广州市番禺区农田土壤重金属污染调查分析

李结雯，李 超，黄纯琳，李顺泉

（广东金泰达安全科技有限公司，广州 528000）

广州市番禺区农田土壤重金属污染调查分析

李结雯，李 超，黄纯琳，李顺泉

（广东金泰达安全科技有限公司，广州 528000）

对广州市番禺区农田土壤中As、Hg、Cu、Zn、Ni、Pb、Cr、Cd等8种重金属的含量进行分析，并参照国家土壤环境质量标准（GB 15618-1995）中的二级标准，采用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法，对其重金属污染程度进行评价。结果表明：42份土壤样品中，镉的污染最普遍，其次是汞。8种重金属元素之间存在低度或显著性的线性正相关，具有同源性。

广州市番禺区；农田土壤；重金属；污染

番禺区地处广东省中南部，珠江三角洲腹地，是著名的“鱼米之乡”，农作物总播种面积达37，813公顷，主要产水稻、甘蔗、花生、番薯等，为全国主要产糖地区之一。近年来有报道称该地区使用混杂着电池、药瓶等未经处理分类的垃圾做底肥。垃圾中含有的重金属会严重污染土壤，重金属可以在土壤中积累并在农作物内残留，通过食物链进入人体，给人体健康带来潜在危害[1]。因此，本文通过系统采样，对番禺区五个区域农田土壤的As、Hg、Cu、Zn、Ni、Pb、Cr、Cd等8种重金属进行了调查，参照国家土壤环境质量标准和广东省土壤背景值，分析番禺区农田土壤重金属污染状况，采用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法对其污染程度进行评价，分析了调查点重金属综合污染程度的空间分布特征，以及重金属之间的相关性，不仅为番禺区农田土壤污染综合治理提供科学的依据，而且对保障蔬菜质量安全和城乡居民健康具有十分重要的意义。

1 材料与方法

1.1 采样点布设

综合考虑土壤类型、污染源及蔬菜种类、菜地面积等因素，经优化布点后，将全区农田土壤分为5个区域，共计布设采样点42个，获取土壤样品42个。土壤的采集采取梅花形多点采样混合法，采样时间选在2013年5月。

区域一：化龙镇、新造镇、南村镇、东环街、大龙街北部、石基镇北部、石楼镇北部。构成番禺区东北部农田集聚区，其中包括受垃圾肥影响的石基镇金山村农田和重金属重点防控区。

区域二：桥南街、大龙街南部、石基镇南部、石楼

镇南部。为东南部农田集聚区域。

区域三：石楼镇海鸥岛，为自然形成的一个农业产业集聚区。

区域四：洛浦街、大石街、石壁街、钟村街。为西北部农田集聚区域，大部分土地固化，农田相对分布比较少，较为分散。

区域五：沙头街、沙湾镇。为西南部农田集聚区域，农田分布较为分散，但包括重金属重点防控区和饮用水水源保护区。

1.2 样品前处理

土壤样品经自然风干后除去植物残体、煤渣、木炭、砾石等杂物，充分混匀用四分法保留约0.5kg。把缩分后的土样按要求磨细，一部分通过18目（1mm）孔径的土壤筛，用于土壤pH值的测定，另一部分通过100目（0.149mm）孔径的尼龙筛，用于土壤重金属全量的测定[1]。

1.3 试验方法与仪器设备

土壤的pH测定参考NY/T 1377-2007玻璃电极法[2]，镉和铅测定参考GB/T 17140-1997KI-MIBK萃取火焰原子吸收分光光度法[3]，汞测定参考GB/T 22105.1-2008原子荧光测定法[4]，砷测定参考GB/T 22105.2-2008原子荧光测定法[5]，铬测定参考HJ 491-2009火焰原子吸收分光光度法[6]，铜和锌测定参考GB/T 17138-1997火焰原子吸收分光光度法[7]，镍测定参考GB/T 17139-1997火焰原子吸收分光光度法[8]。所用到的仪器有上海雷磁生产的pHS-3F型酸度计、江苏天瑞仪器股份有限公司的AFS-200N原子荧光光谱仪、北京东西电子AA7000系列原子吸收光谱仪。

