重庆市农田土壤—粮食作物重金属关联特征与污染评价

【摘要】： 通过对重庆市全境范围39个区县农田土壤及主要粮食作物进行同步取样调查，获取土壤样品456份，水稻、玉米植株及籽粒936份。评价指标涵盖汞、镉、铅、砷、铬、铜、锌、镍等8种重金属元素，相关土壤性质分析包括pH、有机质、CEC、CaCO_3、交换性酸、交换性铝、全氮、全磷、全钾、速效氮、磷、钾等12个，累计数据12936个。利用DPS、SPSS和EXCEL数据处理工具，以及ArcGIS地统计软件，对重庆市农田土壤重金属含量特征、空间分布、污染水平、累积现状及作物污染状况作了系统地分析和评价，并根据评价中出现的问题，研究了土壤与作物重金属污染的关联规律．结合盆栽生物试验提出用水溶态重金属作为生物有效性强度指标，评价农田土壤污染现状。 1、重庆市农田土壤重金属含量与分布特征 重庆市农田土壤汞、镉、铅、砷、铬、铜、锌、镍八种重金属含量分布除铬呈正态分布外，其余七种均表现为对数正态分布，据此，土壤铬含量水平的统计采用算术平均值与标准差作为代表值，其它七种元素均采用几何平均及标准差为代表值。浓度集中分布范围：铬31.871-70.200mg／kg±(占86.6％)，集中值为53.676mg／kg±；汞0.032-0.164mg／kg±(占84.5％)，集中值为0.076mg／kg±；镉0.155-0.710mg／kg±(占86.6％)，集中值为0.364mg／kg±；砷3.060-21.487mg／kg±(占82.7％)，集中值为8.094mg／kg±；铜7.225-43.550mg／kg±(占86.4％)，集中值为19.648mg／kg±；锌63.575-139.800rag／kg±(占87.2％)，集中值为95.131mg／kg±：镍13.425-54.025mg／kg±(占81.3％)，集中值为29.061mg／kg±；铅34.200-84.250mg／kg±(占87.8％)，集中值为52.089mg／kg±。 与世界正常土壤相比，重庆市农田土壤汞、镉、砷、铅、锌含量高于其平均值，铬、镍含量低于其平均值，铜含量接近。与背景值相比，铬、铜、镍含量没有明显改变，汞、镉、砷、铅、锌均高于背景值，出现明显累积趋势。 八种重金属含量变异系数大小顺序为：镉＞砷＞铜＞汞＞锌＞铅＞镍＞铬，镉、砷等受外来污染影响较大：重金属中镉—砷，铜—砷，锌—砷，镉—铜，镉—锌，铜—锌，锌—铅之间有很高的相关性，其污染同源性较高。 调查表明，重庆农川lJ襄重金属含量水平既受到成日寸质等地球化学特征的深刻影响， 同时又受到人为因素的强烈作川。应用地统计软件ArcGIS分析重庆市农田土壤重金属空间 分异规律表明，土_壤辆、砷、错块金效应明显，块余‘，;石数基台值大于5帆，元素空间自相 关程度较弱，受随机囚奈球明较强;土壤铜、镍、永、锌块金常数/基台值小于50%，表明 元素空间自相关程度较强，里七分布受土壤系统性结构影响较大。根据空间分析结果，运用 心Jging插值原理.绘制出吸庆;卜农田土壤八种重金属元素含量分布图，能够清晰反映不同 区域各类重金属含量范围，llJ一作为污染控制与管理、农产品安全生产布局的基础依据。 2、重庆市农田土壤重金属污染现状评价 按照国标单项污染指数，重庆市农田土壤各重金属元素平均污染程度:锅(l .441) 镍(0.687))锌(0.429)砷(0.400)铜(0.328)铬(0.234)汞(0.208)铅 (0.194)。超标比例最严重的是锅，456份土壤样品，46%超过国家农田土壤二级标准，最 高超标55.1倍。镍和砷的超标率分别为n.21%和3.53%。铜、锌、汞超标率低于2%，铅元 素超标率只有0.2%。 按内梅罗(Nemerow)综合污染指数，重庆市各区县重金属污染分区: 安全级有武隆县、铜梁县、沙坪坝区、彭水县、忠县、开县、奉节县、万州区、垫江县。 警戒级水平有丰都县、涪陵区、大足县、巴南区、云阳县、渝北区、万盛区、梁平县、 长寿区、巫溪县、北暗区、荣昌县、璧山县、纂江县。 轻污染水平有巫山县、江津市、大渡口区、南岸区、永川市、合川市、秀山县、双桥区、 南川市、酉阳县、九龙坡区、黔江区、憧南县。 中污染水平为江北区。 重污染水平有石柱县、城口县。 3、重庆市农田土壤重金属累积特征 八种重金属中，除铬、铜、镍外，汞、锡、砷、铅、锌五种重金属存在明显的累积现象。 特别是福和铅累积现象十分突出，较土壤背景值增加一倍以上;各元素平均累积指数顺序: 福(1 .75)铅(1.70)砷(0.78)锌(0.72)镍(0.44)铜(0.25)汞(0.24) 铬(0 .24)。全市范围综合累积指数平均1.575，己达到中度累积水平。 比较土壤重金属含量水平、污染指数、累积指数可见，重庆农田土壤汞、砷、锌含量高 于世界正常土壤主要来自地球化学原因，人为外源增加较少，土壤全量水平处于比较稳定的 状态，未对农田环境造成实质影响。土壤铬、铜含量低于或接近世界正常土壤平均值，铬全 量水平处于稳定的状态，铜有少量的积累，但均未对农田环境造成实质影响。土壤福全量水 平处于轻度污染状态，且来自外源影响严重，已经对农田环境造成影响。土壤铅积累重而污 染轻的特征表明，尽管重庆市农田土壤铅污染尚未达到国标指数的严重程度，但人为外源增 加趋势十分严重，土壤全量水平处于上升的状态。土壤镍无明显积累却有11.2%污染超标的 J 特点表明