李 莉 金雅薇 浦國(guó)佳 馬艷玲 王臻翔 余建林 蘇營(yíng)營(yíng)

（浙江省嘉興生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，浙江嘉興 314000）

土壤是地球生態(tài)系統(tǒng)的重要部分，是陸地生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是地球表層系統(tǒng)自然地理環(huán)境的重要組成部分。同時(shí)，土壤是人類農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)基礎(chǔ)，在植物生長(zhǎng)繁育中有著重要作用。然而，土壤是一種易受破壞且不可再生的有限資源。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，土壤污染已經(jīng)成為一個(gè)不容忽視的問題。土壤本身的流動(dòng)性差，自凈能力非常有限，土壤污染一旦發(fā)生，不但會(huì)危害土壤本身，而且會(huì)造成水質(zhì)的污染和惡化，進(jìn)而通過食物鏈進(jìn)入人體，對(duì)人體造成危害[1-2]。尤其土壤中的重金屬毒性強(qiáng)，極低的濃度也會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的毒性，并且重金屬不易被土壤中的微生物分解[3-5]。因此，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境的影響和破壞性比較大。了解本區(qū)域土壤重金屬污染程度，對(duì)于控制日益嚴(yán)重的土壤重金屬污染具有重要意義。

目前，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多的土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方法主要有地積累污染指數(shù)法、污染負(fù)荷指數(shù)法和內(nèi)梅羅指數(shù)法等[6-8]。其中，地積累污染指數(shù)法既考慮了自然地質(zhì)過程決定的元素背景含量，也考慮了人類活動(dòng)過程對(duì)重金屬的疊加影響，能夠直觀地反映外源重金屬在沉積物種上的富集程度[9]。污染負(fù)荷指數(shù)法不僅可以綜合反映多種重金屬對(duì)環(huán)境污染的貢獻(xiàn)，而且能夠反映某個(gè)區(qū)域的綜合污染情況[10]。本文針對(duì)2020年嘉興市農(nóng)村土壤監(jiān)測(cè)情況，選用地積累污染指數(shù)法和污染負(fù)荷指數(shù)法評(píng)價(jià)了該研究區(qū)域重金屬污染情況，以期為嘉興市農(nóng)村土壤重金屬污染研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

嘉興市位于浙江省東北部、長(zhǎng)江三角洲杭嘉湖平原腹心地帶，是長(zhǎng)江三角洲重要城市之一。嘉興市人均耕地面積偏少，為0.043 hm2，遠(yuǎn)低于全國(guó)水平。隨著人口的增加和城市進(jìn)程的推進(jìn)，嘉興市人均耕地面積進(jìn)一步下降。農(nóng)村土壤質(zhì)量關(guān)系農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量與質(zhì)量，與人民群眾的健康息息相關(guān)，因而了解當(dāng)?shù)剞r(nóng)村土壤環(huán)境質(zhì)量狀況對(duì)于環(huán)境保護(hù)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展有著極其重要的意義。

土壤中的重金屬不能被微生物降解，而且容易轉(zhuǎn)化為毒性更大的甲基化合物，通過食物鏈在人體內(nèi)蓄積，嚴(yán)重危害人體健康。土壤中的重金屬污染主要來源于現(xiàn)代社會(huì)高度發(fā)達(dá)的工業(yè)污染、交通污染以及農(nóng)業(yè)活動(dòng)等，近年來土壤環(huán)境質(zhì)量與農(nóng)產(chǎn)品安全研究和耕地質(zhì)量調(diào)查評(píng)價(jià)等資料，說明當(dāng)前土壤環(huán)境污染程度不斷加重[11]。

1.2 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方法

1.2.1 地積累污染指數(shù)法。地積累指數(shù)（index of geoaccumulation）又被稱為Muller指數(shù)，是 20世紀(jì)60年代末期由德國(guó)科學(xué)家Muller提出用于研究沉積物及其他物質(zhì)中重金屬污染程度的定量指標(biāo)。地積累指數(shù)考慮了人為因素和土壤母質(zhì)對(duì)重金屬的影響[12]。其計(jì)算公式如下：

式中：Igeoi為土壤樣品重金屬i地積累指數(shù)；Ci為土壤樣品中重金屬i的實(shí)測(cè)質(zhì)量濃度（mg/kg）；1.5為修正指數(shù)，是考慮到成巖作用可能會(huì)引起背景值的變動(dòng)，用于表征沉積特征、巖石地質(zhì)等其他影響；Bi為重金屬i在嘉興市土壤中的背景值（mg/kg）。

按照受污染程度的強(qiáng)弱，將地積累指數(shù)分為7個(gè)級(jí)別（0～6級(jí)），污染級(jí)別由無污染到極嚴(yán)重污染，其中，在6級(jí)污染的情況下，重金屬元素含量可能達(dá)到背景值的幾百倍（表1）。

