农田土壤重金属污染评价方法研究Word文件下载.docx
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01-0048-06
MethodsforAssessmentofHeavyMetalPollutioninCroplandSoils—ACaseStudyofChangshu.MACheng2ling,
ZHOUJian2min,WANGHuo2yan,DUChang2wen,HUANGBiao（
StateKeyLaboratoryofSoilandSustainableAgriculture/
InstituteofSoilScience,ChineseAcademyofSciences,Nanjing210008,China
Abstract:
Withtheprocessofindustrializationandmodernizationmovingon,soilpollutionindevelopedareashasbecome
aproblemthatcallsformuchconcern.Howtoassessthesoilenvironmentqualityofthisarearationallyandproperlyisnow
aresearchtopicthatdeservesstudyanddiscussion.Basedondiscussionsaboutmeaningsofthebackgroundvalues,deter2minationmethodsandevaluationcriteriaofsoilenvironment,contentsofsevenheavymetals
Cd,Hg,As,Pb,Cr,Cuand
Zn
inthesoilsofChangshu,atypicalcityintheYangtzeRiverDelta,wereinvestigatedthroughfieldsamplingandlabora2toryanalysis.Heavymetalpollutionofthesoilswasevaluatedwiththeenvironmentalbackgroundvaluesofthesoilsof
ChangshuandGradeⅡCriterionofGB15618
1995asbenchmarks.Phenomenawerefoundoftheconcentrationofthe
sevenheavymetalsinthesoilsbeingbeyondtheirrespectivebackgroundvalues.EspeciallyforHg,Pb,Cr,CuandZn,their
overstandardratesvariedfrom10%to20%.Andheavymetals,Cd,Pb,Cu,ZnandHg,werefoundbeyondGradeⅡCrite2rionofGB15618
1995inconcentration,andHginparticularwasoverstandardinabout30%ofthesoilsamples.Asand
Cr,however,werenotoverstandard.Theresultssuggestthatitismoreadvisabletousebothofthestandardsinassessing
soilenvironmentqualityforabetterunderstandingofthestatusofheavymetalpollutioninthesoilsinvestigated.
Keywords:
YangtzeRiverDelta;
cropland;
heavymetal;
soilpollution;
evaluationmethod;
Changshu 在工业化、现代化过程中,经济发达地区农村土
壤污染是一个十分值得重视的问题,如何合理、恰当
地对这些地区的土壤环境质量进行评价也是众所关
注和值得探讨的。
常熟市位于长江三角洲经济发达
地区,总面积1266km2（含长江界属水面）
人口103.6万,地处中纬度地区,属亚热带季风湿润气候
区,雨量充沛,土地肥沃。
该市乡镇企业萌发于20世纪50年代末,兴盛于80年代初,经过多年的发
展,乡镇企业在全市星罗棋布,已成为全市的支柱产
业。
2002年全市国内生产总值达365亿元,人均国内生产总值达34353元。
随着厂矿、企业和养殖基金项目:
国家重点基础研究发展规划项目（
2002CB410810
）收稿日期:
2005-09-06
生态与农村环境学报 2006,22
1
:
48-53JournalofEcologyandRuralEnvironment场的增加和发展,废水、废气、废渣的排放也随之增
加,致
使农田土壤受污染日益严重。
为此,特选择该
市为典型地区开展研究。
1
关于评价标准1.1 土壤环境质量标准（
）从保护土壤生态系统多样性和可持续利用
的长远观点出发,土壤应尽可能保持背景水平。
GB
15618—1995 土壤环境质量标准一级标准值是依
据全国4095个样点的统计资料制定的[1]。
该一级
标准值居上述全部样点顺序统计量值的80%左右。
鉴于土壤背景值具有地区差异性的特点,因此采用
当地土壤环境背景值作为评价标准比较准确。
2
）从保障农业生产和维护人体健康出发,应
