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農(nóng)用地土壤重金屬分布特征與污染分析?

2022-03-27 02:08:18劉善劼何秉宇鄒嘉琪
關(guān)鍵詞:種植區(qū)農(nóng)用地樣地

劉善劼,何秉宇,鄒嘉琪

(新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆 烏魯木齊 830017)

0 引言

習(xí)近平總書(shū)記指出“像保護(hù)大熊貓一樣保護(hù)耕地”.《中華人民共和國(guó)土地管理法》中規(guī)定農(nóng)用地是直接用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的土地,它是土地資源的精華,是人類(lèi)獲取糧食、蔬菜、水果、茶等基本農(nóng)產(chǎn)品的基礎(chǔ)條件之一,也是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的根本保證.

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展,農(nóng)藥化肥在種植中大量使用[1-2],部分農(nóng)用地土壤存在不同程度有機(jī)物污染和無(wú)機(jī)物污染,其中尤以重金屬污染較為突出[3-4].重金屬污染不僅會(huì)破壞土壤生態(tài)環(huán)境[5],還會(huì)通過(guò)食物鏈脅迫人類(lèi)健康[6-7].

近年來(lái),國(guó)內(nèi)學(xué)者研究土壤重金屬污染方面的文獻(xiàn)較多,如李偉迪等[8]探明太滆運(yùn)河流域農(nóng)用地土壤重金屬存在超標(biāo)情況,其中Pb和Cd點(diǎn)源污染現(xiàn)象較為明顯;余志等[9]發(fā)現(xiàn)黔西北地區(qū)某典型鋅冶煉區(qū)蔬菜地土壤重金屬污染嚴(yán)重;Sun等[10]研究表明農(nóng)業(yè)土壤尤其是果園及蔬菜產(chǎn)地的土壤Cu污染報(bào)道逐年增加;李福燕等[11]認(rèn)為海南島農(nóng)用地土壤重金屬元素Cd、Cr、Pb等積累是該地區(qū)土壤的主要環(huán)境隱患.

本文根據(jù)公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)據(jù),對(duì)國(guó)內(nèi)農(nóng)用地土壤在不同區(qū)域、不同作物種植類(lèi)型下的5種重金屬(鉻Cr、銅Cu、鎘Cd、鉛Pb、鋅Zn)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、整理、歸類(lèi)、分析,以期整體上說(shuō)明研究區(qū)農(nóng)用地(樣地)土壤重金屬目前的空間及種植類(lèi)型分布特征.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

根據(jù)民政部、國(guó)家測(cè)繪局共同主編的《中華人民共和國(guó)行政區(qū)劃圖集》、中國(guó)行政區(qū)劃網(wǎng)中的分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)和《中國(guó)自然地理區(qū)劃大綱草案》《中國(guó)自然地理分區(qū)草案》等文獻(xiàn)[12-15]以及收集到的相關(guān)研究成果分布狀況,將研究區(qū)分為東北(黑龍江、吉林、遼寧)、華東(上海、江蘇、浙江、安徽、山東、江西、福建)、華北(北京、天津、河北、山西、內(nèi)蒙古)、華中(河南、湖北、湖南)、華南(廣東、廣西、海南)、西南(重慶、四川、貴州、云南、西藏)、西北(陜西、甘肅、青海、寧夏、新疆)等7個(gè)地理分區(qū),涵蓋了國(guó)內(nèi)31個(gè)省區(qū)市(由于收集文獻(xiàn)資料有限,研究區(qū)不包含中國(guó)香港特別行政區(qū)、澳門(mén)特別行政區(qū),中國(guó)臺(tái)灣以及南海諸島等區(qū)域),本文將分布在7個(gè)地理分區(qū)的農(nóng)用地(樣地)土壤對(duì)應(yīng)稱(chēng)為各地區(qū)土壤.同時(shí),根據(jù)國(guó)土資源部修訂的《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)》(GB/T 21010—2017),將研究區(qū)內(nèi)農(nóng)用地(樣地)類(lèi)型分為糧食作物種植區(qū)、蔬菜種植區(qū)、果園、茶園、藥材園和種植桑樹(shù)等多年生作物的其他園地.

