江苏省仪征市土壤环境质量调查与现状评价
土壤是人类赖以生存的生态系统。近年来，随着工业生产的迅猛发展和农药、化肥等各种化学产品的广泛使用，土壤污染问题日趋严重，土壤重金属污染尤为突出。重金属污染物难以被微生物降解，且多数重金属性质稳定，在土壤中滞留时间相对较长，对农作物品质、产量有一定影响，并且可以通过水、植物媒介的传递直接或间接地威胁人类健康。这些重金属容易积累转化为毒性更强的甲基化合物，甚至可通过食物链的“生物富集效应”严重危害人的身体健康。研究表明，人体长期摄入铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）、铬（Cr）、铜（Cu）、铁（Fe）、锌（Zn）等重金属后，会引起癌症、骨痛病、肾病等。因此，开展土壤重金属污染调查，深入分析其来源、特征，并对污染进行正确评价，对于保护人类健康、促进经济可持续发展都具有十分重要的现实意义[1-5]。江苏省仪征市历来有“鱼米之乡”之称，位于江苏省中西部，属北亚热带季风气候区，年平均气温15 ℃，年平均降水量1 015 mm，地势总体呈北高南低之势，地貌多样，南部为长江冲积平原，北部、中部为缓岗丘陵区，土壤pH值为5.1～7.9（平均值6.1）。本研究通过对江苏省仪征市58个取样点位土壤样品中的本文由毕业论文网http://www.zgazxxw.com收集整理Cd、Hg、砷（As）、Cr、Cu、Pb、Zn、镍（Ni）等 8种重金属元素含量的分析，评价相应监测区域的土壤环境质量现状，完善国家土壤环境质量监测网，为土壤防治、环境保护及政府宏观政策提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 土壤样品采集与处理
2010年1月，按照4 km×4 km网格布点在仪征市加密（按调查的精度可选择2.5 、5.0 、10.0 、10.0、40.0 km，网格范围越小点位越密，越能反映真实情况，一般对开发利用强度较大的区域实施4 km×4 km的网格加密布点）采样，共计58个点位（图1）。采样时选择25 cm左右深度的表层样，清除土壤表面腐殖质，用木铲采集。去除砂砾、动物残体、植物根系等异物后，自然风干，用四分法弃取，玛瑙研钵研磨，过100目尼龙筛，备用。
1.2 土壤微波消解
称取0.1 g左右的样品于消解罐中，加少量超纯水润湿，依次加入6 mL硝酸、2 mL 氢氟酸、2 mL双氧水，轻微振荡，待反应平缓后，加盖密封于微波消解炉内消解。微波消解条件（6罐以上）：1.2 kW；5 min升至120 ℃，稳定5 min；再8 min内升至195 ℃，保持20 min。冷却后将消解罐置于电热板上，145 ℃左右赶酸，近干后用1%硝酸定容至50 mL，摇匀静置后取上清液备测。
1.3 分析项目与方法
分析项目包括土壤样品中的Cd、Hg、As、Cr、Cu、Pb、Zn、Ni等 8种重金属元素含量，其中Cd、Cu、Pb、Zn含量采用微波消解-等离子体质谱联用法（ICP-MS）测定；Cr、Ni含量采用微波消解-等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）测定；Hg含量采用热分解齐化原子吸收光度法测定；As含量采用氢化物发生原子荧光法测定。
1.4 土壤环境质量评价标准与方法
1.4.1 土壤质量评价标准 目前土壤质量评价标准主要有GB15618—1995《土壤环境质量标准》[6]、GB18407.1—2001《无公害食品蔬菜产地环境条件》[7]、NY/T 391—2000《绿色食品产地环境技术条件》[8]。其中GB 15618—1995《土壤环境质量标准》颁布时间较早，要求相对较低，但该标准包含了本研究评价的8种金属元素；GB 18407.1—2001《无公害食品蔬菜产地环境条件》要求相对较高，但缺少对Cu、Zn、Ni的评价；NY/T 391—2000《绿色食品产地环境技术条件》要求更严，但缺少对Zn、Ni元素的评价。