对土壤污染物含量给予限制。
GB15618—1995 土壤环境质量标准二级标准值主要依据污染物在土
壤-植物体系、土壤-微生物体系和土壤-水体系中诸
多土壤环境质量基准值中的最低值制订。
土壤环境
质量基准值也同样具有地区差异性的特点,不同土
壤、不同植物等均有差别。
二级标准值是个警示值:
低于此值,一般说来不会有污染问题;
而高于此值,则视土壤对植物、水环境等是否有危害来确定。
一般说来,GB15618—1995 土壤环境质量标
准二级标准值显著高于土壤背景值。
因此在进行土
壤环境质量评价时,应依据对土壤环境质量的具体
要求采用相应的评价标准。
1.2 土壤环境背景值1.2.1 土壤环境背景值的含义岩石经风化作用形成母质,再经成土作用形成土壤。
土壤原来固有的化学组成和元素含量水平,可称为土壤自然背景值或土壤地球化学背景值。
但是,由于污染源存在和影响的普遍性,当今已很难找
到一处没有外源污染物进入的土壤,真正的土壤自
然背景值已无从检测到。
土壤环境背景值是指在较少受人类活动影响情
况下,在土壤原来固有的化学组成和元素含量水平
上,叠加较少数量面源污染物的总量。
可见,土壤环
境背景值是个相对概念,外源污染物不是没有,而是
尽可能少,相对较干净。
土壤环境背景值是在一定的历史时段和地域内土壤中某些元素或物质的含量。
随着人类社会生产和生活的进程,越来越多的
外源污染物进入土壤。
土壤虽具有一定的自净功
能,但其环境容量是有限的。
我们要用长远的战略
眼光和可持续发展的观点,提高对保护土壤重要性
的认识。
因此,采用土壤环境背景值作为评价标准,保护大部分土壤尽可能维持现在的背景水平,对超
标的土壤予以警示和及早给予关注十分必要。
1.2.2 土壤环境背景值的确定方法
由于各地岩石、成土母质和土壤类型存在差别,土壤环境背景值具有明显的地区性差异。
背景值密切地受气候、地形、生物和时间的影响,因
而不同风化过程和成土过程以及不同污染源状况,必然会导致各地不同的土壤环境背景值。
鉴于在土壤发生分类中,土属是由高级分类单
元过渡到基层分类单元的一个中级分类单元,其划
分依据是地方性影响因素。
因此,在确定具体土壤
的环境背景值时采用土属作为土壤环境背景值的统
计单元,这样充分考虑了母质和成土过程（如pH值、质地状况、粘土矿物含量、有机质含量、吸附性
能、氧化还原状况）等因素的影响。
1.2.3 土壤环境背景值评价标准的确定方法将土属作为土壤环境背景值的统计单元。
在剔
除有明显污染的土壤后,采用维斯捷利乌斯（
Visteli2ws
）置信带法考察数据的分布情况。
符合正态分布
规律的样本,采用算术平均值±
2倍标准差作为环境背景值上下限,数值落在此范围以外的,作为异常值予以剔除。
经过反复检验、统计和剔除异常值直
至无异常值可剔除,最后采取算术平均值+2倍标
准差作为环境背景值上限值,以此作为评价标准。
若数据呈对数正态分布,则采例例
强求。
2 常熟市农田土壤污染状况调查与评价2.1 采样和分析方法2.1.1 土样采集
采样点具有代表性和典型性。
在调查采样时,注
意采集有重金属污染的土壤样品;
不同镇、区的采
样点尽可能选在相同类型母质上,以避免因母质不
同而产生差异[2]。
共采集耕层（
0—20cm
）土壤样
品235个。
样点分布如图1所示。
每个采样点按地
块形状S形采取5～7个小点样的混合样。
图1 样点分布示意Fig.1 Distributionofthesamplingsites2.1.2 分析方法土壤中Cr、Pb、Cu、Zn、Cd含量分析:
土壤样品用反王水-高氯酸法[3]于远红外消煮炉中消化,用电感耦合等离子发射光谱仪（
ICP2AES,ThermoElemental
）测定待测液中Cr、Pb、Cu、Zn含量,用石墨炉原子吸
收光谱仪测定Cd含量;
土壤中Hg和As含量分析:
土壤样品经王水法消化后,分别用测汞仪和原子荧光分光光度计测定[4-5]。
所用试剂均为优级纯,重金属分析测试过程中均用GSS-3标准参考土样进
行全程质量控制。
2.2 常熟市土壤元素环境背景上限值及其与土壤
环境质量标准值的比较
按元素分别统计常熟市各土属、亚类和全部土
壤的环境背景值。
表1和表2分别是Hg和Pb元素
统计数值（按土属统计的其他元素环境背景值,因篇幅所限未列）
表3为各元素环境背景上限值。
从表1、表2可以看出,土壤环境背景值除少数
呈对数正态分布外,大部分呈正态分布,精度均在70%以上;
变异系数为:
Pb<
30%,平均17.0%;
Hg
18.3%～43.0%,平均30.3%;
其他元素变异系数
平均值为Cd31.9%、Cu24.9%、Zn20.5%、As
15.2%、Cr12.5%,精度均>
70%。
从表3可以看出,有些元素在同一亚类不同土属间的背景值差异较大,在以土壤环境背景上限值作为评价标准时,以亚类作为划分单元太过宽泛,以土属作为划分单元较好。
将当地土壤环境背景值上
限值与GB15618—1995 土壤环境质量标准一级
标准值比较可以发现,当地Hg背景值上限值显著高于一级标准值,Pb、Cu和Zn大部分较高,Cd有高有低,Cr大多较低,As则均较低。
在过去调查中也曾发现该地区属Hg高背景区。
表1 常熟市土壤中Hg的环境背景值统计Table1 StatisticsofbackgroundvaluesofHgincroplandsoilsofChangshuCity亚类土属样点数
含量范围/
mg?
