云南东川小江沿岸农田土壤和白菜重金属污染研究

邹鲤岭，杨加庆，程先锋,2，王文甫，黄茜蕊，张香群

(1. 云南国土资源职业学院，云南 昆明 650217；2. 中国地质大学，北京 100083)

【研究意义】东川矿产资源丰富，到目前探明的矿产资源主要有铜、铁、磷、金、铅矿等，铜金属储量335 kt，位居全国第3[1]。矿产资源的开发带来社会繁荣与进步的同时,也给环境带来破坏。 有研究表明,矿业开发、运输、加工和冶炼过程中产生的废水、粉尘及尾矿等给矿区的农田生态环境及人体健康带来了不同程度的危害[2]。小江长134 km，流域面积约3120 km2，贯穿东川矿区，由于矿区废渣、尾矿堆经雨水淋滤下渗，选矿、尾矿废水排放后，入渗或经塌陷灌入地下，使地下水污染严重，被污染的地下水及选矿、尾矿废水排放后汇入小江，导致“牛奶河”事件，小江沿岸的农田大都用小江水灌溉，或是被污染的地下水灌入，导致重金属迁移到沿岸的土壤里面。土壤中的重金属又会被农作物富集，人、动物吃了这类农作物，在其体内积累，达到一定量时，就会给健康带来危害。【前人研究进展】关于兰坪、个旧农田土壤和农作物重金属污染研究的文章较多。有关东川小江沿岸农作物、土壤重金属研究相关报道较小。【本研究切入点】文章对东川小江沿岸的土壤、白菜重金属污染特征进行分析,利用内梅罗综合污染指数法评价农田土壤环境质量及白菜重金属污染状况。【拟解决的关键问题】为解决矿区土壤安全利用和污染防治以及当地居民食品安全问题提供一定的参考依据。

图1 取样点分布Fig.1 The distribution of sampling sites

1 材料与方法

1.1 样品的采集

1.1.1 采样点 针对沿上游大白河阿旺段经过三江口，直至小江和金沙江交汇处下游约5 km沿岸及矿山周边的农田土壤及白菜进行采样，采集土壤和白菜样品各20个，用GPS记录采样点坐标(图1)。采样点T01～T05，区域A位于东川市的上游，该区域大型矿山较少；采样点T06～T10，区域B为靠近矿山区域；采样点T11～T15，区域C为东川下游流域；采样点T16～T20，区域D为矿业活动区。

1.1.2 白菜样品的采集 在白菜大面积种植区，采用梅花型取样，每点取3～5株白菜汇合成1个样，共采样20个。在采样点用去离子水冲洗白菜根部泥土，装入聚乙烯塑料袋，做好编号及记录，并扎紧袋口封装后运回实验室，以防水分蒸发。24 h内将样品存放至低温环境中[3]。

1.1.3 土壤样品的采集 白菜取样同田采集土壤样品，共采20个混合样。为避免其他金属污染，用木制工具采样，采取蛇形法，耕作层为0～20 cm土采样，在各采样点采集6个土样混合均匀制成混合样，用四分法弃取，留下l kg左右，装入样品袋，编号记录。

1.2 样品测试

按照NYT 395-2000农田土壤环境质量监测技术规范[4]检测土壤重金属，按照GB/T5009食品中重金属检测方法[5]检测农作物中重金属。

1.3 评价方法和标准

1.3.1 农作物重金属污染评价标准 《食品安全国家标准食品中污染物限量(GB2762-2012)》作为农作物重金属污染评价标准[6]，《国家粮食卫生标准(GB15199-94)》作为Cu污染评价标准[7]，《国家粮食卫生标准(GB13106-91)》作为Zn污染评价标准[8]。Ni污染评价标准采用食品卫生理化检验标准手册作为评价标准[9]。评价白菜中重金属元素的污染情况采用内梅罗综合污染指数法。数据录入用Microsoft Office Excel 2010，数据分析统计用SPSS2.0。

1.3.2 土壤重金属污染评价标准 土壤 pH值为 7.56～8.17，采用土壤环境质量标准(GB15618-1995)二级(旱作，pH值>7.5)标准作为土壤超标率评价标准[10]。

为全面反映各污染物对土壤的不同作用，突出高浓度污染物对环境质量的影响，采用土壤综合污染指数法评价土壤中重金属元素的污染情况，计算公式为[3](1)：

表1 土壤环境质量分级标准

(1)

