泗洪县农田土壤重金属含量分析与污染评价

＊张青静

（泗洪县疾病预防控制中心 江苏 223900）

重金属污染是我国当前最突出的土壤环境污染问题之一，生态环境部全国土壤污染状况调查[1]显示，我国耕地土壤主要污染物为重金属，污染点位超标率达19.4%，其中镉污染点位超标率达到7.0%，其次分别为镍、砷、铜、汞、铅、铬等。土壤中的重金属污染物不易降解，在土壤中滞留时间长且会持续累积，对生态系统安全造成影响。被重金属污染的土壤一方面不利于农作物的生长，另一方面一些有害重金属易在农作物中富集最终进入食物链从而对人们的身体健康造成威胁。因此准确检测出土壤重金属含量，分析评价农田土壤中重金属污染水平，掌握土壤环境质量状况，对保障人们的食品安全，促进农作物生产可持续发展都具有重要意义。

本文主要研究2017年至2020年4年间泗洪县乡镇农田土壤中重金属Pb、Cd、Cr含量状况，同时对其污染情况进行分析评价，以期为进一步土壤环境风险防控提供参考。

1.材料与方法

(1)样品采集与分析

调查区选择泗洪县17个乡镇，每个乡镇随机选择4个行政村采集村中农田土壤1份。采集5～20cm深表层土壤，在1m2范围内按照5点取样法采集土壤混合为一个样品，样品总量不少于1000g。

取自然风干后土样并研磨过10目，电极法测定pH。准确称取过100目风干土样测定土壤铅、镉、铬含量。土壤中铅、镉的含量测定参照国家标准，《GB/T 17141-1997土壤质量铅、镉的测定石墨炉原子吸收分光光度法》《铬含量测定参照国家环境保护标准》（HJ 491-2009），《土壤总铬的测定火焰原子吸收分光光度法》。

质量控制手段包括采用国家土壤成分分析标准参比物质进行检测结果对照、平行样测定及空白值对照，标准曲线的相关系数≥0.999，铅、镉、铬重金属回收率均在允许范围内。

(2)评价标准与方法

以土壤环境质量标准（GB 15618-1995）[2]、江苏省土壤背景值[3]以及国家土壤背景值[3]作为土壤重金属含量的评价标准。依据土壤环境质量标准分类，农田土壤环境质量需执行二级标准，具体可参考表1。单因子污染指数法和内梅罗综合指数法主要是针对泗洪县农田土壤中重金属污染程度进行评价，污染风险评价则是采用潜在生态危害指数法。

表1 土壤环境质量二级标准（GB 15618-1995）

单因子污染指数评价的依据是该重金属污染物的单相污染指数，可反映土壤中的某一重金属元素污染物的污染程度，计算公式为[4-5]:

式中：Pi表示重金属i的单因子污染指数，Pi值越大说明受污染程度越深；Ci为i的实测浓度（mg/kg）；Si为i评价的标准值（mg/kg），参照国家土壤环境质量标准II级标准值。

内梅罗综合指数法可以有效评定每一个采样点的土壤综合污染程度水平，兼顾单因子污染指数最高值和平均值，可以较全面地反映该地区土壤中存在的各重金属污染物的不同作用，突出较重污染物对该地区环境质量的影响，评价更为客观，因而土壤污染评价多采用内梅罗综合指数法进行评价[5-6]。其计算公式为：

式中：P综表示采样点土壤的综合污染指数；Pimax则代表了采样点土壤所含重金属各单因子污染指数中的最大值；P-i表示平均值。等级划分标准见表2。

表2 单因子污染指数和内梅罗综合污染指数评价等级划分标准

潜在生态危害指数法是用于土壤或沉积物中重金属污染风险及其潜在生态危害评价的一种方法。该法能够综合评价土壤中所含各重金属含量、对环境及生态产生的效应、毒性水平和重金属区域背景值的差异。同时该法消除了区域差异影响，划分出重金属潜在危害的程度，即是一种综合反映土壤中重金属对周围的生态环境所具影响潜力的指标，该方法计算公式为[7-9]：

Ei和RI分别评价单一重金属污染的生态风险程度和3种重金属（Pb、Cd、Cr）总的生态风险程度，划分见表3。

表3 单一重金属污染的生态风险程度和3种重金属（Pb、Cd、Cr）总的生态风险程度

2.结果与讨论

(1)泗洪县农田土壤所测的重金属含量特征分析

泗洪县农田土壤重金属（Pb、Cd、Cr）含量统计结果见表4，Pb变化范围为20.41～50.22mg/kg，Cd为0.046～0.524mg/kg，Cr为45.0～98.1mg/kg。含量平均值分别为：32.28mg/kg、0.217mg/kg、76.0mg/kg。Pb与Cd的含量均值均超过江苏省土壤背景值，分别为其1.23倍和1.72倍。Cr均值略小于江苏省土壤背景值。采样点各样本数据以江苏省土壤背景值为标准分析，Pb、Cd、Cr的超标率分别为83.75%、81.25%、53.75%。分析发现Pb、Cd、Cr的含量均值均超过国家土壤背景值，分别为其1.24倍、2.24倍和1.25倍。说明农田土壤重金属存在不同程度的富集现象。

