嘉兴市农村土壤重金属污染评价

李 莉 金雅薇 浦国佳 马艳玲 王臻翔 余建林 苏营营

（浙江省嘉兴生态环境监测中心，浙江嘉兴 314000）

土壤是地球生态系统的重要部分，是陆地生态系统的基础，也是地球表层系统自然地理环境的重要组成部分。同时，土壤是人类农业的生产基础，在植物生长繁育中有着重要作用。然而，土壤是一种易受破坏且不可再生的有限资源。近年来，随着经济的发展，土壤污染已经成为一个不容忽视的问题。土壤本身的流动性差，自净能力非常有限，土壤污染一旦发生，不但会危害土壤本身，而且会造成水质的污染和恶化，进而通过食物链进入人体，对人体造成危害[1-2]。尤其土壤中的重金属毒性强，极低的浓度也会产生较强的毒性，并且重金属不易被土壤中的微生物分解[3-5]。因此，对生态系统和环境的影响和破坏性比较大。了解本区域土壤重金属污染程度，对于控制日益严重的土壤重金属污染具有重要意义。

目前，国内外应用较多的土壤重金属污染评价方法主要有地积累污染指数法、污染负荷指数法和内梅罗指数法等[6-8]。其中，地积累污染指数法既考虑了自然地质过程决定的元素背景含量，也考虑了人类活动过程对重金属的叠加影响，能够直观地反映外源重金属在沉积物种上的富集程度[9]。污染负荷指数法不仅可以综合反映多种重金属对环境污染的贡献，而且能够反映某个区域的综合污染情况[10]。本文针对2020年嘉兴市农村土壤监测情况，选用地积累污染指数法和污染负荷指数法评价了该研究区域重金属污染情况，以期为嘉兴市农村土壤重金属污染研究提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

嘉兴市位于浙江省东北部、长江三角洲杭嘉湖平原腹心地带，是长江三角洲重要城市之一。嘉兴市人均耕地面积偏少，为0.043 hm2，远低于全国水平。随着人口的增加和城市进程的推进，嘉兴市人均耕地面积进一步下降。农村土壤质量关系农产品的产量与质量，与人民群众的健康息息相关，因而了解当地农村土壤环境质量状况对于环境保护和社会可持续发展有着极其重要的意义。

土壤中的重金属不能被微生物降解，而且容易转化为毒性更大的甲基化合物，通过食物链在人体内蓄积，严重危害人体健康。土壤中的重金属污染主要来源于现代社会高度发达的工业污染、交通污染以及农业活动等，近年来土壤环境质量与农产品安全研究和耕地质量调查评价等资料，说明当前土壤环境污染程度不断加重[11]。

1.2 土壤重金属污染评价方法

1.2.1 地积累污染指数法。地积累指数（index of geoaccumulation）又被称为Muller指数，是 20世纪60年代末期由德国科学家Muller提出用于研究沉积物及其他物质中重金属污染程度的定量指标。地积累指数考虑了人为因素和土壤母质对重金属的影响[12]。其计算公式如下：

式中：Igeoi为土壤样品重金属i地积累指数；Ci为土壤样品中重金属i的实测质量浓度（mg/kg）；1.5为修正指数，是考虑到成岩作用可能会引起背景值的变动，用于表征沉积特征、岩石地质等其他影响；Bi为重金属i在嘉兴市土壤中的背景值（mg/kg）。

按照受污染程度的强弱，将地积累指数分为7个级别（0～6级），污染级别由无污染到极严重污染，其中，在6级污染的情况下，重金属元素含量可能达到背景值的几百倍（表1）。

表1 地积累指数重金属污染评价分级

1.2.2 污染负荷指数法。1980年Tomlinson提出了污染负荷指数法，该方法被广泛地应用于土壤和河流沉积物重金属污染评价中[14-15]。污染负荷指数法通常用于评价土壤中多种重金属的综合污染程度，也用于评价整个研究区域的污染状况。相关计算公式如下：

式中：Ci为土壤样品中重金属i的实测质量浓度（mg/kg）；Bi为金属 i在嘉兴市的背景值（mg/kg）；PLI为某取样点的污染负荷指数，n为评价的重金属元素类型；PLIzone为某区域的污染负荷指数，m为采样点数量。

污染负荷指数法重金属污染评价分级情况见表2。

表2 污染负荷指数重金属污染评价分级

2 结果与分析

2.1 土壤重金属含量的描述性统计特征

2020年共监测嘉兴市7个县（市、区）22个村庄的110个监测点，共监测8个重金属指标：镉（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、铅（Pb）、铬（Cr）、铜（Cu）、镍（Ni）、锌（Zn）。其中，嘉善县设置20个农村土壤监测点位，其余各县（市、区）各有15个农村监测点位。从全市均值来看，砷、铅、镍和锌的均值超过了嘉兴市背景值，分别超过背景值3.8%、2.5%、11.8%和21.0%（表3）。从表3可以看出，每个县（市、区）都有土壤监测点位的重金属指标超过嘉兴市背景值，其中秀洲区监测点位中有6个重金属指标超过背景值，为全市最多。

