莆田市畜禽养殖场周边农田土壤重金属污染监测及评价

莆田市环境监测中心站 金媛娟

随着工业发展和农业化肥、农药的使用，近年来农田土壤日益受到重金属污染。重金属作为持久、隐蔽、易富集的污染物，带来的环境问题越来越受到重视。为掌握莆田市畜禽养殖场周边农田土壤重金属污染状况，选取城厢区灵川镇桂山村、涵江江口镇园顶村、秀屿区东峤镇东兴村3个规模化养殖场周边农田土壤作为调查对象，测试镉（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、铅（Pb）、铬（Cr）、铜（Cu）、锌（Zn）和镍（Ni）8种重金属元素含量，对照标准评价土壤重金属污染程度，为农田土壤重金属污染防治提供技术保障。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

莆田市位于福建沿海中部，属南亚热带海洋性季风气候，夏无酷暑，冬无严寒。年降水量在1000～1800mm之间，为全国降水丰富的地区之一。全区土壤共有砖红壤性红壤、红壤、水稻土3个土类，研究区内土壤以水稻土为主。本文调查对象皆为水稻土。

1.2 样品采集与处理

选取城厢区灵川镇广东（温氏）家禽养殖有限公司、涵江区江口镇莆田市鸿兴畜禽良种有限公司和秀屿区东峤镇秀屿区绿康农牧有限公司3个畜禽养殖场周边农田土壤作为调查对象，附近没有明显的工业污染源，各设5个采样点位，具体见图1～图3。采样时间为2015年6月29日、6月30日和7月1日，按照《土壤环境监测技术规范》相关要求，在每个畜禽养殖场外围500m范围内采用网格法随机布点，网格大小100m×100m，采集0～20cm表层土样2kg，密封保存，运回实验室进行处理。采样前GPS定位，拍摄照片。

图1 温氏公司周边土壤采样点位示意图

图2 鸿兴公司周边土壤采样点位示意图

图3 绿康公司周边土壤采样点位示意图

1.3 样品分析与测试

土样经自然风干后碾碎，除去碎石、沙砾、残根等杂物，用木棍辗压，再用玛瑙球磨机研细，过20目和100目尼龙网筛，分装在磨口棕色玻璃瓶和聚乙烯塑料瓶中供分析测试用。为防止样品污染，样品采集、装袋、粉碎等处理过程均采用竹铲、木头、塑料等工具操作。

测试方法：土壤pH采用玻璃电极法，水土比2.5∶1，Hg采用冷原子吸收分光光度法，As采用原子荧光法，Cr、Cu、Zn、Ni、Pb、Cd采用电感耦合等离子体发射光谱法。

1.4 评价标准

采用《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）中的二级标准[1]，标准限值见表1。

表1 土壤环境质量标准值 单位：mg/kg

1.5 评价指数

土壤环境质量评价一般采用单项污染指数法，当区域内土壤质量作为一个整体与外区域土壤质量比较时，用综合污染指数评价[2]。

（1）单项污染指数法： Pi=Ci/Sip

式中： Pi为单项污染指数， Ci为调查土壤中污染物的实测浓度，Sip为污染物的评价标准值或参考值。

（2）内梅罗综合污染指数法：P综=[（Pmax）2+（P平均）2/2]1/2

式中：P综为内梅罗污染指数，Pmax为土壤重金属中污染指数最大值，P平均为土壤各单项污染指数的平均值。

土壤污染程度划分为五级（见表2）。

表2 土壤综合污染指数分级标准

2 结果与讨论

2.1 土壤重金属含量分析结果

根据样本分析结果,土壤中各指标范围值、平均值、超标点位统计结果见表3。

表3 土壤监测结果统计及超标点位 单位：mg/kg

温氏周边农田重金属的浓度大小顺序依次为：Zn>Pb>Cu>Ni>Cr>As>Cd>Hg；鸿兴周边农田重金属的浓度大小顺序依次为：Zn>Cu>Pb>Cr>Ni>As>Cd>Hg；绿康周边农田重金属的浓度大小顺序依次为：Zn>Cu>Pb>Cr>Ni>As>Cd>Hg。

