陕西省西部某县农产品产地土壤重金属污染评价*

李 艳，张 丽，杨毅哲

（陕西省耕地质量与农业环境保护工作站，西安710003）

0 引言

土壤是基本农业生产资料，农产品产地土壤环境质量直接影响农作物生长、农产品质量安全或产地土壤生态环境。随着我国经济社会的快速发展，大量含有重金属的物质排放进入环境，导致农产品产地土壤重金属污染问题日益突出。近年来，随着国内镉大米、镉小麦等粮食重金属污染事件的曝光，农产品产地土壤污染问题引起社会广泛关注。2014年《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国耕地土壤点位超标率为19.4%，以Cd、Ni、As和Cu等重金属污染最为突出。赵其国等［1-2］估算，我国农田土壤重金属污染面积约为2 000万hm2，每年受污染粮食多达1 200万t，经济损失达200亿元。由土壤重金属污染造成的水稻、小麦等粮食作物重金属超标问题十分令人担忧［3］。文章所选研究区为陕西省某粮食主产县，对该区域农产品产地表层土壤Cd、Pb、Hg、As、Cr等5种重金属污染状况进行分析评估，为该区域土壤生态环境保护及重金属污染综合防治提供科学依据，同时对提高农产品质量安全具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于陕西关中盆地西端，渭河自西向东从中穿过拥有山、川、原等地形，农业用水以灌溉为主，耕作方式主要为小麦—玉米轮作，是陕西省的主要粮食生产县，土壤呈碱性，pH＞7.5，土壤以褐土、棕壤、黄绵土等为主。

1.2 样品采集与处理

土壤样品采集参照《农田土壤环境质量监测技术规范》（NY/T395-2012）［4］，结合研究区污染源、土壤分布状况及土地利用类型特征等因素。在工矿企业周边、污灌区、大中城市郊区等3类重点区域和一般农田土壤样点布设密度分别为10 hm2和300 hm2；采用GPS定位技术及“梅花点”法采集0～20 cm表层土壤，每个样品取混合土样1 kg，共采集431个土壤样品。经自然风干，磨碎过20目及100目尼龙筛后保存备用。

1.3 样品测试分析

土壤样品按照国家标准方法进行分析测定，Cd、Pb、Cr采用原子吸收分光光度法，As、Hg采用原子荧光光谱法。在样品分析测试中加入平行双样、标准质控样（GSS系列）等方式进行全程质量控制。

1.4 土壤重金属污染评价方法

1.4.1 单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法

采用单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法，按照《农田土壤环境质量监测技术规范》［4］对检测结果进行统计分析和评价。单项污染指数法，公式为：

式（1）中，Pi为单项重金属i的污染指数；Ci为土壤污染物实测浓度；Si为污染物的评价标准值。该文将《农用地土壤污染风险管控标准（试行）》风险筛选值作为评价标准，其中Cd、Hg、Pb、As、Cr分别为0.6 mg/kg、3.4 mg/kg、170 mg/kg、25 mg/kg、250 mg/kg。

内梅罗综合污染指数法，公式为：

式（2）中，P综为综合污染指数为最大单项污染指数为平均单项污染指数。土壤重金属污染分级标准见表1。

1.4.2 潜在生态风险指数法

表1 土壤重金属污染分级标准Table 1 Criteria of pollution classification of soil heave metals

此方法是瑞典科学家Hakanson提出的，是目前采用较多的方法［5-8］，该方法将重金属的含量与环境生态效应、毒理学等因素联合考虑，反映重金属的潜在风险程度。其公式为：

式（3）～（5）中，RI为重金属综合污染潜在生态风险指数；为单项重金属污染潜在生态危害系数；为Hakanson制定的标准化重金属毒性响应系数，此值反映了该种重金属的毒性水平，5种重金属的毒性系数为为单项重金属的污染系数；为土壤中重金属i的实测浓度（mg/kg）；为重金属i的参比值（mg/kg）。土壤重金属潜在生态风险等级划分标准见表2。

表2 土壤重金属潜在生态风险等级划分标准Table 2 Criteria of the potential ecological risk index grade of soil heave metals

2 结果与分析

2.1 农产品产地土壤重金属含量特征分析

研究区土壤重金属含量统计分析结果见表3。由表3可知，Cd、Hg、Pb、As、Cr 5种元素在土壤中含量均值分别为0.318 mg/kg、0.138 mg/kg、29.6 mg/kg、14.0 mg/kg、68.4 mg/kg，与关中地区背景值［12］相比较，污染累积指数表现为Cd=2.69＞Pb=1.82＞Hg=1.60＞As=1.11＞Cr=1.04，Cd、Hg、Pb、As、Cr 5种元素含量超过背景值的比例分别为96.75%、80.97%、99.77%、76.57%、51.28%。结果表明5种重金属元素在表层土壤中均存在不同程度累积，其中Cd元素污染最为严重，其最大值是背景值的158.47倍。各元素变异系数在 15.95%～297.84%之间，表现为 Cd＞Pb＞Hg＞Cr＞As，其中 Cd和Pb变异系数分别为297.84%、102.61%，均大于100%，变异程度较大，说明离散程度较大，受外源因素干扰较大；相反As的变异系数最小，说明离散度较小，分布相对比较均匀。

