江苏南部典型地区耕作层土壤及农作物中重金属评价

一，工业化㊁ 农业化㊁ 城镇化水平都较高， 河网密布，
为高亢平原㊁冲湖积平原㊁湖沼积平原㊂ 土壤类型以 水稻土为主， 主要包括潴育型水稻土㊁ 漂洗型水稻 布㊂ 耕地排灌面积达 ９０％ 以上，稻麦 （ 或油菜 ） 轮作
收稿日期：２０１３－１１－１５
入网兜中，每个粮食样品的原始重量不少于 ６００ ｇ， 经晾晒㊁阴干后进行脱粒去壳，用方格法和四分法缩 分，取得约 ２５０ ｇ 样品，进行初加工后装入纸质样袋
的样品数分别占 ２８．５８％㊁３３．４８％㊁７３．３７％㊁８２．９９％㊁
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物㊀ 探㊀ 与㊀ 化㊀ 探
３８ 卷 ㊀
Ｚｎ㊁Ｐｂ㊁Ｃｄ 的平均含量都高于背景值， 说明该地区 耕作层土壤除 Ａｓ 和 Ｈｇ 累积现象较轻外， 其他几个 重金属都有普遍积累现象㊂ 变异系数反映了区域重金属元素的变异程度，
综合污染指数分级标准 污染指数 ０．７＜ Ｐɤ１ １＜ Ｐɤ２ ２＜ Ｐɤ３ Ｐ ＞３ Ｐɤ０．７ 污染等级 安全 警戒 轻污染 中污染 重污染 １０ －６ 水稻重金属 １０ ０．２ ０．１５ ０．０２ １ ０．２ ５０ 小麦重金属 １０ ０．２ ０．１ ０．０２ １ ０．１ ５０
４．１㊀ 土壤重金属污染评价方法和标准 度，直接影响土壤环境质量评价结果㊂ 生态效应法㊁ 环境质量标准法㊁累积指数法㊁内梅罗指数法等都是 单因子污染指数法和综合污染指数法（ 内梅罗指数 评价土壤重金属污染的基本方法 ［３－６］ ㊂ 本研究采用 土壤环境质量标准是土壤评价中最重要的尺
㊀ ㊀ 注：超标率 １ 以国家Ⅱ级标准为参考比值；超标率 ２ 以江苏省背景值为参考值㊂
５ 个异常点进行详查剖析， 其中以 Ｃｄ 和 Ｈｇ 为目的 各为 ２ 处，以 Ｐｂ 为目的 １ 处㊂ 图 １ 为某 Ｃｄ 详查剖 析，详查区位于城镇西侧， 地面高程 ５ ｍ 左右， 农田 地势较城镇区低，为湖沼积成土母质， 全区 Ｃｄ 最高 值（１１．６０ ˑ １０ －６ ） 就出现在这里， 由于该点同时存在 Ｃｄ 和 Ｈｇ 复合异常，其分布形态在本区具有一定代 表性，因此作为典型进行论述㊂ 由于详查剖析区东㊁ 南方向为工厂和城镇，所以调查剖面以向西㊁北延伸 为主，采样点距为 ５０ １００ ｍ 不等， 共采集了 １４ 个 耕作层土壤样品㊂ 在（０．３１ ７．５７） ˑ １０ －６ ， 含量从原异常点向四周有不 同程度的扩散，以 Ｃｄ 含量 ７．５７ ˑ １０ －６ 点为中心，向西
重金属 Ｃｄ Ｈｇ Ｐｂ Ｚｎ Ｃｕ Ａｓ 最小值 ２．４１ ０．０２ ０．０１８ １９．５０ ３０．８０ ８．７１ 平均值 ９．４３ ０．１９
超标率 ２ ／ ％ ３３．４８ ７３．３７ ９３．７８ ２８．５８ ９７．５３ ８２．９９
６７８．００ １８２４．００ ３０３２．００
３２．７０ ０．２８９ ４０．４３ ８２．４２
单因子污染指数分级标准参照土壤环境监测技
４．２㊀ 谷物重金属污染评价方法和标准
表 １㊀ 土壤重金属污染等级划分标准
分级 １级 ２级 ３级 ４级 ５级 单因子污染指数分级标准 污染指数 Ｐ ｉ ɤ０．５ １＜ Ｐ ｉ ɤ２ ２＜ Ｐ ｉ ɤ３ Ｐ ｉ ＞３ 污染等级 清洁无污染 Biblioteka Baidu清洁 轻污染 中污染 重污染