GB 18407.1—2001《无公害食品蔬菜产地环境条件》与GB 15618—1995《土壤环境质量标准》的二级标准基本一致，缺少对Cu、Zn、Ni元素的评价。综合已有的国家标准和行业标准，根据耕地生产作物的基本要求，本研究的评价标准分为以下3级[9]。一级：优，符合NY/T 391—2000《绿色食品产地环境技术条件》，该标准中未涉及的Zn、Ni元素采用GB 15618—1995《土壤环境质量标准》二级标准；二级：良，符合GB18407.1—2001《无公害食品蔬菜产地环境条件》，该标准中未涉及的Cu、Zn、Ni元素采用GB 15618—1995《土壤环境质量标准》二级标准；三级：不合格，测试值超过二级。耕地土壤环境质量评价标准见表1。
1.4.2 土壤质量评价方法
1.4.2.1 单项污染指标评价方法 单项污染评价采用指数法进行评价，单项污染指数计算方法如下：
Pi=CiSi。（1）
式中：Pi为土壤中污染物i的单项污染指数；Ci为土壤中污染物i含量的实测值；Si为污染物i的评价标准。Pi<1表示土壤未受污染物i的明显污染；Pi>1表示土壤受污染；Pi越大，表示受污染程度越重。
1.4.2.2 综合污染指标评价方法 综合污染指数评价方法采用内梅罗污染指数法，综合污染指数计算方法如下：
P综=（Ci/Si）2max+（Ci/Si）2avg2。（2）
式中：P综为土壤综合污染指数；（Ci/Si）max为土壤污染中污染指数的最大值；（Ci/Si）avg为土壤污染中污染指数的平均值。
即是：
Pi=1n∑ni=1Pi=（Ci/Si）avg；
Pi=1n∑ni=1Pi。（3）
综合污染指数全面反映了各污染物对土壤的作用，同时又突出高浓度污染物对土壤环境质量的影响，本研究计算的综合污染指数中各单项污染指数均按一级标准来计算，按综合污染指数最终评定，划定质量等级（表2）。
1.4.2.3 土壤污染累积情况评价方法 土壤污染累积指数计算公式：
Pi′=CiCi0。（4）
式中：Pi′为土壤污染累积指数；Ci为土壤中污染物i含量的实测值；Ci0为土壤中污染物i的背景值。
2 结果与分析
2.1 土壤中8种重金属的含量分布
由表3可见，仪征市土壤中8种重金属的含量分布情况为：Cd含量为0～0.39 mg/kg，平均值为0.11 mg/kg，标准差为0.07 mg/kg，Cd含量符合NY/T391-2000《绿色食品产地环境技术条件》；Hg含量为0.01～0.80 mg/kg，平均值为009 mg/kg，标准差为0.14 mg/kg，Hg含量符合NY/T 391—2000《绿色食品产地环境技术条件》；As含量为2.69～14.85 mg/kg，平均值为8.02 mg/kg，标准差为2.23 mg/kg，As含量符合NY/T 391—2000《绿色食品产地环境技术条件》；Cr含量为45.40～82.80 mg/kg，平均值为64.25 mg/kg，标准差为8.28 mg/kg，Cr含量符合NY/T 391—2000《绿色食品产地环境技术条件》；Cu含量为12.52～51.41 mg/kg，平均值为25.38 mg/kg，标准差为6.99 mg/kg，Cu含量符合NY/T 391—2000《绿色食品产地环境技术条件》；Pb含量为 13.90～5085 mg/kg，平均值为22.77 mg/kg，标准差为 6.39 mg/kg，Pb含量符合NY/T 391—2000《绿色食品产地环境技术条件》；Zn含量为36.70～131.75 mg/kg，平均值为63.20 mg/kg，标准差为18.25 mg/kg，Zn含量符合GB 15618—1995《土壤环境质量标准》二级标准；Ni含量为 19.41～56.95 mg/kg，平均值为33.33 mg/kg，标准差为 7.05 mg/kg，Ni含量符合NY/T 391—2000《绿色食品产地环境技术条件》。
2.2 污染累积评价
