云南省典型黃煙主產區土壤環境質量評價

李曉戈 方亮 鐘磊

摘要：武定縣是云南省重要的黃煙主產區，土壤養分和土壤質量狀況是保障黃煙安全的關鍵。本次通過對武定縣1802件表層土壤樣品（0～20cm）中8種重金屬元素（As、Cd、Hg、Ni、Pb、Zn、Cu、Cr）數據分布研究，根據《土地質量地球化學評價規范》（DZ/T0295-2016）和《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB15618—2018），對研究區進行了土壤環境質量評價。結果顯示：（1）研究區8種重金屬含量均高于全國土壤背景值，研究區內pH變化范圍在3.88～8.47之間，平均值為5.33，土壤酸化嚴重，但重金屬含量大多低于云南省土壤背景值，重金屬基本不超標；（2）農用地土壤環境綜合等級結果表明，一等（無風險）、二等（風險可控）、三等（風險較高）土地面積分別占調查區66.03%、32.17%和1.80%，局部風險較高地區與礦區開采有關，生態風險較低。

關鍵詞：土壤養分；重金屬；環境評價；黃煙；云南省

1.引言

土壤中N、P、K，亦稱“肥料三要素”[1]，是決定黃煙品質的重要因素，適宜的土壤pH值等理化指標是優質黃煙的基礎[2-3]。同時，土壤中重金屬以其難以降解的特點已成為人類食物與生態環境安全重要威脅[4-10]。土壤作為重金屬最大的天然儲藏庫，其重金屬來源主要分為地質成因和人為成因兩類[11]，地質成因表現為對成土母巖礦物元素的繼承性，土壤的成土母質本身重金屬含量較高，在風化成土過程中發生重金屬相對富集，地質成因的土壤重金屬活性較低，不易進入植物中，生態風險低；人為污染主要包括工業“三廢”排放、資源不合理開采、生活垃圾累積、農藥化肥過度使用等，人為成因的重金屬污染，具有較高的活性，易被植物吸收、富集。因此，重金屬的來源識別和風險評估尤為重要，是減少重金屬污染的關鍵因素。西南地區碳酸鹽巖和玄武巖廣泛分布，是我國著名的重金屬高背景區[12]，同時也是我國重要的煙草生產基地，在黃煙主產區開展土壤養分和環境質量評價是保障黃煙抽吸品質的關鍵。本文選擇在云南省重要的黃煙產區武定縣開展土壤環境質量評價，為指導黃煙生產提供科學依據。

2.研究區概況

調查區位于云南省武定縣，隸屬于楚雄彝族自治州，地跨東經101°55′～102°29′、北緯25°20′～26°11′，東鄰祿勸縣，南與祿豐縣、富民縣毗鄰，西與元謀縣接壤，北與四川會理縣隔金沙江相望，是出滇入川的必經之地，縣域國土面積3322平方千米，是烏蒙山區集中連片貧困地區之一，地勢東西兩側及西南部高，北部低，屬低緯高原季風氣候區，由于受地形地勢影響，具有北熱、南暖、東西涼的立體氣候特點，降水豐沛，氣候垂直變化顯著，雨熱同季，大陸性強。武定縣耕（園）地面積占全縣國土總面積的18.99%，土壤類型主要有棕壤、黃棕壤、紅壤、燥紅土、紫色土、石灰巖土、沖積土和水稻土8個土類、14個亞類，是重要的糧食、黃煙生產基地。

3.方法與材料

3.1樣品采集和分析測試

嚴格按照《DZ/T0295-2016土地質量地球化學評價規范》[13]要求采集土壤表層樣品，采用地理網格和全國第二次土地調查圖斑相結合的樣點布設方案，以旱地—園地—林地順序優先采集樣品，同時兼顧均勻性，最大限度地代表區域內土壤環境質量的狀況。共采集土壤樣品1802件，采樣深度為0cm～20cm。樣品采集后置于布樣帶中，用聚乙烯塑料袋密封，室溫條件下風干，用10目尼龍篩過篩，四分法取300克完全過篩的樣品放在聚乙烯瓶中送實驗室分析。

本次研究分析測試項目pH、Cr、Cd、As、Zn、Cu、Ni、Pb和Hg共9種指標。根據不同分析方法的質量水平，本項目選擇分析方法配套基本方案以X射線熒光光譜法（XRF）、電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP-OES）和電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）為主體，輔以其它分析方法組成，重復樣相對雙差合格率為100%，分析數據準確可靠。

3.2土壤環境綜合評價方法

土壤環境質量是綜合土壤中砷（As）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、銅（Cu）、汞（Hg）、鉛（Pb）、鎳（Ni）、鋅（Zn）8個重金屬元素在土壤中的含量水平，根據《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB15618-2018）中的篩選值和管控值劃分出的土壤環境地球化學綜合等級，Ci≤Si為一等，無風險，SiGi為三等，風險較高，因國標中Cu、Zn、Ni無管控值，Cu、Zn、Ni單指標評價時只分無風險、和風險可控兩等，其中：Ci：土壤中i指標的實測濃度，Si：篩選值，Gi：管控值。土壤環境地球化學綜合等級采用“一票否決”的原則，每個評價單元的土壤環境地球化學綜合等級等同于單指標劃分出的環境等級最差的等級。

