富平县农业土壤重金属分布特征及其污染评价

胡 明，卢佳奇

(1.渭南师范学院 化学与环境学院，陕西 渭南 714099；2.陕西省河流湿地生态环境重点实验室，陕西 渭南 714099)



【现代应用技术研究】

富平县农业土壤重金属分布特征及其污染评价

胡 明1,2，卢佳奇1,2

(1.渭南师范学院 化学与环境学院，陕西 渭南 714099；2.陕西省河流湿地生态环境重点实验室，陕西 渭南 714099)

为了研究富平县农业土壤重金属污染现状，在富平县设22个点进行取样，对取回的样品经化学分析后，使用单因子污染指数法及内梅罗污染指数法进行污染评价。结果表明：富平县各采样点农业重金属含量水平差异很大。土壤重金属含量的变异系数在17.8%～86%之间。其中，Pb元素的单项污染指数最大为1.73，其综合污染指数也最大为1.02，其次是Mn、Zn两种元素。富平县农业土壤重金属整体处于尚清洁水平。

富平县；土壤重金属；空间分布特征；污染评价

农作物是人民生活必不可少的产品，重金属含量是衡量农产品质量的重要指标之一[1]。如果长期食用重金属含量过高的农作物，将对人体健康产生极大影响[2]。在城镇化推进过程中，人类的很多活动对土壤产生了严重影响，使得土壤面临的环境压力越来越大，可以利用的土壤资源变得越来越少。如何协调土壤资源短缺与经济快速发展相平衡，成为政府关注的热点[3]。目前重金属污染已经成为我国最主要的农业土壤环境污染因素之一。[4]

富平县以农作物为主要经济来源。通过对富平县的土壤重金属的分布特征以及污染评价进行分析研究，能使富平县更加科学地选择适合本县农业重金属污染的治理方法，保护富平县农作物不受重金属的污染，为富平县实施重金属污染治理措施提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

在富平县选取22个农业土壤采样点(如图1所示)。在每个采样点均按照对角线法选15～20个点，使用土钻取0～20 cm表层土壤，将取出的土壤均匀混合去除其中的杂物，通过四分法取1 kg装入聚乙烯袋中，带回进行重金属含量检测。

1.2 样品处理

样品风干后过20目尼龙筛，依据GB/T22105—2008以原子荧光光谱法测定Pb,Mn、Zn，依据GB/T23739—2009使用火焰原子吸收光谱法测定。

图1 富平县采样分布

2 评估标准

2.1 计算依据

根据中华人民共和国环境保护行业标准(HJ/T166—2004)《土壤环境监测技术规范》，土壤重金属质量安全评价模式具体分为单项污染指数法和综合污染指数法。其单项污染指数公式为：

其中：Pi为土壤中污染物i的单项污染指数，Ci为土壤中污染物i的实测数据，Si为污染物i的评价标准。Pi<1，表示土壤未受污染物i污染。Pi>1，表示土壤受污染，Pi越大，受污染程度越大。

本研究采用内梅罗(N.L. Nemerow)[5]污染指数法进行综合污染指数评价。内梅罗指数是一种兼顾极值或称突出最大值的计权型多因子环境质量指数，它特别考虑了污染最严重的因子，而且在加权过程中避免了权系数中主观因素的影响，使得评价结果更加客观。综合污染指数公式为：

其中：P综合为内梅罗综合污染指数，P最大为单项污染指数最高值，P平均为参加评价的单项污染指数的算术平均值。土壤环境质量分级是土壤质量评价的基本内容。按综合污染指数分级标准，当P综合≤0.7 时，土壤环境质量为安全级； 当0.73 时，土壤等级为 5 级，重度污染。

2.2 背景值

土壤元素背景值。我们使用中国环境监测总站编著的《中国元素背景值》中的黄壤数据得出表1。

表1 土壤中重金属背景值(mg/kg)

