德阳市农用地土壤中镉的分布特征及异常来源分析

钱 蜀，王英英，向秋实

四川省环境监测中心站，四川成都610041

农用地(特别是耕地)土壤中镉元素会对农产品安全造成威胁，危害人体健康［1］。金立新等进行了1∶25万多目标区域地球化学调查，结果发现德阳地区表层土壤重金属污染以镉为主［2］，但针对龙门山区特别是德阳地区农用地耕作层土壤中的镉分布特征及来源的研究较少。通过对德阳6个区县农用地耕层土壤中镉含量进行系统采样监测，了解镉的含量变化特征，特别是对德阳西北部区域农用地土壤中镉的含量异常来源进行了剖析，并对镉污染环境生态风险进行了评价，为该区域合理规划利用农用地及绿色农业的开展提供技术支撑。

1 区域基本情况

1.1 地形、地貌及矿产矿藏

监测区域位于四川盆地西北部，介于龙门山造山带与龙泉山褶隆带之间，属龙门山-大巴山台缘坳陷，地势北西高南东低［3］;属于蒲江-新津-德阳隐伏断裂带。

西北部绵竹和什邡为龙门山脉中段，地形主要为山地;中部为成都平原东北部，东南部为盆中丘陵。德阳是四川省天然气和磷矿石生产基地，境内已发现35种矿产，已开发利用的有13种，主要为磷矿石、天然气、石灰岩、煤炭、矿泉水。其中，磷矿探明储量约占四川省的25%;全省53个探明矿区，平均品位大于25%的有15个矿区全部在德阳境内，磷矿石产量占全省的90%以上。

1.2 气候、水文特征

德阳市属亚热带湿润季风区，境内地形地貌多样，气候差异大，形成不同的小区气候，平原、丘陵盛行偏北风;河流分属沱江和涪江水系，主要有绵远河、石亭江、湔江、清白江、凯江等。绵远河年平均流量为15.5 m3/s，最小流量为2.45 m3/s;石亭江最大流量3 850 m3/s，最小流量为3.2 m3/s;湔江最小流量3.0 m3/s，多年的平均径流总量为3.2亿立方米;青白江多年的平均径流量为54.6 m3/s;凯江多年的平均流量为21.4 m3/s。

1.3 土壤利用和土壤类型分布特征

截至2007年，德阳市耕地面积为19.08万公顷，约占全市总面积的32.0%;森林覆盖率为38.4%。西北部绵竹、什邡境内土壤类型主要为黄壤、棕壤和黄棕壤;其余区县境内主要分布水稻土、紫色土和潮土。

2 实验部分

2.1 点位布设

根据德阳市6个区县农用地面积的不同，在监测区域按照约每10 km2布设1个样点的原则，共布设77个点位，其中耕地点位66个，林地点位11个且分布在绵竹和什邡西北部。另在绵竹和什邡地区的4家涉重金属企业周边200 m范围内共布设了48个点位。详见图1。

图1 监测区土壤监测点分布图

2.2 样品采集、处理及分析测试

土壤样品采集参照《土壤环境监测技术规范》(HJ/T 166—2004)采集了表层20 cm深度的土样，自然风干后研磨成0.15 mm粒径备分析用;土壤中镉的分析采用《石墨炉原子吸收分光光度法》(GB/T 17141—1997)。

2.3 评价标准及数据处理

土壤中镉评价标准值参照《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)中的相关标准限值。

单因子污染指数(Pip)计算方法见式(1)，污染评价分级见表1。

表1 土壤环境质量评价分级

Hakanson土壤(沉积物)单一重金属潜在生态危害指数法［4］()：

式中:Pi为某种重金属的单项污染指数，Ti为某种重金属的毒性响应系数(Cr=2，Pb=5，As=10，Cd=30，Hg=40)。＜40为低度生态风险，40≤＜80为中度生态风险，80≤＜160为较重生态风险，160≤＜320为重度生态风险，≥320为严重生态风险。