表4 泗洪县农田土壤重金属含量统计结果

各采样点农田土壤pH值变化范围为5.55～8.17之间，均值为7.28，土壤主要呈弱碱性。根据土壤样品的平均pH对照土壤环境质量二级标准值（见表1），调查区内重金属Pb、Cd、Cr的含量平均值均低于标准限值，同时对采样点土壤样本数据进行分析，发现土壤中重金属Pb与Cr均不存在超标的样品，Cd含量样品超标率为7.5%。说明部分农田存在一定程度的Cd重金属污染。

变异系数的大小在一定程度上反映了外源污染影响大小。从变异系数来看，Pb为0.19，Cr为0.15，比较接近，值介于15%～36%[11-12]，呈现中等变异，表明土壤中Pb与Cr含量分布相对均匀，Pb与Cr在各个采样点存在相似的污染程度。Cd为0.47，大于36%，属于高度变异，表明土壤中Cd的空间分布相对不均匀，部分土壤中Cd含量受外界局部污染源的影响比较明显[5]。

(2)泗洪县农田土壤重金属的污染评价

①污染程度评价

采用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法对泗洪县调查区内农田土壤重金属污染程度进行评价。根据计算公式，参照国家土壤环境质量标准II级标准值，利用Excel软件进行数据分析。评价结果如表5所示，Pb的单因子污染指数变化范围为0.06～0.16，平均值为0.10，Cr为0.18～0.57，平均值为0.37，两者全部小于1，说明采样点Pb、Cr单因子污染等级均为无污染。Cd的单因子污染指数范围为0.08～1.30，平均值为0.50，变异系数为0.54，7.5%的采样点土壤重金属Cd单因子污染指数大于1，说明部分农田存在Cd轻度污染。研究区土壤重金属内梅罗综合污染指数范围为0.18～1.02，均值为0.45，变异系数为0.40。根据内梅罗综合污染等级划分，研究区内土壤重金属综合污染程度处于安全、警戒限、轻污染的样点的比例分别为90%、8.75%和1.25%，综合污染以Cd为主要贡献因子。

表5 土壤重金属污染指数评价结果

②污染风险评价

为进一步探讨重金属污染对人们的生产、生活以及健康的潜在危害性和风险性，采用潜在生态危害指数法对泗洪县农田土壤所含重金属（Pb、Cd、Cr）进行污染风险评价。结果见表6，Pb和Cr元素的潜在生态危害系数最大值分别为9.58和2.52，均值为6.16和1.95，对照表3，结果均小于40，故均表现为轻微生态风险程度。Cd元素的潜在生态危害系数变化范围为10.95～124.76，均值为51.70，各采样点土壤Cd风险程度存在差异性，40%土壤Cd处于轻微生态风险程度，中等生态风险为47.5%，强生态风险程度为12.5%。综合潜在生态危害指数变化范围为21.39～131.71，平均值为59.81，均小于150，综合生态风险程度均表现为轻微，相比较下Cd的潜在生态危害较大，其平均贡献率为86.4%。

表6 单因子潜在生态危害系数和综合潜在生态危害指数统计结果

3.结论

从检测结果来看泗洪县部分农田土壤中铅、镉与铬重金属的含量均超过了江苏省土壤背景值和国家土壤背景值。研究发现调查地区土壤pH值主要为弱碱性，与土壤环境质量二级标准值相比，土壤中重金属Pb与Cr均不存在超标的样品，部分采样点区域内的重金属Cd处于超标状况。从变异系数来看泗洪县农田土壤中Pb与Cr含量分布相对均匀，Cd的空间分布相对不均匀，部分土壤中Cd含量受外界局部污染源的影响比较明显。

从污染评价结果来看，采样点Pb和Cr单因子污染等级均为无污染。部分采样点存在镉（Cd）轻度污染。根据内梅罗综合污染划分等级，大部分地区土壤较清洁，综合污染以Cd为主要贡献因子。Pb和Cr元素的潜在生态危害系数为轻微生态风险程度。Cd元素土壤风险程度存在差异性。采样点综合生态风险程度均表现为轻微。

综上所述，泗洪县地区农田土壤重金属污染问题主要为Cd污染，Cd污染问题应引起重视，应合理科学地采取相应措施改善土壤环境质量，加强污染监控与防范，认真而有效地进行污染防治。