kg-1）xorG/（
kg-1）sorSg/
kg-1）CV/%Ac/%
（x+2s
）orG×
Sg2分布类型
潴育型水稻土黄泥土290.13～0.370.23
1.3329.289.40.40对数正态
乌黄泥土250.19～0.540.330.1030.088.00.53正态
白土120.08～0.290.17
1.5143.075.70.42对数正态
灰黄泥土140.27～0.510.410.0818.390.40.56正态
脱潜型水稻土乌栅土210.18～0.650.33
1.4236.384.50.67对数正态
乌泥土30.16～0.280.230.0624.073.00.34正态
潜育型水稻土乌沙土260.08～0.500.310.1136.685.90.53正态
灰潮土水耕灰潮土70.22～0.400.290.0621.883.90.41正态
夹沙土290.11～0.360.220.0834.187.60.37正态
堆叠土70.14～0.330.260.0726.780.20.41正态
垄 泥130.12～0.390.240.0833.781.70.40正态x和s为算术平均值和标准差,加下划线的数据分别为几何平均值G和几何标准差Sg,CV为变异系数,Ac为精度。
?
05?
生 态 与 农 村 环 境 学 报 第22卷v表2 常熟市土壤中Pb的环境背景值统计Table2 StatisticsofbackgroundvaluesofPbincroplandsoilsofChangshuCity亚类土属样点数
kg-1）xorG/
潴育型水稻土黄泥土3317.59～40.3629.916.2620.992.942.42正态
乌黄泥土3329.41～67.6949.5614.4229.090.078.40正态
白土928.79～33.8230.731.635.396.533.98正态
灰黄泥土1132.12～41.2336.073.118.697.142.29正态
脱潜型水稻土乌栅土2130.72～45.5337.15
1.1110.195.745.77对数正态
乌泥土532.04～39.0635.233.399.691.642.02正态
潜育型水稻土乌沙土1729.87～40.8737.453.7910.195.245.04正态
灰潮土水耕灰潮土829.10～67.5355.9412.4222.284.680.78正态
夹沙土2614.34～30.3522.304.5120.292.231.31正态
堆叠土520.72～37.0526.937.4428.075.041.82正态
垄 泥1013.95～29.3823.445.3022.686.034.04正态x和s为算术平均值和标准差,加下划线的数据分别为几何平均值G和几何标准差Sg,CV为变异系数,Ac为精度。
表3 常熟市土壤环境背景值上限值Table3 UpperlimitofbackgroundvaluesofheavymetalsinsoilsofChangshuCity亚类土属母质pH值1
）有机质1
）/
g?
kg-1）环境背景值上限值/
kg-1）
CdHgAsPbCrCuZn潴育型水稻土黄泥土下蜀黄土状5.8141.60.160.4011.942.449.026.990乌黄泥土下蜀黄土状6.2339.10.210.5212.178.4103.066.0158白土下蜀黄土状5.8840.70.160.4211.434.045.735.479灰黄泥土
下蜀黄土状2
）6.0750.80.200.5611.242.350.230.9118亚类下蜀黄土状6.0043.00.190.5212.065.086.955.7132脱潜型水稻土乌栅土湖积物6.7046.30.280.6711.045.459.752.5149乌泥土湖积物6.8038.90.180.3411.142.063.147.6109亚类湖积物6.7542.60.210.5811.244.559.351.3128潜育型水稻土乌沙土冲积物6.5038.30.270.5310.045.055.140.0124灰潮土水耕灰潮土长江冲积物6.6129.20.240.417.080.884.052.5163夹沙土长江冲积物7.1127.10.170.378.531.341.921.885堆叠土长江冲积物7.6439.70.130.419.241.844.123.578垄泥长江冲积物7.3731.30.200.409.734.049.434.898亚类长江冲积物7.1831.80.190.398.954.162.833.9110常熟市全部土壤 6.6138.90.210.4711.657.674.646.6126
GB15618—1995 土壤环境质量标准一级标准值0.200.1515 35 90 35 100
）平均值;
）灰黄泥土母质还有湖积物。
将表3中土壤环境背景值上限值与GB
15618—1995 土壤环境质量标准二级标准值（表4
）相比,只有Hg的当地土壤环境背景值上限值大
于二级标准值（主要是黄泥土、乌黄泥土、白土、灰
黄泥土、乌栅土和乌沙土）。
表4 GB15618—1995 土壤环境质量标准二级标准值Table4 “StandardforSoilEnvironmentQuality”GB15618—1995土属
二级标准值/
pH值CdHgAs
Pb1
）CrCuZn黄泥土、乌黄泥土、白土、灰黄泥土 <
6.50.30.33010025050200乌泥土、乌栅土、乌沙土、水耕灰潮土6.5～7.50.30.525150300100250夹沙土、堆叠土、垄泥6.5～7.50.30.530150200100250
GB/T18407.1—2001 农产品安全质量:
无公害蔬菜产地环境要求规定值。
15?
