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(guó)138個(gè)典型區(qū)域的耕地土壤重金屬污染數(shù)據(jù)庫(kù)，并利用《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618—1995）中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)算了我國(guó)耕地的土壤重金屬污染概況。研究表明：（１）我國(guó)耕地的土壤重金屬污染概率為16.67%左右，據(jù)此推斷我國(guó)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(gè)省、市和自治區(qū)可能是我國(guó)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(wàn)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(jìn)入土壤，引起了土壤重金屬污染。隨著我國(guó)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(zhǎng)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(dòng)物、人體內(nèi)，嚴(yán)重危害動(dòng)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(bào)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(guó)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(diǎn)。國(guó)內(nèi)外土壤重金屬污染的研究主要關(guān)注的有以下幾個(gè)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(chǎng)廢棄物、交通運(yùn)輸?shù)仁峭寥乐亟饘僭氐闹饕獊碓矗唬ǎ玻┩寥乐亟饘傥廴镜脑u(píng)價(jià)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(jì)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(cuò)帶、工業(yè)區(qū)和金屬礦場(chǎng)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(duì)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(dòng)植物修復(fù)方法。
20世紀(jì)90年代以來，我國(guó)相繼開展了一些區(qū)域土壤重金屬污染的監(jiān)測(cè)工作。1997年，我國(guó)曾對(duì)24個(gè)市320個(gè)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(cè)系統(tǒng)發(fā)布了我國(guó)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(hù)區(qū)農(nóng)畜產(chǎn)品監(jiān)測(cè)結(jié)果，認(rèn)為我國(guó)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(guó)剛剛完成了全國(guó)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(guó)的土壤污染，尤其是耕地重金屬污染的形勢(shì)比較嚴(yán)峻，但又缺乏可以使用的全國(guó)范圍內(nèi)的耕地土壤重金屬污染數(shù)據(jù)，不利于我國(guó)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(xiàn)資料收集的方式構(gòu)建我國(guó)耕地重金屬污染數(shù)據(jù)庫(kù)，評(píng)價(jià)我國(guó)耕地土壤重金屬污染的狀況，提出有針對(duì)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(guó)目前尚缺乏可供公開使用的全國(guó)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(cè)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(guó)內(nèi)外進(jìn)行了發(fā)表。通過對(duì)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(kù)，能夠在一定程度上提供反映我國(guó)耕地土壤重金屬污染狀況的數(shù)據(jù)。進(jìn)行耕地土壤重金屬污染文獻(xiàn)檢索的原則是：（１）重金屬污染案例區(qū)以地級(jí)市行政區(qū)為主要單位，兼顧省級(jí)和縣級(jí)行政單位，避免金屬礦場(chǎng)、污灌區(qū)等特殊的小尺度土壤重金屬污染案例文獻(xiàn)；（２）重金屬污染數(shù)據(jù)采集地點(diǎn)為農(nóng)田或耕地，采樣點(diǎn)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(xiàn)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(duì)近千篇文獻(xiàn)進(jìn)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(diǎn)、時(shí)間、土地利用類型等在內(nèi)的重金屬污染數(shù)據(jù)庫(kù)。最終收集到138個(gè)典型區(qū)域的土壤污染案例，涉及到２６個(gè)省份、78個(gè)地級(jí)市和62個(gè)縣，案例區(qū)的位置見圖１。
目前，我國(guó)共有31個(gè)省份（不含港澳臺(tái)）和346個(gè)左右的地級(jí)市，通過文獻(xiàn)檢索建立的土壤污染數(shù)據(jù)庫(kù)涉及我國(guó)83.87％的省份和22.5％左右的地級(jí)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(guó)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(shí)別方法有對(duì)比法、地球化學(xué)方法和統(tǒng)計(jì)分析方法等，分別可以通過“元素剖面對(duì)比”和“與環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和背景值對(duì)比”、多元統(tǒng)計(jì)分析、地統(tǒng)計(jì)學(xué)、空間統(tǒng)計(jì)分析等方法判定土壤重金屬污染狀況。其中，對(duì)比分析法在土壤污染識(shí)別方法中應(yīng)用廣泛，簡(jiǎn)便易行。因此，我們采用該方法來分析我國(guó)土壤重金屬污染的狀況。對(duì)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(dá)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(shí)測(cè)值(mg/kg)；Ｓｉ—污染物ｉ的評(píng)價(jià)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?yàn)槲廴就寥赖闹亟饘僭赝恢灰环N，所以還需要綜合考慮不同重金屬元素對(duì)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(dá)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(xiàng)污染指數(shù)中的最大值；Ｐiave—各土壤重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)的平均值。內(nèi)羅梅污染指數(shù)的主要特點(diǎn)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(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表１。
土壤污染的評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)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(gè)耕地重金屬污染案例中，土壤污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不一，差別較大，不利于全國(guó)范圍內(nèi)耕地土壤重金屬污染案例評(píng)價(jià)結(jié)果的對(duì)比。為了使評(píng)價(jià)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(jí)標(biāo)準(zhǔn)作為土壤污染的評(píng)價(jià)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(kù)，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(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，可以測(cè)算出各個(gè)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(kù)作為全國(guó)土壤重金屬污染的抽樣調(diào)查數(shù)據(jù)，通過測(cè)算抽樣案例的重金屬污染超標(biāo)率，可以近似估算我國(guó)的土壤重金屬污染面積比例。