苍溪县白鹤乡土壤重金属环境质量评价

缪白玉，彭培好，文辉，陈文德

(1.成都理工大学旅游与城乡规划学院，四川 成都 610059;2.四川省地质调查院，四川 成都 610081)

土壤中的重金属是一种具有潜在危害的污染物。由于人类活动把重金属引入到土壤中，导致土壤重金属含量明显高于土壤原有含量，造成生态恶化的现象为土壤重金属污染。植物在生长发育过程中并不需要具有毒性的重金属元素，主要指As、Cd、Cr、Hg、Pb和Zn等重金属元素。但是植物生长时会吸收重金属元素［1］，人们通过食用这些植物而产生危害。

四川省广元市苍溪县是红心猕猴桃的发源地。本文是以四川省“金土地工程”——苍溪县白鹤乡农业生态地球化学调查为基础，对该区进行土壤重金属环境评价，有助于摸清当地土壤重金属的环境质量，有利于当地经济发展的产业结构调整，以期为当地经济发展提供科学、合理的决策支持和依据。

1 研究区概况

研究区位于广元市苍溪县白鹤乡，北纬31°51'～32°55'，东经 105°57'～ 106°02'，面积为 14.88 km2，是红心猕猴桃的发源地。区内地层为典型的陆相碎屑岩沉积，即所谓的“红层”，出露白垩系下统剑门关组地层，第四系地层在区内也有零星出露。土壤类型以紫色土和水稻土为主，pH值多呈中性。

本区为丘陵地区，区内最低海拔512 m，最高海拔798 m，平均高差80 m。区内热量丰富，雨水充沛，无霜期长，气候温和，四季分明，年平均气温16.9℃，年平均降雨量在1100 mm左右。农作物主要有水稻、小麦、玉米、红苕、油菜、豆类等。

2 研究方法

2.1 样品采集与处理

2010年9月对研究区土壤地球化学背景开展调查，按平均16件·km－2的密度，采集表层土壤(耕作层)样品217件。采样位置在农业区，通常在农用大田、菜地、林带地、岸坡。采样介质为地表0～20 cm土柱，在采样点周围50 m半径范围内布设3个～5个辅助点(放射状，各点的土壤类型和用地类型基本一致)的土柱，组合为1件样品。

2.2 分析测试项目及方法

土壤样品分析由成都矿产资源监督检测中心承担，测试中心根据仪器设备情况建立以XRF、ICPMS为主，以ES、AFS、VOL等方法为辅的多元素测定的配套方案。分析测试了 As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn8个重金属元素和pH值共9个指标(表1)。

表1 全量元素分析方法表*(单位:mg·kg－1)

2.3 评价方法及标准

2.3.1 单因子指数法

单因子污染指数评价法是对土壤中某一污染物的污染程度进行评价。评价依据为该污染物的单项污染指数。单因子评价公式为:Pi=Ci/Si。式中:Pi为污染物i的单项污染指数;Ci为污染物i的实测值;Si为污染物i的单项评价标准值。

评价标准参考《土壤环境质量标准》(GB15618－1995)、《绿色食品产地环境技术条件》(NYT391－2000)和《无公害食品大田作物产地环境条件》(NY5332－2006)，进行指标的评价分级(表3)，其标准为:Pi≤1为非污染，相应地区为一级;1＜Pi≤2为轻污染，相应地区为二级;2＜Pi≤3为中度污染，相应地区为三级;Pi＞3为重污染，相应地区为超三级。

2.3.2 综合污染指数法

综合污染指数能全面反映各种污染对土壤的影响，更好的反映土壤污染状况，通过综合污染指数评价法对土壤质量进行评定等级更客观。其公式为:

式中，P综—综合污染指数;(Ci/Si)max—单项污染指数最大值;(Ci/Si)ave—单项污染指数平均值。其污染分级划分标准见表2。

表2 土壤污染指数分级标准

表3 土壤环境质量单指标评价分级标准*(单位:μg·g－1)

3 结果与分析

3.1 土壤重金属含量特征

研究区土壤中重金属元素 As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn的平均值与中国土壤背景值对比，其富集系数分别为85.54%、226.8%、131.92%、111.46%、61.54%、123.94%、95.73%和105.69%。由图1看出，Cd的含量远大于中国土壤背景值，是中国土壤背景值的2.26倍。其他高于中国土壤背景值依次为Cr、Cu、Ni和Zn元素。而低于中国土壤背景值的是重金属元素有3种，即As、Hg和Pb。

