水稻田重金属污染调查及环境风险评价

李永亮，李健，李桂莲

(1.佳木斯市环境保护监测站，黑龙江 佳木斯 154004；2.黑龙江大学环境科学与工程系，黑龙江 哈尔滨 150080)



水稻田重金属污染调查及环境风险评价

李永亮1，李健1，李桂莲2

(1.佳木斯市环境保护监测站，黑龙江 佳木斯 154004；2.黑龙江大学环境科学与工程系，黑龙江 哈尔滨 150080)

【目的】 评价三江平原佳木斯市区域水稻田重金属污染情况及潜在的环境风险.【方法】 采用与标准比较，计算变异系数和累积指数等方法，测定、评价监测区域水稻田土壤环境质量.【结果】 监测区域57个监测点位、8种重金属含量均低于《土壤环境质量标准》二级标准要求；通过与对照点土壤重金属含量进行对比，水稻田土壤中重金属含量变化相对较小，但汞的变异系数较大(最大值0.744)，其他重金属变异系数相对较小(0.028～0.251)，处于中下强度；部分点位重金属出现累积现象，其中镉的累积情况较重(单项累计指数为2.547)，累积程度为镉>砷>锌>镍>铬>铅>汞>铜.【结论】 佳木斯市水稻田环境质量等级为清洁，总体土壤环境质量为良好，未出现重金属污染情况.

水稻田；重金属污染；环境质量评价；佳木斯

目前，我国城市化进程和工业化快速发展，但与之相配套的环保设施却相对滞后，生活垃圾、含重金属废水、废气等的随意排放，造成土壤中重金属含量发生变化.由于土壤中重金属不易降解，当达到一定浓度时，便会造成重金属污染.当受污染的土壤种植作物时，高浓度的重金属会抑制作物的生长[1-4]，低浓度的重金属会随着植株的吸收进入产品，被人体吸收后，对人体造成危害[5].

佳木斯市地处三江平原腹地，土壤肥沃，有机质含量较高，是国家重要的商品粮基地.水稻作为佳木斯市的主要粮食作物，在粮食总产量和商品化率中占有较大比重.2013年，佳木斯市水稻产量62.9亿斤，商品化率已达到80%，大量的优质水稻以商品形式出现在全国各地的粮食销售场所.

由于水稻田土壤具有一定的特殊性，在表层土壤之下具有一定厚度的犁底层，且犁底层较一般耕地犁底层硬度大.犁底层在保水、保肥，防止养分流失的同时，也阻止了表层和深部土壤之间物质的交换，在表层易造成污染物的沉积和积累，出现部分污染物超标现象.对水稻田土壤中重金属含量进行监测和分析，评价水稻田土壤环境质量现状和变化趋势，有助于掌握重金属含量和变化规律，可以有效防止因重金属积累，对水稻的品质产生影响，保障粮食质量和品质、食用安全具有重要意义.

1 材料与方法

1.1 试验仪器及药品

pH计(梅特勒托利多，FE20)，原子吸收分光光度计(株式会社日立制作所，Z-5000)，全自动顺序注射原子荧光光度计(北京吉天仪器有限公司，AFS-9330)，全自动样品前处理工作站(加拿大Questron公司，Vulcan72型).盐酸、高氯酸、硝酸、硼氢化钾、氢氟酸、硫脲、抗坏血酸(优级纯，天津科密欧化学试剂有限公司).

1.2 样品的采集和制备

在佳木斯市水稻田集中的同江市、富锦市、桦南县、桦川县、汤原县、抚远县布设监测点位57个.三江平原开发初期主要为沼泽地、草地等生态系统，为掌握土壤中重金属变化和积累情况，采集同江市区域内洪河国家级自然保护区缓冲区样品1个、抚远县草地样品3个做为对照点.每个监测点位以对角线法布设采样点(50 m×50 m)，对角线顶点及交叉点共5个样品采集点)，采集表层0～20 cm土壤样品，现场均匀混合后以四分法取样，使用聚乙烯塑料袋带回实验室内.将样品置于搪瓷盘内，阴凉处阴干，使用木槌敲击震碎，过100目筛备用.

测量pH的样品取用过筛后的样品即可，土水比为1.0∶2.5，使用pH计直接进行测定[6].测量镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍的样品，取0.200 0 g样品经消解工作站消解后，使用相应仪器进行测定.其中镉、铅采用石墨炉原子吸收法法进行测定，汞、砷采用原子荧光法进行测定，铜、铬、锌、镍采用火焰原子吸收法进行测定.

1.3 质量保证

样品采集时，避免接触铁制品，应使用木铲等采样工具.样品制备时，应保障样品消解完全，消解后的样品应清澈透明，同时每批样品进行加标回收试验.试验所用玻璃仪器经硝酸浸泡24 h，去离子水清洗干净晾干后使用.样品测量时，每批样品加测现场空白和试剂空白，保证试验的准确性.