3 结果与讨论

3.1 监测区域土壤中镉的含量变化状况

表2显示了德阳市6个区县土壤中镉元素含量的统计情况，监测区域共采集了77个农用地土壤样品。

表2 德阳市不同监测区域土壤中镉元素含量统计mg/kg

从表2可见，土壤中镉元素含量范围为0.11 ～4.68 mg/kg，算术均值为 0.44 mg/kg。绵竹市土壤中镉含量最高，为0.96 mg/kg，约为德阳市总体土壤中镉含量的2倍，其次为旌阳、什邡、罗江和广汉，4个地区土壤中镉含量相差不大，镉算术均值为0.35 mg/kg左右;中江最低，土壤中镉算术均值为0.27 mg/kg。

从德阳地区农用地土壤中镉含量的克里格插值图变化情况来看(图2)，土壤中镉元素含量呈现由西北区域的绵竹向东南区域的中江逐渐降低的变化过程。

图2 监测区土壤中镉含量空间分布图

绵竹市土壤中镉元素的标准偏差最高，远高于德阳市总体和其他5个县市，说明绵竹市土壤中镉元素含量呈现较大幅度的波动。绵竹区域土壤中镉含量最高的是4#点，位于德阳和绵竹市的西北部，在其周边加密布设了 3#、5#、6#、7#、8#共 5个点，在离4#点相对较远的区域布设了1#点。图3显示了7个点位镉含量的对比情况。

图3 不同监测点土壤中镉含量对比

4#点周边加密点中仅3#点土壤中镉略低于4#点，其余4个点位土壤中镉含量均较低。可以推断，4#点周边土壤中镉的高含量并非大范围连续分布;距离4#点较远的1#点土壤中镉含量为1.9 mg/kg，低于4#和3#点，但远高于监测区域总体土壤镉含量均值，说明绵竹西北部较大范围土壤中镉的含量水平整体均明显高于其余5个地区。

3.2 镉的环境质量及潜在生态风险评价

表3统计了德阳市不同监测区域土壤中镉元素超标情况。

表3 德阳市不同监测区域土壤中镉元素超标情况统计

由表3可见，从监测区域总体来看，德阳市农业用地土壤中镉元素超标点比例约为30%;从超标程度看，土壤中镉元素超标程度主要为轻微轻度，个别点土壤中镉元素出现了中度超标，无重度超标情况;从6个区县土壤中镉元素的超标情况看，位于德阳西北部的绵竹和什邡土壤中镉元素超标情况较重，超标范围较广，约62.5%的监测点土壤中镉均出现超标，且绵竹地区约25%的监测点土壤中镉出现了轻中度超标。

四川的磷矿资源主要分布在乐山和德阳市，经过40多年的开发，省内已形成了金河磷矿和清平磷矿2大矿山企业，分别位于什邡和绵竹，开采出的磷矿石主要用于生产磷肥、黄磷、磷酸氢钙、三聚磷酸钠等，磷矿开发利用和深加工过程中镉、钒等重金属通过废气、废水和废渣污染周围环境介质［5-6］。

图4为监测区域土壤中镉元素的生态风险情况。

图4 监测区域土壤中镉元素生态风险情况

由图4可见，镉元素总体呈现低度生态风险，部分点位土壤中镉出现了中度和较重生态风险。其中，中度生态风险点共有9个，主要分布在绵竹，此外，什邡、罗江、旌阳和广汉的个别点位土壤中镉也出现了中度生态风险;较重生态风险点共有4个，分布在绵竹境内：监测区域土壤中镉元素未出现重度和严重生态风险。

3.3 区域土壤中镉的来源分析

3.3.1 地球化学背景对土壤中镉元素含量的影响

从监测区域土地利用类型来看，1#～8#、17#、18#共10个点位的土地利用类型属于林地，且位于3#、4#、1#土壤镉含量水平明显高于其余67个的耕地点位;10个林地点位的地质区域位于四川盆地西缘的龙门山中段九顶山南麓，均源于龙门山的“彭灌杂岩”，该区域分布有3套含磷岩系(上震旦统“绵竹式”含磷岩系、下寒武统“清平式”含磷岩系和上泥盆统“什邡式”含磷岩系)［7］：可见，土壤中镉元素含量高与地球化学本底密切相关。

3.3.2 工矿企业的生产活动对土壤中镉元素含量的影响

绵竹市的12#、16#、10#耕地点土壤中镉含量高于龙门山中段的部分林地点位，说明除了地球化学背景的影响以外，人为活动也可能导致土壤中镉含量的增加;而从67个耕地点土壤中镉含量来看，其总体低于林地土壤中的镉含量：可以推断，农事活动不是影响土壤中镉元素含量的主要人为因素。