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

在中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)和Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上,調(diào)查了2001―2019年國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)表的研究區(qū)土壤重金屬污染相關(guān)文獻(xiàn),共選出328篇文獻(xiàn)中725處樣地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析.總體上,各樣地土壤選擇在表層(0~20 cm)范圍內(nèi)取樣,根據(jù)各樣地土壤經(jīng)緯度信息從Arcgis軟件在Harmonized World Soil Databases上獲得了土壤pH值等基本理化性質(zhì)數(shù)據(jù)信息.

1.3 評(píng)價(jià)方法

本文評(píng)價(jià)方法包括單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)法(Nemerow方法),利用單因素方差分析法(one-way ANOVA)判斷農(nóng)用地土壤重金屬含量差異顯著情況.通過(guò)Excel 2019、SPSS 26.0和R 3.5.2軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算.

單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)法以土壤單項(xiàng)污染物的實(shí)測(cè)值與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)比值為分值數(shù),用以表示土壤中該污染物的污染程度.即:Pij=Cij/Si.式中:Pij為研究區(qū)土壤樣品j中第i項(xiàng)污染物的污染分指數(shù);Cij為研究區(qū)土壤樣品j中第i項(xiàng)污染物實(shí)測(cè)值;Si為第i項(xiàng)污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn).Pij≤0.7表示土壤屬于清潔狀態(tài),0.73表示為重度污染.

綜合污染評(píng)價(jià)選用Nemerow方法,該法用于評(píng)價(jià)不同重金屬元素對(duì)于土壤污染的綜合狀況,由內(nèi)梅羅(N.L.nemerow)教授于1974年在其所著《河流污染科學(xué)分析》中提出,其中Cij是研究區(qū)土壤樣品j中第i項(xiàng)污染物實(shí)測(cè)值,Si是第i種重金屬的風(fēng)險(xiǎn)控制標(biāo)準(zhǔn)或局部背景值.

1.4 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

以區(qū)域土壤背景值和《土壤環(huán)境質(zhì)量-農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618―2018)中農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值(見(jiàn)表1)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià),Nemerow綜合污染指數(shù)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2.

表1 土壤環(huán)境質(zhì)量-農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)(GB 15618―2018)摘錄

表2 Nemerow綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)土壤環(huán)境質(zhì)量分級(jí)[16]

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)用地(樣地)土壤重金屬含量分布特征

如表3所示,研究區(qū)農(nóng)用地土壤重金屬Cr、Cu、Cd、Pb、Zn的平均含量分別為68.159 mg/kg、35.791 mg/kg、0.745 mg/kg、49.453 mg/kg和119.457 mg/kg,均在農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值最高允許濃度標(biāo)準(zhǔn)限定之內(nèi),平均含量分別為最高允許濃度標(biāo)準(zhǔn)限定的19%、18%、93%、21%和40%.

表3 研究區(qū)農(nóng)用地(樣地)土壤重金屬含量

變異系數(shù)可以反映重金屬元素的分布差異,變異系數(shù)越大,說(shuō)明受到外界影響越大,農(nóng)用地土壤5種重金屬元素的變異系數(shù)大小順序?yàn)椋篊d>Pb>Cu>Zn>Cr,并且其變異系數(shù)均超過(guò)0.75,說(shuō)明它們受外源影響較大,含量分布不均勻.

2.1.1 區(qū)域農(nóng)用地(樣地)土壤重金屬含量分布特征

如圖1所示,A、B、C、D、E、F、G代表的東北、華東、華北、華中、華南、西南、西北地區(qū)5種土壤重金屬的含量有所不同,存在顯著差異(P <0.05),總體上中部、南部土壤重金屬含量高于北部.

圖1 不同地區(qū)農(nóng)用地(樣地)土壤重金屬含量箱線圖

Cr平均含量較高的地區(qū)是西南和華中,分別為89.58 mg/kg和79.26 mg/kg;華東、東北地區(qū)含量分別為71.22 mg/kg和67.12 mg/kg;西北地區(qū)含量較低,為47.89 mg/kg.

西南和華中地區(qū)Cu平均含量較高,分別為49.71 mg/kg和45.73 mg/kg;華東地區(qū)次之,為38.87 mg/kg;華北、華南地區(qū)較低,分別為26.98 mg/kg和24.08 mg/kg.

不同區(qū)域土壤Cd平均含量為0.26~2.75 mg/kg,由高到低的順序?yàn)椋喝A中>西南>西北>華南>東北>華北>華東.