1.4 风险评价

重金属具有一定的累积性，经过长时间的开发，土壤中重金属会出现一定的累积，可以单项质量指数、单项积累指数和综合质量指数法对土壤环境质量变化进行评价[7-15].

单项质量指数=单项实测值/单项标准值；

单项积累指数=单项实测值/当地单项背景值上限值(以对照点最大值计算)；

2 结果与分析

2.1 水稻田重金属含量监测结果

不同区域水稻田重金属含量监测结果见表1.

2.2 对照点监测结果

对照点监测结果见表2.

2.3 pH测定结果

各采样点土壤中pH测定范围在6.5～7.5之间，根据《土壤环境质量标准》中相关标准要求，重金属标准限值执行二级标准中pH在6.5～7.5范围内的相关标准.

表1 不同区域重金属监测结果

表2 对照点监测结果

2.4 土壤环境质量现状

采用直接对比法，根据《土壤环境质量标准》二级标准中pH在6.5～7.5范围内的相关重金属含量标准限值进行评价，具体评价标准见表3.

由表2-3可以看出，水稻田土壤中砷浓度范围为2.9～15.5 mg/kg、镉浓度范围为0.021～0.311 mg/kg、铬浓度范围为39.2～77.95 mg/kg、铜浓度范围为10.9～28.7 mg/kg、汞浓度范围为0.042～0.243 mg/kg、镍浓度范围为14.2～35.1 mg/kg、铅浓度范围为18.4～33.1 mg/kg、锌浓度范围为36.1～79.4 mg/kg，以上数值均未超过《土壤环境质量标准》二级标准中相关限值要求，且处于较低含量水平.

表3 土壤环境质量标准

2.5 土壤重金属含量变化分析

三江平原开发初期，生态植被以沼泽、湿地、灌木、草地为主，随着大规模的土地开发，大量的原始生态遭到破坏.同时，由于旱田改水田政策的大规模推广和实施，佳木斯市水稻田面积不断上升.由于土地植被类型发生改变和农业生产活动的干扰，水稻田土壤中重金属含量及分布已出现变化.由对照点监测数据可以看出，对照点重金属含量均低于《土壤环境质量标准》一级标准限值要求，土壤质量基本保持自然背景水平，可以直观反映出佳木斯地区三江平原未开发前的土壤环境质量情况.与参照点重金属含量情况进行对照，可以较好发映出水稻田土壤中重金属含量、变化及累积情况.

由表1-2可以看出，各个采样点土壤中重金属含量略高于参照点，但超出范围不大，说明水稻田重金属没有出现大规模富集现象，土壤环境质量基本保持在低含量水平.在变异系数方面，汞的变异系数相对较大，最大值已达0.744，说明自身挥发和土壤扰动对汞的含量是有影响的.其他重金属的变异系数相对较小，在0.028～0.251之间，属于中、下等变异强度，重金属含量变化不大.

2.6 风险评价结果

全市水稻田重金属相关污染指数见表4，评价标准见表5.

由表4-5可以看出：以单项质量指数进行评价时，镉、镍的最大污染指数在0.7～1.0之间，处于尚清洁等级，其他重金属最大污染指数均小于0.7，处于清洁水平；以综合污染指数进行评价时，综合质量指数均小于0.7，表明佳木斯市水稻田环境质量等级为清洁，总体土壤环境质量为良好，未出现重金属污染情况.

以单项积累指数对水稻田土壤环境质量进行评价，单项积累指数均大于1，镉的最大为2.547，铜最小为1.327，累积程度为镉>砷>锌>镍>铬>铅>汞>铜.说明水稻田土壤中重金属含量的最大值已超过参考点的数值，已经出现重金属累积现象.

表4 水稻田重金属污染指数

表5 土壤环境质量分级划定标准

3 讨论

土壤中重金属主要来源于土壤本底以及工业、农业、交通和生活污染.含重金属化肥的使用，含重金属废气排放，含有废旧电池生活垃圾做为肥料施用于农田，交通车辆废气排放，农用机械使用低等级含重金属油料产生的废气，使用含有重金属的农药(如代森锌、代森锰锌)等均会造成土壤中重金属的累积和污染.

佳木斯市区域内工业相对落后，无重金属矿山开采、冶炼等工业企业，水稻种植区域多为连片种植，生活人员较少，且多为大机械操作.因此，在相关水稻种植区域内工业、交通、生活对土壤中重金属含量影响较小，主要为农业生产产生的影响.肥料的使用(化学肥料、生物质有机肥料、农家肥)、含重金属类型农药的施用、农机车辆尾气排放是水稻田重金属的主要来源.

目前，佳木斯市水稻田土壤中重金属含量较低，总体处于清洁水平，部分点位处于尚清洁水平，未出现重金属超标现象，水稻田土壤环境质量良好.但重金属已出现累积现象，且以镉的累积情况最为严重，综合污染指数已经达到0.732，需要引起相关部门的警惕.