绵竹和什邡土壤中镉含量相对较高，且12#、16#、10#耕地监测点均位于绵竹，结合德阳地区工矿企业的分布特点，在绵竹和什邡2个地区选择了4家涉重金属企业1～企业4并对其周边土壤中镉的含量情况进行监测。图5为4家企业周边土壤中镉元素含量算术均值对比情况。

图5 绵竹和什邡地区4家涉重金属企业周边土壤中镉含量对比

由图5可见，只有企业4土壤中镉含量与其周边耕地土壤相差不多，其余3家企业周边土壤中镉元素含量均明显高于周边耕地土壤中镉含量。

从监测区域土壤中镉超标点的分布来看，9#、10#土壤中镉出现了轻微超标，均位于企业2的下风向和企业周边的河流下游;16#、36#点土壤中镉出现轻度超标，位于企业1、企业2、企业4的下风向交汇处;21#～24#土壤中镉元素均出现了轻微超标，位于企业1、企业3的下风向，而19#土壤中镉元素未超标，其位于企业1、企业3的上风向;12#点土壤中镉为轻度超标，在调查区域土壤中镉超标程度相对较重，其紧邻企业4。

企业1是什邡市自发形成的一个老化工区域，区域内有磷化工、黄磷、硫铁矿和锌精矿制硫酸企业。由于大多是乡办企业，目前转制为私人企业，在污染排放监管上自律不严，以及一些历史原因，周边土壤形成一定的污染。企业2～企业4均是以磷矿石、锌精矿为原辅料的矿化工业，磷矿石、锌精矿中含有大量重金属镉、铅、砷、汞等。特别是在20世纪80—90年代粗放型的生产模式下，污染物直接排放对周围环境影响较大。

该区域土壤中镉元素异常的人为原因主要为工矿活动所致，这也与文献［2］得出的土壤镉等重金属污染主要来源于龙门山地区含镉岩(矿)石和工矿企业产生的近地表大气尘的结论相一致。

4 结论

1)德阳地区6个县市农业土壤中镉含量范围为0.11～4.68 mg/kg，位于德阳西北部的绵竹市土壤中镉含量最高，东南部的中江县土壤中镉含量最低：土壤中镉由西北向东南逐渐降低。

2)监测区域总体约有30%的监测点土壤中镉出现了轻微、轻度和中度超标，绵竹和什邡地区土壤中镉超标的点位比例最高(均为62.5%)，且绵竹市约25%的超标点位土壤中镉出现中度超标;镉元素总体呈现低度生态风险，部分点位土壤中镉出现了中度、较重生态风险，其中，大部分中度生态风险点位和全部较重生态风险点位分布在绵竹。从对绵竹市土壤中镉含量最高的4#林地点位周边的加密监测，得出该区域土壤中镉的高含量水平并非是大范围连片出现。

3)从对监测区域农用地土壤中镉含量较高和出现超标的点位地质和地理分布来看，该区域土壤中镉的来源主要来自于四川盆地西缘的龙门山中段的“彭灌杂岩”的地球本底影响和以磷矿石、锌精矿为原辅料的矿化工企业通过大气迁移和废水排放对周边造成的人为影响。

［1］NY 861—2004 粮食(含谷物、豆类、薯类)及制品中铅、镉、铬、汞、硒、砷、铜、锌等八种元素限量［S］．

［2］金立新，侯青叶，包雨函，等．德阳镉污染农田区生态安全性及居民健康风险评价［J］．现代地质，2006，13(3)：984-989．

［3］秦兵，陈代庚，任利民，等．成都盆地浅层土壤中砷来源的多元统计分析［J］．安全与环境工程，2006，13(3)：23-28．

［4］Hakanson L．An Ecological Risk Index for Aquatic Pollution Control．A Sedimentological Approach［J］．Water Search，1980，14：975-1 001．

［5］李虎杰．四川优势非金属矿产的开发利用［J］．西南科技大学学报，2002，17(3)：66-70．

［6］陈立平．浅谈磷矿开采与环境保护［J］．资源与环境，2007，18：142．

［7］王磊，唐文春，秦兵，等．四川龙门山地区磷矿、煤矿开采对水系沉积物Cd等元素影响调查［J］．地质科技情报，2007，26(6)：36-41．