图1 研究区土壤重金属平均值与中国土壤背景值比较

表4 研究区表层土壤重金属元素全量含量特征统计表(μg·g－1)

研究区表层土壤重金属元素全量含量特征统计结果表明(表4):大部分重金属含量的变异系数较均一，且在0.3以内。但Cd和Hg的变异系数较大，说明这两个元素在土壤中的含量存在一定的不均匀性。

3.2 重金属评价

根据研究区的土壤样本测定结果，并运用EXCEL软件对研究区的8种重金属进行了单因子污染指数法评价，由于研究区pH值在6.5～7.5之间，因此选用一级标准的中间指标(表3)，分析该区重金属元素的单项污染指数(表5)表明:土壤中重金属的单项污染指数大小顺序Cd＞Ni＞Zn＞Cr＞Pb＞As＞Cu＞Hg，但Cd含量在土壤样品中污染指数Pi仅在1.0～2.0之间，属轻度污染，而其余各种重金属元素值均小于Cd，且均为轻污染。研究区污染综合指数最高的村是白荫村，其污染指数是1.17。该区土壤中Ni和Zn污染指数都在0.7～1.0之间，均处于警戒级;该区其余重金属元素污染指数均小于0.7，处于安全级。

对综合污染指数分析可得，该区综合污染指数均在P综在0.7～1.0之间，说明该地区处于警戒级，但综合指数均较为靠近1.0，因此该区接近于轻度污染等级。而综合污染指数偏高的主要原因是土壤中Cd含量超过一级标准，但符合二级标准。

对土壤中主要重金属污染元素Cd的污染成因分析，可能存在以下两种原因:一是土壤中Cd含量部分继承了其成土母质中的Cd。二是起因于后期人为活动影响，尤其是农业生产过程中施肥不合理，如高浓度的磷复肥等化肥的施加，造成了在土壤中的Cd的残留。研究发现磷肥是以磷矿为原料，而磷矿中含有镉、铬、砷、氟等，原磷矿中所含的Cd大部分或全部会残留在磷肥中［3］。然而Cd进入土壤后运动小、流失少且不易分解，在土壤中会不断累积。

表5 苍溪县白鹤乡六村土壤重金属污染指数

4 结论与讨论

(1)将研究区表层土壤重金属元素全量含量与中国背景值比较，研究区Cd的含量远大于中国土壤背景值，而As、Hg和Pb低于中国土壤背景值。

(2)通过对广元市苍溪县白鹤乡土壤重金属元素 As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 的单项指标评价。大部分重金属含量的变异系数较均一，但Cd和Hg的变异系数较大，这两个元素在土壤中的含量存在一定的不均匀性。

(3)研究区重金属元素Cd元素是主要污染因子，其含量超过一级标准但符合二级标准;而重金属元素Zn和Ni含量处于警戒级;其余重金属元素处于安全级。从综合污染指数分析，该区处于警戒线，尚属清洁。

(4)综上说明，研究区满足土壤质量二级标准，符合国家对种植农作物产品的基本要求，适合种植无公害农产品及其他经济作物。

(5)对土壤中主要重金属污染元素Cd的污染成因分析。可能存在以下两种原因:一是土壤中Cd得含量部分继承了其成土母质中的Cd。二是起因于后期人为活动影响，尤其是农业生产过程中施肥不合理。因此，在今后的农业生产过程中，应加强对化肥施用的科学管理。

［1］尹伟，卢瑛，甘海华，等.佛山市某工业区周边蔬菜地土壤重金属含量与评价［J］.农业环境科学学报，2009，28(3):508～512.

［2］中国环境监测总站.中国元素土壤背景值［M］.北京:中国环境科学出版社，1990:1～88.

［3］鲁如坤.我国磷矿磷肥中镉的含量及其对生态环境影响评价［J］.土壤学报，1992，29(2):150 ～157.

［4］文辉，王瑞，周雪梅，等.四川省广元市苍溪县白鹤乡农业地质调查报告［R］.成都:四川省地质调查院，2011.

［5］中国环境监测总站.中国元素土壤背景值［M］.北京:中国环境科学出版社，1990:1～88.

［6］成杭新，庄广民，赵传冬.北京市土壤Hg污染的区域生态地球化学评价［J］.地学前缘(中国地质大学(北京);北京大学)，2008，15(5):126 ～ 145.

［7］丛艳国，魏立华.土壤环境重金属污染物来源的现状分析［J］.现代化农业，2002，(1):18～20.