成都平原西部农业土壤中金属元素分布特征研究

王英英，钱 蜀，邓星亮

（四川省环境监测中心站，四川 成都610041）

成都平原西部农业土壤中金属元素分布特征研究

王英英，钱 蜀，邓星亮

（四川省环境监测中心站，四川 成都610041）

通过对成都平原西部6县（市）表层0～20cm农业土壤进行取样分析，研究了镉、镍、钒、砷、钴、铬、铜、汞、锰、铅、硒和锌等12种金属元素在土壤中的含量分布特征。并采用单因子污染指数法进行环境质量评价，得出区域土壤中镉、镍、钒、铬、铜、汞、锰和铅等8种金属元素均出现不同程度的超标，且土壤中的主要超标元素为钒、镉和镍。对比该区域背景点土壤含量，发现镉、镍、砷、钴、铬、汞、锰、铅和硒9种金属元素含量均高于背景值水平，特别是镉、汞和锰的含量明显高于背景值水平。采用Hakanson法对监测区域耕地土壤进行风险评估后得出，耕地土壤中镉和汞元素存在低度的生态风险，初步推断为断裂带土壤本底迁移和人为耕作活动的影响所致。

成都平原西部；农业土壤；金属元素；分布

Abstract：Based on argriculture surface soils analysis results from six counties／cities of western Chengdu Plain，the author investigated distribution charateristics for 12heavy metals，namely Cd，Ni，V，As，Co，Cr，Cu，Hg，Mn，Pb，Se and Zn in the soils．Moreover，the author conducted evaluation for each individual heavy metals．The results show 8 kinds of heavy metal's levels exceed the standard requirements，more or less，among them，the primary heavy meal are identified to be V，Cd and Ni．Further comparison with background soils reveal that 9kinds of heavy metals，Cd，Ni，As，Co，Cr，Hg，Mn，Pb and Se of studied areas present higher than background value，with Cd，Hg and Mn appear to be most significant．Finally，the author conducted soil ecological risks assessment by Hakanson methods and concluded that the Hg and Cd in studied areas soils present low ecological risks．

Key words：the western Chengdu Plain；farmland soil；heavy metals；distribution

按1：20万都江堰幅的平原地区中成都平原西部包括了都江堰、彭州、大邑、崇州、温江、郫县等6县（市）的平原及盆周浅丘地区。2010年对该区域土壤中微量元素含量与分布已经进行了相关研究，其结合了土壤发生的地质背景［1－2］。同时，这里是成都平原的主要农业分布区，且位于府南河上游，是府南河主要的水源补给区及成都市主要的农副产品供给地之一。本文主要对该区域农业土壤特别是耕地土壤中的12种金属元素含量分布特征及环境质量评价、风险评估进行研究探讨，以期对区域农业生产、土壤污染防治及环境管理等提供有效的技术支撑。

1 监测区域土壤环境特征及监测概况

区域位于成都市以西，属成都冲积平原，主要地形为平原及盆周浅丘，区内矿藏有煤、铜、金、石灰岩、赤铁矿、铅、锌等，工业有能源、机械、医药、蓄电池、建材、化工、食品等，主要农业产品有水稻、小麦、玉米、油菜等，亚热带湿润季风气候。

在都江堰、彭州、大邑、崇州、温江、郫县等6县（市）区域内的农业土壤共布设了75个采样点位，其中耕地点位39个，林地点位36个，见图1。采集了表层20cm深度的土样，共监测了镉、镍、钒、砷、钴、铬、铜、汞、锰、铅、硒和锌等12种金属元素。

土壤中金属元素镉采用ICP－MS法（GB／T 17141－1997），砷、汞和硒为原子荧光法（《土壤元素近代分析方法》），铅、铜、锌、铬、锰、钒、钴和镍为X荧光法（《区域地球化学勘察样品分析方法》）；土壤理化指标pH为电极法，全氮为半微量凯氏法，全磷为分光光度法，全钾为火焰光度法，有机质为容量法，颗粒组成为比重法。

