云南省典型黄烟主产区土壤环境质量评价
2021-12-09李晓戈方亮钟磊
李晓戈 方亮 钟磊
摘要：武定县是云南省重要的黄烟主产区，土壤养分和土壤质量状况是保障黄烟安全的关键。本次通过对武定县1802件表层土壤样品（0～20cm）中8种重金属元素（As、Cd、Hg、Ni、Pb、Zn、Cu、Cr）数据分布研究，根据《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T0295-2016）和《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618—2018），对研究区进行了土壤环境质量评价。结果显示：（1）研究区8种重金属含量均高于全国土壤背景值，研究区内pH变化范围在3.88～8.47之间，平均值为5.33，土壤酸化严重，但重金属含量大多低于云南省土壤背景值，重金属基本不超标；（2）农用地土壤环境综合等级结果表明，一等（无风险）、二等（风险可控）、三等（风险较高）土地面积分别占调查区66.03%、32.17%和1.80%，局部风险较高地区与矿区开采有关，生态风险较低。
关键词：土壤养分；重金属；环境评价；黄烟；云南省
1.引言
土壤中N、P、K，亦称“肥料三要素”[1]，是决定黄烟品质的重要因素，适宜的土壤pH值等理化指标是优质黄烟的基础[2-3]。同时，土壤中重金属以其难以降解的特点已成为人类食物与生态环境安全重要威胁[4-10]。土壤作为重金属最大的天然储藏库，其重金属来源主要分为地质成因和人为成因两类[11]，地质成因表现为对成土母岩矿物元素的继承性，土壤的成土母质本身重金属含量较高，在风化成土过程中发生重金属相对富集，地质成因的土壤重金属活性较低，不易进入植物中，生态风险低；人为污染主要包括工业“三废”排放、资源不合理开采、生活垃圾累积、农药化肥过度使用等，人为成因的重金属污染，具有较高的活性，易被植物吸收、富集。因此，重金属的来源识别和风险评估尤为重要，是减少重金属污染的关键因素。西南地区碳酸盐岩和玄武岩广泛分布，是我国著名的重金属高背景区[12]，同时也是我国重要的烟草生产基地，在黄烟主产区开展土壤养分和环境质量评价是保障黄烟抽吸品质的关键。本文选择在云南省重要的黄烟产区武定县开展土壤环境质量评价，为指导黄烟生产提供科学依据。
2.研究区概况
调查区位于云南省武定县，隶属于楚雄彝族自治州，地跨东经101°55′～102°29′、北纬25°20′～26°11′，东邻禄劝县，南与禄丰县、富民县毗邻，西与元谋县接壤，北与四川会理县隔金沙江相望，是出滇入川的必经之地，县域国土面积3322平方千米，是乌蒙山区集中连片贫困地区之一，地势东西两侧及西南部高，北部低，属低纬高原季风气候区，由于受地形地势影响，具有北热、南暖、东西凉的立体气候特点，降水丰沛，气候垂直变化显著，雨热同季，大陆性强。武定县耕（园）地面积占全县国土总面积的18.99%，土壤类型主要有棕壤、黄棕壤、红壤、燥红土、紫色土、石灰岩土、冲积土和水稻土8个土类、14个亚类，是重要的粮食、黄烟生产基地。
3.方法与材料
3.1样品采集和分析测试
严格按照《DZ/T0295-2016土地质量地球化学评价规范》[13]要求采集土壤表层样品，采用地理网格和全国第二次土地调查图斑相结合的样点布设方案，以旱地—园地—林地顺序优先采集样品，同时兼顾均匀性，最大限度地代表区域内土壤环境质量的状况。共采集土壤样品1802件，采样深度为0cm～20cm。样品采集后置于布样带中，用聚乙烯塑料袋密封，室温条件下风干，用10目尼龙筛过筛，四分法取300克完全过筛的样品放在聚乙烯瓶中送实验室分析。
本次研究分析测试项目pH、Cr、Cd、As、Zn、Cu、Ni、Pb和Hg共9种指标。根据不同分析方法的质量水平，本项目选择分析方法配套基本方案以X射线荧光光谱法（XRF）、电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-OES）和电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）为主体，辅以其它分析方法组成，重复样相对双差合格率为100%，分析数据准确可靠。
3.2土壤环境綜合评价方法
土壤环境质量是综合土壤中砷（As）、镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、汞（Hg）、铅（Pb）、镍（Ni）、锌（Zn）8个重金属元素在土壤中的含量水平，根据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618-2018）中的筛选值和管控值划分出的土壤环境地球化学综合等级，Ci≤Si为一等，无风险，Si
4.结果与讨论
