贵州农业非点源污染土壤重金属含量特征及区域差异性研究

1、第27卷第1期2011年2月中国环境监测Environmental Monitoring in China Vol.27No.1Feb.2011贵州农业非点源污染土壤重金属含量特征及区域差异性研究张清海1,林绍霞1,林昌虎2(1.贵州省理化测试分析研究中心,贵州贵阳550002; 2.贵州科学院,贵州贵阳550001摘要:贵州农用地土壤在长期的耕作过程中,承载大量的重金属污染物,影响土壤质量。采集了贵州东部、南部、中部、北部主要农业非点源重金属污染区土壤样品进行检测。结果表明,贵州农业非点源重金属污染物主要是Hg 、Pb ,贵州省农业非点源污染土壤中重金属累积污染程度Hg >Pb >

2、;Cd >As >Cr 。各地区污染物种类和程度不同,重金属As 污染为中部地区较高,农业土壤Hg 、Pb 污染主要集中在中部和东部地区,Cd 污染主要发生在南部区域。关键词:农业非点源污染;重金属;区域差异性中图分类号:X825文献标识码:A文章编号:1002-6002(201101-0088-04The Content Characteristics of Soil Heavy Mentals and Regional Differences Study on Agricultural Non-point Source Pollution in Guizhou Province

3、ZHANG Qing-hai 1,et al.(1.Guizhou Research Center of Physical Test and Chemical Analysis ,Guiyang 550002,China Abstract :Agricultural soil in Guizhou province carries a large number of heavy metal contaminants in the long-term cultivation process which affects the soil quality.By collecting and test

4、ing the soil samples from main agricultural non-point source of heavy metals polluted regions in eastern ,southern ,central and northern part of Guizhou ,the results show that :the main heavy metals pollutants are Hg and Pb ,and the pollution degree of heavy metal pollutants is Hg >Pb >Cd >

5、As >Cr.The types and the extent of pollutants in various regions are different :the heavy metal pollution of As is higher in central region than other regions in Guizhou ,the Hg and Pb pollutions mainly concentrate in central and eastern regions ,and Cd pollution mainly occurs in southern region.

6、Key words :Agricultural non-point source pollution ;Heavy metals ;Regional differences收稿日期:2010-01-08;修订日期:2010-07-01基金项目:贵州省省长专项资金项目(黔省专合字200786号;贵州科学院青年基金(黔科院J 合字2009006号;贵州省农业攻关项目(黔科合NY 字20093021号作者简介:张清海(1982,男,重庆人,硕士,助理研究员.通讯作者:林昌虎从环境污染的角度讲,重金属主要是指对农作物和人畜生物显毒性的Hg 、Cd 、Pb 、Cr 以及类金属As 。土壤中重金属较难迁移

7、,具有残留时间长、隐蔽性强、毒性大等特点,并且可能经作物吸收后进入食物链,或者通过某些迁移方式进入到水、植物体中,从而威胁人类健康。贵州山多地少,土地承载负荷大,由于大量施用化肥农药而产生了大量的重金属污染。重金属在人类活动带动下进入土壤,使其含量明显高于原土壤背景值含量,从而造成重金属对土壤环境的危害,其中农药和化肥的施用是贵州省农业土壤重金属污染的主要来源,农药中的大部分杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂、除草剂等含有大量的砷,施用而引起土壤砷的污染。同时土壤中施入氮、磷、钾肥料可以改变土壤性质,如土壤pH 值和表面电荷或与重金属直接作用,从而导致重金属形态变化,最终影响其活性。1材料与方法1.1供试

8、土样采集方法根据贵州省农业发展的区域性特点,将研究区域分为东、南、北、中四个区域,在各个区域选择代表性的农业生产单元作为定点采样对象,见图1。中部选择花溪区、青岩、开阳县等城郊结合部的农业生产区域;东部选择天柱、黎平、锦屏、松桃等县水稻种植区域作为主要研究采样区域;北部选择遵义县、金沙县等粮油主产区;南部选择贵定县农业区作为定点采样区域。样品采集区域选择在远离工矿企业的农业生产区域以避免工矿企业点源污染的影响,同时在公路沿线500m 范围内不布设采样点以避开交通污染的影响。张清海等:贵州农业非点源污染土壤重金属含量特征及区域差异性研究 89图1采样点分布示意图根据重金属的空间变异性,采用非均匀