華中地區(qū)Pb平均含量較高,為97.37 mg/kg;西南、華南地區(qū)次之,分別為69.48 mg/kg和64.12 mg/kg;西北地區(qū)含量較低,為19.98 mg/kg .

華中、西南地區(qū)Zn平均含量較高,分別為252.41 mg/kg和163.54 mg/kg,其余地區(qū)含量較低,西北地區(qū)含量最低,為80.37 mg/kg.

2.1.2 不同種植區(qū)農(nóng)用地(樣地)土壤重金屬含量分布特征

如圖2所示,A、B、C、D、E、F代表的糧食作物種植區(qū)、蔬菜種植區(qū)、果園、茶園、藥材園和其他園土壤中的5種重金屬的含量也有所不同,并且存在顯著差異(P <0.05),總體上糧食作物種植區(qū)、蔬菜種植區(qū)和果園土壤重金屬含量高于剩余種植區(qū).

圖2 不同類(lèi)型農(nóng)用地(樣地)土壤重金屬含量箱線圖

具體來(lái)說(shuō),Cr含量較高的是糧食作物種植區(qū)和蔬菜種植區(qū),分別為81.7 mg/kg和63.94 mg/kg;果園和藥材園含量中等,分別為52.71 mg/kg和55.05 mg/kg;茶園和其他園較低,分別為44.37 mg/kg和45.27 mg/kg.

不同種植區(qū)土壤Cu含量平均值為15.34~45.54 mg/kg,由高到低的順序?yàn)椋菏卟朔N植區(qū)>糧食作物種植區(qū)>藥材園>果園>其他園>茶園.

蔬菜種植區(qū)Cd含量較高,為2.08 mg/kg;茶園含量最低,為0.17 mg/kg,剩余種植區(qū)含量中等.

Pb含量較高的是糧食作物種植區(qū)和蔬菜種植區(qū),分別為59.34 mg/kg和54.28 mg/kg;果園和其他園含量中等,分別為32.06 mg/kg和31.37 mg/kg;茶園和藥材園較低,分別為26.62 mg/kg和23.26 mg/kg.

Zn含量中等的是茶園和藥材園,分別為84.38 mg/kg和66.82 mg/kg;果園和其他園較低,含量分別為73.92 mg/kg和69.09 mg/kg;較高的是糧食作物種植區(qū)和蔬菜種植區(qū),分別為128.96 mg/kg和132.12 mg/kg.

2.2 農(nóng)用地(樣地)土壤污染分析

基于區(qū)域土壤重金屬背景值的分析表明,研究區(qū)農(nóng)用地土壤出現(xiàn)了一定程度的污染,且Cd超標(biāo)情況相對(duì)較為嚴(yán)重.

根據(jù)研究區(qū)各樣地土壤pH值,選擇對(duì)應(yīng)的農(nóng)用地土壤風(fēng)險(xiǎn)篩選值(GB 15618―2018)進(jìn)行分析,結(jié)果表明:除個(gè)別樣地重金屬Cd外,研究區(qū)內(nèi)農(nóng)用地土壤為安全等級(jí),屬于清潔狀態(tài),Cr、Cu、Cd、Pb、Zn的污染比率分別為0.52%、6.97%、25.05%、6.76%和6.70%,同樣重金屬Cd污染情況相對(duì)較為嚴(yán)重.

2.2.1 區(qū)域農(nóng)用地(樣地)土壤重金屬污染分析

如圖3所示,n為各地區(qū)包含樣地?cái)?shù),基于區(qū)域土壤重金屬背景值的分析表明,7個(gè)不同地區(qū)土壤綜合污染指數(shù)大小依次為:華中>華南>西北>西南>華北>華東>東北,其中華中地區(qū)土壤綜合污染指數(shù)為6.898,屬于重度污染,剩余地區(qū)土壤綜合污染指數(shù)值均在2~3之間,屬于中度污染.基于農(nóng)用地土壤風(fēng)險(xiǎn)篩選值的分析表明,7個(gè)不同地區(qū)綜合污染指數(shù)大小依次為:華中>西南>華南>華東>西北>東北>華北,其中華中地區(qū)土壤綜合污染指數(shù)為2.088,屬于中度污染,西南地區(qū)土壤綜合污染指數(shù)為0.964,為警戒限等級(jí),屬于尚清潔狀態(tài),剩余地區(qū)土壤綜合污染指數(shù)均未超過(guò)0.7,為安全等級(jí),屬于清潔狀態(tài).