1.4 统计分析

采用Excel和SPSS统计软件对数据进行分析。

1.5 评价标准与评价方法

（1）采用土壤环境质量标准（GB l5618-1995）[9]中的二级标准作为评价标准，详细信息见表1。

表1 土壤重金属污染评价标准（mg/kg）

（2）单因子污染指数（Pi）的计算：Pi= Ci/Si

其中，Pi为重金属元素i的污染指数，Ci为重金属元素i的实测值浓度，Si为重金属元素i的限量标准值。当Pi≤1时，表示未受污染；当Pi〉1时，表示受到污染；且Pi值越大，表示受污染程度越严重[10]。

（3）综合污染指数（P综）的计算：

其中，（Ci/Si）max为重金属元素中污染指数最大值，（Ci/Si）ave为各污染指数的平均值[10]。

（4）根据中国绿色食品发展中心《绿色食品产地环境质量状况评价纲要（试行）》（1994）的规定[10]，土壤污染等级划分标准见表6。

2 结果与分析

2.1 番禺区农田土壤重金属含量基本情况

该调查区域土壤中8种重金属含量基本情况见表2。

表2 番禺区农田重金属含量基本情况（mg/kg）

8种重金属的浓度范围分别为：Pb1.4～136mg/kg，Cd0.06～1.14mg/kg，Hg0.028～1.21mg/kg，As1.4～36.2mg/kg，

Cr9～256mg/kg ，Cu4～212mg/kg，Zn12.8～344mg/kg，Ni5～64mg/kg，平均值均高于广东省土壤背景值和全国土壤背景值，表明这些土壤均已受到人为因素污染的影响。其中Hg超出倍数最大，其均值为广东省土壤背景值的3.61倍，其次则是Cd和Cu，均值分别为广东省土壤背景值的3.45倍和2.65倍。

由表2可知，除Hg、Cd的平均含量超出标准限量值外，其他6种重金属元素的平均含量均未超出标准限量值，但出现了超标样品。其中Cd的平均含量最高，是限量值的1.08倍，其次为Hg，是限量值的1.02倍。调查区域中未出现Pb含量超标样品，Pb平均含量是标准限量值的18.3%。

变异系数反映了总体样本中各采样点的平均变异程度。一般情况下，变异系数在0～10%之间属于弱变异，在10%～100%之间属于中等变异，100%以上属于强变异[11]。由表2可知，番禺区农田土壤8种重金属的变异程度由大到小顺序为：Hg〉Cd〉Cu〉Pb〉Zn〉Cr〉As〉Ni。Hg和Cd的变异系数最大，分别为95%和86%，几乎达到强变异水平，表明重金属含量受人为活动干预强烈或者预示着工厂等点源性污染的存在。Cu、Pb、Zn、Cr、As和Ni的变异系数相对较小而且十分接近，属于中等变异，说明人为活动对这6种重金属的污染贡献率相似，或者具有同源性。

由土壤环境质量标准（GB 15618-1995）[9]可知，不同pH范围其标准限量值各不相同，因此应根据土壤pH的不同而选用不同的参照值。在42个土样中，pH〈6.5的为25个，pH在6.5～7.5之间的为15个，而pH大于7.5的仅2个点，平均值为5.86。按GB 15618-1995的评价标准，土壤中各类重金属分级情况见表3。由表3可以看出，番禺区农田土壤的八种重金属元素含量都以一级和二级为主。作为种植蔬菜和粮食的土壤，所谓超标，指的是土壤中某重金属元素含量超过二级以上的情况，即达到三级和超三级[12]。8种元素Pb、Hg、Cd、As、Cr、Cu、Zn和Ni的超标率分别为0%、19.0%、31.0%、2.38%、4.76%、14.3%、9.52%和11.9%。8种重金属的超标率大小顺序为：Cd〉Hg〉Cu〉Ni〉Zn〉 Cr〉As〉Pb，表明镉的污染最普遍，其次是汞。

番禺区农田重金属复合污染综合各种元素含量，只要有一种元素含量超标，则可认为该土壤重金属超标[12]。在所调查的42个土样中，一种重金属元素都没有超标的土样有23个，占54.8%，其余19个土样超标，超标率为45.2%。其中，只有1个元素超标的样品有10个，占23.8%；2个元素同时超标的样品有4个，占9.5%；3个元素同时超标的样品有3个，占7.1%；4个元素同时超标的样品为0；5个元素同时超标的样品有2个，占4.8%，没有6个或6个以上元素同时超标的情况。综上所述可知，番禺区农田土壤以单一重金属污染为主，Cd为最主要的污染元素，但重金属复合污染也很严重，甚至出现了2个土壤同时受5种重金属元素污染的情况，分析其原因，可能是该土壤使用了未经分类的垃圾当作肥料。

