孫若楠，顏 雄，王慶鶴，李文昭

（1.遵義師范學(xué)院，貴州 遵義 563006；2.大連交通大學(xué)，遼寧 大連 116000）

重金屬隨大氣沉降、污水、固體廢棄物和農(nóng)用物資進(jìn)入土壤，長(zhǎng)期停留和積累在土壤中，無(wú)法徹底清除，毒性強(qiáng)，可通過(guò)食物鏈富集到人體內(nèi)，對(duì)人體產(chǎn)生危害。因此，開(kāi)展土壤重金屬污染現(xiàn)狀評(píng)價(jià)的相關(guān)研究對(duì)正確了解土壤環(huán)境質(zhì)量和土壤重金屬污染防治具有指導(dǎo)作用[1-2]。資料調(diào)查顯示，中國(guó)1/5的耕地受到重金屬污染，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)百億元[3]。2014年《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率19.4%，礦區(qū)點(diǎn)位超標(biāo)33.4%，污染以無(wú)機(jī)型為主，主要為鉛、鉻、銅、鎘和鋅等重金屬[4]。研究表明，不同土地類型的土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)有明顯差異[5]。本項(xiàng)目以貴州省遵義市果園、菜地和礦區(qū)土壤為研究對(duì)象，測(cè)定表層土壤（0～20 cm）中Pb、Cr、Cu、Cd、Zn和Mn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及pH。通過(guò)分析土壤中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)，對(duì)不同土地類型的土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，為土壤污染防治提供有效的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于貴州省遵義市，以新蒲新區(qū)蘇家灣的果園（107°08'E，27°73'N）、鳳岡縣龍山村的菜地（107°67'E，28°08'N）和遵義市湘江河附近某已開(kāi)采錳礦（106°56'E，27°37'N）的土壤為研究對(duì)象。

1.2 土壤樣品的處理和測(cè)定

分別采集果園、菜地、礦區(qū)0～20 cm的表層土壤，去除枯枝落葉、礫石和根莖后，在實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干，研磨，過(guò)100目篩，保存于密封袋中。采用鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸開(kāi)放消煮法進(jìn)行消解前處理。土壤pH采用電位法測(cè)定（土液比1∶2.5），利用火焰原子吸收法測(cè)定Cr、Cu、Zn和Mn，利用石墨爐原子吸收法測(cè)定Pb和Cd。分析過(guò)程加入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行質(zhì)量控制，每個(gè)樣品進(jìn)行平行樣品測(cè)定，結(jié)果符合要求。

1.3 評(píng)價(jià)方法

采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對(duì)研究區(qū)內(nèi)土壤環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

1.3.1 單因子污染指數(shù)法

評(píng)價(jià)土壤中單一污染物的污染程度用單因子污染指數(shù)法。

式（1）中：Pi為重金屬元素的單因子污染指數(shù)；Ci為重金屬元素的實(shí)測(cè)值，mg/kg；Si為重金屬元素的背景值，mg/kg。

當(dāng)Pi≤1時(shí)，土壤處于較清潔水平；當(dāng)Pi≥1時(shí)，土壤受到污染。Pi值越大，土壤污染程度越嚴(yán)重。

1.3.2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法

在單因子污染指數(shù)的基礎(chǔ)上，內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法可充分反映土壤中各污染物的平均污染水平，并突出污染物對(duì)環(huán)境的危害。

式（2）中：PN為綜合污染指數(shù)；Pave為各污染物中污染指數(shù)的平均值；Pmax為各污染物中污染指數(shù)的最大值。

根據(jù)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法，土壤污染可分為5個(gè)等級(jí)，如表1所示。

表1 土壤污染指數(shù)評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Office Excel 2017進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同土地類型土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)特征

對(duì)果園、菜地和礦區(qū)的6種重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2所示。

表2 研究區(qū)土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)（單位：mg/kg）

3種類型土壤中的Pb、Cr、Zn都高出貴州土壤背景值[6]，Pb和Zn超標(biāo)與黔北地區(qū)鉛鋅礦的冶煉密切相關(guān)，Cr超標(biāo)與農(nóng)藥化肥和塑料薄膜的使用、工礦業(yè)含Cr廢料的排放有關(guān)[7]。果園土壤除了Cd和Mn外，其余重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)均超過(guò)貴州省土壤背景值，Pb、Cr和Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，分別是貴州省土壤背景值的1.54倍、1.50倍和2.00倍。菜地Cr超貴州省土壤背景值倍數(shù)最高，是土壤背景值的1.71倍，Pb和Zn分別是1.45倍和1.36倍，其余重金屬元素均未超過(guò)土壤背景值。礦區(qū)土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)均超過(guò)貴州土壤背景值，其中Cd、Zn和Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)超土壤背景值，分別為土壤背景值的14.57倍、12.72倍和11.31倍，因?yàn)樵摰V區(qū)為黔北地區(qū)的錳礦，所以Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，并含有較多的Zn，其中Cd的質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)貴州省土壤背景值，與貴州省的地質(zhì)背景和礦產(chǎn)開(kāi)采冶煉有較密切聯(lián)系[8]。

不同類型的土壤中Pb、Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)相差甚微，Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)略有差異。果園和菜地土壤中Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)相差不大，分別高出礦區(qū)14.71 mg/kg、11.41 mg/kg，這是由于果園和菜地經(jīng)常施用農(nóng)藥和化肥造成的結(jié)果，并且Pb非該錳礦的伴生元素，所以礦區(qū)的Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于果園和菜地。菜地和礦區(qū)的Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)相差不足0.5 mg/kg，果園的Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，這是由于菜地施用化肥的頻率高于果園、礦區(qū)附近含Cr廢水的排放導(dǎo)致菜地和礦區(qū)的Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于果園，總體而言，3種土壤中Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)相差不大。礦區(qū)的Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，果園次之，菜地質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，而且低于貴州省土壤背景值。除了菜地的Cr超過(guò)了GB 15618—2018《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）》的風(fēng)險(xiǎn)篩選值外，其余都未超出相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)險(xiǎn)篩選值。菜地的Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于GB 15618—2018《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）中規(guī)定的風(fēng)險(xiǎn)篩選值，但低于規(guī)定的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管制值，可能存在農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)和食用農(nóng)產(chǎn)品不符合質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)等風(fēng)險(xiǎn)。

