單志強(qiáng)，石少明，馬榮鍇，楊小蘭

(1.柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院環(huán)境與食品工程學(xué)院，廣西 柳州 545000; 2.中國(guó)有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司，廣西 桂林 541004)

2016年，國(guó)務(wù)院印發(fā)的了《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，明確要求查明主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬含量，掌握土壤質(zhì)量狀況，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控。鑒于此，廣西區(qū)制定了《廣西土壤污染防治攻堅(jiān)三年作戰(zhàn)方案(2018-2020年)》，方案中指出，對(duì)全區(qū)重點(diǎn)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地區(qū)域土壤污染情況進(jìn)行詳查，評(píng)估典型重金屬污染及潛在的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)行有效的管控和治理。富集性、持久性及隱蔽性是土壤重金屬污染的三個(gè)典型特征，重金屬離子通過(guò)遷移進(jìn)入食物鏈，嚴(yán)重危害人類(lèi)的身體健康，重金屬污染評(píng)價(jià)、空間分布特征及土壤修復(fù)技術(shù)等領(lǐng)域目前成為學(xué)者們的研究熱點(diǎn)問(wèn)題。樊娟[1]等對(duì)洞庭湖表層底泥重金屬污染及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；劉瑞雪等[2]利用潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)了湘潭某地區(qū)農(nóng)田土壤中重金屬的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，指出鎘污染的高風(fēng)險(xiǎn)性；徐琪等[3]調(diào)查了金川區(qū)表層土壤中幾種典型重金屬含量及分布特征，采用相關(guān)性分析和聚類(lèi)分析確定土壤重金屬來(lái)源，并利用地累積指數(shù)評(píng)價(jià)了重金屬污染情況。

貴港市地處西江流域下游，是有色金屬產(chǎn)地之一，同時(shí)也是廣西區(qū)及全國(guó)主要柑桔生產(chǎn)基地。2016年港南區(qū)的柑橘的種植面積為1 635畝，2017年種植面積是7 995畝，同比增長(zhǎng)388.99%，2018年種植面積達(dá)到2萬(wàn)多畝，貴港港南區(qū)的柑桔種植正在飛速增長(zhǎng)。研究產(chǎn)區(qū)土壤環(huán)境容量及質(zhì)量狀況，對(duì)于土地資源可持續(xù)利用與土壤污染修復(fù)技術(shù)開(kāi)發(fā)具有重要意義。該區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量狀況相關(guān)研究未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道，本文以港南區(qū)典型柑桔生產(chǎn)區(qū)域土壤樣品為研究對(duì)象，對(duì)污染源進(jìn)行解析，并利用潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)重金屬污染特征及分布狀況進(jìn)行了研究，提出了該區(qū)域土壤修復(fù)方向和建議，為該地區(qū)柑桔生產(chǎn)產(chǎn)地土壤修復(fù)、土壤環(huán)境學(xué)科發(fā)展、農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)、風(fēng)險(xiǎn)管控及產(chǎn)地安全管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 布點(diǎn)與采樣

根據(jù)貴港港南區(qū)柑桔種植區(qū)域分布及種植面積大小，兼顧布點(diǎn)的均勻性，科學(xué)性和代表性原則，對(duì)目標(biāo)區(qū)域種植地塊0～40cm耕作層土壤進(jìn)行取樣，其中考慮果園的面積，地形以及取樣過(guò)程中土壤性質(zhì)因數(shù)等進(jìn)行樣品采集。對(duì)采集的68份土壤樣品用二分器縮分至1kg，自然晾干，去除可見(jiàn)植物根系和礫石，對(duì)輥破碎過(guò)100目篩裝袋，供檢測(cè)用。

1.2 樣品測(cè)定及標(biāo)準(zhǔn)

土壤樣品采用鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸消解，對(duì)As、Hg、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn 8種離子用ICP-AES進(jìn)行測(cè)定分析；土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-2018) 中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

潛在生態(tài)危害指數(shù)法[4～6]在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中廣泛應(yīng)用，指標(biāo)涉及土壤重金屬含量、毒性水平及污染濃度等，同時(shí)考量多元素協(xié)同作用以及環(huán)境對(duì)重金屬污染敏感性等因素。計(jì)算公式為：

(1)

(2)

表1 重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度評(píng)價(jià)指標(biāo)與分級(jí)關(guān)系Tab.1 Potential ecological risk evaluation indexes and classification

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Arc GIS10.3統(tǒng)計(jì)分析重金屬的時(shí)空分布特征；采用Excel 2013和SPSS 20.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

2.1.1 土壤重金屬含量統(tǒng)計(jì)

