海口市农村土壤重金属含量状况与评价

仝霞，莫芳敏，刘芳，唐小妹，郭彬

（1.海口市环境保护监测站，海南海口571100；2.海南省农业干部学校培训科，海南海口571100）

海口市为海南省省会，是全省政治、经济、科技、文化中心，交通邮电枢纽，同时也是热带滨海旅游城市之一，生态资源丰富，人口密集，是周边农村畜禽农产品的主要消费区.海口周边农村土壤环境质量的好坏直接影响着生态系统质量和人们身体健康[1].

生态环境保护与农业生产都离不开土壤，土壤为景观植物和农作物生长提供基本的营养物质，特殊的胶体结构具有容纳一定量的废水和固废的能力，起到净化环境的作用，但是超过土壤自身的净化能力或环境容量时，土壤的理化性质就会发生改变，失去净化器的功能[2]，造成生态系统恶化.特别是难以降解的重金属类，这类物质具有普遍性、表聚性、迁移小、不可逆性等特点[3]，在土壤中蓄积富集会引起复杂的生物效应和毒害反应，同时通过生物链的传递和富集，危害人类健康.

因此，土壤重金属污染问题在各界已有广泛研究，特别是对其含量分布及评价的研究最为广泛，对海南全省的研究也有报道[4-5]，但针对海口市农村的土壤重金属状况未见报道，本文旨在对海口市农村生态环境质量做出调查评价的同时，分析其污染的原因，从而为制定海口市农村生态环境保护对策和保护人们身体健康提供科学参考.

1 材料与方法

1.1 区域概况

海口市位于北纬19°32′～20°05′，东经100°10′～110°41′.处于热带滨海，富于海滨自然风光景观.地处海南岛北部，北濒琼州海峡，东与文昌市相邻，南与文昌市、定安县接壤，西邻澄迈县.地表主要为第四纪基性火山岩和第四系松散沉积物，呈较大面积分布，滨海以滨海台阶式地貌为主，西部以典型的火山地貌为主.全市土地面积2304.84 km2，其中农业用地1756 km2.主要土壤类型有水稻土、砖红壤、菜园土、潮沙泥土、滨海盐渍沼泽土、滨海盐土、滨海沙土7个土类.

1.2 样品的采集与处理

本次主要选择海口市农村典型的居民区、基本农田、菜地、畜禽养殖重点区域开展取样研究，共采集45 个样品.研究区通过GPS 定位，采用梅花形采样，使用竹铲采集0～20 cm 的土样，同一样品由15～20个土样混合构成，并用四分法留取1 kg.混合土样在室内经自然晾干、压碎、剔除砾石及动植物残体后，混匀、用玛瑙研钵研磨，过200目尼龙筛处理后，留取20 g 土样用于Hg、As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn 等重金属元素的分析测定.同时使用国家环境保护部生产的土壤标准物质进行校准，保证准确度.

1.3 样品的测定

本文中样品前处理使用HNO3+HCl微波消解，冷却、定容，上机.元素Hg 和As 用双道冷原子荧光光度计（AFS-830 型）测定.Cd、Cr、Cu、Pb、Zn 原子吸收仪（ZEEnit-700）测定.

2 土壤环境重金属污染评价

2.1 重金属评价标准

本文研究以《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）[6]中的二级标准作为土壤各项重金属污染物的含量限值进行评价.评价标准见表1.

表1 土壤环境质量标准（GB15618-1995)Tab.1 Environmental quality standard for soil（GB15618-1995) （mg·kg-1）

2.2 重金属评价方法及分级

2.2.1 单项污染指数

采用单因子污染指数法[7]对土壤重金属污染状况进行评价，计算公式为：

式中，Pi为土壤污染物i的环境质量指数；Ci是土壤污染物i实测值，单位为mg·kg-1；Si是土壤污染物i的评价标准，单位为mg·kg-1.

当Pi＜1时，表示土壤未污染；Pi＞1表示土壤已受污染；Pi的值越大，表示土壤污染越严重[8].

