摘要:依托收集的耕地土壤重金屬污染案例資料，建立了我國138個典型區(qū)域的耕地土壤重金屬污染數(shù)據(jù)庫，并利用《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)中的二級標(biāo)準(zhǔn)作為評價標(biāo)準(zhǔn)，測算了我國耕地的土壤重金屬污染概況。研究表明:(1)我國耕地的土壤重金屬污染概率為16.67%左右，據(jù)此推斷我國耕地重金屬污染的面積占耕地總量的1/6左右;(2)耕地土壤重金屬污染等別中，尚清潔、清潔、輕污染、中污染、重污染比重分別為68.12%，15.22%，14.49%，1.45%，0.72%;(3)8種土壤重金屬元素中，Cd污染概率為25.20%，遠(yuǎn)超過其他幾種土壤重金屬元素;此外，也有一些區(qū)域發(fā)生Ni，Hg，As和Pb土壤污染，但是Zn、Cr和Cu元素發(fā)生污染的概率較小;(4)遼寧、河北、江蘇、廣東、山西、湖南、河南、貴州、陜西、云南、重慶、新疆、四川和廣西14個省、市和自治區(qū)可能是我國耕地重金屬污染的多發(fā)區(qū)域，特別是遼寧和山西的耕地土壤重金屬污染可能尤其嚴(yán)重。

關(guān)鍵詞:土壤污染;重金屬;耕地;污染概率

過去的50年中，大約有2.2萬t的Cr，9.39×105t的Cu，7.89×105t的Pb和1.35×106t的Zn排放到全球環(huán)境中，其中大部分進入土壤，引起了土壤重金屬污染。隨著我國工業(yè)和城市化的不斷發(fā)展，工業(yè)和生活廢水排放、污水灌溉、汽車廢氣排放等造成的土壤重金屬污染問題也日益嚴(yán)重。重金屬污染不僅能夠引起土壤的組成、結(jié)構(gòu)和功能的變化，還能夠抑制作物根系生長和光合作用，致使作物減產(chǎn)甚至絕收。更為重要的是，重金屬還可能通過食物鏈遷移到動物、人體內(nèi)，嚴(yán)重危害動物、人體健康。鎘米、砷毒、血鉛等重金屬污染危害近年來常見諸報道，土壤重金屬污染已經(jīng)成為土壤污染中倍受關(guān)注的公共問題之一。

自20世紀(jì)50年代日本出現(xiàn)的“水俁病”和“骨痛病”被查明分別由重金屬Hg和Cd污染引起后，重金屬污染問題引起了世界各國的普遍關(guān)注。學(xué)術(shù)界則主要在20世紀(jì)70年代開始關(guān)注土壤重金屬污染研究，不過直到80年代末90年代初才逐漸成為研究熱點。國內(nèi)外土壤重金屬污染的研究主要關(guān)注的有以下幾個方面的內(nèi)容:(1)土壤重金屬污染的來源，認(rèn)為污水灌溉、金屬礦場廢棄物、交通運輸?shù)仁峭寥乐亟饘僭氐闹饕獊碓?(2)土壤重金屬污染的評價方法，包括綜合指數(shù)、潛在生態(tài)危害、富集因子、地積累指數(shù)、正負(fù)關(guān)聯(lián)方法、多元統(tǒng)計和GIS相結(jié)合等;(3)區(qū)域土壤重金屬污染的分布，探討了城市、農(nóng)田、城鄉(xiāng)交錯帶、工業(yè)區(qū)和金屬礦場周邊等不同區(qū)域的土壤重金屬污染問題;(4)土壤重金屬污染的毒性以及通過食物鏈可能對于人體健康造成的傷害;(5)重金屬污染土壤的修復(fù)，研究者提出了蜈蚣草、蚯蚓、真菌等動植物修復(fù)方法。

