嘉善縣土壤重金屬污染評價

嘉善縣土壤重金屬污染評價

隨著人類社會經(jīng)濟發(fā)展的需要，人類對土壤的開發(fā)強度增加，土壤中的污染物排放也顯著增加。重金屬是土壤中的主要污染物之一。由于重金屬具有不可降解性、隱蔽性和潛伏性并且能夠通過食物鏈在生物體中富集,引起了國內(nèi)外學者的廣泛關注。許多研究表明,重金屬含量可以作為環(huán)境污染程度的重要標志,但是不能真正反映其潛在的生態(tài)危害性,因為重金屬有不同的賦存形態(tài),而不同賦存形態(tài)的重金屬的危害程度不同。因此研究重金屬的賦存形態(tài)對于揭示重金屬污染程度及其對環(huán)境的影響有重要意義。浙江省嘉善縣,位于中國長江三角洲東南側(cè),江、浙、滬兩省一市交會處,是浙江省接軌上海第一站,也是上海重要的蔬菜生產(chǎn)基地,該地區(qū)土壤的環(huán)境質(zhì)量與居民健康有著密切聯(lián)系。本文選取嘉善縣基本農(nóng)田土壤為主要研究對象,研究Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Ni、As和Hg在不同類型土壤中的含量與賦存形態(tài),評價土壤污染現(xiàn)狀,為土地資源的科學管理和合理利用提供理論參考。1材料和方法1.1嘉善縣基本農(nóng)田類型調(diào)查嘉善縣地處浙北杭嘉湖平原平原水網(wǎng)地區(qū),全縣總面積506.97km2,其中陸地占85.71%,水域占14.29%。境內(nèi)地勢低平,河網(wǎng)湖泊密布,整體地勢為南高北低,平均高程僅為3.67m(吳淞標高)。劃分為北部低地湖蕩區(qū)和南部碟緣高圩區(qū)兩大地貌單元。根據(jù)2007年嘉善縣土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù),全縣土地總面積506.97km2,已利用土地506.40km2,占土地總面積的99.89%。全縣共有19個基本農(nóng)田保護區(qū),306個保護片?；巨r(nóng)田保護面積262.76km2,基本農(nóng)田保護率約87%。根據(jù)第二次土壤普查資料,嘉善縣域內(nèi)土壤類型較為單一,全縣共分為水稻土、潮土、紅壤3個土類、4個亞類、6個土屬、20個土種。其中水稻土類,土屬以青紫泥田(脫潛水稻土亞類)和黃斑田(潴育水稻土亞類)為主。1.2地表徑流地下范圍表層土壤全量分析樣的采樣密度為4件/km2,每個采樣點由3~4個采點組成(在同一田塊中采集),采樣點一般布置在采樣圖斑的中央,采集方法為:避開明顯點狀污染地段、垃圾土或新近堆積土、田埂,除去表層雜物、浮土(一般1cm),利用無污染采樣工具(不銹鋼花鏟)在地表—地下20cm深度內(nèi)均勻采集直徑為10cm的土柱。從采集回的樣品中去除植物殘留體、礫石、肥料團塊之后,將樣品風干并研磨至20目,過篩后分別裝入事先準備好的樣品袋和塑料瓶中,及時填寫塑料瓶標簽及送樣單等。送檢樣品重量為:元素全量分析樣200g,元素形態(tài)態(tài)分析樣200g,留存樣品500g。共在全縣范圍內(nèi)采集土壤重金屬全量分析樣品1967件,重金屬形態(tài)分析樣品36件。農(nóng)產(chǎn)品的采集以大宗農(nóng)作物的籽實樣為采集原則,對區(qū)內(nèi)的特色農(nóng)產(chǎn)品也適當布置采樣點。大宗農(nóng)作物基本按1件/5000畝控制;本次調(diào)查主要采集的是稻米樣,全縣采集稻谷樣64件(其中重復樣1件),果類、蔬菜類15件,小麥1件,油菜籽1件,共采集81件1.3資源監(jiān)督檢測中心土壤重金屬全量測試分析由國土資源部杭州礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心檢測,形態(tài)分析在國土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成。重金屬全量測試方法參照文獻,具體方法見表1,重金屬形態(tài)分析參照六步提取發(fā)。全量測試時,插入標準樣及密碼樣進行測試質(zhì)量的監(jiān)控,經(jīng)檢驗,樣品的準確度與精確度均符合要求,數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠。形態(tài)分析中重金屬總含量與幾種形態(tài)含量總和在誤差范圍內(nèi)接近,數(shù)據(jù)具有較高的置信度。2結(jié)果與分析2.1重金屬含量在不同土屬中的差異通過嘉善縣土壤重金屬全量分析(表2)可見,嘉善縣表層土壤中,Cd、Cu、Hg、Ni、Zn等元素含量較嘉興、浙北區(qū)相比較高,As較嘉興市低、比浙北高;Cr與嘉興市相近、比浙北高,Pb與嘉興市和浙北相近。并且不同土屬中,重金屬的含量存在差別(見表3),As在黃斑塥田土屬中最低,在堆疊土中最高;Cd在青紫泥田土屬中最低,最高在堆疊土土屬中;Cu在青紫泥田土屬最低,在堆疊土土屬中最高;Cr在青紫泥田土屬最低,在湖泥土土屬重最高;Pb在堆疊土土屬最低,在黃斑塥田土屬最高;Hg在黃斑塥田土屬最低,在湖泥土土屬最高;Ni在湖泥土土屬最低,在黃斑塥田土屬最高;Zn在青紫泥田土屬最低,在堆疊土土屬最高。2.2土壤汞的形態(tài)特征重金屬進入植物體已成為其污染環(huán)境和危害人體健康最重要的途徑,但重金屬的生物可利用性及環(huán)境行為不僅與其總量有關,更大程度上由重金屬在環(huán)境中的化學形態(tài)決定的,重金屬的有效態(tài)含量雖然能反映一定的生物有效性,但很難反映重金屬的潛在危害及不同形態(tài)之間的遷移轉(zhuǎn)化特性,而重金屬形態(tài)的研究卻能揭示土壤重金屬的存在狀態(tài)、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、生物有效性、毒性及可能產(chǎn)生的環(huán)境效應,從而預測重金屬的長期變化和環(huán)境風險。Tessier等將重金屬形態(tài)分為水溶態(tài)、離子交換態(tài)、碳酸鹽態(tài)、腐殖酸態(tài)、鐵錳氧化態(tài)、有機結(jié)合態(tài)、殘渣態(tài)等7種。一般認為,土壤重金屬的幾種形態(tài)中,水溶態(tài)、離子交換態(tài)、碳酸鹽態(tài)、腐植酸態(tài)與土壤結(jié)合較弱,是土壤一水和土壤一植物體系中容易遷移的活性形態(tài),最容易被釋放出來;Fe?￣Mn氧化物結(jié)合態(tài)在還原條件下較易釋放;有機結(jié)合態(tài)在有機質(zhì)分解時會逐漸釋放。這幾種化學形態(tài)的總量可以作為活性態(tài)重金屬的一種指標,又稱有效態(tài);而殘渣態(tài)稱為非有效態(tài)?？山粨Q態(tài)重金屬的危害最大,殘渣態(tài)重金屬的危害最小,其他形態(tài)重金屬的危害居中。通過對嘉善縣36件表層土壤樣進行Hg、Cd、Cr、Pb、As元素形態(tài)分析,有利于了解各形態(tài)含量對嘉善縣土壤環(huán)境質(zhì)量的影響和污染土壤的修復治理。由表4可知,土壤汞的形態(tài)中,殘渣態(tài)>腐殖酸態(tài)>有機結(jié)合態(tài)>碳酸鹽態(tài)>水溶態(tài)>鐵錳氧化態(tài)>離子交換態(tài)。其中以殘渣態(tài)占全量的60.5%。殘渣態(tài)存在于礦物晶格,一般認為,殘渣態(tài)重金屬很難被生物利用,據(jù)馬生明等研究,土壤的Hg通過與S反應,多以辰砂礦物的形式存在。易進入作物的離子交換態(tài)和水溶態(tài)的比例較小,在一定程度上能說明,雖然嘉善表層的汞全量較高,但不易在作物中累積的現(xiàn)象。土壤鎘的形態(tài)中,離子交換態(tài)>有機結(jié)合態(tài)>腐殖酸態(tài)>殘渣態(tài)>碳酸鹽態(tài)>鐵錳氧化態(tài)>水溶態(tài)。其中以離子交換態(tài)為主,占全量的39.27%。說明土壤中鎘具有較強的活化力,對土壤鎘含量的增加應引起必要的重視。土壤鉛的形態(tài)中,殘渣態(tài)>鐵錳氧化態(tài)>腐殖酸態(tài)>碳酸鹽態(tài)>離子交換態(tài)>有機結(jié)合態(tài)>水溶態(tài)。其中以殘渣態(tài)和鐵錳氧化態(tài)為主,占全量近60%。水溶態(tài)的變異系數(shù)為0.57,說明受外界干擾大,具較強的空間變異性。資料顯示南方地區(qū)兒童血鉛超標與灰塵中腐殖酸態(tài)和碳酸鹽態(tài)含量存在較好的相關性,嘉善土壤腐殖酸態(tài)鉛和碳酸鹽態(tài)合計占22.63%,具有一定的環(huán)境風險。