2.2.2 综合污染指数

采用综合污染指数法对土壤重金属污染进行评价，计算公式为：

式中：P综为土壤环境综合污染指数；Pimax为污染物中污染指数最大值；为各污染指数平均值.综合因子污染指数分级标准见表2.

表2 土壤重金属污染分级标准Tab.2 The classification standard for soil in heavy metal pollution

2.2.3 潜在生态风险指数评价

潜在生态风险指数法不仅可以考虑重金属的含量，而且与重金属的生态效应、环境效应和毒理学联系在一起，定量地划分了潜在风险程度[9].公式如下：.

表3 重金属含量参比值

表3 重金属含量参比值

Cd Hg As Cu Pb Cr Zn 30 40 10 5521 0.20 0.15 15 35 35 90 100元素Ti r Cin（mg·kg-1）

表4 潜在生态危害系数及风险指数RI与污染程度的关系Tab.4 The relationship beween potential ecological risk index or risk index and degrees of pollution

表4 潜在生态危害系数及风险指数RI与污染程度的关系Tab.4 The relationship beween potential ecological risk index or risk index and degrees of pollution

＜40 40～80 80～160 160～320≥320低中较重重严重＜150 150～300 300～600≥600低中等重严重系数范围 污染程度 指数范围 污染程度污染程度划分Eir RI项目

3 结果与分析

3.1 土壤重金属含量与统计表征

对45 个采样区土壤样品进行重金属含量分析测试，结果见表5.研究显示海口市农村土壤重金属含量均值依次为Zn＞Cr＞Cu＞Pb＞As＞Cd＞Hg，土壤重金属含量均在国家二级标准范围内.试验发现土壤Zn 含量值在7 种重金属元素中最大，此研究结论与海南省农业用地表层土的重金属研究结果一致①，可能与海南土壤成土母质重金属含量的继承有关.同时，也有报到指出有机肥含Cu 和Zn 较高，长期大量施用无疑会提高土壤重金属的含量[12-13].从变异系数来看，依次为Hg＞Cr＞Cu＞Zn＞As＞Cd＞Pb，其中Hg、Cr和Cu变异系数较大可能与人类活动干扰有关，由于此次采样点分布覆盖居民聚集区，且该三种元素的含量最大值均出现在居民区，因此人类生产生活对土壤重金属有一定的影响.

表5 海口市农村土壤重金属总量统计表Tab.5 Statistics table of heavy metal content in the rural soil of Haikou city

3.2 土壤重金属评价结果

3.2.1 单因子指数法评价结果

由表6 统计结果可以看出，海口市农村土壤重金属单因子指数均小于1，表明土壤未受污染.其单因子指数均值分别为Cu（0.952）＞Cd（0.583）＞Zn（0.497）＞Cr（0.450）＞Hg（0.102）＞Pb（0.077）＞As（0.021）.表明元素Cu 和Cd 对土壤重金属污染贡献较大，可能与农业生产中大量使用化肥、农药有关，其中Cd 一般为农业活动的标识元素[14].原因可能是海南水热资源丰富，为病虫害发生提供了很好的条件，一些含Cu 的低毒杀虫剂和含Cd 较多的磷肥使用较多，部分农药通过作物吸收和流失逐渐在土壤中积累[15].

表6 海口市农村土壤重金属单因子指数及综合污染指数Tab.6 The single and multiple pollution index of the rural soil in Haikou

3.2.2 综合因子指数法评价结果

从综合污染指数来看，该研究区域土壤Cu＞Cr＞Cd＞Zn＞Hg＞Pb＞As，只有Cu和Cr受到轻度污染，属于已受污染水平；其他元素均未超出警戒线，为尚清洁以下水平；土壤状况总体良好.土壤中元素Cr可能是农业生产导致的污染，与耕作和种植方式有关，农膜、化肥和农药的大量使用增加了重金属污染风险.也有研究表明，元素Cr属于地质来源，受地球化学成因影响[16].

