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個典型區域的耕地土壤重金屬污染數據庫，并利用《土壤環境質量標準》（GB15618—1995）中的二級標準作為評價標準，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%，遠超過其他幾種土壤重金屬元素；此外，也有一些區域發生Ni，Hg，As和Pb土壤污染，但是Ｚｎ、Ｃｒ和Ｃｕ元素發生污染的概率較小；（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、市和自治區可能是我國耕地重金屬污染的多發區域，特別是遼寧和山西的耕地土壤重金屬污染可能尤其嚴重。
關鍵詞：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。隨著我國工業和城市化的不斷發展，工業和生活廢水排放、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重。重金屬污染不僅能夠引起土壤的組成、結構和功能的變化，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，嚴重危害動物、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成為土壤污染中倍受關注的公共問題之一。
自20世紀50年代日本出現的“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注。學術界則主要在20世紀70年代開始關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。國內外土壤重金屬污染的研究主要關注的有以下幾個方面的內容：（１）土壤重金屬污染的來源，認為污水灌溉、金屬礦場廢棄物、交通運輸等是土壤重金屬元素的主要來源；（２）土壤重金屬污染的評價方法，包括綜合指數、潛在生態危害、富集因子、地積累指數、正負關聯方法、多元統計和GIS相結合等；（３）區域土壤重金屬污染的分布，探討了城市、農田、城鄉交錯帶、工業區和金屬礦場周邊等不同區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，研究者提出了蜈蚣草、蚯蚓、真菌等動植物修復方法。
20世紀90年代以來，我國相繼開展了一些區域土壤重金屬污染的監測工作。1997年，我國曾對24個市320個嚴重污灌區的土壤開展了污染調查；2000年，農業部環境監測系統發布了我國大中城市郊區、工礦區、污灌區、商品糧基地和基本農田保護區農畜產品監測結果，認為我國大部分城市郊區土壤和農產品中重金屬污染相當嚴重。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，相關重金屬污染調查信息仍未發布。我國的土壤污染，尤其是耕地重金屬污染的形勢比較嚴峻，但又缺乏可以使用的全國范圍內的耕地土壤重金屬污染數據，不利于我國耕地重金屬污染總體概況的判定和相關政策的制定。鑒于此，本文嘗試以案例文獻資料收集的方式構建我國耕地重金屬污染數據庫，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。
數據來源與研究方法
01數據來源
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查數據，但是許多已經完成土壤重金屬污染監測和調查工作的區域，其相關數據和結果已經在國內外進行了發表。通過對這些土壤重金屬污染案例數據的檢索和收集，構建耕地土壤重金屬污染數據庫，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據。進行耕地土壤重金屬污染文獻檢索的原則是：（１）重金屬污染案例區以地級市行政區為主要單位，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）重金屬污染數據采集地點為農田或耕地，采樣點較多；（３）重金屬污染數據年份較新（2000年以后），不同區域具有可比性；（４）文獻能夠提供耕地土壤金屬污染的原始數值。依據以上原則，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值、種類、地點、時間、土地利用類型等在內的重金屬污染數據庫。最終收集到138個典型區域的土壤污染案例，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據庫涉及我國83.87％的省份和22.5％左右的地級市，土壤污染數據的代表性良好，應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、地球化學方法和統計分析方法等，分別可以通過“元素剖面對比”和“與環境標準和背景值對比”、多元統計分析、地統計學、空間統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和內羅梅污染指數兩種方法，單因子指數的數學表達式為：
Ｐi＝Ｃi／Ｓi（１）
式中：Ｐi—土壤中某污染物i的環境質量指數；Ｃi—污染物ｉ的實測值(mg/kg)；Ｓｉ—污染物ｉ的評價標準(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羅梅污染指數來衡量，其數學表達式為：
式中：Ｉ—土壤重金屬綜合污染指數；Ｐimax—各土壤重金屬單項污染指數中的最大值；Ｐiave—各土壤重金屬單項污染指數的平均值。內羅梅污染指數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《土壤環境質量標準》（GB15618—1995），單因子污染指數和綜合污染指數的分級標準見表１。
土壤污染的評價標準（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準一般有土壤自然環境背景值和土壤環境質量標準（GB15618—1995）兩種。在檢索到的138個耕地重金屬污染案例中，土壤污染評價標準不一，差別較大，不利于全國范圍內耕地土壤重金屬污染案例評價結果的對比。為了使評價結果具有較好的可比性，統一選用《土壤環境質量標準》（GB15618—1995）中規定的土壤重金屬含量二級標準作為土壤污染的評價標準（Ｓi）（表２）。
結果與分析
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據庫，利用內羅梅土壤污染指數和《土壤環境質量標準》（GB15618—1995）二級評價標準，可以測算出各個案例區的土壤重金屬綜合污染程度。將建立的數據庫作為全國土壤重金屬污染的抽樣調查數據，通過測算抽樣案例的重金屬污染超標率，可以近似估算我國的土壤重金屬污染面積比例。在138個案例區中，有23個案例區的重金屬污染綜合指數大于1（圖2，案例區編號116-138），發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，略低于近期經常被學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據。