圖3 基于不同標(biāo)準(zhǔn)的研究區(qū)農(nóng)用地(樣地)土壤綜合污染指數(shù)

如圖4所示,基于區(qū)域背景值的分析表明,華中地區(qū)土壤Cd、Pb、Zn的Pi值大于1,其中Cd的Pi值最高,為9.015,屬于重度污染,且污染相對(duì)比率較大,Pb、Zn的Pi值分別為2.951、2.001,屬于中度污染,Cr的Pi值為0.656,屬于清潔狀態(tài).

圖4 基于區(qū)域背景值的研究區(qū)農(nóng)用地(樣地)土壤污染分析

華南地區(qū)土壤Cd、Pb、Cu、Zn污染程度也相對(duì)較高,Cd的Pi值為3.808,屬于重度污染,Pb的Pi值為2.343,屬于中度污染,Cu、Zn的Pi值分別為1.875、1.526,屬于輕度污染.

西南地區(qū)土壤Cd、Pb污染程度與同地區(qū)其他重金屬相比較高,Pi值分別為2.821、1.759,屬于中度污染,Zn、Cr、Cu 的Pi值分別為0.956、0.929、0.758,屬于尚清潔狀態(tài).

華東地區(qū)土壤重金屬的Pi值由大到小的順序?yàn)椋篊d>Cu>Pb>Zn>Cr,其中Cd的Pi值為2.641,屬于中度污染,Cu、Pb、Zn的Pi值分別為1.563、1.298、1.031,屬于輕度污染,Cr的Pi值為0.678,屬于清潔狀態(tài).

華北地區(qū)土壤重金屬的Pi值由大到小為:Cd>Pb>Cu>Zn>Cr,其中Cd的Pi值為2.775,屬于中度污染,Pb、Cu 的Pi值分別為1.385、1.049,屬于輕度污染,Zn、Cr的Pi值分別為0.753、0.722,屬于尚清潔狀態(tài).

西北地區(qū)土壤Cd的Pi值為3.384,屬于重度污染,Pb的Pi值為1.015,屬于輕度污染,Cu、Zn、Cr的Pi值分別為0.909、0.821、0.744,屬于尚清潔狀態(tài).

西南地區(qū)土壤主要受到Cd和Pb污染,Cd的Pi值為2.821,屬于中度污染,Pb的Pi值為1.759,屬于輕度污染,而Cr、Cu、Zn的Pi值較低,分別為0.929、0.758、0.956,屬于尚清潔狀態(tài).

如圖5所示,基于農(nóng)用地土壤風(fēng)險(xiǎn)篩選值的分析表明,華中地區(qū)土壤Cd污染程度相對(duì)較高,Pi值為2.845,屬于中度污染,Pb、Zn的Pi值分別為0.868、0.779,屬于尚清潔狀態(tài),Cu、Cr的Pi值分別為0.517、0.167,屬于清潔狀態(tài).

圖5 基于農(nóng)用地土壤風(fēng)險(xiǎn)篩選值的研究區(qū)農(nóng)用地(樣地)土壤污染分析

西南地區(qū)土壤除Cd的Pi值為1.53(屬于輕度污染)外,Cr、Cu、Pb和Zn的Pi值分別為0.322、0.321、0.499、0.356,均屬于清潔狀態(tài).

華南地區(qū)土壤5種重金屬的Pi值從大到小的順序?yàn)椋篊d>Pb>Cu>Zn>Cr,其中Cd的Pi值為0.909,屬于尚清潔狀態(tài),Pb、Cu、Zn、Cr的Pi值分別為0.609、0.339、0.317、0.191,均屬于清潔狀態(tài).

東北、華東、華北和西北地區(qū)所有土壤均未受到重金屬污染,5種重金屬的Pi值均小于0.7,屬于清潔狀態(tài),其中東北地區(qū)土壤Cr、華北地區(qū)土壤Cr、Pb和Zn、西北地區(qū)土壤Cr和Zn的污染比率均為0.