由表2可以看出，研究區(qū)柑桔產(chǎn)地40個(gè)樣本中，土壤pH值范圍為4.42～11.23，平均值為6.32，整體屬酸性土壤。Cr、Ni、Cu、Zn、As、Hg、Pb 7種元素含量均值低于土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值(GB15618-2018)，Cd元素含量均值(1.22mg/kg)高于風(fēng)險(xiǎn)篩選值(0.3mg/kg)，但低于風(fēng)險(xiǎn)管制值(3.0mg/kg)。產(chǎn)區(qū)存在較低Cd污染狀況，柑桔種植過(guò)程中應(yīng)注意Cd污染帶來(lái)的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。Cd、Cu、Zn、As、Hg、Pb 6種元素算術(shù)平均值高于廣西區(qū)土壤平均背景值，相對(duì)百分比分別為： 91.80%、28.78%、32.15%、80.31%、36.36%、28.59%，表明該產(chǎn)區(qū)相對(duì)廣西區(qū)農(nóng)田土壤重金屬元素含量偏高。變異系數(shù)反應(yīng)了重金屬含量的變化，8種金屬均有較強(qiáng)(>30%)的變異水平，其中Cd、Pd、Hg均有較大的含量范圍，說(shuō)明該產(chǎn)區(qū)元素分布很不均勻，主要是由于產(chǎn)地所處地理位置特征及人為活動(dòng)引起的。

表2 柑桔產(chǎn)地土壤重金屬含量統(tǒng)計(jì)(n=40)Tab.2 Statistics of heavy metals in soil of citrus production area(n=40) (mg/kg)

2.1.2 土壤重金屬含量空間分布

采用反距離權(quán)重法(IDW)對(duì)樣本點(diǎn)進(jìn)行插值，得到8種金屬元素的空間分布特性和規(guī)律。由圖1可知，Pb、Zn具有相似的空間分布規(guī)律，高含量區(qū)域主要出現(xiàn)在研究區(qū)東北部、西南部，表明兩種元素有相同的來(lái)源。據(jù)調(diào)查，研究區(qū)流域上游，有一定數(shù)量的有色金屬鉛鋅礦區(qū)分布，礦石類(lèi)型主要以方鉛礦及閃鋅礦為主要類(lèi)型，伴生含砷氧化物及黃鐵礦。礦石冶煉過(guò)程形成的含塵煙氣擴(kuò)散、廢水地表及地下徑流是造成種植區(qū)土壤污染的主要原因。Cd元素含量有從中心向四周逐漸增高的趨勢(shì)，濃度最高點(diǎn)出現(xiàn)然中心區(qū)偏東北處。Cd元素含量偏高除受礦業(yè)開(kāi)發(fā)作業(yè)影響外，農(nóng)田灌溉及磷肥的使用也有直接關(guān)系。Hg、Ni兩種元素分布規(guī)律類(lèi)似，元素含量由東西向中心方向逐漸降低。Cr元素含量由北向南依次升高，Cu元素含量從北高南逐漸降低。養(yǎng)殖場(chǎng)中動(dòng)物糞便的排放、化工廢水排放、礦業(yè)開(kāi)發(fā)中三廢處理不當(dāng)?shù)榷寄茉斐煞N植區(qū)土壤重金屬含量偏高。

圖 研究區(qū)土壤重金屬含量空間分布Fig. Spatial distribution of soil heavy metal in the study region

2.1.3 土壤重金屬單項(xiàng)污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

依照(GB15618-2018)標(biāo)準(zhǔn)，將土壤重金屬單項(xiàng)污染風(fēng)險(xiǎn)歸為三個(gè)等級(jí)。1(元素單項(xiàng)含量X≤風(fēng)險(xiǎn)篩選值)、2(風(fēng)險(xiǎn)篩選值風(fēng)險(xiǎn)管制值)。單項(xiàng)污染評(píng)價(jià)只統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-2018)中給出的Pb、Cd、Cr、As、Hg 5種元素。從表3可知，研究區(qū)40份土壤樣品中Pb、Cr、Hg 3種元素污染風(fēng)險(xiǎn)處于1級(jí)水平，即其含量值小于風(fēng)險(xiǎn)篩選值，農(nóng)業(yè)種植土壤污染風(fēng)險(xiǎn)低，一般情況下可忽略不計(jì)。Cd元素2級(jí)水平占比50%，表明可能存在食用農(nóng)產(chǎn)品不符合食品安全標(biāo)準(zhǔn)等土壤污染風(fēng)險(xiǎn)，原則上應(yīng)采取農(nóng)藝調(diào)控及替代種植等安全利用措施。3級(jí)水平占比12.5%，表明土壤污染風(fēng)險(xiǎn)較高，應(yīng)采取土壤修復(fù)技術(shù)改良土壤環(huán)境質(zhì)量，并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管控，以達(dá)到柑桔安全種植的目的。

表3 土壤重金屬單項(xiàng)污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)Tab.3 Single pollution risk assessment of soil heavy metals

2.2 土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

表4 土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子及潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Tab.4 Potential ecological risk factors and potential risk index of soil heavy metals

3 結(jié) 論

3.1 Cr、Ni、Cu、Zn、As、Hg、Pb 7種元素含量均值低于土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，Cd元素含量均值(1.22mg/kg)高于風(fēng)險(xiǎn)篩選值(0.3mg/kg)，但低于風(fēng)險(xiǎn)管制值(3.0mg/kg)。

3.2 Pb、Zn元素具有相似的空間分布規(guī)律，高含量區(qū)域主要出現(xiàn)在研究區(qū)東北部、西南部；Cd元素含量有從中心向四周逐漸增高的趨勢(shì)，濃度最高點(diǎn)出現(xiàn)在中心區(qū)偏東北處；Hg、Ni兩種元素分布規(guī)律類(lèi)似，元素含量由東西向中心方向逐漸降低。

3.3 綜合潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI均值為342.4，屬于強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，Cd、Hg元素污染較大。