ｋｍ ，太湖地区是我国民族工业发展较早的地区之 水美土肥，物产丰富，风景秀丽，历史悠久，是著名的 鱼米之乡 ㊂ 原区以太湖冲湖积平原为主， 按其成因类型又可分 土㊁脱潜型水稻土， 近山丘处有黄棕壤和粗骨土分 太湖地区地貌以平原为主，低山㊁残丘为辅㊂ 平
研究 区 位 于 江 苏 南 部 太 湖 地 区， 面 积 为 ６７６
标准差 ２．３９ ２１．８６ ４９．６９ ６２．３３ ０．３５ ０．２７ 变异系数 ０．２５ １．４５ ０．６７ １．２３ １．２３ ０．７６ 超标率 １ ／ ％ ０．２９ ４．３６ ２１．５０ ０．１６ ０．７０ ２．４０
也反映了该区域内重金属的分布和污染程度的差异
表 ３㊀ 耕地土壤重金属含量及超标率统计
潘永敏１，２ ，廖启林１，２ ，华明１，２ ，高梅１，２ ，朱伯万１，２ ，金洋１，２
２１００１８）
㊀ ㊀ 随着城市化进程的不断加快， 工农业生产的迅 速发展以及人类的生产和生活活动， 使土壤重金属 的污染状况日益严重㊂ 重金属元素是影响农业特别 重金属元素，在苏南地区尤其应该引起重视 ［２］ ㊂ 是种植业生产的重要因素之一 ［１］ ㊂ 在江苏境内存 在局部土壤重金属污染， Ｃｄ㊁Ｈｇ 是目前最受关注的
重的元素含量㊂
法） ，参照国家土壤环境标准 （ ＧＢ１５６１８ － １９９５） ［７］ 中 Ⅱ级标准来评价农田土壤重金属环境污染现状㊂ 程度进行评价，其计算公式 Ｐｉ ＝ Ｃｉ ／ Ｓｉ ， 单因子指数法是对土壤中的某一污染物的污染
式中：Ｐ ｉ 为土壤中污染物 ｉ 的环境质量指数； Ｃ ｉ 为 污染物的实测浓度；Ｓ ｉ 为第 ｉ 种污染物的标准值㊂ 各污染物对土壤的不同作用， 突出高浓度污染对环 境质量的影响，是目前国内采用的主要方法之一，计 算公式为 Ｐ＝ （ ð Ｐ ｉ ／ ｎ） ２ ＋ ｍａｘ（ Ｐ ｉ ） ２ ２ ， 综合污染指数法 （ 内梅罗指数法 ） 全面反映了
基金项目：中国地质调查局 国家土地质量地球化学评估与监测 项目（ ＧＺＴＲ２００８０３１８）
㊀ ２期
潘永敏等：江苏南部典型地区耕作层土壤及农作物中重金属评价
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中备送实验室分析㊂ 稻谷和小麦只分析籽实， 测干
３㊀ 样品测定与质量控制
检测中心完成，样品测定前采用密封式玛瑙球磨机 破碎到 － ２００ 目，其中分析 Ｈｇ 的样品必须用塑料瓶 盛装㊂ 采用原子荧光光度计测定 Ｈｇ㊁Ａｓ， 采用等离 子体 质 谱 法 （ 用 ＨＣｌ⁃ＨＮＯ ３ ⁃ＨＣｌＯ ４ ⁃ＨＦ 溶 样 ） 测 定 Ｃｄ，采用 Ｘ 射线荧光光谱仪测定 Ｃｒ㊁Ｃｕ㊁Ｚｎ㊁Ｐｂ， 重 铬酸钾容量法测定有机质含量，采用电位法测定 ｐＨ 量控制㊂ 值（ 水土比 ＝ ５ ʒ １） ㊂ 为保证分析结果的可靠性， 样 品分析过程中加入国家土壤标准样和密码样进行质 样品测定工作由国土资源部南京矿产资源监督
０．５＜ Ｐ ｉ ɤ１
表 ２㊀ 谷物重金属污染评价标准
６．５＜ｐＨ＜７．５ １００ ２５０ ３００ ０．３ ０．５ ２５ ｐＨ＞７．５ １００ ３００ ３５０ ０．６ １．０ ２０
重金属 Ｃｕ Ｃｄ Ｈｇ Ｃｒ Ａｓ Ｐｂ Ｚｎ
