1. 引言
工业区密集的地方，废气经大气扩散和地表径流等迁移，对矿区周边的农用地土壤造成污染[1]。在受重金属污染的农用地上开展农作物的种植生产，会影响农产品质量安全，最终影响到人类的身体健康安全。因此，农用地不同农作物对土壤重金属的吸附能力分析对农产品质量安全、生命健康安全保障具有重要的意义[2]-[8]。
本研究区位于昆明市东川区小龙潭村，小龙潭村位于碧谷街道，距离龙潭村委会1公里，距离铜都镇7公里，小龙潭周边工业区众多，建有多家选矿、冶炼及化工企业。由于小龙潭地势低，周边企业产生的废气进入小龙潭后不易排出，因此污染物在此区域累积，研究区土壤重金属污染严重，农业种植是当地居民主要的生活保障及经济来源，土壤重金属污染会影响农作物的产品质量安全，并极大地影响了当地的生态环境。为及时控制污染、改善当地居民粮食安全状况，就要研究当地农作物和土壤重金属含量。
2. 材料与方法
2.1. 样品的采集
(1) 土壤样品采集
研究区域总面积为500亩，地形规整，本项目根据采用网格布点法，要求网格大小为180 m × 180 m，共布设表层土壤采样点位113个。其中第一阶段调查取样表层土壤采样点位13个，第二阶段加密补测表层土壤采样点位100个。
表层土壤采集深度为0~20 cm，采用“X”法均匀随机采取5个以上采样点，经充分混合后，四分法采集约1 kg土样，装入密封袋。
第一阶段调查采样剖面土壤样品分2层采集：A层(0~20 cm)、B层(20~40 cm)，取多点混合后装入密封袋；第二阶段加密补测剖面土壤样品分3层采集：A层(0~20 cm)、B层(20~40 cm)、C层(40~60 cm)，取多点混合后装入密封袋。现场采样布点(图1)所示。
(a) (b)
Figure 1. Sampling point location map of soil. (a) Phase I soil sampling point location map; (b) Phase II encryption retest point location map (Compiled according to Soil Pollution Survey of Xiaolongtan Village by Zhang Xiangqun, 2020)
图1. 土壤采样点位图。(a) 第一阶段土壤采样点位图；(b) 第二阶段加密补测点位图(据张香群2020小龙潭村土壤污染调查编制)
(2) 农作物样品采集
在研究区共采集了33个农作物样品，其中第一阶段共采集8个样品，分别为6个水稻样品、1个大蒜样品、1个胡萝卜样品；第二阶段共采集25个样品，分别为6个水稻样品、6个大蒜样品、6个胡萝卜样品，7个玉米样品。
2.2. 样品的检测
土壤样品监测项目有pH值、镉、铅、锌、汞、砷、铬、铜和镍等8项重金属总量，其中pH值采用玻璃电极法检测[9]；其他重金属的检测方法用《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618-2018)中土壤污染物的分析方法[10]。
农作物样品检测项目有镉、铅、镍、汞、砷、铬等6种重金属总量。其中检测方法参照食品安全国家标准(GB 5009-2014)进行测定[11]。
2.3. 数据处理
土壤中Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni含量评价参考《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618-2018)；农作物中Cd、As、Hg、Ni、Pb、Cr含量评价参照《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762-2022) [12]标准。
3. 结果与评价
3.1. 土壤pH值结果与评价
经过检测所采集的113个研究区耕地土壤表层样品，其土壤pH值范围在7.59~8.59之间，中值为8.14 (表1)。
Table 1. Statistical table of pH values in cultivated land soil samples from the project area (Compiled according to Soil Pollution Survey of Xiaolongtan Village by Zhang Xiangqun, 2020)
表1. 研究区耕地土壤样品pH统计表(据张香群2020小龙潭村土壤污染调查编制)
项目 |
最小值 |
最大值 |
平均值 |
中值 |
标准差 |
pH |
7.59 |
8.59 |
8.17 |
8.14 |
0.09 |
由表1可知，在采集的研究区耕地土壤中，pH值均大于7.5，表明小龙潭耕地土壤主要为碱性土壤。
3.2. 研究区土壤重金属元素调查结果与评价
经过检测所采集的113个研究区耕地土壤表层样品，本研究区域土壤重金属元素含量的调查统计分析结果如图2所示。
Figure 2. Statistical analysis of heavy metal content survey results in project area of soils (Compiled according to Soil Pollution Survey of Xiaolongtan Village by Zhang Xiangqun, 2020)
图2. 研究区地土壤重金属含量调查结果统计分析(据张香群2020小龙潭村土壤污染调查编制)