从污染累积指数（P综）平均值（表4）看，仪征市土壤中8种重金属的累积指数都小于1，多数未超出自然背景值。从单项指数来看，As、Cr的所有样品都未超出自然背景值；Pb有1个样品超出自然背景值；Hg、Zn分别有2个样品超出自然背景值；Cu有3个样品超出自然背景值；Cd有4个样品超出自然背景值；Ni的累积情况最严重，有6个样品超出自然背景值，即10.3%的样品超出自然背景值。因此，仪征市土壤8种重金属无明显积累现象。从超标样品比例来看，仪征市土壤中重金属的积累顺序为：Ni>Cd>Cu>Hg、Zn>Pb>Cr、As。
2.3 单项污染指数评价
根据单项污染指数法评价模式，按照表1的标准计算出仪征市土壤8种重金属元素的单项污染指数（Pi）。表5给出了仪征市土壤重金属元素Pi的分布范围、平均值、超标样品数。从平均值看，8种重金属元素的Pi平均值都小于1，都符合一级标准，即达到绿色食品产地环境技术条件。就单项指标看，所有土壤样品的As、Cr、Cu、Zn全部符合一级标准；有1个土壤样品的Cd含量超过二级标准，分布在十二圩镇；有2个土壤样品的Ni含量超过二级标准，分别分布在朴席镇、新城镇；有3个土壤样品的Hg含量超过二级标准，分别分布在朴席镇、真州镇。对照上述评价结果进行实地调查分析得知，Cd、Ni、Hg元素的单项污染指数超过二级标准可能与农业面源污染及灌溉污水的污染密切相关。
2.4 综合评价
由表6可见，本研究调查的仪征市的58个土壤样品中，有89.66%的土壤样品（52个）的P综≤0.7，处于安全等级，污染水平为清洁；有5.17%的土壤样品（3个）的P综为大于0.7小于等于1.0，处于警戒等级，污染水平为尚清洁；有517%的土壤样品（3个）的P综为大于1.0小于等于2.0，处于轻污染等级；没有土壤样品的土壤污染指数大于2。属于轻污染等级的样品分布在真州镇、十二圩镇、朴席镇，综合污染指数与Cd、Ni、Hg元素的单项污染指数超过二级标准有关。
2.5 土壤环境质量空间评价
土壤环境质量污染状况的空间分布能够表明土壤环境污染物的空间分布状况，将58个样点分乡（镇）统计后，利用 Arc Map软件绘制2009年仪征市8种重金属含量的分布特征图。由图2可知，土壤Cd含量较高的地区为朴席镇、长江以东；土壤Hg含量较高的地区为真州镇以东、朴席镇以南；土壤As含量较高的地区为青山镇；土壤Cr含量较高的地区主要为朴席镇、长江以东，还有青山镇；宜化集团、新集镇；土壤Cu含量较高的地区为朴席镇、长江以东、大仪镇；土壤Pb含量较高的地区为真州镇、朴席镇东南；土壤Zn含量较高的地区为朴席镇西南、真州镇东南交汇处；土壤Ni含量较高的地区为朴席镇、长江以东、刘集镇。
3 结论与讨论
通过对污染累积指数的分析，仪征市土壤中8种重金属的平均累积指数都小于1，多数未超出自然背景值。土壤中重金属的积累顺序为：Ni>Cd>Cu>Hg、Zn>Pb>Cr、As。
通过对污染累积指数的分析，所有土壤样品的As、Cr、Cu、Zn含量符合一级标准；有1个土壤样品的Pb含量超过一级标准但符合二级标准；有1个土壤样品的Cd含量超过二级标准，不合格；有2个土壤样品的Ni含量超过二级标准，不合格；有3个土壤样品的Hg含量超
过二级标准，不合格。
通过对综合污染指数的分析，发现有89.66%的土壤样品（52个）的P综≤0.7，处于安全等级，污染水平为清洁；有5.17%的土壤样品（3个）的P大于综为0.7小于等于1.0，处于警戒等级，污染水平为尚清洁；有5.17%的土壤样品（3个）的P综为大于10小于等于2.0，处于轻污染等级；没有土壤样品的土壤污染指数大于2。
土壤Cd含量较高的地区为朴席镇、长江以东；土壤Hg含量较高的地区为真州镇以东、朴席镇以南；土壤As含量较高的地区为青山镇；土壤Cr含量较高的地区主要为朴席镇、长江以东，其次还有青山镇、宜化集团、新集镇；土壤Cu含量较高的地区为朴席镇、长江以东、大仪镇；土壤Pb含量较高的地区为真州镇、朴席镇东南；土壤Zn含量较高的地区为朴席镇西南、真州镇东南交汇处；土壤Ni含量较高的地区为朴席镇、长江以东、刘集镇。
本研究样品数量有限，如果采集更多样点，空间分析结果将更加可靠，原因分析也将会更加深入。