表3 土壤重金属元素含量的统计结果Table 3 Statistical results of heave metal elements in soil

2.2 单项污染指数法评价

单项指数法评价结果见表4。由表4可知，5种重金属元素污染程度大小依次为Cd＞Pb＞As＞Hg=Cr，受到Cd轻微污染、中轻度污染及重度污染土壤样点的比例分别为3.71%、0.92%、3.71%；受到Pb轻微污染和轻度污染土壤样点的分别为1.16%、0.23%；受到As轻微污染土壤样点为0.23%；Hg、Cr均无污染。结果表明土壤中Cd累积富集最多，污染最为严重。

表4 土壤重金属元素单因子污染指数评价结果Table 4 Evaluation results of single factor pollution index for soil heavy metal elements

2.3 内梅罗综合指数法评价

内梅罗综合指数法的评价结果见表5。由表5可知，内梅罗综合污染指数处于0.31～31.87之间，均值1.30，属轻度污染水平；56.38%的土壤样点处于安全水平，32.48%的土壤样点处于警戒线水平，6.96%的土壤样点受到中轻度污染，4.18%的点位受到重度污染。表明研究区域的土壤环境状况总体良好，但部分区域已经存在污染问题，应加强受污染农田土壤与农产品的协同监测，以便及时采取措施，确保农产品安全生产。

表5 土壤重金属元素的内梅罗综合污染指数评价结果Table 5 Evaluation results of Nemerow comprehensive pollution index for soil heavy metal elements

2.4 潜在生态风险评价

潜在生态风险指数评价结果见表6。由表6可知，研究区域RI均值为266.1，整体达到中等生态危害，38.05%样点处于轻微生态危害，52.67%样点达到中等生态危害，9.28%样点达到强及以上生态危害。5种元素潜在生态危害由强到弱依次为Cd＞Hg＞Pb＞As＞Cr，其中，Cd生态危害系数均值为165.9，潜在生态危害最大，对研究区域生态风险贡献最大，90.1%样点达到中等或强以上生态危害；Hg生态危害系数均值为76.44，潜在生态危害次之，80.97%样点达到中等或强以上生态危害；Pb生态危害系数均值为10.32，最大值为177.6，1.86%样点达到中等或强以上生态危害；所有样点As、Cr危害系数均小于40，均属于轻微生态危害，对研究区域生态风险贡献较小。

表6 土壤重金属元素潜在生态风险指数评价结果Table 6 Evaluation results of the potential ecological risk index of soil heavy metal elements

3 结论与讨论

（1）研究区农产品产地土壤中Cd、Pb、Hg、As和Cr 5种重金属元素的平均值分别为0.318 mg/kg、29.6 mg/kg、0.138 mg/kg、14.0 mg/kg、68.4 mg/kg，污染累积指数表现为Cd＞Pb＞Hg＞As＞Cr特征。表明各元素在表层土壤中均存在不同程度累积，并且局部区域重金属含量很高。当地应加强污染源监管，严格控制Cd、Hg、Pb 3种元素的人类活动引入，以避免累积对土壤生态环境的破坏。（2）研究区表层土壤中Cd累积富集最多，污染最为严重，受到Cd污染土壤样点的比例为8.35%；5种重金属内梅罗综合污染指数处于0.31～31.87之间，均值1.30，属轻度污染水平。88.86%的土壤样点处于安全或警戒线水平，6.96%的土壤样点处于中轻度污染，4.18%的土壤样点处于重度污染。鉴于该研究区部分土壤重金属已经达到重度污染程度，应加强土壤与农产品的协同监测，以便及时采取防治措施，调整种植结构，确保农产品质量安全。（3）研究区农产品产地土壤重金属整体表现为中等生态危害，其中38.05%样点处于轻微生态危害，52.67%样点达到中等生态危害，9.28%样点达到强及以上生态危害。潜在生态危害由强到弱依次为Cd＞Hg＞Pb＞As＞Cr，其中Cd潜在生态危害最大，对研究区域生态风险贡献最大。当地应加强产地环境监测，建立动态监测预警体系，及时掌握潜在风险及污染变化趋势，为政府决策提供科学依据。