20世紀(jì)90年代以來，我國相繼開展了一些區(qū)域土壤重金屬污染的監(jiān)測工作。1997年，我國曾對24個市320個嚴(yán)重污灌區(qū)的土壤開展了污染調(diào)查;2000年，農(nóng)業(yè)部環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)布了我國大中城市郊區(qū)、工礦區(qū)、污灌區(qū)、商品糧基地和基本農(nóng)田保護區(qū)農(nóng)畜產(chǎn)品監(jiān)測結(jié)果，認(rèn)為我國大部分城市郊區(qū)土壤和農(nóng)產(chǎn)品中重金屬污染相當(dāng)嚴(yán)重。最近，我國剛剛完成了全國土壤污染普查工作，但由于種種原因，相關(guān)重金屬污染調(diào)查信息仍未發(fā)布。我國的土壤污染，尤其是耕地重金屬污染的形勢比較嚴(yán)峻，但又缺乏可以使用的全國范圍內(nèi)的耕地土壤重金屬污染數(shù)據(jù)，不利于我國耕地重金屬污染總體概況的判定和相關(guān)政策的制定。鑒于此，本文嘗試以案例文獻資料收集的方式構(gòu)建我國耕地重金屬污染數(shù)據(jù)庫，評價我國耕地土壤重金屬污染的狀況，提出有針對性的政策建議。

數(shù)據(jù)來源與研究方法

01數(shù)據(jù)來源

雖然我國目前尚缺乏可供公開使用的全國范圍的耕地土壤重金屬污染調(diào)查數(shù)據(jù)，但是許多已經(jīng)完成土壤重金屬污染監(jiān)測和調(diào)查工作的區(qū)域，其相關(guān)數(shù)據(jù)和結(jié)果已經(jīng)在國內(nèi)外進行了發(fā)表。通過對這些土壤重金屬污染案例數(shù)據(jù)的檢索和收集，構(gòu)建耕地土壤重金屬污染數(shù)據(jù)庫，能夠在一定程度上提供反映我國耕地土壤重金屬污染狀況的數(shù)據(jù)。進行耕地土壤重金屬污染文獻檢索的原則是:(1)重金屬污染案例區(qū)以地級市行政區(qū)為主要單位，兼顧省級和縣級行政單位，避免金屬礦場、污灌區(qū)等特殊的小尺度土壤重金屬污染案例文獻;(2)重金屬污染數(shù)據(jù)采集地點為農(nóng)田或耕地，采樣點較多;(3)重金屬污染數(shù)據(jù)年份較新(2000年以后)，不同區(qū)域具有可比性;(4)文獻能夠提供耕地土壤金屬污染的原始數(shù)值。依據(jù)以上原則，通過對近千篇文獻進行檢索，最終篩選建立了包括重金屬污染物數(shù)值、種類、地點、時間、土地利用類型等在內(nèi)的重金屬污染數(shù)據(jù)庫。最終收集到138個典型區(qū)域的土壤污染案例，涉及到26個省份、78個地級市和62個縣，案例區(qū)的位置見圖1。

目前，我國共有31個省份(不含港澳臺)和346個左右的地級市，通過文獻檢索建立的土壤污染數(shù)據(jù)庫涉及我國83.87%的省份和22.5%左右的地級市，土壤污染數(shù)據(jù)的代表性良好，應(yīng)該可以大體反映我國耕地土壤的重金屬污染概況。

02研究方法

土壤重金屬污染的主要識別方法有對比法、地球化學(xué)方法和統(tǒng)計分析方法等，分別可以通過“元素剖面對比”和“與環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和背景值對比”、多元統(tǒng)計分析、地統(tǒng)計學(xué)、空間統(tǒng)計分析等方法判定土壤重金屬污染狀況。其中，對比分析法在土壤污染識別方法中應(yīng)用廣泛，簡便易行。因此，我們采用該方法來分析我國土壤重金屬污染的狀況。對比分析法采用了土壤重金屬污染單因子指數(shù)和內(nèi)羅梅污染指數(shù)兩種方法，單因子指數(shù)的數(shù)學(xué)表達式為:

Pi=Ci/Si(1)

式中:Pi-土壤中某污染物i的環(huán)境質(zhì)量指數(shù);Ci-污染物i的實測值(mg/kg);Si-污染物i的評價標(biāo)準(zhǔn)(mg/kg)。Pi>1表示土壤受到了污染，P=1或<1則表示未受到污染，Pi值越大則污染程度越嚴(yán)重。因為污染土壤的重金屬元素往往不只一種，所以還需要綜合考慮不同重金屬元素對于土壤的污染程度。綜合污染程度可以用內(nèi)羅梅污染指數(shù)來衡量，其數(shù)學(xué)表達式為:

