南平市畜禽养殖场周边土壤环境质量监测及分析评价

薛娉婷

(福建省南平环境监测中心站，福建 南平 353099)

1 概述

如今，规模化的畜禽养殖场越来越多，土壤环境承载力日益加重，但畜禽养殖场周边土壤环境的研究却相对较少。特别是养殖粪便及其废水中含有一定难以被消解的重金属元素，重金属累积效应会逐渐扩大污染影响，最终间接影响人类健康。为了解南平市畜禽养殖场周边土壤环境，本研究选取位于延平区的南平市顺发牧业发展有限公司、位于建阳区的建阳市吉翔牧业有限公司畜禽养殖场、位于光泽县的福建圣农发展股份有限公司武林肉鸡养殖场为土壤环境监测点位，进行分析研究，以求为提升南平市生态环境质量提供参考。

2 采样区概况

2.1 顺发牧业

南平市顺发牧业发展有限公司周边以山地丘陵地貌为主，植被属中亚热带常绿阔叶林地。场址距南平市区23km，316国道4km；周边50m有一山间小溪，同时距闽江干流约14km。项目所在地全年雨量充沛，场址周边以沙土地为主并伴生石英砂地形。公司养殖规模为存栏母猪260头，生猪2540头。场址周边吴丹村范围内主要以养殖业为主，辖区内有少数几家针织业企业。

2.2 吉翔牧业畜禽养殖场

建阳市吉翔牧业有限公司畜禽养殖场周边主要为山地丘陵地貌，人工植被以马尾松、杉木为主，自然植被以蕨类及湿性常绿阔叶林为主，全年雨量充沛。场址距玉瑶村800m，距南浦溪500m。奶牛存栏1500头，年产牛奶4000t。

2.3 圣农武林肉鸡养殖场

福建圣农发展股份有限公司武林肉鸡养殖场北面为农田，其余三面为山地。栏量20万羽，年出栏5批。周边500m范围内无居民，仅东北面有一生猪养殖场，年存栏生猪1000头。

3 样品采集、分析及评价技术方法

3.1 样品采集

采用网格法,对畜禽养殖场外缘的500m左右区域采取随意布点(网格大小为100m×100m)，并随机选择5个采集地点，点位周边土壤以天然作物为主，采集深度一般在地表土层以下0～20cm，并记录相应坐标。

3.2 样品处理及测定

每个畜禽养殖场采集5个点位，平均每点位获取约4kg混合土样，平均分成2份，用可封口塑料袋封装，其中，1份进行监测，1份封存备查。pH采用玻璃电极法(NY/T1377-2007)测定，Cr、Cu、Zn、Ni采用火焰原子吸收分光光法(GB/T17141-1997)测定，六六六、DDT采用气相色谱法(GB/T14550-2003)测定，Cd、Pb采用石墨炉原子吸收分光光法(GB/T17141-1997)测定，Hg采用冷原子吸收分光光度法(GB/T22105.2-2008)测定，As采用原子荧光光谱法(GB/T22105.2-2008)测定，苯并(a)芘采用高效液相色谱法(ISO13877-2000)测定。

3.3 评价方法

3.3.1 单因子污染指数法

单因子污染指数法可以反映单一污染物的污染程度，是其他环境质量指数、环境质量分级和综合评价的基础。公式如下：

(1)

式(1)中，Pi为单项污染指数；Ci为实测浓度；Sip为评价标准值或参考值。Sip在本研究中引用《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)中的土壤污染风险筛选值，根据单项污染指数的大小，土壤环境质量评价分级详见表1。

表1 单因子评价土壤环境质量评价分级

3.3.2 内梅罗综合污染指数法

内梅罗综合指数法同时考虑了平均值和最大值，着重表达高浓度污染物对环境的影响，能有效反映各项污染物对土壤的作用，分级标准见表2。公式如下：

土壤综合污染指数=

(2)

(3)

3.3.3 潜在生态风险指数法

潜在生态风险指数法是用于评价土壤或沉积物中重金属潜在生态风险的方法,潜在生态分险指数RI由瑞典科学家Hakanson提出，综合考虑了环境特点、生物毒性、重金属性质和生态效应等因素[1],分级标准见表3，计算公式为：

(4)

(5)

表3 潜在生态风险评价分级标准

4 监测结果及评价

4.1 土壤环境质量监测结果

本研究选取的15个点位，仅有1个点位超过风险筛选值限值，超标率为6.67%，该超标点位为无机污染超标点位，程度为轻微污染。有机污染超标点位为0个。

3个畜禽养殖场周边土壤的六六六和苯并(a)芘均未检出。顺发牧业和圣农武林的DDT同样未检出，吉翔牧业的浓度在0.0005～0.00195mg/kg之间，远低于《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)中的风险筛选值。这表明有机污染物对3个畜禽养殖场周边土壤环境的影响较少。顺发牧业、吉翔牧业和圣农武林周边土壤的重金属含量大小顺序为：Zn>Cr>Pb>Cu>Ni>As>Cd>Hg，仅Cu存在超过风险筛选值限值的情况。

4.2 土壤环境质量评价

利用内梅罗综合污染指数对本次监测的数据进行研究[4]，评价等级按无机有机综合PN进行评价，结果见表4。圣农土壤综合污染指数从大到小排序为：圣农武林>顺发牧业>吉翔牧业，分别为0.58、0.56、0.50，均小于0.7，对比土壤综合污染指数分级标准，等级均为Ⅰ级，3个畜禽养殖场周边土壤污染评价皆为清洁(安全)。