4.1土壤重金属含量特征
表层土壤中重金属（As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn）及pH值统计结果见表1。As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn平均含量分别为6.34、0.14、79.12、35.11、0.03、34.27、27.42和64.14 mg·kg-1，Cr、Zn含量较高，平均值分别超过云南省土壤背景值（ABV）的1.21和3.16倍[14]，其余重金属含量均低于云南省土壤背景值。8种土壤中重金属含量除As和Zn外，含量均高于全国土壤背景值[15]，分别是全国土壤背景值的0.70、2.33、1.49、1.76、1.27、1.4、1.25和0.97倍，研究区内pH变化范围在3.88～8.47之间，平均值为5.33，土壤酸化严重。研究区内土壤重金属元素的变异系数以中高度为主，8种元素变异系数从大到小依次为Cu> As > Cd > Zn >Hg > Pb > Ni > Cr，分布不均匀。所有重金属平均含量均未超过《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》（GB 15618-2018）规定的筛选值[16]，考虑到研究区位于西南重金属高背景区，该区潜在生态风险较低。
4.2土壤重金属环境质量评价
土壤酸碱度是土壤最重要的化学性质，因为它是土壤各种化学性质的综合反映，它与土壤微生物的活动、有机质的合成和分解、各种营养元素的转化与释放及有效性、土壤保持养分的能力都有关系。土壤酸碱度对土壤养分有效性有重要影响，在pH6～7的微酸条件下，土壤养分有效性最高，最有利于植物生长。酸碱度分级结果显示（表2），调查区农用地土壤以酸性为主，酸性地块面积为233988亩，其比例为70.98%，强酸性地块面积为57022亩，占调查区的17.30%，中性地块面积为23989亩，占调查区的7.28%，碱性地块面积为14646亩，占调查区的4.44%，调查区无强碱性土壤分布。
重金属污染分级结果显示，调查区As基本不超标，以一等（无风险）为主，面积316676亩，占调查区96.07%，无超过管控值土地，调查区砷含量不高，无风险；调查区Cd基本不超标，以一等（无风险）为主，面积305084亩，占调查区92.55%，二等（风险可控）面积18755亩，比例为5.69%，超过管控值土地面积5806亩，比例为1.76%；调查区土壤Cu污染较严重，超出筛选值农用地97574亩，超标比例29.60%，需要加强预防和治理工作；调查区Pb含量二等（风险可控）与狮子山矿区有关，其余有零星分布；调查区97.55%的土壤Cr含量低于150mg/kg，达到国家一级土壤质量标准，无风险；调查区农用地Ni主要以一等（无风险）为主，面积309002亩，占调查区的93.77%，超标农用地面积20543亩，占调查区面积6.23%；调查区农用地土壤Zn含量以一等（无风险）为主，面积318720亩，占调查区96.69%；调查区农用地土壤Hg无超标。
调查区一等、二等、三等土地面积分别为217678亩、106036亩、5932亩，分别占总调查面积的66.03%、32.17%、1.80%（图1）。武定县土壤环境质量较清洁，二等（风险可控）土地和三等（风险较高）土地与狮子口矿区位置吻合，土壤环境质量等级较地的二等（风险可控）和三等（风险较高）的土地主要为林地，耕地（园地）风险较低。
4.3土壤重金属污染来源分析
各元素之间的相关性常用来判别元素之间是否具有共同来源的依据之一，具有显著正相关性的重金属通常认为有相似的来源。对研究区As、Cd、Cr等8种指标进行皮尔森相关性检验发现（表3），土壤中Cr和Ni有极好的相关性，Cr和Ni种重金属元素在0.01水平上有显著关系，且相关系数均较大，在0.65以上，表明2种元素很可能具有相同的物质来源；土壤Cd和Zn两者之间相关系数为0.84（0.01水平），存在极显著的关系，说明它们可能具有共同来源。
5.结论
（1）除As和Zn外，研究区8种重金属（Cd、Cu、Ni、Cr、Zn、As、Hg、Pb）重金属含量均高于全国土壤背景值，研究区内pH变化范围在3.88～8.47之间，平均值为5.33，土壤酸化严重，但重金属含量大多低于云南省土壤背景值，下一步需加强重金属来源研究，厘清受西南地区特殊的地质条件还是人为活动的影响。
（2）农用地土壤环境综合等级结果表明，一等、二等、三等土地面积分别占调查区66.03%、32.17%和1.80%。局部风险较高地区与矿区开采有关，研究区土壤环境质量尚可。
（3）重金属污染来源主要与碳酸盐岩、基性侵入岩、砂岩以及铜鐵矿床等西南特殊地质背景有关，受地层控制明显，Cr、Cu、Ni等重金属具有相同的来源，Zn和Cd可能受地质背景与人为外源污染双重影响，具有相同来源。