佳木斯市要加强农业基础设施建设和农业、农村环境保护，减少含有重金属制品的使用，加大电池等重金属回收推广力度，减小电池等随意丢弃对水稻田土壤产生的直接影响和对生物质堆肥产生的间接影响；大力推广生物质有机肥，逐步降低化肥的使用量，积极推广低毒、环保，重金属含量低、高效的生态型农药.同时，要加大水稻田土壤环境质量监测频次，及时掌握土壤中重金属含量变化情况，防止重金属对水稻田产生影响，保证水稻的品质和质量.

[1] 袁庆虹,何作顺.重金属迁移及其对农作物影响的研究进展[J].职业与健康,2009,25(24):2808-2810

[2] 陈怀满,郑春荣,王慎强,等.重金属对水稻生长发育的影响[J].农村生态环境,2001,17(2):35-40

[3] 匡少平,徐仲,张书圣.水稻对土壤中环境重金属激素铅的吸收效应及污染防治[J].环境科学与技术,2002,25(2):32-34

[4] 韩爱民,蔡继红,屠锦河,等.水稻重金属含量与土壤质量的关系[J].环境监测管理与技术,2002,14(3):27-28,32

[5] 路子显.粮食重金属污染对粮食安全、人体健康的影响[J].粮食科技与经济,2011,36(4):14-17

[6] 中华人民共和国环境保护部.GB15618-1995 土壤环境质量标准[S].北京：中国环境科学出版社,1995

[7] 于云江,胡林凯,李定龙,等.某典型农业区农田土壤重金属污染的健康风险初步评价[J]环境与健康杂志,2010,27(8):693-695

[8] 柴世伟,温琰茂,张亚雷,等.地积累指数法在土壤重金属污染评价中的应用[J].同济大学学报：自然科学版,2006,34(12):1657-1661

[9] 曹雪敏,杨虎德.甘肃徽县耕层土壤重金属污染现状评价[J].甘肃农业大学学报,2015，50(5):134-140

[10] 王晓,韩宝平.徐州市区故黄河底泥重金属污染研究[J].环境科学与技术,2006,29(11):1-2,38

[11] 丁振华,贾洪武,刘彩娥,等.黄浦江沉积物重金属的污染及评价[J].环境科学与技术,2006,29(2):64-66

[12] 杨仲玮,朱晓霞,尤全刚.张掖绿洲农田土壤重金属污染潜在风险评价[J].甘肃农业大学学报,2015,50(3):138-142

[13] 任金萍.平凉市地产蔬菜重金属污染检测及其对人体健康风险评估[J].甘肃农业大学学报,2013,48(5):126-129

[14] 陈永军.平凉市蔬菜产地土壤重金属现状调查与评价[J].甘肃农业大学学报,2013,48(4):115-119

[15] 中华人民共和国国家环境保护总局.HJ332-2006食用农产品产地环境质量评价标准[S].北京：中国环境科学出版社,2006

(责任编辑 李辛)

Investigation and soil environmental quality assessment on heavy metal pollution of rice fields in jiamusi

LI Yong-liang1,LI Jian1,LI Gui-lian2

(1.Jiamusi Environmental Monitoring Station,Jiamusi 154004,China；2.Department of Environmental Science and Engineering,Heilongjiang University,Harbin 150080,China)

【Objective】 Evaluation of heavy metals pollution in rice fields and potential environmental risks in Three River Plain of Jiamusi City.【Method】 Comparing with the standards to calculate the coefficient of variation and cumulative index,evaluated the soil environmental quality of monitoring area paddy field.【Result】 57 monitoring sites of the monitoring area,8 kinds of heavy metal content were lower the ‘soil environmental quality standards’ secondary standard.By comparing the control point on the heavy metal content in soil,we found that though paddy soil heavy metal content in relatively little changes,but the coefficient of variation of mercury had significant (maximum 0.744),other heavy metals the coefficient of variation showed relatively little (0.028～0.251),in the middle and lower intensity.In some locations,heavy metal accumulation phenomenon appeared,the accumulation of cadmium reached the maximum (individual cumulative index to 2.547),the cumulative level was as cadmium> arsenic> Zn> Ni> Cr> Pb> Hg> Cu.【Conclusion】 The environmental quality grade of rice field in Jiamusi City is clean,and the overall quality of the soil environment is good,heavy metal contamination does not occur.

rice field；heavy metal pollution；environmental quality evaluation；Jiamusi

李永亮(1984-)，男，工程师，学士，主要从事环境监测方法、质量分析研究.E-mail：liyongliang198402@163.com

李健，女，工程师，学士，主要从事环境监测方法、质量分析研究.E-mail：ylli1984@163.com

2015-09-25；

2016-03-04

S 159

A

1003-4315(2016)05-0095-05