图1 区域土壤监测点位分布情况

2 区域土壤基本性状

监测区域中涉及耕地和林地2种土地利用，土壤类型主要为水稻土，对成都平原西部区域土壤中理化性质数据进行了监测。结果显示，区域土壤总体偏酸性，按照国际制土壤质地分类标准监测区域土壤总体属于壤质黏土，土壤有机质含量范围为1．36%～17．10%，在土壤学中，一般把耕作层中含有机质20%以上的土壤称为有机质土壤，含有机质在20%以下的土壤称为矿质土壤，一般情况下，耕作层土壤有机质含量通常在5%以下［3］，可见，监测区域土壤有机质属于正常水平。中国一般农田的养分含量是：氮0．030～0．350%；磷0．010～0．150%；钾0．250～2．700%，监测区域土壤全氮含量范围为0．100%～0．650%，全磷含量范围为0．020%～1．650%，全钾含量范围为0．600～2．920%，属于中等水平。详见表1。

表1 监测区域土壤基本性状

3 区域土壤12种金属含量特征对比

监测区域土壤中12种金属元素质量比范围为0．029～16 912mg／kg，见表2。镉、镍、钒、砷、钴、铬、铜、汞、锰、铅、硒和锌的质量比分别约为0．323，39．3，123，9．50，17．3，104，35．2，0．153，491，41．4，0．370mg／kg和112mg／kg，并且除锰外的11种金属元素在耕地和区域土壤总体的含量差异不太明显。

表2 监测区域农业土壤12种金属元素质量比统计 mg／kg

续表2

12种金属元素中锰和汞在土壤中的含量变化最大，本次监测其最大值与最小值的比值分别高达约252倍和66．6倍；变化较大的是镉和铅，锌和钒含量变化最小。在该区域“七五”背景值调查时的原点位重新采集表层土样，重金属含量见表2。本区域土壤中镉、镍、砷、钴、铬、汞、锰、铅和硒9种金属元素含量均高于背景值水平，特别是镉、汞和锰的含量明显高于背景值水平，可见，区域土壤中金属元素出现了表层的迁移和累积现象。

相关分析结果显示见表3。

表3 监测区域土壤金属元素含量与有机质含量之间相关系数对比

区域土壤中镉、汞、砷、锰、硒和锌含量与土壤有机质含量之间存在显著正相关性，土壤中铜含量与土壤有机质含量之间存在显著负相关性，所以影响土壤有机质含量变化的因素会改变金属元素的累积。

4 区域土壤环境质量评价结果

依据《土壤环境质量标准》（GB 15618－1995）中按照pH值不同选择相应的镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌和镍的标准限值，锰、钒、钴和硒分别参照全国土壤污染状况调查中规定的1 500mg／kg、130mg／kg、40．0mg／kg和1．00mg／kg标准限值，采用单因子污染指数法对区域土壤总体和区域耕地土壤中12种金属元素分别进行了环境质量评价，并采用Hakanson［4］制定的标准化重金属毒性系数为评价依据，仅对耕地土壤中的Zn、Cr、Cu、Ni、Pb、As、Cd和Hg共8种金属元素进行了单一重金属潜在生态风险评估。见表4。

表4 监测区域土壤金属元素环境质量评价及风险评估统计

续表4

结果显示，区域土壤中砷、钴、硒和锌共4种金属未出现超标，其余8种重金属均出现超标，总的土壤监测点中8种金属出现超标的监测点的比例在1．32%～32．9%之间，钒、镉和镍土壤出现超标的监测点的比例最高，分别约为 32．9%、25．0% 和11．8%，其次为汞和铬，铅、铜和锰较低。从最高超标倍数来看，锰元素最高，为10．3倍，属重度超标，该点位于成都市大邑县黑水河自然保护区内，土地利用为林地；其次为铅和镉元素，分别为2．4和1．4倍，属轻度超标，该点分别位于成都市崇州市鸡冠山乡和成都市大邑县黑水河自然保护区内，土地利用均为林地。其余元素在土壤中主要为轻微超标；这与以前报道的结果较为一致［5］。

虽然重度和中度超标土壤监测点均为林地，但是监测区域耕地土壤环境质量状况也不容乐观，有6种金属元素在耕地中均出现了超标，分别为镉、镍、钒、铬、汞和铜，其中土壤中镉出现超标的监测点比例最高，约为37．5%；其次为钒和镍，土壤中出现超标的监测点的比例分别约为27．5%和22．5%；汞、铬和铜土壤中出现超标的监测点的比例较低，均低于10%。同时可以看出，耕地中镉、镍、铜和汞元素土壤中出现超标的监测点的比例高于监测区域总体的比例，据统计，2007年成都平原区及盆地丘陵区化肥施用量分别为91．0kg／km2和16 309kg／km2，均高于其他区域，是全省平均负荷的3．5倍左右，人为耕作活动对土壤中4种元素的累积有较大的影响作用。

