珠江三角洲地区典型农村土壤重金属污染现状分析

罗小玲，郭庆荣，谢志宜，杨剑军，柴子为，刘漩，伍世丰

广东省环境监测中心，广东 广州 510308

珠江三角洲地区典型农村土壤重金属污染现状分析

罗小玲，郭庆荣，谢志宜*，杨剑军，柴子为，刘漩，伍世丰

广东省环境监测中心，广东 广州 510308

珠江三角洲地区农村土壤重金属污染状况不容忽视，除化肥农药、畜禽养殖等污染源外，还有工业污染等其他污染源。本研究以该地区工业型和种植型两类典型农村为例，通过对农田和菜地两种耕地以及企业周边、养殖场周边和垃圾点周边三类污染场地土壤重金属污染现状进行监测与评价，深入分析重金属污染成因。结果表明，该地区工业型农村耕地以铜超标为主（超标率22.2%），种植型农村耕地以镉超标为主（超标率16.7%），其余重金属超标率低或不超标；耕地中农田的重金属污染程度重于菜地。工业型农村污染场地以铜超标为主（超标率33.3%），其次是镉和锌（超标率均为11.1%），其余重金属不超标；种植型农村污染场地以镉、镍超标为主（超标率均为26.1%），其次为铜和砷（超标率分别为17.4%和8.7%），其余重金属不超标。三类污染场地中，工业型农村土壤重金属超标情况相对最重的是垃圾点周边，而种植型农村土壤重金属超标程度相对最重的是养殖场周边。高度集约化的农业生产方式是造成珠三角农村耕地土壤重金属污染的主要原因，同时，众多的制造业“三废”排放加剧了土壤重金属累积。此外，畜禽养殖废弃物、生活垃圾的无序堆放也是造成农村土壤重金属污染的原因。

珠江三角洲；农村；土壤；重金属

珠江三角洲地区（简称珠三角地区）是广东省重要的经济中心区域，经过改革开放后几十年的发展已经成为世界知名的加工制造和出口基地，初步形成了电子信息、家电等企业群和产业群。2011年，珠三角地区生产总值43720.86亿元，占全省经济总量的79.2%（朱小丹，2012；黄华华，2012）。随着金属制品制造业、电子制造、电镀、制衣等行业的快速发展，企业数量逐渐增多、规模逐步扩大，这是否对周边农村环境产生影响也逐渐引起关注。农村土壤环境质量直接关系到粮食安全和居民健康，在当前形势下如何对其开展监测与保护显得尤为重要。目前针对农村土壤污染问题的研究大多集中在化肥农药污染、畜禽养殖废弃物污染等方面，对进驻农村的工业企业、生活垃圾等污染源关注较少，且缺少对这些因素之间影响差异性的比较。本文以珠三角地区两类典型农村为例，通过对比该地区工业型和种植型农村的耕地与污染场地周边土壤重金属浓度，分析阐述该地区农村土壤重金属污染现状及成因，为合理制定农村土壤环境保护对策提供依据。

1 监测方法

1.1 点位布设

1.1.1 试点农村选择

在珠三角地区选择两类农村开展试点监测：一类是村域内引进了工业企业、并同时存在种植业，工业生产对农村环境影响较大的农村（以下简称工业型农村），共选择3个工业型农村开展监测；另一类是以种植业为主要产业、受工业生产影响较小的农村（以下简称种植型农村），共选择4个种植型农村开展监测。

1.1.2 监测点位布设

每个试点农村设12个监测点，其中6个为耕地监测点（包括农田和菜地监测点各3个），6个为污染场地监测点（根据村庄实际情况，选择企业周边、养殖场周边或垃圾点周边中的2类场地各设3个监测点，由于其中一个种植型农村养殖场数量较少，只设了2个监测点，因此种植型农村污染场地监测点中养殖场周边点位总数比垃圾点周边少1个）。监测点位数量分布见表1。

表1 试点农村监测点数量Table 1 The Numbers of Survey Spots in the Pilot Villages

1.2 背景信息调查

充分收集试点农村自然经济概况、污染源分布等背景信息，具体包括：（1）社会经济概况：支柱产业、农业布局、工业布局、人口分布等。（2）自然环境：地形地貌特征、地质条件、土壤类型、辖区总面积、农业用水资源概况、土壤环境背景值等。（3）气象条件：盛行风向、年均降水量等。（4）主要环境问题：污染源类型（工业企业大气污染源、生活炉灶污染源、机动车或其他大气污染源）、数量、分布特征、排放方式、排放量、排放污染物种类、污灌历史等。（5）农作物种植及生产管理现状：主要包括耕地面积、总播种面积；作物品种、灌溉水源、灌溉用水量；使用的化肥、农药及其他化学品种类、用量；有机肥施用量等。