式中:(Ci/Si)max为最大单项污染指数；(Ci/Si)ave为平均单项污染指数。 土壤分级标准见表1。

2 结果与分析

2.1 土壤重金属污染现状及分析

由表2可知，A区农田土壤中As、Cd、Cu 3 种重金属超标，超标率分别为40 %、80 %、80 %，土壤Hg含量的变异系数为278.57，表明土壤Hg分布不均匀，与其他几种重金属相比较，农田土壤Hg更易受外界干扰。土壤中Cr、Hg、Pb和Zn的污染指数小于0.7，为未受污染，As、Ni污染等级属警戒线，示为尚清洁，Cu的污染指数为1.4，属轻度污染，Cd的污染指数为4.81，为重度污染。

B区农田土壤中Cd、Cu 2种重金属超标，超标率均为100 %。土壤中Cr、Hg、Pb的污染指数小于0.7，表示未受到污染，As、Zn、Ni污染等级属于警戒线，示为尚清洁，Cu的污染指数为1.66，属轻度污染，Cd污染指数为5.81，属重度污染。

表2 A区、B区、C区、D区土壤重金属污染特征参数

续表2 Continued table 2

分区Partition重金属特征参数Heavy metal characteristic parameters砷(As)镉(Cd)铬(Cr)铜(Cu)汞(Hg)镍(Ni)铅(Pb)锌(Zn)最小值(mg /kg)31.30.5253.41050.0951.527.6160平均值(mg /kg)74.041.1880.64811.80.16668.5274.9295标准差(mg /kg)41.990.6820.44799.630.0614.5147.58136.23变异系数(%)56.7157.6325.3498.536.1421.1863.5246.18超标率(%)100800100060040P4.5312.132.8115.370.21.260.331.34GB15618二级旱作标准(mg /kg)250.6250100160350300

C区农田土壤中As、Cd、Cu 3种重金属超标，超标率分别为60 %、40 %、60 %，土壤Cd和Cu变异系数分别为100.76和115.53，表明土壤Cd和Cu分布不均匀。土壤中Cr、Hg、Pb的污染指数小于0.7，表示未受到污染。Ni、Zn的污染指数分别为0.79、0.73，污染等级属于警戒线，为尚清洁，As的污染指数为1.63，属轻度污染，Cd、Cu的污染指数大于3，为重度污染，Cu的污染指数为7.11，比Cd污染程度严重。

D区农田土壤中As、Cd、Cu、Ni和Zn 5 种重金属超标，超标率分别为100 %、80 %、100 %、60 %和40 %。土壤中Hg、Pb的污染指数小于0.7，表示未受到污染，Ni、Zn的污染指数分别为1.26、1.34，污染等级属于警戒线，示为尚清洁，Cr的污染指数为2.81，属轻度污染，As、Cd、Cu的污染指数大于3，属重度污染，Cu的污染指数是15.37，污染程度最严重，3 种重金属元素污染程度为Cu>Cd>As。

表3 农作物(鲜样)重金属污染特征

续表3 Continued table 3

分区Partition重金属特征参数Heavy metal characteristic parameters砷(As)镉(Cd)铬(Cr)铜(Cu)汞(Hg)镍(Ni)铅(Pb)锌(Zn)最小值(mg/kg)2.280.140.9410.30.031.128.2677.7平均值(mg/kg)8.860.552.9178.460.0573.6918.69112.52标准差(mg/kg)7.670.262.2580.870.032.8213.4925.22变异系数(%)85.5747.2777.32103.0752.6376.4272.1822.41超标率(%)100100100100100100100100P32.373.5510.1615.524.3821.671096.24 0.50.20.5100.020.30.320

2.2 白菜重金属污染现状及分析

由表3可知，A区白菜中重金属元素As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn全部超标，超标率均为100 %。白菜中所测重金属的污染指数均大于3，受重金属污染均为严重，污染程度为Pb>Cd>Zn>As>Hg>Ni>Cu>Cr。

B区白菜中重金属元素As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn全部超标，超标率均为100 %。白菜中Cu的污染指数为2.07，属中度污染，As、Cd、Cr、Hg、Ni、Pb和Zn的污染指数均大于3，污染严重，污染程度为Pb>Ni>Zn>As>Cr>Cd>Hg。