近年来大量化肥、农药、农村家畜粪便等在耕地中的施用，再加上农村生活垃圾对耕地的污染，所以耕地质量问题正成为我国粮食安全和农产品质量安全的潜在隐患。所以本文对耕地中出现超标的5种金属元素进行了生物体的潜在生态风险评估，根据每种金属的毒性响应系数确定其在土壤中的风险水平，结果表明镉和汞两种金属元素存在少量监测点的潜在生态风险，其余3种元素均属于安全水平；镉元素出现潜在生态风险的2个监测点分别位于彭州市天彭镇和崇州市燎原乡，有研究表明冲积平原中不同冲积体系的物源区特殊地层（高背景地层）、地质体（铅锌矿、铜矿、硫铁矿等）对土壤中镉的高含量贡献较大，同时亦不可忽视自然剥蚀搬运或人为的矿开采行为对含隔矿物或岩屑的搬运及水系沉积物的异地沉积；水溶性镉在平原区农作过程中（农灌）不断沉积累积于土壤中的可能［2］；汞元素出现潜在生态风险的3个监测点分别位于崇州市怀远镇、郫县古城乡和彭州市天彭镇。据资料统计，成都平原西部土壤中汞的异常现象主要来源于地下深部汞迁移作用，隐伏断裂是汞迁移的良好通道［6－7］。

5 结论及对策建议

（1）监测区域农业土壤中的金属元素出现了累积现象，与该区域背景点土壤中含量相比，镉、镍、砷、钴、铬、汞、锰、铅和硒9种金属元素均出现迁移和累积，特别是镉、汞和锰较为明显。

（2）区域农业土壤监测的12种金属元素中主要超标元素为钒、镉和镍，并且耕地中镉、镍和铜的超标情况均高于区域总体，人为耕作活动可能是造成4种元素含量累积的因素，同时该区域位于龙门山断裂带，由于成矿条件等因素导致的土壤本底较高引起的迁移也是重金属的超标的重要原因。

（3）监测区域耕地土壤中镉和汞元素存在低度的生态风险，初步推断为土壤本底和认为耕作活动的双重影响，该点位种植农作物主要为玉米和稻谷，应加强农作物安全监测，避免通过食物链对人体健康造成影响。

（4）管理部门通过制定肥料法或肥料管理条例，消除或杜绝将未经检测和无害化处理认可的城镇生活垃圾、屠宰场废弃物及城市污泥等作为“有机肥料”投入农田；甚至工业废渣如磷石膏等作为“肥料”，将农田作为消纳“三废”的场所。

（5）建立起科学合理地农业用地特别是利用耕地、合理施肥的保障和管理机制。

［1］ 朱礼学．成都平原西部元素的分布特征及其与农业、环境的关系［J］．物探化探计算技术，1999，4（21）：295－300．

［2］ 朱礼学．成都平原西部土壤中镉的分布与镉污染［J］．四川环境，2001，20（2）：41－47．

［3］ 陈怀满．环境土壤学［M］．北京：科学出版社，2005：55．

［4］ Hakansonl．An ecological risk indexfor aquatic pollution control a sediment ecological approach［J］．Water Research，1980，14（8）：975－1 001．

［5］ 李富华．成都平原农用土壤重金属污染现状及防治对策［J］．四川环境，2009，28（4）：60－64．

［6］ 刘晓辉，童纯菡，周四春，等．成都平原西部土壤汞异常来源研究［J］．长江流域资源与环境，2009，11（18）：1 058－1 062．

［7］ 韩丽莎，李 晓．成都西部金马地区土壤微量元素特征研究［J］．广东微量元素科学，2005，12（80）：15－19．

Investigation into Heavy Metals Distribution in the Farmland Soils in the Western of Chengdu Plain

WANG Yingying，QIAN Shu，DENG Xingliang

（Sichuan Environmental Monitoring Center，Chengdu 610041，China）

X53

A

1674－2842（2012）05－0011－04

2012－03－31

王英英（1982－），女，山西大同人，硕士研究生，工程师，目前主要从事于环境样品分析及研究，E－mail：yingyingw1982＠126．com。