ｐＨ＜６．５ ２００ ２５０ ０．３ ０．３ ３０ ５０
农田土壤重金属限值
－６
㊀ ㊀ 根据区内耕作层土壤重金属异常情况， 选取了
１．１２ ˑ １０ －６ ，在高值点附近百米范围内降幅达 ８５％， 说明该区农田耕作层遭受 Ｃｄ 污染强烈， 但范围不 大，仍处于点污染状态㊂ 图 １ 各点 Ｈｇ 含量值范围 在（０．９２ ２．２８） ˑ １０ －６ 之间， 平均值为 １．４５ ˑ １０ －６ ， 是 全区平均值的 ５．４９ 倍，为高度富集，样点间 Ｈｇ 含量 值波动较小，说明这一区域 Ｈｇ 污染具有普遍性， 呈 片状污染㊂ 通过对周边环境调查发现， 紧邻污染区 工厂为蓄电池厂，由此推断，这一区域土壤重金属污 染主要是由蓄电池厂排污造成的㊂ 通过 ５ 个异常点 详查资料分析， 研究区耕作层土壤 Ｃｄ 和 Ｐｂ 的污染 而 Ｈｇ 的污染主要是由污水灌溉造成的， 属间接污 状的㊁区域性的， 主要发生在地势较低的湖沼积地 区㊂ 一般紧邻污染源， 属直接污染， 为零散的点状分布； 染，因为水是 Ｈｇ 的主要迁移媒介 ［１１］ ，所以污染是片
土壤背景值 ２２．３ ６２．６ ２６．２ ０．１３ ０．２９ ７７．８ １０
㊀ ㊀ 注：谷物中 Ｃｕ 和 Ｚｎ 采用农业部制定的 ＮＹ８６１－２００４ 标准；农田土壤采用（ ＧＢ１５６１８－１９９５） 中Ⅱ级标准划定分级标准
１５０
２００
２５０
５㊀ 结果与讨论
５．１㊀ 耕作层土壤重金属含量与分布特征
耕作层 土 壤 样 品 重 金 属 元 素 含 量 与 江 苏 省 背 景 值
４㊀ 评价方法与标准
式中：Ｐ 为土壤污染综合指数， ð Ｐ ｉ ／ ｎ 为土壤中各 污染指数平均值，ｍａｘ（ Ｐ ｉ ） 为土壤中各污染指数最 大值㊂ 术规范，综合污染指数分级标准采用土壤环境监测 技术规范（ ＨＪ ／ Ｔ１６６ － ２００４） ［８］ （ 表 １） ㊂ 谷物重金属污染评价标准采用 ＧＢ２７６２ － ２００５ 标准和农业部制定的 ＮＹ８６１ － ２００４ 标准（ 表 ２） ㊂
㊀ 第 ３８ 卷第 ２ 期 ㊀ ２０１４ 年 ４ 月
ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＡＬ ＆ ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮ
物㊀ 探㊀ 与㊀ 化㊀ 探
Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．２㊀ Ａｐｒ．，２０１４㊀
ＤＯＩ：１０．１１７２０ ／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－８９１８．２０１４．２．２０
江苏南部典型地区耕作层土壤及农作物中重金属评价
重金属含量 ／ １０ －６ 最大值 ３８．３０ １１．６０ ７．２６０
性 ［１０］ ㊂ 由表 ３ 可以看出，土壤重金属含量变异系数 大于 １ 的有 Ｃｄ㊁Ｈｇ 和 Ｐｂ，表明这 ３ 个重金属含量在 耕作层土壤中的分布差别比较大； 其他重金属元素 的变异系数在 ０．２５ ０．７６ 之间， 表明这些元素在土 壤中分布比较均匀，存在相似的污染层㊂
（ １． 江苏省地质调查研究院， 江苏 南京 ㊀ ２１００１８； ２． 国土资源部 地裂缝重点实验室， 江苏 南京 ㊀