3.2.3 潜在生态危害评价结果

利用土壤元素毒性系数与单因子污染指数进行计算，结果见表7，土壤重金属的潜在生态危害系数均小于40，为低污染等级；风险系数为28.318，小于150，亦属于低污染等级.潜在生态危害系数除Hg外，Cd、Cu和Cr均排在前列，与综合污染指数排序基本一致；其中Hg 和Cd 的结果较大与其生态毒性系数较大有关.各元素的重金属潜在生态危害系数和风险系数均在低污染水平，土壤环境处于轻微污染，属于清洁安全状态.

表7 海口市农村土壤重金属的潜在生态危害系数及风险指数Tab.7 The potential ecological risk index and risk index in the rural soil of Haikou city

4 结论与分析

1）海口市农村土壤重金属含量均在国家《土壤环境质量标准》二级范围内.

2）从变异系数来看，依次为Hg＞Cr＞Cu＞Zn＞As＞Cd＞Pb，其中Hg、Cr 和Cu 变异系数较大可能与人类活动干扰有关，由于此次采样点分布覆盖居民聚集区，且该三种元素的含量最大值均出现在居民区，因此人类生产生活对土壤重金属有一定的影响.

3）从污染指数、潜在生态危害系数和风险系数来看，均在低污染水平，土壤环境尚处于清洁安全水平.

结果表明，海口市农村土壤环境质量总体良好，只有部分区域的土壤受到轻微污染，尚处于清洁安全状态.海口市农村土壤污染主要与人类活动干扰有关，其中，菜地和农业用地的污染主要与施肥种类、农药种类和种植方式有关.因此，海口市农村土壤环境保护还应对症治理，加强管理，合理规划.

[1]张磊,宋凤斌,王晓波.中国城市土壤重金属污染研究现状及对策[J].生态环境,2004,13(2):258-260.

[2]潘勇军,陈步峰,肖以华,等.广州市城市森林土壤重金属污染状况及其评价[J].生态环境,2008,17(1):210-215.

[3]陈怀满,郑春荣.中国土壤重金属污染现状与防治对策[J].Ambio-人类环境杂志,1999,3（2）:130-134.

[4]赵志忠,王鹏,赵广儒,等.海南岛西部农用地表层土壤重金属富集研究[J].生态环境学报,2012,21(1):136-139.

[5]李福燕,李许明,杨帆,等.海南岛农田土壤重金属污染的评价及其来源分析[J].海南大学学报:自然科学版,2013,31(3):211-219.

[6]叶文虎,栾胜基.环境质量评价学[M].北京:高等教育出版社,1994:23-45.

[7]奚旦立,孙裕生,刘秀英.环境监测[M].北京:高等教育出版社,1995:4.

[8]刘凤枝.农业环境监测手册[M].北京:中国标准出版社,2001:35-37.

[9]Hakanson L.An ecological risk index for aquatic pollution control.a sedimentological approach[J].Water Research,1980,14(8):975-1001.

[10]徐争启,倪师军,张成江.潜在生态危害指数法评价中重金属毒性系数计算[J].环境科学与技术,2008,31(2):113-116.

[11]丁喜桂,叶思源,高宗军.近海沉积物重金属污染评价方法[J].海洋地质动态,2005,21(8):31-36.

[12]陈同斌,黄铭洪.香港土壤中的重金属含量及其污染现状[J].地理学报,1997,52(3):228-236.

[13]梅惠,徐小磊,李长安.合肥市长圩乡菜地土壤重金属含量及环境现状[J].安徽农业科学,2008,36(3):1122-1123.

[14]Gray C W,Mclaren R G,Roberts A H C.The effect of long-term phosphatic fertiliser applications on the amounts and forms of cadmium in soils under pasture in New Zea⁃land[J].Nutrient Cycling in Agroecosystems,1999,54:267-277.

[15]李福艳.海南岛农用地重金属污染现状调查与评价研究[D].海口:海南大学,2010.

[16]Adrie V,Bert H.Sources of Cd,Cu,Pb and Zn in biowaste[J].Sci Total Environ,2002,300:87-98.