表3 番禺农田土壤重金属含量分级情况

2.2 番禺区农田土壤重金属污染评价

根据内梅罗综合污染指数的评价模式，以土壤质量二级标准为评价标准，计算番禺区农田土壤重金属综合污染指数，结果见表4。

表4 番禺区农田土壤重金属污染指数

结果表明：番禺区农田土壤重金属综合污染指数为0.85，在污染警戒限内。8种重金属的污染指数高低顺序为：Cd〉Hg〉Cu〉Ni〉Zn〉 Cr〉As〉Pb，与超标率大小顺序相同。Cd的超标率和单因子污染指数均最高，表明其污染普遍程度和污染程度最高，由此可知，造成番禺区农田土壤污染的主要重金属是Cd。

根据各个样品的综合污染指数大小，划分污染等级，并统计番禺区农田土壤重金属污染等级，结果见表5。

表5 番禺区农田土壤重金属污染等级评价

统计显示：处于安全状态的样品为33.3%，31.0%的土壤处于警戒限和安全值之间，有35.7%的土壤受到不同程度的污染，其中大部分是轻度污染，占所有样品的23.8%，中度污染的样品占总数的9.5%，重度污染的样品占总数的2.4%。由此可知，番禺区农田土壤重金属污染问题较为严重，污染程度较集中在轻度污染，过半土壤在污染警戒限以下。

2.3 番禺区农田土壤重金属污染地区分布

按照采样区域进行分区统计，五个区域的土壤重金属污染程度分布情况见下图。由图中可以看出，受重金属污染的区域主要集中在区域四，该区域的样品综合污染指数均在轻度污染以上，污染程度以中度污染为主，为50%，轻度污染和重污染程度样品各为25%。其次为区域二和区域一，警戒限以下的土壤样品比例为50%和64.7%，区域三和区域五的污染情况较好，区域内的全部土样均在警戒限以下。

番禺区农田土壤重金属污染地区分布图

2.4 土壤重金属含量相关性分析

相关系数是用以反映变量之间相关性关系密切程度的统计指标，当相关系数绝对值越来越大而向1靠拢时，表明两者的相关程度越来越密切，当相关系数绝对值越来越小而向0靠拢时，表明两者的相关程度越来越微弱。将相关系数的绝对值划分为三个等级：绝对值小于0.4为低度线性相关，大于等于0.4且小于0.7为显著性相关，大于等于0.7且小于1为高度线性相关。通过SPSS软件计算出任意两种重金属的相关系数，土壤中各重金属之间的相关系数如表6所示。由表6可知，8种重金属之间共有28组元素组合，除（Hg，Cr）、（Hg，Ni）、（As，Cr）、（As，Cu）以及（Cu，Cd）这五组元素组合的相关系数低于0.4呈现低度线性相关外，其他23组元素组合间的相关系数均在0.4至0.7之间，呈现显著性线性相关，此外，Pb、Zn和Ni是伴随污染最多的重金属元素，这说明这些重金属污染的途径是相似的。

表6 番禺区农田土壤各种重金属的相关性

3 结论与讨论

3.1 番禺区农田土壤重金属污染情况较为严重

调查区域的农田土壤中8种重金属的平均含量均高于广东省的土壤重金属背景值和全国土壤背景值，特别是Hg 和Cd，其均值分别为广东省土壤背景值的3.61倍和3.45倍。在所调查的42个土样中，1种重金属元素都没有超标的土样有23个，占54.8%，其余19个土样超标，超标率为45.2%。而根据内梅罗综合污染指数的评价模式，处于安全状态的样品为33.3%，31.0%的土壤处于警戒限和安全值之间，有35.7%的土壤受到不同程度的污染，其中大部分是轻度污染，占所有样品的23.8%，中度污染的样品占总数的9.5%，重度污染的样品占总数的2.4%。

3.2 8种重金属的污染程度出现明显差异

所调查样品中除Pb没有超过土壤质量二级标准限值外，其他7种重金属元素Hg、Cd、As、Cr、Cu、Zn和Ni均有超标样品，其超标率分别为19.0%、31.0%、2.38%、4.76%、14.3%、9.52%和11.9%，超标率大小顺序为：Cd〉Hg〉Cu〉Ni〉Zn〉Cr〉As〉Pb，表明镉的污染最普