1.3 监测指标

监测指标的选择以《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）为基础，选择土壤理化性质和8种重金属项目开展监测，分别为：pH、阳离子交换量、镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍。

1.4 测试方法

土壤样品镉、铬、铅、砷、铜、锌和镍采用硝酸-高氯酸-氢氟酸消解，汞采用硫酸-硝酸催化消解；重金属镉、铅的浓度采用石墨炉原子吸收分光光度计法(Zeenit 60, Analylikjena, Japan)进行测定，铬、铜、锌和镍采用火焰原子吸收分光光度计法(Vario 6, Analylikjena, Japan)进行测定，砷和汞采用原子荧光法（AFS-2202，海光，中国）进行测定，pH按照土水比1:2.5采用pH计进行测定，阳离子交换量采用乙酸铵交换法进行测定。

1.5 评价方法

本文采用重金属超标率和平均污染指数进行评价。其中重金属超标率指单因子点位超标率，即某种重金属的超标点位数占点位总数的百分比；污染指数指监测点某种重金属的测定值与评价标准限值之比，计算公式为（Mi为某种重金属的测定值，Si为该重金属的评价标准限值），平均污染指数指相同类型点位某种重金属污染指数的算术平均值，计算公式为

2 监测结果与评价

2.1 试点农村土壤重金属含量分布特征

试点农村土壤pH值范围在4.0～8.5之间，平均为6.2，偏酸性；阳离子交换量范围在1.4～109.0 cmol·kg-1之间，平均为21.0 cmol·kg-1，普遍大于5 cmol·kg-1。试点农村土壤重金属含量分布特征见图1～图2（图中n为同类型点位数量，下同）。

图1为含量较低的镉、汞分布特征。镉在不同类型农村、相同用地类型土壤中含量相近，在同类型农村、不同用地类型土壤中含量不同（两类农村均表现为污染场地含量略高于耕地含量）。汞在不同类型农村、相同用地类型土壤中含量差异很大（两种用地类型均表现为工业型高于种植型），在同类型农村、不同用地类型土壤中含量特征有变化（工业型表现为耕地含量略高于污染场地，种植型表现为污染场地含量略高于耕地）。

图1 试点农村土壤镉、汞含量分布特征Fig.1 Soil Cd and Hg Concentrations of the Pilot Villages

图2 为含量较高的砷、铜、铅、铬、锌、镍分布特征。这几种重金属含量分布特征类似，用地类型相同时均表现为工业型农村土壤含量高于种植型农村，同类型农村则表现为污染场地含量高于耕地含量（除工业型农村的砷含量和种植型农村的铬含量外）。

图2 试点农村土壤砷、铜、铅、铬、锌、镍含量分布特征Fig.2 Soil As, Cu, Pb, Cr, Zn and Ni Concentrations of the Pilot Villages

表2 试点农村土壤重金属超标率Table 2 The Over Standard Rates of Soil Heavy Metals in the Pilot Villages %

2.2 试点农村土壤重金属污染评价

评价方法为单因子评价，评价标准执行《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）二级标准，评价结果见表2～表3。

2.2.1 超标情况统计

8种参与评价的重金属中，工业型农村耕地和污染场地超标重金属分别为4种和3种，而种植型农村耕地和污染场地超标重金属分别为3种和5种，且超标率各有高低，说明工业型农村土壤重金属超标情况并没有显著重于种植型农村。

8种重金属中超标情况相对最重的是镉，在4种点位类型中均超标，各类型点位重金属的平均污染指数也均以镉为最高，其中镉在种植型农村的污染场地土壤中超标率相对最高。超标率较高的还有铜、锌和镍，其中铜在工业型农村的耕地和污染场地土壤中超标率均高于20%；锌在工业型农村的耕地土壤中不超标，在其余三种点位类型中均超标；镍在工业型农村的污染场地土壤中不超标，在其余三种点位类型中均超标（在种植型农村污染场地土壤中超标率较高，为26.1%）。汞和砷超标情况较轻，汞仅在工业型农村的耕地土壤中超标，砷仅在种植型农村的污染场地土壤中超标。铅和铬在所有类型土壤中均不超标。