2.2.2 不同種植區(qū)農(nóng)用地(樣地)土壤重金屬污染分析

如圖6所示,n為不同種植區(qū)包含樣地?cái)?shù),基于區(qū)域土壤重金屬背景值的分析表明,6種不同種植區(qū)農(nóng)用地土壤重金屬綜合污染指數(shù)大小依次為:蔬菜種植區(qū)>果園>糧食作物種植區(qū)>其他園>藥材園>茶園,其中蔬菜種植區(qū)、果園、糧食作物種植區(qū)土壤綜合污染指數(shù)分別為6.493、5.509、4.617,屬于重度污染,其他園土壤綜合污染指數(shù)為2.362,屬于中度污染,藥材園、茶園土壤綜合污染指數(shù)分別為1.995、1.963,屬于輕度污染.基于農(nóng)用地土壤風(fēng)險(xiǎn)篩選值的分析表明,6種不同種植區(qū)農(nóng)用地土壤重金屬污染綜合污染指數(shù)大小依次為:蔬菜種植區(qū)>果園>糧食作物種植區(qū)>藥材園>其他園>茶園,其中蔬菜種植區(qū)、果園、糧食作物種植區(qū)土壤綜合污染指數(shù)分別為1.993、1.697、1.221,屬于輕度污染,藥材園、其他園、茶園土壤綜合污染指數(shù)分別為0.621、0.616、0.569,屬于安全等級(jí),清潔未污染.

圖6 基于不同標(biāo)準(zhǔn)的6種種植區(qū)農(nóng)用地(樣地)土壤綜合污染指數(shù)

如圖7所示,基于區(qū)域背景值的分析表明,蔬菜種植區(qū)土壤Cd的Pi值為8.755,污染程度相對(duì)較高,污染相對(duì)比率較大,屬于重度污染,Zn、Pb、Cu的Pi值分別為1.443、1.433、1.359,屬于輕度污染,Cr的Pi值為0.865,屬于尚清潔狀態(tài).

圖7 基于區(qū)域背景值的不同種植區(qū)農(nóng)用地(樣地)土壤污染分析

糧食作物種植區(qū)土壤Cd的Pi值為6.049,屬于重度污染,Pb、Cu、Zn的Pi值分別為1.863、1.846、1.625,屬于輕度污染,Cr的Pi值為0.904,屬于尚清潔狀態(tài).

果園土壤Cd的Pi值為7.311,屬于重度污染,Pb、Zn、Cu、Cr的Pi值分別為1.873、1.631、1.625、1.022,屬于輕度污染.

藥材園土壤5種重金屬的Pi值從大到小的順序?yàn)椋篊d>Zn>Cu>Pb>Cr,其中Cd的Pi值為2.574,屬于中度污染,Zn、Cu的Pi值分別為1.18、1.061,屬于輕度污染,Pb、Cr的Pi值分別為0.992、0.784,屬于尚清潔狀態(tài).

其他園土壤Cd的Pi值為3.018,屬于重度污染,污染相對(duì)比率較大,Zn、Cu、Pb的Pi值分別為1.16、1.112、1.099,屬于輕度污染,Cr的Pi值為0.777,屬于尚清潔狀態(tài).

茶園土壤Cd與同類(lèi)型土壤其他重金屬相比,污染程度相對(duì)較高,Pi值為2.472,屬于中度污染,Pb、Cu和Cr的Pi值分別為0.987、0.963、0.928,屬于尚清潔狀態(tài),且污染比率均不足10%.

如圖8所示,基于農(nóng)用地土壤風(fēng)險(xiǎn)篩選值的分析表明,蔬菜種植區(qū)、果園土壤Cd的Pi值分別為2.996、2.259,屬于中度污染,且污染相對(duì)比率較大,而剩余土壤重金屬的Pi值均未超過(guò)0.7,屬于清潔狀態(tài).

圖8 基于農(nóng)用地土壤風(fēng)險(xiǎn)篩選值的不同種植區(qū)農(nóng)用地(樣地)土壤污染分析

糧食作物種植區(qū)土壤Cd的Pi值為1.586,屬于輕度污染,Cr、Cu、Pb和Zn的Pi值分別為0.293、0.587、0.446、0.526,屬于清潔狀態(tài),除Cd外剩余重金屬污染比率不足10%.

藥材園、其他園和茶園土壤5種重金屬Pi值均小于0.7,屬于清潔狀態(tài),且Cr和Zn污染比率均為0,沒(méi)有污染跡象.