式中:I-土壤重金屬綜合污染指數(shù);Pimax-各土壤重金屬單項污染指數(shù)中的最大值;Piave-各土壤重金屬單項污染指數(shù)的平均值。內(nèi)羅梅污染指數(shù)的主要特點是可以突出考慮土壤中污染程度最大的重金屬元素的作用。參照《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)，單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)的分級標(biāo)準(zhǔn)見表1。

土壤污染的評價標(biāo)準(zhǔn)(Si)是土壤污染程度判定的重要影響因素。目前，常用的土壤污染評價標(biāo)準(zhǔn)一般有土壤自然環(huán)境背景值和土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-1995)兩種。在檢索到的138個耕地重金屬污染案例中，土壤污染評價標(biāo)準(zhǔn)不一，差別較大，不利于全國范圍內(nèi)耕地土壤重金屬污染案例評價結(jié)果的對比。為了使評價結(jié)果具有較好的可比性，統(tǒng)一選用《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)中規(guī)定的土壤重金屬含量二級標(biāo)準(zhǔn)作為土壤污染的評價標(biāo)準(zhǔn)(Si)(表2)。

結(jié)果與分析

01耕地土壤重金屬污染概率

依托建立的土壤重金屬污染數(shù)據(jù)庫，利用內(nèi)羅梅土壤污染指數(shù)和《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)二級評價標(biāo)準(zhǔn)，可以測算出各個案例區(qū)的土壤重金屬綜合污染程度。將建立的數(shù)據(jù)庫作為全國土壤重金屬污染的抽樣調(diào)查數(shù)據(jù)，通過測算抽樣案例的重金屬污染超標(biāo)率，可以近似估算我國的土壤重金屬污染面積比例。在138個案例區(qū)中，有23個案例區(qū)的重金屬污染綜合指數(shù)大于1(圖2，案例區(qū)編號116-138)，發(fā)生土壤重金屬污染的概率為16.67%。由此可以推斷，我國耕地土壤的重金屬污染面積大概在16.67%左右，約占我國耕地總量的1/6，略低于近期經(jīng)常被學(xué)者和國土資源部門引用的我國有近1/5的耕地受到土壤重金屬污染的數(shù)據(jù)。

02耕地重金屬污染的等別

根據(jù)劃定的土壤污染等級(表1)，我國耕地土壤屬于尚清潔的比例最高，為68.12%(表3)，其次為輕污染，比例為15.22%;再次為尚清潔，比例為14.49%;中污染和重污染的比例較低，分別為1.45%和0.72%，雖然我國屬于清潔土壤的比例比較高，但值得警惕的是還有15.22%左右的土壤處于重金屬污染警戒線(尚清潔)內(nèi)，與輕污染的比例幾乎相當(dāng)。

03主要污染元素和數(shù)值

通過計算8種土壤重金屬元素發(fā)生污染的概率，可以明晰我國耕地主要的土壤重金屬污染元素。由表4可知，Cd元素是當(dāng)前我國耕地土壤重金屬污染的最主要元素，污染發(fā)生概率為25.20%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他7種土壤重金屬。其次，Ni和Hg元素也具有比較高的污染概率，分別為5.17%和3.31%;也有部分案例區(qū)發(fā)生As元素和Pb元素的污染，概率分別為0.92%和0.72%。相對來說，Zn、Cr和Cu元素發(fā)生污染的概率較小。

8種主要土壤重金屬污染元素數(shù)值中，除Cd、Ni和Hg元素的平均值較接近《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)二級評價標(biāo)準(zhǔn)外(表5)，其余幾種重金屬元素含量的平均值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于對應(yīng)評價標(biāo)準(zhǔn)。不過，這并不代表除這3種重金屬元素以外的其他5種土壤重金屬元素?zé)o污染之憂。實際上，其余5種重金屬元素在小區(qū)域的耕地土壤污染也時有發(fā)生。污染概率，或者經(jīng)過空間插值的土壤污染面積比重的測算仍然是衡量土壤重金屬污染的最佳方法。