表3 2020年嘉兴市农村土壤重金属均值及超过背景值情况 单位：（mg·kg-1）

从全市来看，8个重金属监测指标都存在超过背景值的情况。有6个县（市、区）存在锌超过背景值的情况；有5个县（市、区）存在镍和铬均值超过背景值的情况；有4个县（市、区）存在砷超过背景值的情况；有3个县（市、区）存在铜、汞超过背景值的情况；有2个县（市、区）存在铅超过背景值的情况；有1个县（市、区）存在镉超过背景值的情况。

2.2 地积累指数评价结果

由表4可知，所有土壤点位均有不同程度的重金属污染。对金属镉、汞、铬、铜和锌来说，分别有1.8%、0.9%、0.9%、0.9%和 1.8%的点位存在中度污染。砷和铅未出现中度污染的点位。所有重金属指标均存在轻中度污染的情况，其中：铬轻中度污染的点位最少，占0.9%；出现铅轻中度污染的点位最多，占比14.5%。镉、汞、砷、铅、铬、铜、镍、锌未出现污染的占比分别为 88.2%、87.3%、96.4%、85.5%、98.2%、93.6%、91.8%和84.5%。

表4 地积累污染指数对重金属元素污染程度的评价结果 单位：%

2020年重金属元素出现轻中度污染的点位占比见表5。从各个县（市、区）来看，桐乡市是2020年全市农村土壤环境最好的区域，15个监测点位都属于无污染点位。海盐县汞和铅这2种重金属监测指标为轻中度污染，占比分别为20.0%和6.7%；南湖区有3种重金属（镉、铜、锌）存在轻中度污染；平湖市的监测点位中镉、汞、砷、铜4种金属存在轻中度污染，点位占比分别为6.7%、13.3%、6.7%、6.7%；海宁市监测点位中的汞、铬、铜、镍、锌5种重金属监测指标存在轻中度污染，占比分别为26.7%、6.7%、13.3%、6.7%和80.0%；在海宁市15个农村监测土壤点位中，有12个点位的锌处于轻中度污染状态；秀洲区的镉、汞、砷、铅、镍存在轻中度污染，占比分别为6.7%、13.3%、13.3%、7.3%、5.3%；嘉善县监测点位中除铬和镍不存在轻中度污染以外，镉、汞、砷、铅、铜、锌6种重金属都有轻中度污染，占比分别为35.0%、10.0%、5.0%、20.0%、5.0%、5.0%。从8种重金属监测指标来看，铬只在海宁市农村监测点位中出现了轻中度污染，汞在5个县（市、区）点位中均有轻中度污染。其余重金属监测指标出现轻中度污染的县（市、区）有 2～4 个。

表5 2020年地积累污染指数对嘉兴市各县（市、区）重金属元素轻中度污染评价结果 单位：%

由表6可知，南湖区监测点位中汞和铜存在中度污染，占比均为6.7%；嘉善县镉出现中度污染的点位，占比为10.0%；海宁市有13.0%的点位出现锌中度污染。结合表5可以看出，在海宁市15个农村监测点位中，有14个点位的锌出现污染（12个轻中度，2个中度），出现污染的点位达到93.3%，推测可能与人为活动或者当地产业结构有关。

表6 2020年地积累污染指数对嘉兴市各县（市、区）重金属元素中度污染评价结果 单位：%

2.3 污染负荷指数评价结果

采用污染负荷指数法评价2020年嘉兴市农村土壤重金属污染综合程度，在110个监测点位中，污染负荷指数最大的为1.91，出现在海宁市南漾村；污染负荷指数最小值为0.60，出现在海宁市大型村。110个点位中有68个点位的污染负荷指数小于1，占比为61.8%，42个点位的污染负荷指数小于2，说明2020年参与监测的嘉兴市农村土壤点位中有38.2%的点位存在轻度污染状况。

从各县（市、区）情况来看：海宁市重金属污染负荷指数最低，为0.84；南湖区重金属污染负荷指数最高，为1.01；除南湖区以外，其余6个县（市、区）都为无污染区域（图1）。

图1 2020年嘉兴市各县（市、区）污染负荷指数

3 结论

2020年嘉兴市农村土壤重金属监测结果显示，在嘉兴市7个县（市、区）22个村庄的110个监测点，共监测8个重金属指标，其中砷、铅、镍和锌的全市均值超过了嘉兴市背景值。地积累污染指数结果说明2020年嘉兴市农村土壤110个监测点位均有不同程度的重金属污染。对镉、汞、铬、铜和锌来说，分别有1.8%、0.9%、0.9%、0.9%和1.8%的点位存在中度污染；砷、铅和镍未出现中度污染的点位；所有重金属指标均存在轻中度污染情况，其中，铬轻中度污染的点位最少，占0.9%，出现铅轻中度污染的点位最多，占比14.5%。污染负荷指数法评价结果显示，2020年嘉兴市110个农村土壤点位中有38.2%的点位存在轻度污染状况。从各县（市、区）的情况来看，除南湖区以外，其余6个县（市、区）都为无污染区域。