C区白菜中重金属元素As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn全部超标，超标率均为100 %。Cu的污染指数为2.33，属中度污染，As、Cd、Cr、Hg、Ni、Pb和Zn的污染指数均大于3，均属严重污染，污染程度为Pb>Ni>Hg >Cr >As>Cd>Zn。

D区白菜中重金属元素As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn全部超标，超标率为100 %。As、Cd、Cr、Hg、Ni、Pb和Zn的污染指数均大于3，均属严重污染，污染程度为Pb>As >Ni>Cu>Cr>Zn>Hg>Cd。

3 讨 论

(1)A区位于东川上游地区，周边没有规模较大的矿山，农田土壤中As、Cd、Cu 3种重金属超标，Cu的污染指数为1.4，属轻度污染。Cd的污染指数为4.81，属重度污染。B区位于东川中游，距落雪、汤丹、因明大型矿山相对较近，农田土壤Cd、Cu二种重金属超标，Cu的污染指数为1.66，属轻度污染，Cd污染指数为5.81，属重度污染。C区位于东川下游，农田土壤中As、Cd、Cu 3种重金属超标，As的污染指数为1.63，属轻度污染，Cd、Cu的污染指数大于3，属重度污染，Cu的污染指数为7.11，污染程度比Cd严重。D区位于矿山周边，农田土壤中As、Cd、Cu、Ni和Zn 5种重金属超标，Cr的污染指数为2.81，属轻度污染，As、Cd、Cu的污染指数大于3，属重度污染，Cu的污染指数为15.37，污染程度最严重，污染程度为Cu>Cd>As。上述4个区重金属污染程度为D>C>B>A。D区因处于矿业活动区，农田土壤受采矿活动直接影响，故污染最为严重。C区位于东川下游，东川区生活排放的污水及矿业废水都汇集于下游，小江沿岸农田用小江水进行灌溉，所以C区农田土壤污染也较为严重。

(2)在研究区白菜中的重金属全部超标，超标率均为100 %。4个区白菜受污染的程度为D>A>B>C。所测区域土壤中Cr、Hg、Ni、Pb和Zn都没有超标，由此推断造成农作物Cr、Ni、Hg、Pb和Zn含量超标的原因较为复杂，可能与来源不明确的污染源有关，例如大气沉降，农药、化肥和地膜的使用，污水灌溉，有一些固体废弃物，如城市污泥、垃圾、磷石膏、煤泥等，除含有作为农作物养料的磷、氮外，还会有对动植物、人类有害的重金属元素，被直接或加工为肥料进入土壤，在增加土壤肥力的同时，也增加了土壤重金属的含量。

4 结 论

研究区土壤中的Cr、Hg、Ni、Pb和Zn均没有超标，基本不构成污染。在研究区白菜受到Pb的污染最为严重，说明白菜对Pb的富集吸收能力最强。白菜对重金属元素富集能力较强，建议可以种植重金属富集能力较差的农作物。

参考文献：

[1]黄 英，陈晓光，郑丽梅，等.昆明市东川区汤丹和落雪两镇蔬菜中铜、镉含量分析[J].大理学院学报，2009,2(8):14-15.

[2]孙清斌，尹春芹，邓金锋.大冶矿区土壤-蔬菜重金属污染特征及健康风险评价[J].环境化学,2013，4(32):671-677.

[3]邹鲤岭,程先锋，齐武福. 云南个旧锡矿区农田土壤和农作物重金属污染研究[J].西南农业学报,2017,30(1):409-416.

[4]NYT 395-2000，农田土壤环境质量监测技术规范检测[S].中华人民共和国农业行业标准.

[5]GB/T5009，食品卫生检验方法理化标准[S]. 中华人民共和国农业行业标准.

[6]GB2762-2012，食品安全国家标准食品中污染物限量[S]. 中华人民共和国国家标准卫生部.

[7]GB15199-94，国家粮食卫生标准[S]. 中华人民共和国国家标准卫生部.

[8]GB13106-91，国家粮食卫生标准[S]. 中华人民共和国国家标准卫生部.

[9]杨惠芬，李明元，沈 文.食品卫生理化检验标准手册[M].北京:中国标准出版社,1998:175-178.

[10]GB15618-1995,土壤环境质量标准[S].