第1期 马成玲等:
农田土壤重金属污染评价方法研究———以长江三角洲典型县级市常熟市为例2.3 常熟市农田土壤环境污染现状评价
以常熟市土壤环境背景上限值（表3
）和G
B
15618—1
995 土壤环境质量标准（表4
）为评
价标
准,用
单项污染指数法和尼梅罗综合污染指数法,分
别对常熟市农田土壤中重金属污染状况进行评价。
2.3.1 单项污染指数法单项污染指数法可以对每项污染物的污染状况
进行评价,其计算公式为:
Pi=Ci/Si（
5
）式（
）中:
Pi为单项污染指数;
Ci为污染物实测值;
Si为污染物评价标准;
i为某种污染物。
常熟市农田土壤中重金属含量及单项污染指数
平均值和标准差列于表5。
超标样品的统计结果列
于表6。
表5 常熟市农田土壤重金属含量及单项污染指数（
n=235）
Table5 ConcentrationandmonomialpollutionindexofheavymetalsincroplandsoilsofChangshuCity（n=235）元素
全市土壤重金属含量统计/
kg-1）含量范围平均值±
标准差
单项污染指数
按当地背景标准
平均值±
标准差变异系数/%按二级质量标准
标准差变异系数/%
Cd0.02～1.350.14±
0.110.64±
0.54840.43±
0.3070
Hg0.04～14.780.40±
0.380.82±
0.69841.23±
2.20179
As4.04～16.108.39±
2.000.79±
0.16200.30±
0.0723
Pb12.37～178.0641.28±
21.940.86±
0.42490.35±
0.2366Cr18.03～112.9152.46±
18.730.88±
0.27310.21±
0.0733
Cu3.11～89.3229.51±
17.960.74±
0.40540.45±
0.3578
Zn20.26～360.3488.72±
50.250.74±
0.33450.40±
0.2460表6 常熟市超标土壤样品统计Table6 StatisticsofcroplandsoilsamplesoverstandardinheavymetalsinChangshuCity元素
超标样品
个数超标率/%超标样品的单项污染指数最小值最大值平均值
按二级质量标准
个数超标率/%超标样品的单项污染指数最小值最大值平均值Cd218.91.057.401.5973.01.053.211.57
Hg4017.01.044.712.027230.61.018.172.30
As125.11.011.751.2000
Pb4820.41.034.201.5762.61.011.781.27
Cr3916.61.011.931.3300
Cu3514.91.022.521.47208.51.081.751.33
Zn3213.61.022.381.3983.41.041.801.29 从表5、表6可以看出,以当地土壤背景值为评
价标准计算的单项污染指数平均值虽未超过1.0,但变异系数较大（
As、Cr除外）,所有元素均有超标,以Hg、Pb、Cr、Cu、Zn超标率较高,超标样品的污染
指数以Hg、Cd、Pb较高;
以GB15618—1995 土壤环境质量标准二级标准计算的单项污染指数平均
值,Hg达1.23,其他元素未超过1.0,其变异系数也
较大（
As、Cr除外）;
超标率情况为:
Hg30.6%,Cu、Zn、Cd、Pb<
10%,As、Cr无超标,超标样品的污染指
数以Hg、Cd较高。
常熟市农田土壤重金属含量超标主要与点污染
源及流动污染源有关。
在工业点源方面,主要有化
工厂、电镀厂、树脂厂、冶炼厂、印染厂等。
Cu在养
殖场周围土壤中的含量比较高,这可能是因为高Cu添加剂在动物饲料中广泛应用[6],从而导致养殖区
周围Cu含量偏高。
公路附近农田土壤中重金属含
量一般偏高,特别是Pb含量,Cr、Cu、Zn等含量也有些偏高,这主要是因为机动车辆燃料和轮胎中所含的重金属成分在车辆运行过程中向环境释放,并在周围土壤中沉积[6-7],最终导致土壤中重金属含量
偏高。
2.3.2 综合污染指数法
在单项污染指数评价的基础上,采用兼顾单元素污染指数平均值和最大值的尼梅罗综合污染指数?
25?
生 态 与 农 村 环 境 学 报 第22卷 第22卷v（
P综合）法[
8]进行评价,其计算公式为:
P综合=（Pi）2+（
Pimax）22
6
Pi为单项污染指数平均值;
Pimax为最大单
项污染指数。
根据式（
升级会员 