土壤砷的形態(tài)中,殘渣態(tài)>腐殖酸態(tài)>鐵錳氧化態(tài)>水溶態(tài)>離子交換態(tài)>碳酸鹽態(tài)>有機結(jié)合態(tài),其中以殘渣態(tài)和腐殖酸態(tài)為主,占全量的74.42%。土壤鉻的形態(tài)中,殘渣態(tài)>腐殖酸態(tài)>有機結(jié)合態(tài)>鐵錳氧化態(tài)>碳酸鹽態(tài)>離子交換態(tài)>水溶態(tài),其中以殘渣態(tài)為主,占全量的74.42%。其中有機結(jié)合態(tài)與全量相關性最好,其次為殘渣態(tài)、腐殖酸態(tài)。2.3土壤環(huán)境質(zhì)量單因子評價按照國家土壤環(huán)境質(zhì)量標準(GB15618-1995),根據(jù)土壤樣中的pH、Cd、Hg、As、Pb、Cr、Zn、Ni、Cu等值對嘉善表層土壤環(huán)境質(zhì)量進行了單因子評價,評價結(jié)果見表5。由表看出,從全量來看,嘉善表層土壤As、Cr污染較少,90%以上樣品達到Ⅰ類土壤標準,Ⅲ類土壤主要由Hg、Ni、Cd等造成。2.4土壤重金屬污染評價目前對于土壤污染綜合評價的方法較多,主要有污染指數(shù)疊加法、內(nèi)梅羅、權重法、最大值法等。本處采用內(nèi)梅羅法進行綜合評價,其計算公式為:Ρi=√(1n∑nΙ=1Ι2)+Ι2max2Pi=(1n∑nI=1I2)+I2max2????????????√其中:Pi——土壤綜合污染指數(shù);I——土壤中污染物I的污染指數(shù);n——參與評價的污染物的指標數(shù);I2max2max——土壤中污染指數(shù)最大值的平方。當Pi≤1時,說明為清潔土壤區(qū),當Pi>1時,說明土壤已經(jīng)受到了不同程度的污染,Pi值越大,說明污染程度越高。1<Pi≤2時,土壤為輕污染區(qū),2<Pi≤3時,土壤為中度污染,Pi>3時,土壤為重度污染。在土壤重金屬污染評價中,以國標GB15618-1995背景值為標準,通過污染指標的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)計算。對嘉善縣土壤進行污染程度評價,以國標GB15618-1995背景值,綜合污染程度見圖1。由圖1可知,以國標背景值為標準,嘉善縣表層土壤的綜合污染程度,主要為輕度污染區(qū),占80.0%,無污染區(qū)零星出現(xiàn),占9.15%,中度污染區(qū)在西塘工業(yè)區(qū)和魏塘的設施農(nóng)業(yè)區(qū)較大面積出現(xiàn),占9.31%,重度污染區(qū)主要在西塘工業(yè)區(qū),占評價區(qū)的1.5%。2.5糧食損失率測定土壤環(huán)境質(zhì)量直接影響到農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量,而農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與人體健康息息相關,因此,本研究對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全進行了評價,本次評價標準見表6。評價時,將調(diào)查實測數(shù)據(jù)與標準值相比較,判斷是否超過標準限量要求,并統(tǒng)計各類農(nóng)產(chǎn)品的超標樣品數(shù)。梨、葡萄、桃、甜瓜依據(jù)水果標準,蒲子、蓮藕、番茄、茄子、玉米按蔬菜標準,而稻谷、小麥及油菜籽按照糧食標準,評價結(jié)果列于表7。從評價結(jié)果看,超標的農(nóng)產(chǎn)品有稻谷、桃、小麥和油菜籽,超標的元素均為Ni,鎳污染應該引起足夠重視。3嘉善縣表層土壤重金屬污染情況1)嘉善縣表層土壤背景值中,Cd、Cu、Hg、Ni、Zn等元素含量較嘉興和浙北區(qū)高,As較嘉興市低、比浙北高;Cr與嘉興市相近、比浙北高,Pb與嘉興市、浙北背景值相近。不同類型土壤中重金屬含量不同。2)嘉善土壤中汞、鉻大部分以殘渣態(tài)形式存在,相對污染風險較小;砷和鎘特別是鎘多以有效態(tài)存在,污染風險較大,在農(nóng)田規(guī)劃時盡量避開那些含量較高的土地。3