3種類型土壤中的Cd、Zn和Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在明顯差異，果園土壤Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.37 mg/kg，菜地為0.07 mg/kg，礦區(qū)為9.60 mg/kg，石金芳等[9]的研究表明貴州省礦區(qū)表層土壤中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高。礦區(qū)的Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，雖遠(yuǎn)超貴州省土壤背景值，但尚未超過(guò)GB 36600—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》第二類用地的風(fēng)險(xiǎn)篩選值，處于安全水平。礦區(qū)土壤中Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)分?jǐn)?shù)比果園和菜地Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別高出1 066.97 mg/kg、1 130.44 mg/kg，存在明顯差異，與黔北地區(qū)的鉛鋅礦的冶煉有很大關(guān)聯(lián)。由于礦區(qū)為錳礦，所以Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)8 983.67 mg/kg，與果園和菜地Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)形成明顯差異。

2.2 土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

研究區(qū)土壤重金屬單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)如表3所示，果園土壤中Pb、Cr、Cu、Cd、Zn和Mn的單因子污染指數(shù)分別為1.54、1.50、1.09、0.56、2.00和0.10，6種重金屬對(duì)綜合污染值貢獻(xiàn)大小依次為Zn＞Pb＞Cr＞Cu＞Cd＞Mn，內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)為1.62，評(píng)價(jià)污染等級(jí)為輕度污染。菜地土壤中6種重金屬的Pi值分別為1.45、1.71、0.93、0.11、1.36和0.04，對(duì)綜合污染值貢獻(xiàn)大小依次為Cr＞Pb＞Zn＞Cu＞Cd＞Mn，綜合污染指數(shù)為1.38，污染等級(jí)為輕度污染水平。礦區(qū)土壤污染最為嚴(yán)重，6種重金屬的Pi值都超過(guò)了1，分別為1.13、1.71、1.76、14.57、12.72和11.31，內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)11.49，污染等級(jí)為重度污染，6種重金屬對(duì)綜合污染值的貢獻(xiàn)大小依次為Cd＞Zn＞Mn＞Cu＞Cr＞Pb。

表3 研究區(qū)土壤重金屬污染評(píng)價(jià)指數(shù)及等級(jí)

由此可見(jiàn)，果園和菜地的主要污染都來(lái)源于Pb、Cr、Zn，果園的最大污染元素是Zn，菜地的最大污染元素是Cr。礦區(qū)的主要污染來(lái)源于Cd、Zn、Mn，污染因子指數(shù)較高，表明該區(qū)域土壤可能受到了多種重金屬的綜合污染[10]，形成了以Cd-Zn-Mn為主導(dǎo)的、Cu-Cr-Pb伴生的復(fù)合污染區(qū)域。果園和礦區(qū)Cu的Pi值均超過(guò)了1，菜地中Cu的Pi值為0.93，十分接近1，由此可見(jiàn)，3種類型土壤中Cu的污染不容忽視，礦區(qū)Cu的單因子污染指數(shù)大于Cr，更應(yīng)受到關(guān)注。3種類型土壤中Pb、Cr、Zn的Pi值均大于1，分別受到了不同程度的污染，其中Zn污染形勢(shì)較為嚴(yán)峻。總體看來(lái)，僅有果園中Cd、Mn和菜地Cd、Cu、Mn的單因子污染指數(shù)值小于1，表現(xiàn)為清潔水平。

3 結(jié)論

3種不同土地類型表層土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)水平存在差異，3種土地中Pb、Cr、Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異較小，礦區(qū)土壤中Cd、Zn、Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于果園和菜地，存在明顯的差異，雖然礦區(qū)的Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，遠(yuǎn)超貴州省土壤背景值，但尚未超過(guò)GB 36600—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》第二類用地的風(fēng)險(xiǎn)篩選值，處于安全水平。3種類型土壤中的Pb、Cr、Zn都高出貴州土壤背景值，菜地的Cr超過(guò)了GB 15618—2018《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）》的風(fēng)險(xiǎn)篩選值，其余重金屬都未超出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)篩選值。雖然菜地的Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于GB 15618—2018《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）》中規(guī)定的風(fēng)險(xiǎn)篩選值，但是低于規(guī)定的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管制值，仍然存在農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)和食用農(nóng)產(chǎn)品不符合質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)等風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)加強(qiáng)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)和農(nóng)產(chǎn)品協(xié)調(diào)監(jiān)測(cè)，原則上應(yīng)當(dāng)采取農(nóng)藝調(diào)控、替代種植等安全利用措施。

單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法結(jié)果顯示，果園和菜地的主要污染元素為Pb、Cr、Zn，礦區(qū)的主要污染元素為Cd、Zn、Mn，其中3種類型的土地中重金屬Zn污染情況均較嚴(yán)峻。礦區(qū)的Cu單因子污染指數(shù)高達(dá)1.76，也應(yīng)受到重點(diǎn)關(guān)注。菜地的內(nèi)梅羅污染綜合指數(shù)最低，果園次之，礦區(qū)最高。果園和菜地土壤重金屬污染處于輕度污染水平，礦區(qū)土壤重金屬污染達(dá)到重度污染。