3 討論

3.1 成土母質(zhì)的影響

我國(guó)農(nóng)用地土壤重金屬含量空間分布較為明顯,不同地區(qū)農(nóng)用地土壤重金屬含量與成土母質(zhì)的差異[17]、耕作管理方式[18]、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和氣候特性[19]等因素有關(guān).從平均值來(lái)看,華中地區(qū)明顯高于西北與華北地區(qū),這可能是由于各地區(qū)成土母質(zhì)導(dǎo)致的土壤背景值的差異[20],例如湖南、湖北土壤重金屬含量背景值相對(duì)其他行政區(qū)略高,同時(shí)河南一直是我國(guó)重要的農(nóng)作物主產(chǎn)區(qū)之一,農(nóng)用地土壤施肥量大[21];西南、華南等地區(qū)平均值高于西北與華北地區(qū),可能是因?yàn)樵颇?、貴州和廣西等地區(qū)地勢(shì)變化與維度變化復(fù)合,從而導(dǎo)致土壤地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,成土母質(zhì)重金屬含量較高[17,22].另外,南方地區(qū)糧食作物可每年種植2~3次,土壤更容易積累重金屬[23],也可能受工業(yè)、交通、經(jīng)濟(jì)等方面的影響[24].

3.2 種植類(lèi)型的影響

我國(guó)農(nóng)用地土壤重金屬含量種植類(lèi)型差異也比較明顯,這與鄭燕平[21]得出河南地區(qū)各種植類(lèi)型土壤重金屬元素分布規(guī)律不明顯的結(jié)論略有不同.近些年隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,頻繁的工業(yè)活動(dòng)、汽車(chē)尾氣排放[25]會(huì)造成金屬粒子沉降到不同種植類(lèi)型農(nóng)用地土壤[26],從而造成重金屬積累[27],不同作物生產(chǎn)表現(xiàn)出的異質(zhì)性[28]也可能會(huì)造成差異.茶園、藥材園等種植區(qū)土壤重金屬含量小于糧食作物、蔬菜等種植區(qū),可能是與耕作制度、種植規(guī)格、灌溉用水和施肥量的不同有關(guān)[29].郭朝暉等[30]研究發(fā)現(xiàn)糧食作物和蔬菜土壤重金屬富集情況較為明顯.鄭燕平[21]認(rèn)為河南地區(qū)各種植類(lèi)型土壤重金屬污染大小排序?yàn)椋汗麍@地>水田>菜地>其他糧田.同時(shí),在調(diào)查文獻(xiàn)[31-33]中發(fā)現(xiàn),我國(guó)糧食作物、蔬菜、果園等種植區(qū)樣地?cái)?shù)據(jù)也多于其他種植區(qū),這也從另一方面說(shuō)明我國(guó)糧食作物、蔬菜、果園土壤更受關(guān)注,污染情況相對(duì)較為嚴(yán)重,因此人們應(yīng)采取更多切實(shí)有效的措施來(lái)推進(jìn)農(nóng)用地土壤重金屬污染防治工作[34].

3.3 不同標(biāo)準(zhǔn)污染評(píng)價(jià)的影響

以不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià),結(jié)果會(huì)有所不同,采用雙重標(biāo)準(zhǔn)有助于更全面地了解土壤污染狀況.基于區(qū)域背景值的分析表明,研究區(qū)內(nèi)各重金屬元素出現(xiàn)污染的樣地?cái)?shù)比較多,且污染指數(shù)較高.基于農(nóng)用地土壤風(fēng)險(xiǎn)篩選值(GB 15618―2018)分析表明,除個(gè)別樣地土壤重金屬Cd以外,其他均未達(dá)到污染水平,屬于安全級(jí)別.綜合污染指數(shù)結(jié)果表明,華中、西南地區(qū)土壤受到重金屬污染相對(duì)較重,糧食作物、蔬菜和果園種植區(qū)土壤也受到相對(duì)較重的重金屬污染,這與2.1節(jié)農(nóng)用地(樣地)土壤重金屬分布特征研究結(jié)果相一致.各地區(qū)、種植區(qū)2種標(biāo)準(zhǔn)土壤綜合污染指數(shù)值排序結(jié)果略有不同,主要是因?yàn)橹亟饘貱d單因子污染指數(shù)值不同.

