吳為　武攀峰　繆明　張琰　張敏

摘要：該文基于855個采樣點位重金屬實測數(shù)據(jù)，綜合采用單因子、內(nèi)梅羅污染指數(shù)法和Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)法（RI）兩種方法，全面評估南通市耕地土壤重金屬的污染狀況，分析其主要污染來源。結(jié)果表明：除如皋和海安的Hg元素外，Cr、Pb、Cd、As、Hg含量均高于背景值，分別為背景值的1.17～1.48倍、1.02～1.20倍、1.28～1.69倍、1.03～1.80倍和1.11～1.34倍，但低于國家標(biāo)準(zhǔn)，污染等級為安全。Hakanson潛在生態(tài)危害評價結(jié)果顯示，研究區(qū)域耕地土壤重金屬污染為低生態(tài)風(fēng)險程度，其中以通州、市區(qū)、啟東和海門較高，如皋最低;各重金屬元素Eri值從大到小依次為Cd>Hg>As>Pb>Cr，兩種方法評價結(jié)果間存在一定的差異。區(qū)域內(nèi)耕地土壤Cd主要來自化肥和農(nóng)藥非點源污染;Hg和As污染主要位于濱江沿海區(qū)域，可能與集中的化工園區(qū)和外源性Hg、As污染物大氣傳輸?shù)扔嘘P(guān);與此同時還應(yīng)關(guān)注海安與通州兩地電鍍、鋼絲繩和紡織染整企業(yè)對周邊Cr的污染。

關(guān)鍵詞：耕地土壤;重金屬;潛在生態(tài)風(fēng)險;污染源

中圖分類號：X53

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1674–5124（2019）02–0078–05

0 引言

土壤重金屬不僅難降解、具有持久性，而且能夠通過糧食等作物進(jìn)入食物鏈，危害人類健康[1-2]，尤其是鎘、鉛還會導(dǎo)致人體內(nèi)分泌紊亂，被定義為環(huán)境激素物質(zhì)[3]，一直以來是土壤研究中重點關(guān)注的一類污染因子[4～5]。隨著我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程加快，土壤生態(tài)系統(tǒng)重金屬污染日趨惡化。

國內(nèi)外學(xué)者對土壤重金屬污染研究主要集中在污染調(diào)查與評價、遷移轉(zhuǎn)化途徑、對生物體的影響、土壤修復(fù)等方面[1，6-8]。據(jù)統(tǒng)計，從2012年到2016年全球土壤污染防治相關(guān)文獻(xiàn)報道達(dá)9323篇，呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的趨勢，其中我國居首位，共發(fā)表論文2410篇[9]。我國國務(wù)院也出臺土壤污染防治行動計劃（簡稱“土十條”），將土壤污染問題列入了我國生態(tài)文明建設(shè)三大攻堅戰(zhàn)之一，并逐步啟動耕地土壤的污染修復(fù)工作[10]。目前的土壤修復(fù)一般是以區(qū)域為單元，在調(diào)查評價基礎(chǔ)上的靶向性精準(zhǔn)修復(fù)，因此對于一個區(qū)域污染的準(zhǔn)確調(diào)查與評價是土壤修復(fù)的先決條件。由于重金屬在土壤中的分布并不均勻，且易受污染點源影響，如果采樣點數(shù)量不足，會造成對區(qū)域重金屬污染評估的不準(zhǔn)確，甚至出現(xiàn)偏離。但以往研究采樣點數(shù)稍顯不足，比如，強(qiáng)承魁等[11]對徐州地區(qū)的調(diào)查中選定的3個主栽區(qū)中每個主栽區(qū)僅選擇8個點位。此外，在評價方法的選用上，單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅指數(shù)法最常用，但這種方法僅考慮了重金屬在土壤中的富集狀況，可能會低估部分低濃度、高毒性重金屬的潛在環(huán)境風(fēng)險，而Hakanson的潛在生態(tài)危害指數(shù)則綜合考慮了這些因素，已被廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域[12-15]。

近年來，江蘇省憑借其濱江沿海的獨特區(qū)位優(yōu)勢，經(jīng)濟(jì)總量一直居于全國前列。然而，這些沿江、沿海布局的大量化工企業(yè)和園區(qū)也使得當(dāng)?shù)丨h(huán)境污染問題突出。為此，本文以江蘇省南通市為例，基于大量土壤重金屬實測數(shù)據(jù)，綜合采用單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法和Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)法，全面評估區(qū)域耕地土壤重金屬（Cr、Pb、Cd、As、Hg）的污染狀況，分析其主要污染來源，以期為下一步土壤修復(fù)和農(nóng)業(yè)污染控制提供依據(jù)，同時也為環(huán)境類似地區(qū)開展相關(guān)工作提供借鑒。1材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