3 数据分析与评价

3.1 数据的描述性统计

通过如上检测方法对取回的土壤样本进行检测，最终得出富平县22个点的土壤中重金属含量，将各采样点的含量范围、平均值、相对标准差经过处理后数据见表2。

表2 富平县不同基地土壤重金属含量

通过表2可以看出，富平县农业土壤重金属分布状况，各个采样点重金属含量差异很大，土壤重金属变异系数总体在17.8%～86%之间。变异系数主要集中在17.8%～40.91%之间，其中：锌>铅>锰，富平县的农业土壤中锌的含量差异较大，锰的整体差异较小(见表1)。

农业土壤重金属超标与工业污染、化肥及农药大量使用、道路交通影响、灌溉、大气沉降等因素有关，而造成当地土壤重金属变异性较大的原因，可能与近几年来富平县为发展工业建立了庄里工业园区相关，其重点发展了建材、装备制造、煤化工，在生产过程中不可避免地会使锌、铅等重金属含量增加，所以总体上来看锌和铅的变异系数较大。

3.2 污染评价

采用内梅罗( N.L. Nemerow)污染指数法进行综合污染指数评价。富平县土壤重金属评价结果见表3。

表3 富平县土壤重金属污染指数及污染评价

从表3可以看出，富平县农业土壤中锌元素的单项污染指数小于1，未对土壤造成污染。淡村乡、宫里乡南陵二队中部、梅家坪、王宁乡军寨二组、东上关乡村东、曹村乡大贾三队东这几个采样点锰元素的单行污染指数大于1，对土壤造成了轻度污染。觅子乡、齐村乡、王宁乡军寨二组、宫里乡南陵二队中部、梅家坪乡、淡村乡几个采样点铅元素的单项污染指数大于1，对土壤造成了轻度污染。除觅子乡为轻度污染外，其他乡镇综合污染指数都在安全、尚清洁水平。其中：觅子乡、齐村乡、曹村乡大贾三队东、到贤乡盖村东南、宫里乡南陵二队中部这5个采样点均位于富平县中部，觅子乡临近210国道，并使用石川河的水源进行农业灌溉，大气沉降和污水灌溉可能是造成此地农业土壤重金属污染程度较高的原因。齐村乡和曹村乡大贾三队东均是富平县的经济作物主要产地，由于近几年化学肥料代替有机肥料的普及，使得该地的农业土壤重金属含量明显提高。到贤乡盖村东南这个采样点由于临近盖村面粉厂，使得土壤重金属含量受到了一定程度的影响，宫里乡南陵二队中部则是由于临近宫里石工艺雕刻厂，土壤重金属含量受到影响，同时这两个采样点的化学肥料使用率也明显上升，也是农业土壤重金属超标的原因之一。梅家坪乡位于富平县中北部，该地使用地下水灌溉，周围并无工业污染，主要的污染源还是由于化学肥料的过度使用。淡村乡位于富平县西南部，由于临近210国道，过往车辆排放的尾气中重金属通过大气沉降进入该地的土壤中，使该地的农业土壤受到一定程度的污染。梅家坪位于富平县西部，靠近铜川市区，流经铜川市的沮河，是梅家坪的主要灌溉用水来源，而流经市区的沮河水中含有大量的重金属元素，通过灌溉进入梅家坪的土壤中，对土壤造成污染。同时梅家坪靠近包茂高速以及铜川市的多条公路，由汽车尾气排放的重金属进入大气中，经过大气沉降进入土壤，造成土壤污染，这两点原因使得梅家坪的综合污染指数较大，污染比较严重；王宁乡军寨二组位于富平县南部，靠近县城，该采样点附近有多条道路车流量较大，汽车排放的尾气中重金属经过大气沉降进入土壤中对土壤造成污染。同时通过对陕西省统计年鉴的分析，发现该县的化学肥料使用率在近几年大幅度提高，化学肥料中的重金属进入土壤中同样对该县的土壤造成了污染，由于大量的尾气排放以及肥料的过量使用，导致该县的综合污染指数较大，土壤重金属污染情况较为严重。东上关乡村东采样点位于富平县县城南郊，由于靠近城区又临近京昆高速，所以大气中的重金属元素较多，在大气沉降的作用下对土壤造成一定污染。同时该县的灌溉用水主要来自于石川河和街子水库，其中街子水库距县城水体附近，重金属污染比较严重，而石川河流经铜川市，受铜川市煤矿工业污染同样含有大量的重金属元素，使用这样的水进行农业灌溉，导致该地的综合污染指数较高，土壤的重金属污染程度较大。总的来讲，富平县化学肥料的过度使用是该县最主要的农业土壤重金属污染源，污水灌溉、大气沉降同样对农业土壤重金属污染有一定程度的影响。由于富平县的工业发展水平并不是很高，所以工业污染并没有对富平县农业土壤重金属造成很大影响。