遍，其次是汞。番禺区农田土壤以单一重金属污染为主，Cd为最主要的污染元素，但重金属复合污染也很严重，甚至出现了2个土壤同时受5种重金属元素污染的情况。

3.3 不同地区的重金属污染程度差异较大

重金属污染的区域主要集中在区域四，该区域的样品综合污染指数均在轻度污染以上，污染程度以中度污染为主，为50%；轻度污染和重度污染程度的样品各为25%。其次为区域二和区域一，警戒限以下的土壤样品比例为50%和64.7%，区域三和区域五的污染情况较好，区域内的全部土样均在警戒线以下。

3.4 讨论

综上所述，番禺区农田土壤重金属污染状况不容忽视，45.2%的土壤受到一种或以上重金属元素污染，超过1/3的土壤处于警戒限以上。该结论与包波[13]2009年发表的调查结果有所不同，包波等的调查结果虽然表明番禺区耕地土壤环境质量不容乐观，但却没有超标土壤样点出现，出现这种不同可能跟近年来广泛使用未经处理分类的垃圾肥以及日益加重的污染有关。

但由于本次调查分析时间紧任务重，取样范围和样品数量有限，因此数据并不足以代表番禺全区的土壤环境质量现状，建议以后可选取更大范围和更多数量的样品来做调查分析，这样结果更具有代表性。同时，相关部门也应高度重视并采取措施，加强对农民的指导和培训，引导农民科学合理使用肥料，加大农业投入品监管力度，维护农业生产安全，同时加强与有关部门的沟通协作，防止未经科学处理、不符合《城镇垃圾农用控制标准》的生活垃圾流入和污染农田，防止土壤中的重金属通过食物链进入人体危害健康。

[1]关共凑，李雄文，等.佛山市城郊菜地土壤重金属污染状况调查与评价[J].佛山科学技术学院学报：自然科学版，2012，30（3）：7-12.

[2]土壤pH值的测定（NY/T 1377-2007）[S].

[3]土壤质量 铅、镉的测定 KI-MIBK萃取火焰原子吸收分光光度法（GB/T 17140-1997）[S].

[4]土壤质量 土壤中总汞测定 原子荧光法（GB/T 22105.1-2008）[S].

[5]土壤质量 土壤中总砷测定 原子荧光法（GB/T 22105.2-2008）[S].

[6]土壤总铬的测定 火焰原子吸收分光光度法（HJ 491-2009）[S].

[7]土壤质量 铜、锌的测定 火焰原子吸收分光光度法（GB/T 17138-1997）[S].

[8]土壤质量 镍的测定 火焰原子吸收分光光度法（GB/T 17139-1997）[S].

[9]土壤环境质量标准（GB 15618-1995）[S].

[10]万凯，王富华，等.东莞农田土壤重金属污染调查分析[J].广东农业科学，2010，37（6）：198-220.

[11]周文鳞，李仁英，等.南京江北地区菜地土壤重金属污染特征及评价[J].大气科学学报，2009，32（4）：574-581.

[12]刘恒.广州远郊土壤-蔬菜系统重金属污染研究[D].中山大学，2005.

[13]包波，洪启金.广州市番禺区农业土壤环境质量现状与治理对策[J].广东农业科学，2009（1）：92-93.

Investigation Analysis on Heavy Metal Pollution of Cropland Soil in Guangzhou Panyu District

LI Jie-wen, LI Chao, HUANG Chun-lin, LI Shun-quan
(Guangdong Jintada Safety Science & Technology Co., Ltd, Guangzhou 528000, China)

The paper makes analysis on contents of 8 heavy metals such as As、Hg、Cu、Zn、Ni、Pb、Cr、Cd in cropland soil in Guangzhou Panyu District, and refers to the II grade standard of the National Soil Environmental Quality Standard (GB 15618-1995), adopts odd gene pollution index method and Nemero colligation pollution index method to evaluates heavy metal pollution degree. The result shows that cadmium pollution lists the first and mercury pollution is the second in 42 soil samples. There are positive correlations of low limit or notable linearity between 8 kinds of heavy metal elements. They are provided with the auto polyploidy.

Guangzhou Panyu District; cropland soil; heavy metal; pollution

X53

A

1006-5377（2015）08-0065-05