南通地處長江下游長江三角洲地區(qū)沖積平原，位于北緯31°41'～32°43'、東經(jīng)120°12'～121°55'之間，海洋性氣候明顯，年平均氣溫15.1°C，全年降水量1040mm左右，屬北亞熱帶和暖溫帶季風(fēng)氣候，光照充足，雨水充沛，四季分明，溫和宜人。全市耕地總面積700萬畝，土壤肥沃，適種范圍廣，盛產(chǎn)水稻、蠶繭、棉花、油料、小麥等作物，是國家商品糧生產(chǎn)基地、全國最具優(yōu)勢生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)弱筋小麥區(qū)域、全國雙低油菜基地市、江蘇省優(yōu)質(zhì)中粳稻生產(chǎn)基地。同時，南通市位于沿海經(jīng)濟(jì)帶與長江經(jīng)濟(jì)帶T型結(jié)構(gòu)交匯點，經(jīng)濟(jì)總量僅次于南京、蘇州和無錫，列江蘇省第四，是全國有名的紡織印染、鋼絲繩生產(chǎn)基地，也是化工、醫(yī)藥等行業(yè)的集聚地。全市總面積8001平方公里，下轄如皋、海門、啟東、海安、如東等5縣（市）和崇川、港閘、通州、南通經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)4個市轄區(qū)。

1.2 調(diào)查時間、范圍與點位布設(shè)

調(diào)查時間為2013-2014年，調(diào)查范圍包括全區(qū)5縣4區(qū)，因通州區(qū)為縣（市）改區(qū)，在此單獨統(tǒng)計。采樣點位結(jié)合項目區(qū)域優(yōu)勢作物種植面積、土壤類型、地塊形狀、地勢和周圍環(huán)境情況確定，并記錄各點位GPS，共采集855個土壤樣點。

1.3 樣品采樣與處理

樣品采集按照NY/T395-2012《農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》相關(guān)要求，用對角線布點法、梅花形布點法、棋盤式布點法和蛇形布點法采樣。采集0～20cm深度表層土壤，將多點土樣混合用四分法取土壤樣2.5kg。將采集的土壤樣品撿除異物，置室內(nèi)陰涼處自然風(fēng)干，再將風(fēng)干土揀去石塊、玻璃、植物的根莖等雜物。全部研磨過20目篩，再取部分過100目篩。

1.4 測定項目與方法

過20目土樣測pH值;過100目土樣測Hg、As、Pb、Cd、Cr5種重金屬元素。pH值采用玻璃電極法測定（梅特勒S2K），Hg、As采用原子熒光法測定（北京吉天9230型），Pb、Cd采用石墨爐原子吸收分光光度法測定（安捷倫AA240DUO），Cr采用火焰原子吸收分光光度法測定（安捷倫AA240DUO）。

所用試劑均為優(yōu)級純。

1.5 評價方法

1.5.1 單因子和綜合指數(shù)法

采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法進(jìn)行現(xiàn)狀評價，相關(guān)公式詳見HJ/T166-2004《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》[16]，分級標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

1.5.2 生態(tài)風(fēng)險評價法

采用Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)法（RI）[14，17]，其公式為：

式中：Eri——重金屬元素i的潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù);

Cri——重金屬i的污染因子;

Tri——重金屬i的毒性響應(yīng)因子，Cr、Pb、Cd、As和Hg的毒性響應(yīng)因子（Tri）分別為2.0、5.0、30、10和40;

Csi——重金屬i的實測含量;Cni——重金屬i的參比值;RI——潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)。

RI分級標(biāo)準(zhǔn)與生態(tài)風(fēng)險程度如表2所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 耕地土壤重金屬含量分析

研究區(qū)域耕地表層土壤中重金屬含量測定結(jié)果見表3。可見，5種重金屬元素的含量均低于GB15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)》中6.5

2.2 耕地土壤重金屬污染現(xiàn)狀評價

研究區(qū)域土壤重金屬污染現(xiàn)狀評價以GB15618—2018中6.5As>Cr>Pb>Hg，均小于1，對應(yīng)污染等級為清潔;7個地區(qū)內(nèi)梅羅污染指數(shù)從高到低依次為通州、啟東>海門、市區(qū)>海安>如東>如皋，但均小于0.7，污染等級為安全，說明研究區(qū)域耕地土壤目前重金屬污染情況較輕，未達(dá)到警戒水平。

2.3 耕地土壤重金屬潛在生態(tài)分險評價

Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險評價法由于考慮到了各元素間的毒性水平差異，能夠更好地反應(yīng)重金屬生態(tài)污染狀況。根據(jù)公式，其參比值既可以選擇標(biāo)準(zhǔn)值，也可以選擇背景值，但考慮到與污染指數(shù)法的可比性，本研究選定GB15618-2018《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)》中6.5