摘 要： 在江苏省南部太湖水网地区 ６７６ ｋｍ２ 范围内采集了 ０ ２０ ｃｍ 耕作层土壤样品 ３ １２１ 件，水稻和小麦籽实及 其根系土壤样品 １０３ 件，测定了 Ａｓ㊁Ｃｄ㊁Ｃｒ㊁Ｃｕ㊁Ｈｇ㊁Ｐｂ㊁Ｚｎ 等重金属含量及 ｐＨ 值土壤理化指标㊂ 统计分析表明，研 究区耕作层土壤重金属平均含量除 Ａｓ㊁Ｈｇ 略低于江苏省背景值外，其他重金属都有不同程度的富集㊂ 与土壤环境 为片状污染，Ｃｄ 以点状污染为主㊂ 运用内梅罗指数评价法研究表明， 城市周边耕作层土壤已处于警戒状态， 主要 污染因子为 Ｈｇ，其次为 Ｃｄ 和 Ｃｕ； 其他地区耕作层土壤总体处于安全状态㊂ 根据 ＧＢ２７６２ － ２００５ 标准和 ＮＹ８６１ － 超标㊂ 相关分析表明，水稻籽实中 Ｃｄ㊁Ｃｕ㊁Ｈｇ 和小麦籽实中 Ｃｄ㊁Ｃｕ 与其土壤含量相关性好， 显示可能主要来自土 壤，其他重金属可能受降尘㊁灌溉㊁施肥㊁农药等因素的影响较大； 土壤 ｐＨ 值与水稻籽实中的 Ａｓ㊁Ｃｄ㊁Ｃｕ㊁Ｈｇ㊁Ｚｎ 和 源于成土母质，但过量的 Ｈｇ 也反映出它叠加了人为活动的影响，其他重金属元素受人为源输入作用明显㊂ 关键词：太湖地区；耕作层土壤；水稻和小麦；重金属评价 中图分类号： Ｐ６３２㊀ ㊀ ㊀ 文献标识码： Ａ㊀ ㊀ ㊀ 文章编号： １０００－８９１８（ ２０１４） ０２－０３１８－０７ 小麦籽实中的 Ｚｎ㊁Ｃｄ 呈负相关性，与其他重金属表现为正相关性；分析推断，这一地区耕作层土壤 Ａｓ 和 Ｈｇ 主要来 ２００４ 标准，研究区水稻籽实 Ａｓ㊁Ｃｄ㊁Ｃｒ㊁Ｈｇ㊁Ｐｂ 含量均有不同程度的超标；小麦籽实 Ｃｄ㊁Ｚｎ 和 Ｐｂ 也存在不同程度的 质量标准（ ＧＢ１５６０１８－１９９５） 中Ⅱ级标准相比，各重金属污染程度为 Ｈｇ＞Ｃｄ＞Ｃｕ＞Ｚｎ＞Ａｓ＞Ｐｂ㊂ 从污染区分布看，Ｈｇ
［９］
统计分析全区土壤样品（ 表 ３） ，可以看出，全区 相对比，Ｈｇ㊁Ａｓ㊁Ｃｄ㊁Ｚｎ㊁Ｃｕ㊁Ｐｂ 含量超过背景值
９３． ７８％㊁ ９７． ５３％； 与 国 家 土 壤 环 境 质 量 标 准 （ ＧＢ１５６０１８ － １９９５） 中Ⅱ级标准相比，Ｈｇ㊁Ｃｄ㊁Ｃｕ㊁Ｚｎ㊁ ４．３６％㊁２．４０％㊁０．７０％㊁０．２９％㊁０． １６％㊂ 在重金属含 Ａｓ㊁Ｐｂ 含量超过标准限值的样品数分别占 ２１．５０％㊁ 量平均值中，只有 Ａｓ 和 Ｈｇ 略低于背景值，其余 Ｃｕ㊁
２㊀ 样品采集与处理
一年二熟，水产养殖业和桑蚕饲养业发达㊂ 土壤采样点按照二种密度网格化布置， 其中城
１㊀ 研究区概况
２
市周边采用 ０．５ ｋｍ ˑ ０．５ ｋｍ 为一个采样单元， 其余 地区 １ ｋｍ ˑ １ ｋｍ 为一个采样单元㊂ 采样点位的布 置除按照网络化布置外， 还根据遥感影像图和土壤 类型图进行叠加分析， 剔除非农业用地和水域范围 内的样点㊂ 耕地土壤采样深度为 ０ ２０ ｃｍ， 为增加 ５ 个土壤柱混合而成一个样品， 样品的原始重量大 于 １ ０００ ｇ，放入布袋中保存， 在采样点中心位置用 入纸质样袋中备送实验室分析㊂ ２０ 目粗筛，剔除其中的动植物残体㊁ 石子等杂质， 装 农产品样品采集是用剪刀采集麦穗或稻穗， 装 ＧＰＳ 同步记录采样点的坐标㊂ 样品经自然风干后过 土壤样品的代表性，在中心点 １００ ｍ 范围内采集 ３