9、性布点方法,采集贵州省典型农业区土壤样品,每个样品从10m10m正方形4个顶点和中心共5处各采集1kg表土(0 20cm,均匀混合后,用四分法选取1kg作为该点样品。1.2样品的处理与测试采集的土壤样品在室内风干,挑出石块和植物残枝,用玛瑙研钵研细过100目筛备用。As采用GB/T22105.22008原子荧光法测定,Hg采用GB/T22105.12008原子荧光法测定,Cd、Pb 采用GB/T171411997石墨炉原子吸收分光光度法测定,Cr采用HJ4912009火焰原子吸收分光光度法。分析过程中加入国家标准土壤样品(GSS2、GSS5进行分析质量控制,分析样品重复数10% 15%,所用水

10、均为二次去离子水,试剂均采用优级纯。2结果与讨论2.1农业非点源污染土壤重金属含量总体特征贵州农业土壤中重金属在农业活动中以施用化肥、喷撒农药等形式进入土壤,在土壤中经过一系列的迁移转化后不同程度滞留于土壤中,对土壤环境造成危害。采用贵州省土壤重金属背景值(表1与贵州研究区域重金属含量进行比较分析,贵州省农业非点源污染土壤重金属含量特征见表2。由表2可知,贵州农业非点源污染土壤中As 的平均含量为13.0mg/kg,Cr含量平均值为43.2mg/kg,Cd平均含量0.524mg/kg,均低于平均背景值含量;而Hg平均含量0.225mg/kg,是背景值平均含量的2倍,Pb平均含量39.7mg/k

11、g,比平均背景值高4.50mg/kg。样本测试值变异系数较大,可见土壤重金属含量变化程度大,区域变化范围大,Hg、Cd含量方差极小,反映测试值在平均值上下的变动幅度不大,Pb测试结果的方差最大,已达到782.59。表1贵州省土壤重金属背景值项目As Hg Cr Cd Pb 含量(mg/kg20.00.11095.90.65935.2表2农业非点源污染土壤重金属含量特征特征项As Hg Cr Cd Pb平均值(mg/kg13.00.22543.20.52439.7标准差9.470.2134.330.4327.97变异系数0.730.940.790.820.71方差89.650.0515.240.

12、18782.59偏度 1.568 2.995 2.660 2.377 1.471峰度 3.21212.11510.261 6.785 1.848极差53.347 1.542239.302 2.453138.272最小值(mg/kg0.1510.004 6.0590.0690.373最大值(mg/kg53.4 1.54245 2.52138四分位数(mg/kg25% 6.2800.11621.1640.24719.38250%10.7580.16231.3860.41332.81875%15.9580.24956.1370.65750.631 2.2农业非点源污染土壤各重金属元素污染特征由于人类

13、活动带来的外缘污染物不同,各种重金属污染程度也不相同,贵州省农业非点源污染土壤各采样点重金属含量如图2所示。图2可知,测试样本中As含量大部分低于平均背景值,所测试土壤中有19.6%样本As含量大于20.0mg/kg;土壤中Hg含量大部分高于平均背景值,所测试土壤样本中Hg含量大于0.110mg/kg的占77.6%;Cr是几种毒害性重金属中积累量最少的元素,Cr含量绝大部分低于平均背景值,仅4.1%的样本Cr含量大于背景值95.9mg/kg;Cd含量累积较Cr稍严重,测试样本有24.5%Cd含量大于平均背景值;农业非点源污染土壤中Pb含量累积较大,有44.1%的样本Pb含量高于平均背景值35.