由表5可知，研究區(qū)域土壤重金屬污染的潛在生態(tài)分險級別為A級（低生態(tài)風(fēng)險），各元素的潛在生態(tài)風(fēng)險等級從大到小依次為Cd>Hg>As>Pb>Cr;從RI值判定的多種金屬潛在生態(tài)風(fēng)險地區(qū)分布來看，通州最大，依次為市區(qū)、啟東、海門、如東、海安、如皋。這與污染指數(shù)法結(jié)果有所差異，主要與部分重金屬增加了毒性權(quán)重有關(guān)，通過結(jié)合含量測定結(jié)果分析（表3），說明綜合考慮重金屬毒性響應(yīng)有助于獲得較為準(zhǔn)確的評價結(jié)果。由RI排序結(jié)果分析，位列前四的通州、市區(qū)、啟東和海門都是南通市經(jīng)濟(jì)最為發(fā)達(dá)的縣（市）區(qū)，為全國最早一批的百強(qiáng)縣，工業(yè)發(fā)達(dá)和人口密度等應(yīng)是其主要影響因素。相反，如皋地區(qū)最低，其作為全國有名的長壽之鄉(xiāng)，百歲老人眾多，相對較好的環(huán)境質(zhì)量可能也是其中一個重要因素。

從單因素角度分析可知，5種重金屬中Cd的含量雖然最低，但潛在生態(tài)危害程度卻最強(qiáng)，且在7個地區(qū)間表現(xiàn)一致，如果在此土壤中生長農(nóng)作物可能會有生物積累和富集[19]，與眾多研究結(jié)果一致[4，7-8，15]。因此，本研究區(qū)應(yīng)重點關(guān)注鎘污染，作為下一步土壤修復(fù)和環(huán)境治理的重點目標(biāo)[15]。經(jīng)分析，此污染應(yīng)與該地區(qū)耕地長期使用磷肥等無機(jī)肥料有關(guān)，農(nóng)藥和化肥使用是農(nóng)田土壤Cd的重要來源，7個地區(qū)甚至全國多地都具有同樣的污染特征，更加證實了該重金屬元素的污染最可能來自農(nóng)業(yè)面源污染，而非點源[20-21]。其次是Hg，其在通州、如東、市區(qū)、海門和啟東生態(tài)危害程度較高，指數(shù)大于5.4，明顯高于其他兩個地區(qū)。As列第3，其在啟東、通州、海門和市區(qū)生態(tài)危害程度較高，指數(shù)大于3.0，說明其來源極為相似[7]。Hg為燃煤煙氣排放的特征性元素，As主要來源于化工、冶煉和燃煤過程中排放的廢水、廢氣和廢渣[5，8]，這幾個地區(qū)有一個共同點，即濱江臨海，是當(dāng)前南通市化工園區(qū)的主要集中地，因此這些地區(qū)受當(dāng)?shù)毓I(yè)污染源影響較大。此外，外源性Hg、As污染物大氣傳輸也不能排除。Cr和Pb生態(tài)危害程度則普遍較低，Er值小于1。通州和海安兩個地區(qū)Cr污染受工業(yè)點源影響突出，海安地區(qū)電鍍工業(yè)發(fā)達(dá)，通州以鋼絲繩和紡織染整為支柱產(chǎn)業(yè)，此類工業(yè)廢水、廢氣中Cr是重要的特征環(huán)境因子，因此，可能與部分點位位于這些企業(yè)附近有關(guān)。表3中通州、海安SD值分別為14.5和12.3，明顯較高，說明數(shù)據(jù)間離散程度高，可以證明這一點。

2.4 耕地土壤重金屬的相關(guān)性分析

相關(guān)分析能夠較好地判別土壤重金屬污染來源[13，20]，表6列出了各重金屬檢測結(jié)果間的Pearson相關(guān)系數(shù)?？梢?，Cd、Hg與As兩兩之間均呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)（P<0.01），相關(guān)系數(shù)變化范圍為0.103～0.313。其次，Cr除與Hg無相關(guān)性外，與Pb、As和Cd兩者之間也呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)（P<0.01），相關(guān)系數(shù)變化范圍為0.146～0.367。由此說明它們來源極為相似[4]。

3 結(jié)束語

1）南通市耕地土壤重金屬整體屬于輕度富集

水平，潛在生態(tài)風(fēng)險評價級別為低生態(tài)風(fēng)險;2）Cd應(yīng)為南通市所有區(qū)域優(yōu)先控制重金屬元素指標(biāo)，也是下一步進(jìn)行土壤修復(fù)的重點關(guān)注對象，并且在今后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中需加強(qiáng)對磷肥的使用量管理，試行測土施肥，避免過量使用;3）As和Hg潛在生態(tài)風(fēng)險評價級別位列其次，主要為通州、海門、市區(qū)、啟東和如東等5個地區(qū)的控制指標(biāo)，而沿江沿海布局的化工企業(yè)和園區(qū)是其主要污染來源，應(yīng)重大加強(qiáng)對這些化工園區(qū)的環(huán)境治理工作;4）此外還要注意對海安、通州兩地電鍍、鋼絲繩和紡織染整企業(yè)周邊Cr污染的控制。

參考文獻(xiàn)

[1]ZHANGJ， LIH， ZHOUY， etal.Bioavailabilityandsoil-to-croptransferofheavymetalsinfarmlandsoils： AcasestudyinthePearlRiverDelta， SouthChina[J].EnvironmentalPollution， 2018， 235： 710-719.