04耕地土壤重金屬污染的重點區(qū)域

將收集的案例按照東、中、西部三大區(qū)域進行劃分，分別統(tǒng)計相應(yīng)區(qū)域的案例數(shù)量和污染案例數(shù)量，可以大概估算出我國東、中、西部的土壤重金屬污染概率。三大區(qū)域的土壤重金屬污染，呈現(xiàn)出中部重金屬污染概率最高，東、西部低的特點(表6)。當(dāng)然，這與常規(guī)認(rèn)識上的經(jīng)濟發(fā)達區(qū)域土壤重金屬污染或許會更重一些的判斷略有偏差。主要原因可能有兩方面，一是東、中、西部土壤污染案例的分配并不完全符合對應(yīng)區(qū)域行政區(qū)數(shù)量比例。另一方面，中部地區(qū)的土壤重金屬污染可能確實也比想象中嚴(yán)重。中部地區(qū)較重的土壤重金屬污染可能與我國中部地區(qū)分布有大量的煤炭和金屬礦場及其相關(guān)開采有關(guān)。

收集的案例中，東部地區(qū)的土壤重金屬污染主要發(fā)生在遼寧(3個)、河北(1個)、江蘇(2個)和廣東(1個);中部地區(qū)的土壤重金屬污染主要發(fā)生在山西(3個)、湖南(2個)和河南(1個);西部地區(qū)的土壤重金屬污染主要發(fā)生在貴州(1個)、陜西(2個)、云南(2個)、重慶(2個)、新疆(1)、四川(1個)和廣西(1個)。這14個省份可能是我國土壤重金屬污染發(fā)生概率比較高的省份，特別是土壤污染發(fā)生案例超過3個的遼寧和山西的耕地土壤重金屬污染可能尤其嚴(yán)重。

05土壤重金屬污染因素

污水灌溉、涉重金屬企業(yè)“三廢”排放、汽車尾氣排放、不合理的農(nóng)藥和肥料的施用等，一般被認(rèn)為是造成農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染的主要原因。首先，化工、礦山等行業(yè)排放的污水重金屬元素含量一般較高，污水未經(jīng)必要的處理而直接灌溉農(nóng)田常常會造成土壤重金屬污染。例如，利用冶煉、電鍍、燃料、汞化物等工業(yè)污水進行灌溉，能引起Cd，Hg，Cr，Cu等重金屬污染。根據(jù)農(nóng)業(yè)部進行的全國污灌區(qū)調(diào)查，在約140萬公頃的污水灌區(qū)中，遭受重金屬污染的土地面積占污水灌區(qū)面積的64.8%。

其次，涉重金屬企業(yè)的“三廢”排放，也能夠通過大氣沉降、水體流動等方式造成土壤重金屬污染。其中，化工、冶金、煉焦、火力發(fā)電、造紙、玻璃、毛革、電子工業(yè)等企業(yè)會釋放大量的重金屬元素As;采礦、冶金和電鍍行業(yè)則可能產(chǎn)生大量的含Cd廢水、廢氣和廢渣。我國的Pb、Zn礦蘊藏豐富，其開采會引起周邊土壤的Pb，Cd等重金屬污染。此外，我國電池行業(yè)生產(chǎn)的大量Cd、Ni電池，在回收時作為普通垃圾處理，也存在巨大的污染隱患。

第三，畜禽糞、化肥、農(nóng)藥以及殺菌劑長期使用，也會導(dǎo)致土壤Cu，As等重金屬元素的積累。工廠化養(yǎng)殖畜禽中飼料添加劑的應(yīng)用，常常導(dǎo)致畜禽糞中含有較高的重金屬Cu，As等，如果作為有機肥施用時可以引起土壤重金屬污染。部分農(nóng)藥的成分中含有Hg，As，Cu，Zn等重金屬元素，長期使用可以引起重金屬污染。地膜的生產(chǎn)過程中則由于加入了含有Cd，Pb的熱穩(wěn)定劑，大量的施用也會引起重金屬污染?；实闹亟饘僭貏t一般來自磷肥的施用，例如許多品味較差的過磷酸鈣和磷礦粉中往往含有微量的As，Cd重金屬元素。相對來說，氮肥和鉀肥的重金屬含量較低。此外，許多農(nóng)用化學(xué)品如Cu制劑，含Hg，As的制劑使用后也會使土壤遭受污染。