表1 地積累指數(shù)重金屬污染評(píng)價(jià)分級(jí)

1.2.2 污染負(fù)荷指數(shù)法。1980年Tomlinson提出了污染負(fù)荷指數(shù)法，該方法被廣泛地應(yīng)用于土壤和河流沉積物重金屬污染評(píng)價(jià)中[14-15]。污染負(fù)荷指數(shù)法通常用于評(píng)價(jià)土壤中多種重金屬的綜合污染程度，也用于評(píng)價(jià)整個(gè)研究區(qū)域的污染狀況。相關(guān)計(jì)算公式如下：

式中：Ci為土壤樣品中重金屬i的實(shí)測(cè)質(zhì)量濃度（mg/kg）；Bi為金屬 i在嘉興市的背景值（mg/kg）；PLI為某取樣點(diǎn)的污染負(fù)荷指數(shù)，n為評(píng)價(jià)的重金屬元素類型；PLIzone為某區(qū)域的污染負(fù)荷指數(shù)，m為采樣點(diǎn)數(shù)量。

污染負(fù)荷指數(shù)法重金屬污染評(píng)價(jià)分級(jí)情況見表2。

表2 污染負(fù)荷指數(shù)重金屬污染評(píng)價(jià)分級(jí)

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬含量的描述性統(tǒng)計(jì)特征

2020年共監(jiān)測(cè)嘉興市7個(gè)縣（市、區(qū)）22個(gè)村莊的110個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共監(jiān)測(cè)8個(gè)重金屬指標(biāo)：鎘（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鎳（Ni）、鋅（Zn）。其中，嘉善縣設(shè)置20個(gè)農(nóng)村土壤監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，其余各縣（市、區(qū)）各有15個(gè)農(nóng)村監(jiān)測(cè)點(diǎn)位。從全市均值來看，砷、鉛、鎳和鋅的均值超過了嘉興市背景值，分別超過背景值3.8%、2.5%、11.8%和21.0%（表3）。從表3可以看出，每個(gè)縣（市、區(qū)）都有土壤監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的重金屬指標(biāo)超過嘉興市背景值，其中秀洲區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位中有6個(gè)重金屬指標(biāo)超過背景值，為全市最多。

表3 2020年嘉興市農(nóng)村土壤重金屬均值及超過背景值情況 單位：（mg·kg-1）

從全市來看，8個(gè)重金屬監(jiān)測(cè)指標(biāo)都存在超過背景值的情況。有6個(gè)縣（市、區(qū)）存在鋅超過背景值的情況；有5個(gè)縣（市、區(qū)）存在鎳和鉻均值超過背景值的情況；有4個(gè)縣（市、區(qū)）存在砷超過背景值的情況；有3個(gè)縣（市、區(qū)）存在銅、汞超過背景值的情況；有2個(gè)縣（市、區(qū)）存在鉛超過背景值的情況；有1個(gè)縣（市、區(qū)）存在鎘超過背景值的情況。

2.2 地積累指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

由表4可知，所有土壤點(diǎn)位均有不同程度的重金屬污染。對(duì)金屬鎘、汞、鉻、銅和鋅來說，分別有1.8%、0.9%、0.9%、0.9%和 1.8%的點(diǎn)位存在中度污染。砷和鉛未出現(xiàn)中度污染的點(diǎn)位。所有重金屬指標(biāo)均存在輕中度污染的情況，其中：鉻輕中度污染的點(diǎn)位最少，占0.9%；出現(xiàn)鉛輕中度污染的點(diǎn)位最多，占比14.5%。鎘、汞、砷、鉛、鉻、銅、鎳、鋅未出現(xiàn)污染的占比分別為 88.2%、87.3%、96.4%、85.5%、98.2%、93.6%、91.8%和84.5%。