[2]CHARYNS， KAMALACT， RAJDS.Assessingriskofheavymetalsfromconsumingfoodgrownonsewageirrigatedsoilsandfoodchaintransfer[J].EcotoxicologyandEnvironmentalSafety， 2008， 69（3）： 513-524.

[3]顏流水，付結(jié)友，羅旭彪.環(huán)境內(nèi)分泌干擾物與DNA相互作用的光譜研究[J].環(huán)境化學(xué)，2008，27（3）：375-377.

[4]ZhangP， QinC， HongX， etal.RiskassessmentandsourceanalysisofsoilheavymetalpollutionfromlowerreachesofYellowRiverirrigationinChina[J].ScienceofTheTotalEnvironment， 2018， 633： 1136-1147.

[5]王皙瑋，王秋紅，於麗華.土壤重金屬污染及對生物體影響的研究進(jìn)展[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2017，33（19）：86-92.

[6]LIULW， LIW， SONGWP， etal.Remediationtechniquesforheavymetal-contaminatedsoils： Principlesandapplicability[J].ScienceofTheTotalEnvironment， 2018， 633： 206-219.

[7]虞敏達(dá)，張慧，何小松，等.典型農(nóng)業(yè)活動區(qū)土壤重金屬污染特征及生態(tài)風(fēng)險評價[J].環(huán)境工程學(xué)報，2016，10（3）：1500-1507.

[8]尚二萍，許爾琪，張紅旗，等.中國糧食主產(chǎn)區(qū)耕地土壤重金屬時空變化與污染源分析[J].環(huán)境科學(xué)，2018，4（24）：1-20.

[9]土壤污染防治研究發(fā)展態(tài)勢報告（上）[R/OL].[2018-08-29]http：//www.cenews.com.cn/zfzj_3479/dsj/dsjtrxf/201803/t20180314_868169.html.

[10]國務(wù)院.國務(wù)院關(guān)于印發(fā)土壤污染防治行動計劃的通知：國發(fā)[2016]31號[A/OL].（2016-05-28）[2018-08-29]http：//www.gov.cn/zhengce/2016-05/31/content_5078448.htm.

[11]強(qiáng)承魁，秦越華，丁永輝，等.徐州地區(qū)麥田土壤和小麥籽實重金屬污染特征分析[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2016，25（6）：1032-1038.

[12]HAKANSONL.Anecologicalriskindexforaquaticpollution-control.Asedimentologicaapproach[J].WaterResearch， 1980， 14（8）： 975-1001.

[13]EFFENDIH， KAWAROEM， MURSALIN， etal.EcologicalRiskAssessmentofHeavyMetalPollutioninSurfaceSedimentofMahakamDelta， EastKalimantan[J].ProcediaEnvironmentalSciences， 2016， 33： 574-582.

[14]賈英，方明，吳友軍，等.上海河流沉積物重金屬的污染特征與潛在生態(tài)風(fēng)險[J].中國環(huán)境科學(xué)，2013，33（1）：147-153.

[15]雷沛，張洪，單保慶.丹江口水庫典型庫灣及支流沉積物重金屬污染分析及生態(tài)風(fēng)險評價[J].長江流域資源與環(huán)境，2013，22（1）：110-117.

[16]國家環(huán)境保護(hù)總局.土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范：HJ/T166-2004[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2004.

[17]吳洋，楊軍，周小勇，等.廣西都安縣耕地土壤重金屬污染風(fēng)險評價[J].環(huán)境科學(xué)，2015，36（8）：2964-2971.

[18]安華強(qiáng)，張炳奎.南通市農(nóng)業(yè)土壤和糧食中金屬元素背景值的調(diào)查[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，1989（2）：27-31.

[19]阿吉古麗·馬木提，麥麥提吐爾遜·艾則孜，艾尼瓦爾·買買提.新疆焉耆縣耕地土壤重金屬的空間分布及來源解析[J].環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)，2018，30（3）：12-16.

[20]王美，李書田.肥料重金屬含量狀況及施肥對土壤和作物重金屬富集的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2014，20（2）：466-480.

[21]師榮光，鄭向群，龔瓊，等.農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬外源污染來源解析及防控策略研究[J].環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)，2017，29（4）：9-13.