14、2mg/kg。可见,贵州省农业非点源污染土壤中重金属累积污染程度Hg>Pb>Cd>As>Cr。90中国环境监测第27卷第1期2011年2 月图2农业非点源污染土壤重金属含量与背景值对照图2.3农业非点源重金属污染的区域差异性由于各地区土地利用方式不同,施肥等行为带来的污染方式不同,贵州省农业非点源污染土壤重金属污染表现出区域性差异(见表3。从土壤中重金属含量区域性特征上看,As主要在贵州中部农业土壤中积累率最高,As在中部农业土壤中的平均值最大,且变异系数最小,方差相对亦小(表3所示。农业土壤Hg污染主要在中部区域较严重,中部土壤Hg平均含量为0.281mg/kg,为全

15、省平均背景值的2倍以上,且样本测试值变异系数和方差均较小,Hg含量集中偏高的趋势明显。其次为东部区域,平均值亦为张清海等:贵州农业非点源污染土壤重金属含量特征及区域差异性研究91背景值的2倍以上,北部农业土壤受Hg污染程度较轻。全省农业土壤Cr污染虽然不明显,但土壤中Cr含量区域差异较大,各研究区域Cr含量的方差较大,极差亦很大,对污染的防治很难采取区域性的有效措施。农业土壤Cd污染主要发生在南部区域,平均含量较高且数据的变异程度小、方差小,北部农业土壤Cd含量特征集中趋向于偏小。全省农业土壤Pb污染主要发生在中部和东部,土壤Pb平均含量较高,方差大,Pb污染的变异程度大。表3农业非点源污染土

16、壤重金属区域性含量特征特征项平均值(mg/kg标准差变异系数方差偏度峰度极差最小值(mg/kg最大值(mg/kg四分位点数25%50%75%As 南部14.212.720.89161.861 1.830 3.19850.95 2.5553.5 5.35010.06615.169东部11.29.490.8589.999 1.578 2.70244.4490.15144.6 4.2898.67615.681中部18.37.280.4052.9590.6280.67429.797.6137.411.22719.96522.855北部12.2 5.340.4428.498 1.491 2.41322.

17、56 3.6426.28.98310.96013.903Hg 南部0.1390.16 1.140.025 2.9699.5330.7510.0040.7550.0610.0850.151东部0.2770.270.980.073 2.5337.559 1.5010.044 1.5460.1270.1880.301中部0.2810.130.480.0180.8380.2730.4450.1400.5860.1630.2490.370北部0.1520.060.400.0040.480 1.0980.2900.0170.3080.1160.1470.180Cr 南部48.232.210.671,037

18、.549 3.43314.44917018.018832.24737.41156.995东部39.831.970.801,021.786 1.949 3.475147.269.7415720.43626.24750.124中部68.346.230.682,136.856 2.96611.18021827.024543.55658.55084.901北部28.419.510.69380.563 1.705 2.16974.94 6.0681.016.97120.69731.882Cd 南部0.5630.410.720.165 1.696 3.956 1.8410.069 1.9100.2850.

19、4880.725东部0.5520.510.930.263 2.200 5.324 2.4450.076 2.5210.2180.3940.685中部0.5380.440.810.192 2.074 4.140 1.6630.156 1.8190.2740.3590.677北部0.4160.160.380.0240.8710.6230.6510.1800.8310.2850.4040.472Pb 南部38.515.910.41253.2520.8870.33562.617.379.925.75434.83651.268东部43.430.670.71940.556 1.367 1.285128.9

20、9.1013819.36434.16054.047中部56.833.160.581,099.6470.7390.775103.217.812130.29543.47086.671北部20.612.190.59148.536 1.020 1.10754.2270.37354.611.99319.00926.4403结论(1贵州省农业非点源污染土壤重金属As、Cr、Cd平均含量均低于平均背景值含量,Pb平均含量略高于平均背景值,而Hg是背景值平均含量的2倍,说明贵州农业非点源重金属污染物主要是Hg、Pb。且从污染程度来看,贵州省农业非点源污染土壤中重金属累积污染程度Hg>Pb> Cd>As>Cr。(2从重金属污染的