谢萍娟, 郭掌珍

(1.宝鸡市环境影响评价所，陕西 宝鸡 721000；2.山西农业大学 资源环境学院，山西 太谷 030801)

宝鸡市近郊农田土壤重金属含量及风险评价

谢萍娟1, 郭掌珍2

(1.宝鸡市环境影响评价所，陕西 宝鸡 721000；2.山西农业大学 资源环境学院，山西 太谷 030801)

为调查宝鸡市城区周边农田土壤重金属污染状况及其生态风险，测定了宝鸡市30个农田土壤样品Hg、Cd、Pb、As、Cr、Cu和Zn 7种重金属含量，并采用累积性指数、地累积指数和商值法对其评价。结果表明，30个土壤样点Hg、Cd、Pb、As、Cr、Cu和Zn含量分别为0.035±0.028、0.102±0.020、26.06±3.35、5.27±1.95、91.75±6.16、29.95±1.95和60.26±8.77 mg·kg-1。30个样点Hg、Cd、Pb、Cr、Cu含量高于陕西省土壤环境背景值，但所有元素的污染等级均为无污染。与加拿大保护生态和人体健康的农田土壤质量指导值相比，铬对所有样点均有造成一定生态风险的可能，其余元素均为无风险。

农田土壤；重金属；宝鸡市

重金属是一类化学性质稳定，并可对生物体产生明显毒害的金属或类金属。随着现代工农业和城市化的发展，工业三废和生活垃圾的排放逐渐增加，农田土壤受重金属污染的问题越来越突出[1]。宝鸡市是陕西省第二大城市，是陕西省重要的工业城市，有冶金、采矿、机械加工、化工、电力、纺织等多个工业门类，且三面环山，大气污染物不容易扩散[2,3]，由此引起的重金属污染问题不容忽视。为评估经济发展过程中可能带来的农田土壤重金属污染，本文对宝鸡市城区周边农田土壤中重金属的污染现状进行初步研究，旨在为区域生态环境治理和食品安全管理提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

宝鸡市是陕西省第二大城市，东连咸阳市，南接汉中市，西北与甘肃省天水市和平凉市毗邻，境内交通便利。该市属于暖温带半湿润气候，全年气候变化受东亚季风控制。冬季寒冷干燥，夏季温热多雨和炎热干燥天气交替出现；春季气温多变少雨，秋季降温迅速阴雨连绵，平均降水量590～900 mm。宝鸡市目前主要以装备制造业、有色金属冶炼及加工、电子信息、化工、食品、建材等为主导产业。

1.2 土壤样品采集

2013年5-6月，从宝鸡市长坡塬村、永利村等30个农产品种植区区采集30个土壤样品。为了保证样品的代表性，样品由采样中心点及周边的4～5个子样混合组成，置于布袋中运回实验室，去除较大的植物根系、石块等杂物，自然风干，研磨过筛，测定汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、砷(As)、铬(Cr)、铜(Cu)、锌(Zn)7种金属元素含量。具体样点名称列于表1。

表1 样点编号及名称

1.3 土壤样品测定方法

Cd、Pb采用石墨炉原子吸收法，Cr、Cu、Zn采用火焰原子吸收法测定，仪器型号：Thermo ICE 3300。As、Hg采用原子荧光法测定，仪器型号：NanoDrop 3300。试验中加入土壤GSS-1标准样品(GBW-07401)为参考物质，各元素的分析误差均在允许范围内。

1.4 土壤累积性指数

土壤累积性指数常用于评价土壤重金属累积性污染程度[4]。其计算公式为：

Pi=Ci/Cbi

式中，Pi为环境中污染物i的累积性指数；Ci为环境中污染物i的实测浓度/mg·kg-1；Cbi为环境背景值/mg·kg-1。

本研究采用陕西省土壤背景值[5]计算土壤累积性指数。土壤累积性分级标准见表2。

表2 土壤累积性指数分级标准

1.5 地积累指数(Igeo)

地积累指数常用于评价沉积物(土壤)中重金属的污染程度[6]，其计算公式为：

Igeo=log2(Cn/1.5Bn)

式中，Cn为元素实测质量分数/mg·kg-1；Bn为元素背景质量分数/mg·kg-1。

根据地积累指数，可对重金属污染程度进行划分，标准见表3。

表3 Muller地积累指数分级

1.6 多因子分析

主成分分析法(principal component analysis PCA)是因子分析的一种，广泛应用于评估土壤中污染物的来源及变化[7]。PCA可用综合指标代替一类相关性较高的数据，从而简化数据，并反映数据之间的关联性，其分析结果有助于区分变量中相对同源的组分[8]。采用统计软件SPSS 17.0(SPSS Inc，USA)进行PCA及相关性统计分析。

2 结果与分析

2.1 土壤重金属含量及其累积性评价结果

土壤重金属含量及累积性评价结果见表4。

表4 土壤重金属含量及其累积性评价结果

由表4可见，30个样点Hg、Cd、Pb、As、Cr、Cu、Zn的平均含量分别为0.035±0.028，0.102±0.020，26.06±3.35，5.27±1.95，91.75±6.16，29.95±1.95，60.26±8.77 mg·kg-1。同一重金属在不同样点间的变异程度不同，其中Hg在整个研究区域变异较大，As、Cd、Zn等次之，Cu最小。土壤重金属不同样点含量差异大，提示来源可能不同[9]；Hg、As变异系数较大，分布不均匀，受人为扰动的可能性较大。