最后，公路交通活動中，含鉛汽油和潤滑油的燃燒、汽車輪胎的老化和剎車?yán)镆r的機械磨損，均會排放一定量的重金屬。汽車尾氣和輪胎磨損產(chǎn)生的含有重金屬成分的粉塵，通過大氣可以沉降到達道路附近的土壤中，在公路的兩側(cè)形成較明顯的Pb，Zn，Cd等元素的污染帶。

討論與結(jié)論

(1)全國138個典型區(qū)域土壤污染案例的分析表明，我國耕地土壤重金屬污染發(fā)生的概率為16.67%，由此可以推斷我國耕地受土壤重金屬污染的比重占耕地總量的1/6左右。在耕地土壤重金屬污染等級上，尚清潔、清潔、輕污染、中污染和重污染5個等別的比例分別為68.12%，15.22%，14.49%，1.45%，0.72%，尚清潔等級比例最高，重污染等級比例最低。

(2)8種土壤重金屬污染元素中，Cd元素發(fā)生污染的概率最高，為25.20%;Ni元素和Hg元素的污染概率其次，分別為5.17%和3.31%;As元素和Pb元素發(fā)生污染的概率再次，分別為0.92%和0.72%;Zn、Cr和Cu元素發(fā)生污染的概率較小。

(3)根據(jù)重金屬污染案例發(fā)生的數(shù)量和區(qū)域位置，遼寧、河北、江蘇、廣東、山西、湖南、河南、貴州、陜西、云南、重慶、新疆、四川和廣西14個省份可能是我國耕地土壤重金屬污染的重點區(qū)域，其中遼寧和山西的耕地土壤重金屬污染可能尤其嚴(yán)重。

(4)本文雖然收集了全國138個典型區(qū)域的土壤重金屬污染案例，案例區(qū)數(shù)量具有一定的代表性。但由于并不是嚴(yán)格按照不同行政區(qū)域數(shù)量比重分配案例區(qū)樣本量，土壤重金屬污染案例的測算結(jié)果可能有一定的偏差。

(5)本文測算的我國耕地土壤重金屬污染比重在1/6左右，這略低于被廣泛引用的我國有1/5的耕地遭受重金屬污染的數(shù)據(jù)。不過，我們測算的耕地重金屬污染比重也可能存在一些問題。整體上，重金屬污染案例區(qū)在西南地區(qū)的分布相對較少，而西南可能是我國耕地重金屬污染不太嚴(yán)重的區(qū)域。從這個角度考慮，本文測算的耕地土壤重金屬污染概率可能仍然偏高。

(6)選取不同的土壤重金屬污染測算標(biāo)準(zhǔn)，評價結(jié)果會有所不同。為了使土壤重金屬污染測算結(jié)果在全國范圍內(nèi)具有可比性，本文收集的138個案例區(qū)統(tǒng)一選取了《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)二級評價標(biāo)準(zhǔn)作為重金屬污染的評價標(biāo)準(zhǔn)。不過，在有些研究中也會選取當(dāng)?shù)氐耐寥雷匀槐尘爸底鳛樵u價標(biāo)準(zhǔn)。一般來說，當(dāng)?shù)氐耐寥雷匀槐尘爸刀紩∮凇锻寥拉h(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)二級標(biāo)準(zhǔn)，相對較為嚴(yán)格。如果采用當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境背景值作為土壤重金屬污染的測算標(biāo)準(zhǔn)，那么本文測算的耕地土壤重金屬污染概率仍會大大提高。采用不同的評價標(biāo)準(zhǔn)，土壤重金屬污染的評價結(jié)果會明顯不同?？梢钥隙ǖ氖牵l(fā)生耕地土壤重金屬積累(超過背景值)的概率會遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于土壤重金屬污染。但是，發(fā)生土壤重金屬元素的積累是否就可以被認(rèn)定為土壤污染，到底采用何種標(biāo)準(zhǔn)作為衡量土壤污染的標(biāo)準(zhǔn)仍是一個值得深入探討的問題。