表4 地積累污染指數(shù)對(duì)重金屬元素污染程度的評(píng)價(jià)結(jié)果 單位：%

2020年重金屬元素出現(xiàn)輕中度污染的點(diǎn)位占比見表5。從各個(gè)縣（市、區(qū)）來看，桐鄉(xiāng)市是2020年全市農(nóng)村土壤環(huán)境最好的區(qū)域，15個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位都屬于無污染點(diǎn)位。海鹽縣汞和鉛這2種重金屬監(jiān)測(cè)指標(biāo)為輕中度污染，占比分別為20.0%和6.7%；南湖區(qū)有3種重金屬（鎘、銅、鋅）存在輕中度污染；平湖市的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位中鎘、汞、砷、銅4種金屬存在輕中度污染，點(diǎn)位占比分別為6.7%、13.3%、6.7%、6.7%；海寧市監(jiān)測(cè)點(diǎn)位中的汞、鉻、銅、鎳、鋅5種重金屬監(jiān)測(cè)指標(biāo)存在輕中度污染，占比分別為26.7%、6.7%、13.3%、6.7%和80.0%；在海寧市15個(gè)農(nóng)村監(jiān)測(cè)土壤點(diǎn)位中，有12個(gè)點(diǎn)位的鋅處于輕中度污染狀態(tài)；秀洲區(qū)的鎘、汞、砷、鉛、鎳存在輕中度污染，占比分別為6.7%、13.3%、13.3%、7.3%、5.3%；嘉善縣監(jiān)測(cè)點(diǎn)位中除鉻和鎳不存在輕中度污染以外，鎘、汞、砷、鉛、銅、鋅6種重金屬都有輕中度污染，占比分別為35.0%、10.0%、5.0%、20.0%、5.0%、5.0%。從8種重金屬監(jiān)測(cè)指標(biāo)來看，鉻只在海寧市農(nóng)村監(jiān)測(cè)點(diǎn)位中出現(xiàn)了輕中度污染，汞在5個(gè)縣（市、區(qū)）點(diǎn)位中均有輕中度污染。其余重金屬監(jiān)測(cè)指標(biāo)出現(xiàn)輕中度污染的縣（市、區(qū)）有 2～4 個(gè)。

表5 2020年地積累污染指數(shù)對(duì)嘉興市各縣（市、區(qū)）重金屬元素輕中度污染評(píng)價(jià)結(jié)果 單位：%

由表6可知，南湖區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位中汞和銅存在中度污染，占比均為6.7%；嘉善縣鎘出現(xiàn)中度污染的點(diǎn)位，占比為10.0%；海寧市有13.0%的點(diǎn)位出現(xiàn)鋅中度污染。結(jié)合表5可以看出，在海寧市15個(gè)農(nóng)村監(jiān)測(cè)點(diǎn)位中，有14個(gè)點(diǎn)位的鋅出現(xiàn)污染（12個(gè)輕中度，2個(gè)中度），出現(xiàn)污染的點(diǎn)位達(dá)到93.3%，推測(cè)可能與人為活動(dòng)或者當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有關(guān)。

表6 2020年地積累污染指數(shù)對(duì)嘉興市各縣（市、區(qū)）重金屬元素中度污染評(píng)價(jià)結(jié)果 單位：%

2.3 污染負(fù)荷指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

采用污染負(fù)荷指數(shù)法評(píng)價(jià)2020年嘉興市農(nóng)村土壤重金屬污染綜合程度，在110個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位中，污染負(fù)荷指數(shù)最大的為1.91，出現(xiàn)在海寧市南漾村；污染負(fù)荷指數(shù)最小值為0.60，出現(xiàn)在海寧市大型村。110個(gè)點(diǎn)位中有68個(gè)點(diǎn)位的污染負(fù)荷指數(shù)小于1，占比為61.8%，42個(gè)點(diǎn)位的污染負(fù)荷指數(shù)小于2，說明2020年參與監(jiān)測(cè)的嘉興市農(nóng)村土壤點(diǎn)位中有38.2%的點(diǎn)位存在輕度污染狀況。

從各縣（市、區(qū)）情況來看：海寧市重金屬污染負(fù)荷指數(shù)最低，為0.84；南湖區(qū)重金屬污染負(fù)荷指數(shù)最高，為1.01；除南湖區(qū)以外，其余6個(gè)縣（市、區(qū)）都為無污染區(qū)域（圖1）。

圖1 2020年嘉興市各縣（市、區(qū)）污染負(fù)荷指數(shù)

3 結(jié)論

2020年嘉興市農(nóng)村土壤重金屬監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，在嘉興市7個(gè)縣（市、區(qū)）22個(gè)村莊的110個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共監(jiān)測(cè)8個(gè)重金屬指標(biāo)，其中砷、鉛、鎳和鋅的全市均值超過了嘉興市背景值。地積累污染指數(shù)結(jié)果說明2020年嘉興市農(nóng)村土壤110個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位均有不同程度的重金屬污染。對(duì)鎘、汞、鉻、銅和鋅來說，分別有1.8%、0.9%、0.9%、0.9%和1.8%的點(diǎn)位存在中度污染；砷、鉛和鎳未出現(xiàn)中度污染的點(diǎn)位；所有重金屬指標(biāo)均存在輕中度污染情況，其中，鉻輕中度污染的點(diǎn)位最少，占0.9%，出現(xiàn)鉛輕中度污染的點(diǎn)位最多，占比14.5%。污染負(fù)荷指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，2020年嘉興市110個(gè)農(nóng)村土壤點(diǎn)位中有38.2%的點(diǎn)位存在輕度污染狀況。從各縣（市、區(qū)）的情況來看，除南湖區(qū)以外，其余6個(gè)縣（市、區(qū)）都為無污染區(qū)域。