参考文献：
[1]何同康.土壤（土地）资源评价的主要方法及其特点比较[J].土壤学进展， 1983， 11（6）： 1-12.
[2]骆东奇，白洁，谢德体.论土壤肥力评价指标和方法[J].土壤与环境， 2002， 11（2）： 202-205.
[3]金继运.“精准农业”及其在我国的应用前景[J].植物营养与肥料学报， 1998， 4（1）： 1-7.
[4]Cheng， S. Heavy metal pollution in China： origin， pattern and control. Environ. Sci. Pollut. Res. 2003， 10， 192–198.
[5]Rodrigues， S.M.， Cruz， N.， Coelho， C.， et al. Risk assessment for Cd， Cu， Pb and Zn in urban soils： chemical availability as the central concept. Environ. Pollut. 2013， 183， 234–242.
[6]Cheng H， Li M， Xie X J. Exploring China： environment and resources. Journal of Geochemical Exploration， 2014， 139 ： 1–3.
[7]Chen H， Teng Y， Lu S， Wang Y， Wang J. Contamination features and health risk of soil heavy metals in China. Science of the Total Environment. 2015， 512-513， 143-153.
[8]Kowalska， J.， Mazurek， R.， G？asiorek， M.， Setlak， M.， Zaleski， T.， Waroszewski， J. Soil pollution indices conditioned by medieval metallurgical activity–a case study from Krakow （Poland）. Environ. Pollut. 2016， 218， 1023–1036.
[9]Shi， Y.， Huang， J.， Zeng， G.， Gu， Y.， Hu， Y.， Tang， B.， Zhou， J.， Yang， Y.， Shi， L. Evaluation of soluble microbial products （SMPs） on membrane fouling in membrane bioreactors （MBRs） at the fractional and overall level： a review. Rev. Environ. Sci. Biotechnol. 2018a， 17， 71–85.
[10]张富贵，彭敏，王惠艳，等.基于乡镇尺度的西南重金属高背景区土壤重金属生态风险评价[J].环境科学， 2020， 41（09）： 321-333.
[11]Liang Jie， Feng Chunting， Zeng Guangming， et al，. Spatial distribution and source identification of heavy metals in surface soils in a typical coal mine city， Lianyuan， China[J]. Environmental Pollution. 2017， 225： 681-690.
[12]Yang Y. The Geochemistry of anomalous elements in the environment of Guizhou. Guizhou Geology. 1999， 66 （1）： 66-72.
[13]中華人民共和国国土资源部. DZ/T 0295-2016土地质量地球化学评价规范[S]. 2016.
[14]中国环境监测总站.中国土壤元素背景值[M].北京：中国环境科学出版社， 1990.
[15]王学求，周建，徐善法，等.全国地球化学基准网建立与土壤地球化学基准值特征[J].中国地质， 2016， 43（5）： 1469-1480.
[16]中华人民共和国生态环境部. GB 15618-2018土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准[S].
