農業土壤中重金屬的污染探析

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目前，有關路橋土壤中重金屬污染的研究還少見報道．本文通過采集路橋區土壤樣品，對其中重金屬的污染水平、來源進行探討，并做出生態風險評價，為當地環境保護提供重要的科學依據．

1材料與方法

1．1樣品采集與處理2010年7月采集了路橋區38個農業表層土壤樣品（0～10cm），采樣點分布如圖1（P295）所示．農業土壤既受到人類灌溉、施肥活動的影響，又可能受到大氣沉降的影響，污染帶有點源和面源結合的特征，具有一定復雜性．為使樣品具有代表性，本次采樣采用網格法布局，每個樣品在100m×100m的采樣范圍內，取表層土3－5份樣品經過均勻混合而成．將采集的樣品用聚乙烯塑料袋密封后立刻送到實驗室，在室溫條件下風干，磨碎并過1mm的篩子，裝入經過鉻酸洗液清洗過的棕色廣口瓶中，避光低溫保存．

1．2樣品處理與分析參照美國EPA的方法對樣品進行消解［10］和儀器分析［11］．準確稱取0．2500g（精確至0．0001g）土壤樣品于微波消解罐，分別加入4mL硝酸、5mL氫氟酸和2mL高氯酸，放入微波消解儀，先在50℃預消解30min，然后按設定的消解程序進行消解．消解結束后，將溫度降至40℃以下后取出，放在電加熱板上于180℃趕酸約1h．趕酸后，依據少量多次原則，用超純水清洗消解罐，將樣品轉移至樣品瓶內，定容至20mL．土壤樣品中Cu、Pb、Ni、Ag、As、Cd、Zn、Sn、Sb和Hg用ICP－AES測定．所用儀器為PE7000DV型電感耦合等離子體發射光譜儀．儀器參數：霧化氣15L•min－1；載氣0．8L•min－1；輔助氣0．2L•min－1；功率1300W；聚流速1．5mL•min－1．采用標準曲線法定量．在重金屬的分析過程中采用土壤標準樣品進行過程質量控制，10種元素的測定值均在國家標準參比物質的允許誤差范圍之內．元素檢出限介于0．01～0．17mg•kg－1，加標回收率為73．1％～108．0％，平行樣品精密度為0．45％～5．34％．

1．3評價方法

1．3．1內梅羅綜合污染指數法內梅羅綜合污染指數法能夠全面、綜合地反映受多種重金屬污染的土壤污染狀況，得到廣泛的使用［3，。

1．3．2地積累指數法Muller提出的地積累指數法利用一種重金屬的總含量與其地球化學背景值的關系，能夠定量研究重金屬的污染程度［14］，能夠直觀反應外源重金屬在土壤、沉積物中的富集程度，目前被廣泛使用。

1．3．3潛在生態風險指數法Hakanson提出的潛在生態危害指數法［19］．同時考慮了土壤中金屬濃度、金屬污染物的種類、金屬毒性水平和水體對金屬污染的敏感性四個影響因素．目前有較多的學者采用該方法進行土壤中重金屬的生態危害評價。本文結合其他研究［23］，將Ni也做了風險評價．參比值的選擇是評價重金屬生態風險的關鍵，不同的參比值會造成結果差異，本文參考荷蘭土壤目標值作為參比值，評價路橋土壤中重金屬的潛在生態危害指數．根據公式（3）計算土壤中重金屬的生態危害指數，結合評價標準進行危害程度分析。．4數據分析與整理用SPSS13、Surfer8．0、origin8．0軟件進行數據分析和整理．采用SPSS的主因子分析法做來源分析，Surfer的等高線功能繪制濃度分布，origin的作圖分析金屬生態風險水平．

2結果與討論

2．1土壤中重金屬的分布表3（P297）為路橋區土壤中重金屬的統計結果，與《土壤環境質量標準》GB15618－1995二級標準相比［25］，路橋區表層土壤中重金屬Cd超標最嚴重，超標率為89．5％，其次是Hg和As，超標率分別為57．9％和39．5％，Pb沒有超標．荷蘭制定了規范的土壤中重金屬的風險基準值［26］，本文引用荷蘭土壤標準中有關重金屬控制水平的目標值和限值進行對比．與荷蘭土壤中重金屬目標值相比，臺州土壤中所有重金屬都超標，其中Sb超標最嚴重，超標率為92．1％，其次是Cd和Hg，超標率均為86．8％，Cu和Zn超標也較高，超標率分別為81．6％和71．1％，Pb、Ni和As超標率都在40％以內．當與荷蘭土壤中重金屬限值相比，As、Cu、Zn和Sb分別有18．4％、15．8％、13．2％和2．6％的超標率．以上結果表明，臺州土壤已經受到普遍的人類活動干擾，其中As、Cu和Zn對環境可能造成影響．從表3中10種重金屬的變異系數可知，Cu、Zn、As、Sb和Sn的值大于1，表明受到較強的人類活動干擾，其他5種金屬的變異系數較小，受人類干擾較輕．本研究以《土壤環境質量標準》GB15618－1995二級標準值作為基準，按照公式（1）計算10種重金屬的內梅羅綜合指數，圖2為根據計算結果制作的路橋土壤污染情況等高線圖．路橋土壤只有2個采樣點的P綜＜1，表明受重金屬污染較輕，其他采樣點的P綜＞1，表明已經受到重金屬輕度污染以上．其中31．6％的采樣點受到重金屬輕度污染，26．3％的采樣點受重金屬中度污染，36．8％的采樣點受到重金屬嚴重污染，點7、22和32污染最嚴重，P綜達到5以上．路橋地區63．2％的土壤受到重金屬中度污染以上，因此，內梅羅綜合污染指數評價再次表明路橋地區土壤已經廣泛受到重金屬的污染．