3.4 結(jié)論的合理性分析

總體來(lái)看,我國(guó)農(nóng)用地土壤重金屬污染比率不高,且含量基本處于安全范圍,但需注意重金屬Cd的潛在風(fēng)險(xiǎn),這與很多學(xué)者結(jié)論一致,例如李野等[35]在研究中指出湖南水稻中Cd污染較為嚴(yán)重,宋偉等[36]研究表明,我國(guó)138個(gè)耕地典型區(qū)域中有16.66%的土壤受到了污染,其中Cd在幾種污染重金屬中位居第一.陳文軒等[37]認(rèn)為除重金屬Cd 外,各行政區(qū)農(nóng)田土壤重金屬的平均含量均在中國(guó)農(nóng)業(yè)土壤污染物的最高允許濃度標(biāo)準(zhǔn)限定之內(nèi),而本研究計(jì)算表明重金屬Cd平均含量也未超出農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值的最高允許濃度標(biāo)準(zhǔn),只是接近此標(biāo)準(zhǔn).

由于本文研究樣地?cái)?shù)據(jù)均來(lái)自于公開(kāi)發(fā)表論文,相應(yīng)工作多在特定污染的區(qū)域展開(kāi),且受樣地采樣點(diǎn)密度與分布、采樣時(shí)間與方法、測(cè)試方法與精度等方面的影響,故本文的分析結(jié)論只在特定的時(shí)空范圍內(nèi)適用.

4 結(jié)論

4.1 土壤重金屬含量分布

從采樣點(diǎn)分布來(lái)看,我國(guó)農(nóng)用地土壤重金屬Cr、Cu、Cd、Pb、Zn含量總體上呈現(xiàn)出空間分布和種植類(lèi)型分布特征,且平均含量均在農(nóng)用地土壤風(fēng)險(xiǎn)篩選值最高允許濃度標(biāo)準(zhǔn)限定之內(nèi).

從空間分布特征來(lái)看,中部、南部地區(qū)土壤重金屬平均含量高于北部,其中:華中地區(qū)平均含量最高,華北、西北地區(qū)平均含量較低.

從種植類(lèi)型分布特征來(lái)看,糧食作物、蔬菜、果園土壤重金屬平均含量高于茶園、藥材園和其他園,其中:蔬菜種植區(qū)平均含量最高,茶園平均含量較低.

4.2 基于土壤背景值的污染狀況

基于區(qū)域背景值的分析表明,研究區(qū)部分農(nóng)用地土壤受到了一定程度污染.

不同地區(qū)農(nóng)用地土壤綜合污染指數(shù)大小依次為:華中>華南>西北>西南>華北>華東>東北,其中華中地區(qū)土壤為重度污染,這主要是因?yàn)樵摰貐^(qū)土壤Cd污染樣點(diǎn)較多,且部分污染指數(shù)相對(duì)較高,剩余地區(qū)土壤為中度污染.

不同種植區(qū)農(nóng)用地土壤綜合污染指數(shù)大小依次為:蔬菜種植區(qū)>果園>糧食作物種植區(qū)>其他園>藥材園>茶園,其中蔬菜種植區(qū)、果園、糧食作物種植區(qū)的土壤為重度污染,這主要是因?yàn)橥寥乐亟饘貱d富集程度相對(duì)較高,其他園土壤為中度污染,藥材園、茶園土壤為輕度污染.

4.3 基于農(nóng)用地土壤風(fēng)險(xiǎn)篩選值的污染狀況

基于農(nóng)用地土壤風(fēng)險(xiǎn)篩選值(GB 15618―2018)分析表明,研究區(qū)內(nèi)農(nóng)用地土壤除個(gè)別樣地土壤金屬Cd外,其他均未出現(xiàn)污染,屬于安全等級(jí).

不同地區(qū)農(nóng)用地土壤綜合污染指數(shù)大小依次為:華中>西南>華南>華東>西北>東北>華北,其中:華中地區(qū)土壤為中度污染,Cd的污染相對(duì)比率較高,為43.15%,西南地區(qū)土壤為警戒限等級(jí),剩余地區(qū)土壤屬于安全等級(jí),且華北、東北地區(qū)土壤Cr的污染比率均為0.

不同種植區(qū)農(nóng)用地土壤綜合污染指數(shù)大小依次為:蔬菜種植區(qū)>果園>糧食作物種植區(qū)>藥材園>其他園>茶園,其中蔬菜種植區(qū)、果園、糧食作物種植區(qū)土壤為輕度污染,剩余種植區(qū)土壤屬于安全等級(jí),茶園土壤Cr、Cu和Zn的污染比率為0.

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