利用单因子污染指数对本次监测的数据进行研究，结果见表4。吉翔牧业、圣农武林土壤监测点位各项目监测结果采用单因子评价Pi均小于1，等级为Ⅰ级，污染评价均为无污染。顺发牧业发展有限公司本次1号、3号、4号、5号点位监测结果采用单因子评价Pi小于1，等级为Ⅰ级，无污染；2号点位的Cu的Pi介于1～2之间，该点位评价等级为Ⅱ级，属于轻微污染。2号点位在养殖场西北面，以沙土地为主，周围植被主要是野草和少量农作物,本次的超标项目为Cu，最大超标倍率为1.32倍，推测采样点农作物中的农用化学物质残留和富集是导致超标的其中一个原因。

表4 养殖场土壤单因子污染指数和综合污染指数

5 养殖场周边土壤环境质量分析

5.1 分担率分析

污染分担率是指某污染物对某个敏感地区或某个关注点的浓度贡献百分比[5]。计算3个畜禽养殖场周边土壤各项污染物分担率，结果见表5，顺发牧业周边土壤各项污染物分担率排序依次是：Pb>Cu>Cd>Hg>Zn>Ni>Cr>As>DDT/苯并(a)芘>六六六，其中Pb的分担率是排第二位的Cu分担率的2.37倍，表明在本次监测的8种重金属污染物和3种有机污染物中，污染最严重的是Pb;吉翔牧业周边土壤各项污染物分担率排序依次是：Cu>Ni>Pb>Cd>Zn>As>Hg>Cr>DDT/苯并(a)芘>六六六，前5种金属的分担率相差并不多，其中Cu对吉翔牧业周边土壤环境质量污染最严重; 圣农武林周边土壤各项污染物分担率排序依次是：Pb>Zn>Cd>Ni>Hg>Cr>Cu>As>DDT/苯并(a)芘>六六六，污染最严重的 Pb的分担率是排第二位的Zn分担率的1.80倍。

由分担率可以看出，重金属对畜禽养殖场周边土壤污染的贡献率远大于有机污染物，是影响南平市畜禽养殖场周边土壤环境质量的主要因素。

表5 采样点畜禽养殖场周边土壤各项污染物分担率

5.2 重金属在土壤中的富集情况

将南平市畜禽养殖场重金属浓度和福建省土壤背景值[6]研究比较(表6)，由表6可见，本研究3个养殖场各选取的5个采样点中，重金属浓度的最大值普遍超过了土壤背景值，其中，Cd、As、Pb、Cr和Ni的平均浓度也分别超出了福建省土壤背景值87.0%、6.0%、88.9%、30.4%和37.0%。这应证了养殖场周围的土壤环境确实有人为因素的影响，含重金属的外源进入土壤中，并有不同程度的富集，其中Cd和Pb富集较为明显。虽然各重金属的平均值目前仍在风险筛选值限值内，但由于富集作用不断累加，因此仍然需要注意减少人为因素的影响。

表6 采样点畜禽养殖场周边土壤环境重金属浓度与背景值比较 单位：mg·kg-1

从RI值看，顺发牧业和圣农武林周边土壤环境潜在生态风险指数小于150，属轻微生态危害。而吉翔牧业周边土壤环境潜在生态风险指数介于150～300之间，已属中等生态危害，需要关注。3个畜禽养殖场的周边土壤环境的潜在生态风险以Cd和Hg为主，对此，生态环境管理部门应优先予以控制。

表7 畜禽养殖场周边土壤环境潜在生态风险指数

5.3 重金属相关性分析

土壤中的重金属有多种来源途径，通过研究相关性可以帮助推测重金属是否来自同一外源。通常情况下,在土壤重金属的全量测定中，各微量元素相关性较大[7]。用相关系数分析本次研究的监测数据(表8)，由表8可推断出本研究所监测的重金属含量普遍存在相关性。Cd与Cu、Cr、Zn相关系数分别为0.622、0.589、0.575，Hg与As、Cu、Ni相关系数分别为0.605、0.587、0.833，As与Cr、Zn、Ni相关系数分别为0.557、0.621、0.762，Cu与Cr、Zn、Ni相关系数分别为0.806、0.627、0.625，Zn与Pb、Cr相关系数分别0.675、0.689，Cr与Ni相关系数为0.566，均呈显著正相关关系。这表明Cu、Zn、Cr、Ni等重金属元素很可能来自于相同污染源。由于Cu、Zn、Cr、Ni等重金属均常见于饲料添加中，因此，养殖场使用的饲料及饲养动物粪便在土壤中的常年富集是主要污染源。

表8 养殖场周边土壤重金属元素含量相关性

6 结论与建议

本次研究的监测结果表明，南平市畜禽养殖场周边土壤环境质量整体为清洁水平。重金属是影响南平市畜禽养殖场周边土壤环境的主要因素，其中Pb、Cu对土壤环境的影响最大，Cd和Hg的潜在生态风险最高，应加强对这4种元素的关注，避免富集效应增快。

土壤是发展经济和农业最重要的资源，直接关系到人类可持续发展。养殖业必须进行合理选址，远离主要物流路线和工业企业，避开土壤背景值本身就高的区域，符合相关的规范标准。建议当地政府统筹规划养殖业园区，并设置可集纳处理的污水管网，建设针对性强和更有效率的集中污水处理厂对畜牧业污染的养殖废物进行统一处置，从而达标排放。同时，利用规模化畜禽养殖场的优势，集中收集生产有机肥，把畜牧业产生的污染物变废为宝，既可以减少本身污水对周边土地的污染，也可以减少化肥的使用，降低化肥中重金属对农田土地的污染。生态环境管理部门加强对养殖业的监管，设置卫生防护距离，制定土壤治理方案，加强对饲料配方的管控，减少饲料中重金属的使用，减轻重金属污染和减缓重金属的富集。在养殖区周围耕地大力发展生态绿色农业，推广无公害技术，用有机肥替代化肥，实现清洁、绿色、环保发展。