02耕地重金屬污染的等別
根據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，與輕污染的比例幾乎相當。
03主要污染元素和數值
通過計算８種土壤重金屬元素發生污染的概率，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元素是當前我國耕地土壤重金屬污染的最主要元素，污染發生概率為25.20%，遠遠超過其他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％；也有部分案例區發生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元素發生污染的概率較小。
８種主要土壤重金屬污染元素數值中，除Cd、Ni和Hg元素的平均值較接近《土壤環境質量標準》（GB15618—1995）二級評價標準外（表５），其余幾種重金屬元素含量的平均值遠遠小于對應評價標準。不過，這并不代表除這３種重金屬元素以外的其他５種土壤重金屬元素無污染之憂。實際上，其余５種重金屬元素在小區域的耕地土壤污染也時有發生。污染概率，或者經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域
將收集的案例按照東、中、西部三大區域進行劃分，分別統計相應區域的案例數量和污染案例數量，可以大概估算出我國東、中、西部的土壤重金屬污染概率。三大區域的土壤重金屬污染，呈現出中部重金屬污染概率最高，東、西部低的特點（表６）。當然，這與常規認識上的經濟發達區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區域行政區數量比例。另一方面，中部地區的土壤重金屬污染可能確實也比想象中嚴重。中部地區較重的土壤重金屬污染可能與我國中部地區分布有大量的煤炭和金屬礦場及其相關開采有關。
收集的案例中，東部地區的土壤重金屬污染主要發生在遼寧（３個）、河北（１個）、江蘇（２個）和廣東（１個）；中部地區的土壤重金屬污染主要發生在山西（３個）、湖南（２個）和河南（１個）；西部地區的土壤重金屬污染主要發生在貴州（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生概率比較高的省份，特別是土壤污染發生案例超過３個的遼寧和山西的耕地土壤重金屬污染可能尤其嚴重。
05土壤重金屬污染因素
污水灌溉、涉重金屬企業“三廢”排放、汽車尾氣排放、不合理的農藥和肥料的施用等，一般被認為是造成農業土壤重金屬污染的主要原因。首先，化工、礦山等行業排放的污水重金屬元素含量一般較高，污水未經必要的處理而直接灌溉農田常常會造成土壤重金屬污染。例如，利用冶煉、電鍍、燃料、汞化物等工業污水進行灌溉，能引起Cd，Hg，Cr，Cu等重金屬污染。根據農業部進行的全國污灌區調查，在約140萬公頃的污水灌區中，遭受重金屬污染的土地面積占污水灌區面積的64.8％。
其次，涉重金屬企業的“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、火力發電、造紙、玻璃、毛革、電子工業等企業會釋放大量的重金屬元素Ａｓ；采礦、冶金和電鍍行業則可能產生大量的含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，我國電池行業生產的大量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、農藥以及殺菌劑長期使用，也會導致土壤Ｃｕ，Ａｓ等重金屬元素的積累。工廠化養殖畜禽中飼料添加劑的應用，常常導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。地膜的生產過程中則由于加入了含有Ｃｄ，Ｐｂ的熱穩定劑，大量的施用也會引起重金屬污染。化肥的重金屬元素則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，許多農用化學品如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里襯的機械磨損，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，在公路的兩側形成較明顯的Ｐｂ，Ｚｎ，Ｃｄ等元素的污染帶。
討論與結論
（１）全國138個典型區域土壤污染案例的分析表明，我國耕地土壤重金屬污染發生的概率為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元素發生污染的概率再次，分別為0.92％和0.72％；Zn、Cr和Cu元素發生污染的概率較小。
（３）根據重金屬污染案例發生的數量和區域位置，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域，其中遼寧和山西的耕地土壤重金屬污染可能尤其嚴重。
（４）本文雖然收集了全國138個典型區域的土壤重金屬污染案例，案例區數量具有一定的代表性。但由于并不是嚴格按照不同行政區域數量比重分配案例區樣本量，土壤重金屬污染案例的測算結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據。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，重金屬污染案例區在西南地區的分布相對較少，而西南可能是我國耕地重金屬污染不太嚴重的區域。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準，評價結果會有所不同。為了使土壤重金屬污染測算結果在全國范圍內具有可比性，本文收集的138個案例區統一選取了《土壤環境質量標準》（GB15618—1995）二級評價標準作為重金屬污染的評價標準。不過，在有些研究中也會選取當地的土壤自然背景值作為評價標準。一般來說，當地的土壤自然背景值都會小于《土壤環境質量標準》（GB15618—1995）二級標準，相對較為嚴格。如果采用當地土壤環境背景值作為土壤重金屬污染的測算標準，那么本文測算的耕地土壤重金屬污染概率仍會大大提高。采用不同的評價標準，土壤重金屬污染的評價結果會明顯不同。可以肯定的是，發生耕地土壤重金屬積累（超過背景值）的概率會遠遠高于土壤重金屬污染。但是，發生土壤重金屬元素的積累是否就可以被認定為土壤污染，到底采用何種標準作為衡量土壤污染的標準仍是一個值得深入探討的問題。
中國鄉村發現網轉自：《水土保持研究》2013年4月
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