4.結果與討論

4.1土壤重金屬含量特征

表層土壤中重金屬（As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn）及pH值統計結果見表1。As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn平均含量分別為6.34、0.14、79.12、35.11、0.03、34.27、27.42和64.14 mg·kg-1，Cr、Zn含量較高，平均值分別超過云南省土壤背景值（ABV）的1.21和3.16倍[14]，其余重金屬含量均低于云南省土壤背景值。8種土壤中重金屬含量除As和Zn外，含量均高于全國土壤背景值[15]，分別是全國土壤背景值的0.70、2.33、1.49、1.76、1.27、1.4、1.25和0.97倍，研究區內pH變化范圍在3.88～8.47之間，平均值為5.33，土壤酸化嚴重。研究區內土壤重金屬元素的變異系數以中高度為主，8種元素變異系數從大到小依次為Cu> As > Cd > Zn >Hg > Pb > Ni > Cr，分布不均勻。所有重金屬平均含量均未超過《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準》（GB 15618-2018）規定的篩選值[16]，考慮到研究區位于西南重金屬高背景區，該區潛在生態風險較低。

4.2土壤重金屬環境質量評價

土壤酸堿度是土壤最重要的化學性質，因為它是土壤各種化學性質的綜合反映，它與土壤微生物的活動、有機質的合成和分解、各種營養元素的轉化與釋放及有效性、土壤保持養分的能力都有關系。土壤酸堿度對土壤養分有效性有重要影響，在pH6～7的微酸條件下，土壤養分有效性最高，最有利于植物生長。酸堿度分級結果顯示（表2），調查區農用地土壤以酸性為主，酸性地塊面積為233988畝，其比例為70.98%，強酸性地塊面積為57022畝，占調查區的17.30%，中性地塊面積為23989畝，占調查區的7.28%，堿性地塊面積為14646畝，占調查區的4.44%，調查區無強堿性土壤分布。

重金屬污染分級結果顯示，調查區As基本不超標，以一等（無風險）為主，面積316676畝，占調查區96.07%，無超過管控值土地，調查區砷含量不高，無風險；調查區Cd基本不超標，以一等（無風險）為主，面積305084畝，占調查區92.55%，二等（風險可控）面積18755畝，比例為5.69%，超過管控值土地面積5806畝，比例為1.76%；調查區土壤Cu污染較嚴重，超出篩選值農用地97574畝，超標比例29.60%，需要加強預防和治理工作；調查區Pb含量二等（風險可控）與獅子山礦區有關，其余有零星分布；調查區97.55%的土壤Cr含量低于150mg/kg，達到國家一級土壤質量標準，無風險；調查區農用地Ni主要以一等（無風險）為主，面積309002畝，占調查區的93.77%，超標農用地面積20543畝，占調查區面積6.23%；調查區農用地土壤Zn含量以一等（無風險）為主，面積318720畝，占調查區96.69%；調查區農用地土壤Hg無超標。

調查區一等、二等、三等土地面積分別為217678畝、106036畝、5932畝，分別占總調查面積的66.03%、32.17%、1.80%（圖1）。武定縣土壤環境質量較清潔，二等（風險可控）土地和三等（風險較高）土地與獅子口礦區位置吻合，土壤環境質量等級較地的二等（風險可控）和三等（風險較高）的土地主要為林地，耕地（園地）風險較低。

4.3土壤重金屬污染來源分析

各元素之間的相關性常用來判別元素之間是否具有共同來源的依據之一，具有顯著正相關性的重金屬通常認為有相似的來源。對研究區As、Cd、Cr等8種指標進行皮爾森相關性檢驗發現（表3），土壤中Cr和Ni有極好的相關性，Cr和Ni種重金屬元素在0.01水平上有顯著關系，且相關系數均較大，在0.65以上，表明2種元素很可能具有相同的物質來源；土壤Cd和Zn兩者之間相關系數為0.84（0.01水平），存在極顯著的關系，說明它們可能具有共同來源。

5.結論

（1）除As和Zn外，研究區8種重金屬（Cd、Cu、Ni、Cr、Zn、As、Hg、Pb）重金屬含量均高于全國土壤背景值，研究區內pH變化范圍在3.88～8.47之間，平均值為5.33，土壤酸化嚴重，但重金屬含量大多低于云南省土壤背景值，下一步需加強重金屬來源研究，厘清受西南地區特殊的地質條件還是人為活動的影響。

（2）農用地土壤環境綜合等級結果表明，一等、二等、三等土地面積分別占調查區66.03%、32.17%和1.80%。局部風險較高地區與礦區開采有關，研究區土壤環境質量尚可。

（3）重金屬污染來源主要與碳酸鹽巖、基性侵入巖、砂巖以及銅鐵礦床等西南特殊地質背景有關，受地層控制明顯，Cr、Cu、Ni等重金屬具有相同的來源，Zn和Cd可能受地質背景與人為外源污染雙重影響，具有相同來源。

參考文獻：

[1]何同康.土壤（土地）資源評價的主要方法及其特點比較[J].土壤學進展， 1983， 11（6）： 1-12.

[2]駱東奇，白潔，謝德體.論土壤肥力評價指標和方法[J].土壤與環境， 2002， 11（2）： 202-205.

[3]金繼運.“精準農業”及其在我國的應用前景[J].植物營養與肥料學報， 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]張富貴，彭敏，王惠艷，等.基于鄉鎮尺度的西南重金屬高背景區土壤重金屬生態風險評價[J].環境科學， 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]中華人民共和國國土資源部. DZ/T 0295-2016土地質量地球化學評價規范[S]. 2016.

[14]中國環境監測總站.中國土壤元素背景值[M].北京：中國環境科學出版社， 1990.

[15]王學求，周建，徐善法，等.全國地球化學基準網建立與土壤地球化學基準值特征[J].中國地質， 2016， 43（5）： 1469-1480.

[16]中華人民共和國生態環境部. GB 15618-2018土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準[S].