2.2.2 耕地超标点特征

分别对比工业型和种植型农村耕地土壤重金属超标率，结果见图3～图4。图3为工业型农村耕地超标率，其中农田土壤汞、铜和镍超标，菜地土壤镉和铜超标。图4为种植型农村耕地超标率，其中农田土壤镉、砷和镍超标，菜地土壤镉超标。由图可见两种类型农村中农田土壤的重金属超标情况均比菜地严重。

图3 工业型农村耕地土壤重金属超标率Fig.3 The Over Standard Rates of Heavy Metals in the Cultivated Lands in the Industrial Villages Lands

图4 种植型农村耕地土壤重金属超率Fig.4 The Over Standard Rates of Heavy Metals in the Cultivated in the Planting Villages

2.2.3 污染场地超标点特征

分别对比工业型和种植型农村污染场地土壤重金属超标率，结果见图5～图6。图5为工业型农村污染场地超标率，其中企业周边土壤镉、铜超标，养殖场周边土壤铜、锌超标，垃圾点周边土壤镉、铜、锌均超标。图6为种植型农村污染场地超标率，其中养殖场周边土壤镉、砷、铜、锌、镍超标，垃圾点周边土壤镉、砷、铜、镍超标（超标率均低于养殖场周边土壤）。由图可见，在工业型农村的3类污染场地中，超标情况相对最重的并不是企业周边，而是垃圾点周边；种植型农村则是养殖场周边土壤重金属超标程度比垃圾点周边严重。

3 污染原因分析

3.1 高度集约化农业生产是造成珠三角农村耕地土壤重金属污染的主要原因

本文中珠三角地区工业型农村与种植型农村的耕地土壤均受到一定程度的重金属污染，并且工业型农村耕地的受污染程度并没有显著高于种植型农村，说明该地区的工业生产及“三废”排放并不是造成试点农村耕地受污染的主要原因。随着社会经济高速发展，人们对农产品的需求日益提高。而在珠三角地区，城市的建设和扩张使得耕地资源日益短缺，农民只能借助先进的农业生产技术，使农业生产由粗放型向集约型转变，这就意味着一定面积的土地上将被投入更多的生产资料和劳动，具体表现为大量使用化肥或有机肥改造中低产田、增施农药、实行机械化作业等。这些生产过程均会造成土壤重金属累积（王开峰等，2008；任顺荣等，2005；赵明等，2010；邢维芹等，2010；Bulluck等，2002；Sharma等，2005）。同时珠三角河网水质受到上游水质影响，特别是北江流域矿业开采使重金属等污染物随水迁移并通过灌溉迁入农田（杨国义等，2007；林初夏等，2005；周健民等，2004）。多重因素在集约化生产机制下的累积是导致珠三角农村耕地土壤受到重金属污染的主要原因。

表3 试点农村土壤重金属平均污染指数Table 3 The Average Pollution Index of Soil Heavy Metals in the Pilot Villages

图5 工业型农村污染场地土壤重金属超标率Fig.5 The Over Standard Rates of Heavy Metals in the Contaminated Sites in the Industrial Villages

图6 种植型农村污染场地土壤重金属超标率Fig.6 The Over Standard Rates of Heavy Metals in the Contaminated sites in the Planting Villages

3.2 畜禽养殖是造成农村土壤污染的重要原因

由2.2.3可知，工业型农村养殖场周边土壤重金属污染程度与企业周边土壤相当，种植型农村养殖场周边土壤重金属污染程度比垃圾点周边土壤严重，说明三类污染场地中，畜禽养殖是农村土壤污染的重要原因之一。研究表明，畜禽粪便及饲料中含有重金属铬、铜、锌、砷、镉、铅等，如果畜禽养殖废弃物未得到妥善处理、随意堆放，则会造成土壤重金属污染（吴二社等，2011；潘寻等，2013；戴婷等，2010）。珠三角仅部分规模化畜禽养殖场有污水处理系统，且其中大部分为氧化塘等简单处理设施，对畜禽养殖废弃物的综合利用和处理水平低，同时还存在大量零散分散的家庭养殖，养殖废弃物基本为无处理直排，这将给农村土壤环境质量造成较大威胁。

3.3 垃圾无序堆放造成周边土壤污染

本次调查中，垃圾点周边土壤重金属污染程度不容乐观。生产、生活垃圾来源复杂，其中不乏各种金属制品或金属构件，含有包括砷、铅、铬、镉、汞在内的各种重金属，如不妥善处理，则会造成堆放场地土壤重金属污染（林建伟等，2005；龙於洋等，2007；郑曼英等，2003；张辉等，2001；Slack等，2005；Flyhammar等，1998）。近年来，随着农村环保各种示范点和创建活动的开展，部分农村逐步建设了一些垃圾集中堆放地，但农村居民长期养成的生活习惯难以在短期内改变。同时，村级组织对农民的号召力非常有限，多数农村依然存在垃圾乱堆放、无人管的现象，对周围环境造成较大污染。即使已经建立了垃圾临时集中堆放点，也由于经费不足、管理不善、处理方式落后等原因，而未能起到实际作用。