根据研究区耕地土壤重金属含量调查结果可知，113个土壤样品其中有56个土壤样品的Cd含量高于《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》(GB15618-2018)中农用地土壤污染风险管制值；有57个土壤样品的Cd含量、104个土壤样品的As含量、有107个土壤样品的Cu含量高于农用地土壤污染风险筛选值且低于风险管制值。与本底值相比，所有样品的Cd含量均超过本底值，说明研究区域存在严重的Cd污染现象，食用农产品不符合质量安全标准，农用地土壤污染风险高且难以通过安全利用措施降低食用农产品含量，不符合质量安全标准，原则上应当采取禁止种植食用农产品、退耕还林等严格管控措施。有55个样品的Cu含量超过本底值，平均含量并未超过本底值，最大值仅为本底值1.5倍，说明耕地土壤中的高Cu含量受本底影响，研究区域土壤中Cu本底含量高，因此耕地土壤Cu也表现出较高的浓度。所有样品的As含量均超过本底值，说明研究区域耕地已受As轻微污染，应加强土壤环境监测和农产品协同监测。
Hg、Ni、Pb、Cr、Zn含量均低于《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》(GB15618-2018)中农用地土壤污染风险筛选值(基本项目)，污染程度较低。与本底值相比，土壤中Pb虽然未超过风险值，但超过当地土壤背景值，113个样品Hg、Cr、Zn含量均小于本底值，说明研究区土壤不存在Hg、Cr、Zn污染现象。
3.3. 农产品重金属含量分析与评价
在研究区共采集了33个农作物样品，分别为12个水稻样品、7个大蒜样品、7个胡萝卜样品、7个玉米样品。分析各个样品中Cd、As、Hg、Ni、Pb、Cr的含量，分析统计结果(图3)。
(a) (b)
(c) (d)
Figure 3. Distribution map of heavy metal content in some agricultural products in the study area. (a) Rice; (b) Garlic; (c) Carrot; (d) Corn (Compiled according to Soil Pollution Survey of Xiaolongtan Village by Zhang Xiangqun, 2020)
图3. 研究区部分农产品重金属含量分布图。(a) 水稻；(b) 大蒜；(c) 胡萝卜；(d) 玉米(据张香群2020小龙潭村土壤污染调查编制)
参照《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762-2022)，分析各个样品中的Cd、As、Hg、Ni、Pb、Cr含量，从图3可知，水稻样品存在Cd、As、Pb、Cr超标现象，其中Cd含量介于0.043~0.41 mg/kg，中值为0.151 mg/kg，平均含量为0.24 mg/kg，超标样品数6个，占比50%，最大超标倍数为2.05；As含量介于0.103~0.73 mg/kg，中值为0.62 mg/kg，平均含量为0.41 mg/kg，超标样品数6个，占比50%，最大超标倍数为3.65；Pb含量介于0.02~1.64 mg/kg，中值为1.26 mg/kg，平均含量为0.73 mg/kg，超标样品数6个，占比50%，最大超标倍数为8.2；Cr含量介于0.16~2.13 mg/kg，中值为0.81 mg/kg，平均含量为0.84 mg/kg，超标样品数5个，占比41.67%，最大超标倍数为2.13。玉米样品存在Cd超标，Cd含量介于0.008~0.218 mg/kg，中值为0.03 mg/kg，平均含量为0.067 mg/kg，超标样品数1个，占比14.28%，最大超标倍数为2.18；另外大蒜和胡萝卜样品不存在重金属含量超标现象。
4. 结果与评价
4.1. 研究区土壤重金属元素调查结果分析
研究区农用地土壤同时存在Cd、As、Cu等元素超过《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》(GB15618-2018)中农用地土壤污染风险筛选值，其中重金属Cd元素含量大部分高于农用地土壤污染风险管制值，所有样品的As含量均超过本底值，Cu含量超过本底值，平均含量并未超过本底值，研究区域土壤中Cu本底含量高，因此耕地土壤Cu也表现出较高的浓度。因此，Cd为重度污染，As、Cu以轻微污染为主，小龙潭村周边主要为铜冶炼污染，该冶炼厂生产的废水并未进入农田灌溉水渠，因此研究区的重金属污染主要与冶炼厂产生的烟气、粉尘的干湿沉降有关，而Cu元素的超标则与当地土壤背景值高有关。
4.2. 农产品重金属含量结果分析
在采集的农产品中存在重金属超标现象，尤其是水稻样品，Cd、As、Pb、Cr 存在超标现象，最大超标倍数分别2.05、3.65、8.2、2.13，整个水稻的重金属超标率为50%；玉米超标元素为Cd，最大超标倍数为2.18，玉米超标率为14.28%；其余胡萝卜和大蒜样品均不存在重金属含量超标现象。由此可知水稻对重金属富集作用较强，大蒜和胡萝卜对重金属的吸附能力较弱。结合土壤分析数据来看，水稻超标元素中，由于土壤中Cd、As元素含量高于风险筛选值，土壤中Pb虽然未超风险值，但超过当地土壤背景值，以上3种元素的土壤污染可能是造成水稻中Cd、As、Pb超标的直接原因。另外，Cr既未超过风险筛选值，且与当地土壤背景值接近，水稻中的Cr的超标可能与作物本身对Cr的吸收和富集有关，已有研究表明，水稻从土壤中吸附重金属Cr的能力极强[13]，土壤pH值对水稻吸收富集土壤Cd、As、Pb有较大的影响，而水稻Cd、As富集系数与土壤pH值呈极显著负相关，水稻中Pb的富集系数与土壤pH值呈显著负相关，说明水稻吸收富集土壤Cd、As、Pb的能力会随着土壤pH值下降而增大。研究区耕地土壤中，pH值均大于7.5，表明小龙潭耕地土壤主要为碱性土壤，水稻对重金属Cd、As、Pb的吸收有一定的抑制作用。
基金项目
云南省教育厅健康地质调查评价工程研究中心项目基金(2012JJ04)；云南省教育厅项目基金(2024J1439)。
NOTES
*通讯作者。