中僅重金屬鎳含量超標(biāo)，具有污染性，其余重金屬元素含量均符合二級標(biāo)準(zhǔn)。有研究表明，鎳含量隨著土層的厚度增加而下降，0～1.5 m含量最高［11］。本實驗中，鎳元素在0～20 cm單因子指數(shù)最高，具有污染性，與馬延?xùn)|［12］研究蘋果林地土壤重金屬環(huán)境污染的鎳元素在0～0.3 m單因子指數(shù)較高，表現(xiàn)為輕度污染，具有相似的結(jié)果。

從綜合污染指數(shù)評價來看，瑞麗農(nóng)場污染程度為警戒級，污染水平屬于尚清潔，盈江農(nóng)場、畹町農(nóng)場、莫里農(nóng)場以及遮放農(nóng)場等4個農(nóng)場的綜合污染程度為輕度污染，污染水平屬于土壤污染物超過背景值，污染原因主要受鎳元素的影響。所選研究區(qū)中，畹町農(nóng)場橡膠林在公路邊，瑞麗農(nóng)場、遮放農(nóng)場、莫里農(nóng)場靠近居民區(qū)，而盈江農(nóng)場周邊多為農(nóng)業(yè)種植區(qū)，天然隔離條件良好，遠離居民區(qū)，土壤中受鎳元素污染來源可能與鎳元素本身的背景高以及農(nóng)事管理有關(guān)。為了更準(zhǔn)確地分析鎳元素污染來源，還需對農(nóng)事管理進行調(diào)查，以及化肥、農(nóng)藥等投入品做檢測分析。