在138個(gè)案例區(qū)中，有23個(gè)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(hào)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(guó)耕地土壤的重金屬污染面積大概在16.67%左右，約占我國(guó)耕地總量的1/6，略低于近期經(jīng)常被學(xué)者和國(guó)土資源部門引用的我國(guó)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(jí)（表１），我國(guó)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(guó)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(jì)算８種土壤重金屬元素發(fā)生污染的概率，可以明晰我國(guó)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(guó)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(duì)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?cái)?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(jí)評(píng)價(jià)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(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)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(shí)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(shí)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(cè)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(diǎn)區(qū)域
將收集的案例按照東、中、西部三大區(qū)域進(jìn)行劃分，分別統(tǒng)計(jì)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(guó)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(diǎn)（表６）。當(dāng)然，這與常規(guī)認(rèn)識(shí)上的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域土壤重金屬污染或許會(huì)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(duì)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(shí)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(guó)中部地區(qū)分布有大量的煤炭和金屬礦場(chǎng)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(gè)）、河北（１個(gè)）、江蘇（２個(gè)）和廣東（１個(gè)）；中部地區(qū)的土壤重金屬污染主要發(fā)生在山西（３個(gè)）、湖南（２個(gè)）和河南（１個(gè)）；西部地區(qū)的土壤重金屬污染主要發(fā)生在貴州（１個(gè)）、陜西（２個(gè)）、云南（２個(gè)）、重慶（２個(gè)）、新疆（１）、四川（１個(gè)）和廣西（１個(gè)）。這１４個(gè)省份可能是我國(guó)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(gè)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(huì)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(jìn)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(jìn)行的全國(guó)污灌區(qū)調(diào)查，在約140萬(wàn)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(dòng)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(huì)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(guó)的Ｐｂ、Ｚｎ礦蘊(yùn)藏豐富，其開采會(huì)引起周邊土壤的Ｐｂ，Ｃｄ等重金屬污染。此外，我國(guó)電池行業(yè)生產(chǎn)的大量Ｃｄ、Ｎｉ電池，在回收時(shí)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(zhǎng)期使用，也會(huì)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(jī)肥施用時(shí)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(zhǎng)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(huì)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(duì)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(huì)使土壤遭受污染。
最后，公路交通活動(dòng)中，含鉛汽油和潤(rùn)滑油的燃燒、汽車輪胎的老化和剎車?yán)镆r的機(jī)械磨損，均會(huì)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(dá)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(guó)138個(gè)典型區(qū)域土壤污染案例的分析表明，我國(guó)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(guó)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(jí)上，尚清潔、清潔、輕污染、中污染和重污染５個(gè)等別的比例分別為68.12％，15.22％，14.49％，1.45％，0.72％，尚清潔等級(jí)比例最高，重污染等級(jí)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(gè)省份可能是我國(guó)耕地土壤重金屬污染的重點(diǎn)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(guó)138個(gè)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(cè)算結(jié)果可能有一定的偏差。
（５）本文測(cè)算的我國(guó)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(guó)有1/5的耕地遭受重金屬污染的數(shù)據(jù)。不過，我們測(cè)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(duì)較少，而西南可能是我國(guó)耕地重金屬污染不太嚴(yán)重的區(qū)域。從這個(gè)角度考慮，本文測(cè)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(cè)算標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)結(jié)果會(huì)有所不同。為了使土壤重金屬污染測(cè)算結(jié)果在全國(guó)范圍內(nèi)具有可比性，本文收集的138個(gè)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(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)作為重金屬污染的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。不過，在有些研究中也會(huì)選取當(dāng)?shù)氐耐寥雷匀槐尘爸底鳛樵u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。一般來說，當(dāng)?shù)氐耐寥雷匀槐尘爸刀紩?huì)小于《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618—1995）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)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(cè)算標(biāo)準(zhǔn)，那么本文測(cè)算的耕地土壤重金屬污染概率仍會(huì)大大提高。采用不同的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，土壤重金屬污染的評(píng)價(jià)結(jié)果會(huì)明顯不同。可以肯定的是，發(fā)生耕地土壤重金屬積累（超過背景值）的概率會(huì)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(gè)值得深入探討的問題。
中國(guó)鄉(xiāng)村發(fā)現(xiàn)網(wǎng)轉(zhuǎn)自：《水土保持研究》2013年4月
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