3.4 工业生产对农村土壤环境质量产生一定影响

散布在珠三角的制衣、金属制品制造、化工、电镀、电子制造、印染、造纸等企业数量众多，尽管具备一定规模以上企业都配套有环保治理设施，但达标排放的废水废气中仍存在少量的重金属。废气中的重金属通过大气沉降、废水中的重金属排入河流并通过灌溉等方式进入农田，加重了农村土壤重金属累积。

4 结论

（1）珠三角试点农村耕地土壤受到一定程度重金属污染，其中种植型农村耕地以镉超标为主、工业型农村耕地以铜超标为主。

（2）珠三角试点农村的三类污染场地中，工业型农村垃圾点周边土壤重金属超标情况相对最重，种植型农村养殖场周边土壤重金属超标程度相对最重。

（3）高度集约化的农业生产方式是造成珠三角农村耕地土壤重金属污染的主要原因，众多的制造业“三废”排放加剧了土壤重金属累积。

（4）畜禽养殖废弃物综合利用率低、处理水平落后、生活垃圾无序堆放也是造成农村土壤重金属污染的重要原因。

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Study on heavy metal pollution in typical rural soils in Pearl River Delta area

LUO Xiaoling, GUO Qingrong, XIE Zhiyi*, YANG Jianjun, CHAI Ziwei, LIU Xuan, WU Shifeng

Guangdong Environmental Monitoring Center, Guangzhou 510308, China

Heavy metal pollution in the rural soils from Pearl River Delta area is indispensable due to many pollution sources such as fertilizer, pesticide and industrial wastes. The objectives of this study were to investigate the levels and reasons of eight types of heavy metal pollution (i.e. Cd, Hg, As, Cu, Pb, Cr, Zn and Ni) in the typical rural soils from industrial villages and planting villages which included two kinds of cultivated land (i.e. farmland and vegetable plot), and three kinds of contaminated sites (i.e. land around industry plants, land around livestock and poultry raising and land around garbage dump). The results showed that, the cultivated lands in the industrial villages were mainly polluted by Cu with an over standard rate of 22.2%, and the cultivated lands in the planting villages were predominantly polluted by Cd with an over standard rate of 16.7%, while the over standard rates of other heavy metals were low in the cultivated lands of both the industrial and planting villages. In the two types of cultivated lands, the pollution in the farmland was severer than that in the vegetable plot. The contaminated sites in the industrial villages were primarily polluted by Cu with an over standard rate of 33.3%, followed by Cd and Zn with an over standard rate of 11.1% respectively, while the contaminated sites in the planting villages were mainly polluted by Cd and Ni with an over standard rate of 26.1% respectively, followed by Cu and As with an over standard rate of 17.4% and 8.7% respectively. Among the three kinds of contaminated sites, the lands around garbage dump were polluted the most heavily in the industrial villages, and the lands around livestock and poultry raising were polluted the most heavily in the planting villages. Highly intensive mode of agriculture was the main cause of soil heavy metal pollution in this area, while three wastes emission of manufacturing industry increased the contamination. In addition, waste emission from livestock and poultry raising and stacking of domestic waste were also the sources of heavy metal pollution in the rural soils.

Pearl River Delta area; typical rural; soil; heavy metal pollution

X53

A

1674-5906（2014）03-0485-05

罗小玲，郭庆荣，谢志宜，杨剑军，柴子为，刘漩，伍世丰. 珠江三角洲地区典型农村土壤重金属污染现状分析[J]. 生态环境学报, 2014, 23(3): 485-489.

LUO Xiaoling, GUO Qingrong, XIE Zhiyi, YANG Jianjun, CHAI Ziwei, LIU Xuan, WU Shifeng. Study on heavy metal pollution in typical rural soils in Pearl River Delta area [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(3): 485-489.

国家自然科学基金项目（41201540）；广东省自然科学基金项目（S2011040001105）

罗小玲（1982年生），女（壮族），工程师，硕士，主要从事土壤环境监测、农村环境监测和生态环境评价工作。E-mail: 79086941@qq.com

*通讯作者：谢志宜（1978年生），男，博士，主要从事土壤重金属区域环境质量与安全研究。E-mail:15011978456@163.com

2013-09-06