2．2重金屬的來源分析土壤中重金屬來源有地球化學成因、工業生產造成的大氣和廢水排放污染、交通燃煤排放污染．為了分析路橋土壤中重金屬的來源，采用因子分析法進行源解析．表4是路橋土壤中10種重金屬因子載荷．4個因子的累計方差為86．2％，第1和第2因子分別解釋了總方差的33．5％和26．9％，第3和第4因子分別解釋了總方差的17．2％和8．6％．Cu、Pb、Sn和Sb在第1因子上具有較高的載荷，研究表明，Cu主要來源于電子、冶金及工業廢料，Pb是機動車污染源的標識元素［27］，Sn和Sb及其化合物主要來源于各類制造業污水的排放［28－30］．因此，因子1代表了工業污染．Ag、As和Zn在第2因子上具有較高的載荷．3種金屬都是土壤中重要的重金屬元素，含量及空間分布受成土母質及人類活動的影響［31］，As主要存在于農藥和工農業廢水中［32］，Zn的含量較高，且變異系數大，受工業污染較嚴重，因此，因子2代表了工業和農業復合污染影響．Ni和Cd在因子3上具有較高的載荷，兩種金屬的變異系數都小于1，Cd一般可作為使用農藥和化肥等農業活動的標識元素［33－34］，因此，因子3代表農業污染．Hg在因子4的載荷高，環境中的Hg主要來源于化石燃料297劉紅等：臺州市路橋農業土壤中重金屬的污染分析煤和石油產品的燃燒［35］，這些Hg主要從污染源釋放于大氣，然后沉降下來，路橋土壤各點之間Hg的變異系數較小，表明Hg主要來源于大氣沉降．

2．3重金屬的潛在生態風險毒性分析本研究選用全國土壤環境背景值調查中浙江省土壤背景值的幾何均值作為參比值［36］，根據計算路橋土壤中10種重金屬的地積累指數如表3所示．由表可知，Cd、Hg、Sb的Igeo均大于0，污染最普遍．Cd平均Igeo為4．5，有78．9％的采樣點為強污染以上；其次是Hg，平均Igeo為2．4，65．8％的采樣點處于中－強污染；Ag、Cu、Zn和Sb的污染也較嚴重，平均Igeo分別為1．6、1．9、1．2和1．3，均為中等污染，44．7％的點Ag介于中－強污染；36．8％的點Cu介于中－強污染；15．8％的點Zn介于中－強污染；只有2個點的SbIgeo大于2，但有1個點達到極嚴重污染．As、Pb和Sn的污染較輕，平均Igeo均小于1，屬輕度污染，只有少數點為中等污染．Ni的平均Igeo為0以下，基本對環境沒有污染．綜合分析上述重金屬的地積累指數分級，路橋土壤中10種重金屬的污染程度由強至弱依次為：Cd＞Hg＞Cu＞Ag＞Sb＞Zn＞As＞Pb≈Sn＞Ni．通過計算路橋土壤中7種金屬的潛在生態危害系數（Ei）和潛在生態危害綜合指數（RI），結果見圖3和圖4．由圖3評價結果可知，路橋土壤中7種重金屬生態危害系數均值為190．9，63．2％的點為中等生態危害，7．9％的點為強生態危害（點11、22和32），這與內梅羅綜合污染指數法得到的結果較為一致．3個生態危害較高的采樣點（點11、22和32的RI分別為：308．1，346．8和388．0）位于鄉鎮附近，這些地區以電子廢物處理為主的小型加工活動較多，使得高毒性重金屬直接或者間接地進入土壤．路橋土壤中Hg的生態危害最大，潛在生態危害系數平均值為85．1，為強生態危害．由圖4可知，10．5％的點（點11、13、32、37）會對環境產生很強的生態危害，有39．5％的點對環境產生強的生態危害，有13．2％的點（點2、5、7、10、29）對環境產生輕微的生態危害．Cd的生態危害也較大，潛在生態危害系數平均值為70．2，為中等生態危害，其中，有5．3％的點（點22、32）會對環境產生很強的生態危害，有28．9％的點對環境產生強的生態危害，有15．8％的點（點1、5、8、10、13、21）對環境產生輕微的生態危害．綜合路橋土壤38個采樣點金屬平均Ei值，可知各金屬對路橋生態風險影響程度從高到低依次為Hg＞Cd＞Cu＞As＞Ni＞Pb＞Zn．Hg和Cd對路橋的生態影響應該受到重視．

3結論

（1）與國內研究相比，臺州土壤中重金屬污染已經處于中等水平，對照荷蘭土壤標準限值和國家土壤質量標準二級標準，臺州土壤已經受到普遍的人類活動干擾，其中As、Cu和Zn對環境可能造成影響．2）來源分析表明，當地的重金屬主要來源于人類的工業和農業生產活動．3）潛在生態風險評價表明，Hg、Cd和Cu是主要的生態危害因子，應該受到重視．

作者：劉紅賈英方明江敏孜王學彤單位：上海市化工環境保護監測站上海大學環境與化學工程學院