统计发现，Hg最大值出现在28#赵家台村，最小值位于18#王家村；Cd最大值出现在5#宝陵村，最小值出现在2#永利村；Pb最大值出现在22#西秦村，最小值位于19#范家崖村；As含量最大值出现在6#斜坡村，最小值位于5#宝陵村；Cr含量最大值出现在2#永利村，最小值位于25#齐家村；Cu最大值出现在6#斜坡村，最小值出现在1#长坡塬村； Zn最大值出现在11#庄子上村，最小值出现在27#张家岭村。调查发现，各重金属高值区均分布有机械、电子及金属制品工业，因此其来源可能与工业生产、交通运输及大气扬尘有关。

从表4还可以看出，30个样点As、Zn 2种元素的平均含量与陕西省土壤背景值相比无明显变化，均属于无累积，其余元素均为轻度累积。整体看累积程度表现为Hggt;Crgt;Cugt;Pbgt;Cdgt;Zngt;As。统计发现，与土壤环境质量标准(GB15618-1995)[10]二级标准相比，各样点金属元素含量均未超标。汞出现累积的点位数占样点总数的63.0%，累积性指数最大为7.14，累积性程度为重度累积；Cd、Pb、Cr、Cu、Zn出现累积的点位数占样点总数的百分数分别为87.0%、100%、100%、100%、23.0%，最大累积程度均为轻度累积；所有样点As均未见累积。综上所述，陕西省近郊农田土壤重金属含量整体属轻度累积，但个别点位汞污染较严重，应引起足够重视。环境中的汞主要来源于燃煤、钢铁等工业排放[11]，考虑到宝鸡市主要以机械、电子、金属压延加工为主导产业，且能源结构以燃煤为主，因此，农田土壤汞的来源可能与工业生产有关。

2.2 土壤污染物地积累指数评价结果

由地积累指数计算结果可知(表5)，分析的7种元素在30个样点中的污染程度均为无污染，但28#样点赵家台村Hg表现为中度污染，应引起重视。

表5 土壤重金属地积累指数及其污染分级

2.3 土壤主要污染物主成分分析

采用主成分分析法对宝鸡市近郊农田土壤全部样点的金属元素进行载荷因子分析，为消除变量之间在数量级和量纲上的差异，以使各类变量处于同等地位，采用Z分数法(Z Score)对重金属含量数据进行标准化。通过对原始数据的归一化，得到原始数据相关矩阵，为使主成分变量更容易得到解释，采用方差极大正交旋转法(varimax normalized rotation)对因子载荷矩阵进行旋转，并对相关矩阵特征向量进行提取，取特征值gt;1，累积方差大于70%的前3个成分作为主成分，得到宝鸡市近郊农田土壤的主成分因子载荷(表6)。由表6可见，第一主成分占方差的34.159%，包括Cr、Cu、Zn。第二主成分则包括了元素Hg、Pb，其贡献率占方差的20.789%，第三主成分包含As、Cd。考虑到宝鸡市近郊农田土壤重金属污染整体较轻，因此，主成分分析中不同因子主要反映了各重金属高值区人为来源的差异[12]。

表6 主成分分析结果

2.4 重金属的生态风险评价

目前国内外还没有系统地针对土壤中重金属生态风险的评价标准。采用加拿大基于保护生态和人体健康的农田土壤质量指导值进行潜在环境风险评价，评价结果见表7。

表7 研究区重金属的生态风险评价结果

由表7可见，总铬100%超标，最大超标倍数为0.58倍。说明研究区铬具有造成一定生态风险的可能性。此外，其余元素均未见超标。

3 结论

(1)宝鸡市近郊农田土壤30个样点Hg，Cd，Pb，As，Cr，Cu，Zn含量分别为0.035±0.028，0.102±0.020，26.06±3.35，5.27±1.95，91.75±6.16，29.95±1.95，60.26±8.77 mg·kg-1。

(2)土壤累积性指数和地积累指数的计算结果显示，30个样点Hg、Cd、Pb、Cr、Cu虽有一定的累积，但所有元素的污染等级均为无污染。

(3)生态风险评价结果显示，铬有造成一定生态风险的可能，其余元素均为无风险。

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[2]宝鸡市政府网[Z].http://www.baoji.gov.cn/

[3]陈灿灿，卢新卫，王利军,等.宝鸡市街道灰尘重金属污染的健康风险评价[J].城市环境与城市生态,2011,24(2):35-38.

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HeavyMetalContentsDetectionandRiskAssessmentinFarmlandSoilfromBaoji

Xie Pingjuan1，Guo Zhangzhen2

(1.BaojiResearchInstituteofEnvironmentalImpactAssessment,BaojiShaanxi721000,China; 2.CollegeofResourcesandEnvironment,ShanxiAgriculturalUniversity,TaiguShanxi030801,China)

30 samples of surface farmland soils collected from suburbs of Baoji in Shaanxi Province were monitored for total contents of 7 heavy metals by a cumulative index, geo-accumulation index and quotient method, in order to investigate their concentration and risk. The results indicate that the concentrations of Hg, Cd, Pb, As, Cr, Cu and Zn in agriculture soils are 0.035±0.028，0.102±0.020，26.06±3.35，5.27±1.95，91.75±6.16，29.95±1.95，and 60.26±8.77 mg·kg-1, respectively. The mean concentrations of Hg, Cd, Pb, Cr, and Cu in soil of 30 sites are higher than the soil background contents in Shaanxi Province, but within a safe range. Compared with Soil Quality Guideline for the protection of Environmental and Human Health of Canada, Cr was a certain threat to the ecological system in all sites, while other heavy metals were not.

Soil；Heavy metals；Baoji City

2014-03-10

2014-05-05

谢萍娟(1977-)，女(汉)，陕西岐山人，工程师，硕士，研究方向：环境评价。

X53

A

1671-8151(2014)05-0442-05

(编辑：马荣博)