4 结语

(1)富平县各采样点农业重金属含量水平差异很大。土壤重金属含量变异系数在17.8%～86%之间。

(2)富平县各采样点的农业土壤均受到不同程度的污染，单项污染指数Pb最大为1.73，综合污染指数Pb也最大为1.02，重金属污染整体处在尚清洁水平。

(3)在重金属污染因子中，Pb元素污染最为严重，是首要的污染元素，其次是Mn、Zn两种元素。

(4)富平县化学肥料的过度使用是该县最主要的农业土壤重金属污染来源，同时污水灌溉、大气沉降也对农业土壤重金属污染有一定程度的影响。

[1] 杨梦昕,杨东璇,李萌立,等.湘江长沙段沿岸常见农作物重金属污染研究[J].中国林业科技大学学报,2015,35(1):126-130.

[2] 李铁军,张玉荣,胡红美,等.沈家门—朱家尖—桃花附近海域表层沉积物重金属潜在生态风险评价[J].资源与环境科学,2015,(22):200-202.

[3] 毛香菊,肖芳,马亚梦,等.内蒙古草原某铜钼矿区土壤重金属污染潜在生态危害评价[J].矿产保护与利用,2016,(2):54-57.

[4] 王呈,钱新,李慧明,等.南京公园沉降中重金属污染水平及风险评价[J].环境科学,2016,37(5):1662-1669.

[5] 樊霆,叶文玲,陈海燕,等.农田土壤重金属污染状况及修复技术研究[J].生态环境学报,2013，22(10):1727-1734.

【责任编辑 马小侠】

Fuping Regional Distribution Characteristics and Pollution of Heavy Metals in Agricultural Soil

HU Ming1,2,LU Jia-qi1,2

(1. School of Chemistry and Environment, Weinan Normal University,Weinan 714099, China;2. Key Laboratory for Eco-Environment of River Wetlands in Shaanxi Province,Weinan 714099, China)

In order to do the research on the status of heavy metal pollution of agricultural soil in Fuping County, Single-factor pollution index and Nemerow Pollution Index are used to evaluate the pollution status after the chemical analysis of the collected samplings from 22 sampling sites of the county. The research results show that the content level of heavy metal in agricultural soil in the sampling sites of Fuping County differs greatly. The variable coefficient varies from 17.8% to 86%, in which the element Pb ranks the first. Its maximum single pollution index of is 1.73 and its maximum comprehensive pollution index is 1.02. The element Mn and Zn take the second and third places. It is clear that heavy metal pollution of agricultural soil in Fuping County needs to be cleaned.

Fuping; soil heavy metal; spatial distribution characteristics; pollution evaluation

X53

A

1009-5128(2016)19-0034-05

2016-03-13

陕西省河流湿地生态环境重点实验室开放基金项目：黄河湿地农业面源污染现状研究(SXSD1402);陕西省教育厅项目：秦东地区湿地旅游开发研究(15JK1259);陕西省教育厅项目：洽川湿地重金属污染的风险预警分析(14JK1253);渭南师范学院特色学科建设项目：秦东化工、材料技术调查(14TSXK04);渭南师范学院科研计划项目：秦东渭河湿地水质调查与评价(15YKF003)

胡明(1978—)，男，河北沧州人，渭南师范学院化学与环境学院副教授，农学硕士，主要从事地理科学研究。