对照《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）中的二级标准，结果显示Cu、Cd和Zn存在超标现象，其它Pb、Cr、Ni、As、Hg5个项目均达标。其中，Cu超标点位为温氏养殖场周边农田4个测点、鸿兴和绿康养殖场周边农田各1个测点，最大值为110mg/kg ，出现在鸿兴养殖场周边，超标0.1倍，这可能与测点农田的农用化学品残留有关。Cd超标点位为温氏和鸿兴养殖场周边农田各 1个测点，最大值为0.416mg/kg ，超标0.3倍多。农田土壤中Cd含量高，与频繁的耕作、家用机械的使用和化肥的大量施用有关。调查发现农田常施用有机肥、过磷酸碱复合肥。磷肥是以磷矿为原料生产，研究发现磷矿中含有 Cd、Cr等，原磷矿中所含的Cd大部分或全部残留在磷肥中[3]。Cd随着磷肥进入土壤，由于 Cd在土壤中运动小，流失少，不会被微生物分解，加上长期施用增加了土壤中Cd的积累。Zn超标点位为温氏和鸿兴养殖场周边农田各1个测点，最大值为377mg/kg ，超标0.5倍。这可能与采样位置离公路较近、车流量较大有关，因为Zn通常被作为交通污染源的标识元素[4]。

监测区域土壤重金属含量及背景值见表4。

表4 监测区域土壤重金属含量及背景值 单位：mg/kg

各测点 As浓度均低于背景值，其余项目均有测点高于背景值。其中Cd、Pb、Cr、Cu、Zn分别有66.7%、20.0%、6.7%、93.3%、53.3%样品超过背景值。Hg和Ni累积较小，最大值超过背景值 0.5倍以下。说明 8种元素中，只有 As未富集，其它7种重金属元素均存在不同程度的富集现象，其中Cd、Cu、Zn超背景较高，富集较明显。

2.2 土壤污染物污染评价

监测区域土壤中重金属单项污染指数见表5。

表5 监测区域土壤中重金属污染指数 单位：mg/kg

土壤样品中Hg、As、Pb、Cr和Ni单因子污染指数均小于 1，表明监测土壤含量均低于《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）中的二级标准。而Cu、Cd和Zn分别有6、2、2个监测点位单因子污染指数均大于1，说明个别点位土壤存在Cu、Cd、Zn超标现象。从单项污染指数平均值大小可以看出，土壤重金属污染程度由重到轻排序为Cu>Cd>Zn>Ni>Hg>Pb>Cr>As。

对各区域的综合污染指数统计结果，综合污染指数在0.59～0.75，平均值为 0.69，小于 0.7，表明监测区域的土壤总体为清洁水平，可以满足保障农业生产和维护人体健康需要。15个监测点位中，Ⅰ级（清洁）有15个。按区域评价：温氏养殖场周边农田P综=0.75，为Ⅱ级（尚清洁）水平级；鸿兴养殖场周边农田P综=0.59，为Ⅰ级（清洁）；绿康养殖场周边农田P综=0.71，为Ⅱ级（尚清洁）。综合污染指数由大到小的顺序为：温氏>绿康>鸿兴。

3 结论

3.1 对温氏、鸿兴、绿康养殖场周边农田的土壤监测分析结果表明，莆田市畜禽养殖场周边农田土壤 Hg、As、Pb、Cr和Ni均达标，个别测点Cu、Cd、Zn存在超标现象。根据单项污染指数比较，土壤重金属污染程度由重到轻顺序为：Cu>Cd>Zn>Ni>Hg>Pb>Cr>As。

3.2 采用内梅罗综合污染指数法对监测结果进行评价，评价结果表明，所监测区域的土壤总体污染为清洁水平，可以满足保障农业生产和维护人体健康需要。

3.3 与福建省水稻土背景值比较，各测点的As浓度均低于背景值，其余项目均有测点高于背景值。

3.4 利用规模化畜禽养殖场的有利条件,通过科学利用沼液、沼渣，用肥性较高的有机肥替代农药、化肥，变“废”为“宝”，有效减少畜禽养殖场周边农业面源重金属元素对农田土壤的污染。

3.5 由于土壤重金属污染的不可逆性和不易修复，指导农民科学合理地施用化肥和农药成为当务之急。应采取结合防治的方法研究新的杀虫除害途径，做好农药安全性评价和安全使用标准的制定工作。

[1] 夏家淇，蔡道基，夏增禄，等. 土壤环境质量标准（GB15618—95）[S]. 国家环境保护局，1995.

[2] 邵学新，吴明，蒋科毅.西溪湿地土壤重金属分布特征及其生态风险评价[J]. 湿地科学,2007,5(3):253-259.

[3] 鲁如坤.我国磷矿磷肥中镉的含量及其对生态环境影响评价[J].土壤学报,1992,29(2):150-157.

[4] 王学松，秦勇.徐州城市表层土壤中重金属环境风险测度与源解析[J].地球化学, 2006,35(1):88-94.

[5] 刘用清.土壤环境质量评价标准研究及应用[J].上海环境科学，1996，15(11): 8-10.