文 雯，侯振安*，张 雄，李富春，朱 云
（石河子大学农学院资源与环境科学系， 新疆 石河子 832003）
摘要：本文对新疆石河子垦区16个团场耕地土壤重金属含量进行调查，并对研究区土壤重金属环境质量进行评价。结果表明：垦区土壤6种重金属的平均含量均低于国家土壤环境质量二级标准值。以国家土壤环境质量为评价标准，各元素单因子污染指数为Cd > As > Cu> Cr > Hg > Pb ，16个团场的综合污染指数均小于1，土壤环境质量属于安全、警戒限级别；以绿色食品土壤环境质量要求为评价标准，垦区土壤综合污染指数为0.98，土壤环境质量为尚清洁级别，农田土壤能满足绿色食品土壤环境质量要求。
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关键词 ：石河子垦区；重金属；环境质量；评价
近年来，在农业生产迅速发展的同时，我国的农业生态环境也遭到了严重的污染和破坏，其中土壤重金属污染问题已成为当今环境科学研究的主要内容之一[1]。目前，国内对于土壤重金属污染的研究主要集中于污灌区及原有工业污染较严重的流域和对城市不同功能区土壤重金属污染状况研究分析[2]，对于传统的典型农业区重金属环境质量评价研究较少[3]。因此，对石河子垦区农田土壤重金属调查及评价对于保护垦区土壤环境质量有十分重要的意义。
石河子垦区农田土壤是新疆重要的绿色农业生产基地，土壤环境质量与当地发展有密切的联系。本研究以土壤环境质量标准 （GB15618 - 1995）和《绿色食品产地环境条件》（NY/T391 - 2000）的要求为评价标准，对垦区农田土壤进行重金属污染评价，旨在为研究区的绿色农业生产和土壤质量建设提供基础数据及科学依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
石河子垦区地处天山北麓中段，古尔班通古特大沙漠南缘（84°58′ ～ 86°24′ E，43°26′ ～ 45°20′ N）。垦区海拔 300 ～ 500 m ，属典型的温带大陆性气候。垦区地形由南向北依次为天山山区、山前丘陵区、山前倾斜平原、洪水冲积平原、风成沙漠区。土壤多系灰漠土、潮土、草甸土，土质多系砾质土、沙质土、粘质土等。石河子垦区受到光温、水分、土壤、植被以及人类生产活动的影响，形成了干旱荒漠背景下的绿洲景观。地表有河水、泉水，境内有玛纳斯河、宁家河、金沟河、大南沟河和巴音沟河 5 条河流。
1.2 样品采集
2013 年 5 月，在石河子垦区16个团场中（84°58′ ～ 86°24′ E，43°26′ ～ 45°20′ N）采用均匀布点法和 GPS 定位，共采集分析样品200个（图1）。根据布设的采样点，实地选择具有代表性的样地，用木铲刀采取0 ~ 20 cm耕层土壤，每个分析样品由梅花五点法取土混合，四分法取舍至1 kg，用采样袋包装送实验室。
1.3 样品处理与分析
样品经自然风干，去杂物，过1 mm筛，用四分法取部分样品过100目筛，备测。土壤中6种重金属Cu、Cr、Pb、Cd、As和Hg全量的测定均采用硝酸 - 盐酸 - 氢氟酸 - 高氯酸联合消解后，利用ICP - AES（电感耦合等离子体发射光谱仪）测定。
1.4 数据统计
数据的统计分析采用SPSS 11.5和Excel 2007软件完成。
2 结果与讨论
2.1 农田土壤重金属含量
研究区土壤重金属含量的整体特征为：6种重金属的平均含量均低于国家土壤环境质量二级标准值。Cu含量最高的区域为一四一团场，平均含量为41.18 mg/kg，Cd含量较高区域在一三三团场、一三四团场、一三五团场和一四一团场，其含量均已高于国家标准值，As含量最高区域为一三六团场，平均值达到22.95 mg/kg；Hg含量较高的区域为一三二团场、一三三团场和一四二等团场，其中一三三团场最高，平均含量为0.17 mg/kg，最高达到0.25 mg/kg，见表1。
2.2 垦区土壤重金属环境质量评价
2.2.1 土壤重金属污染评价标准
以《土壤环境质量标准》（GB 15618 - 1995）中的二级标准（pH > 7.5）[4]和NY/T391 - 2000《绿色食品产地环境条件》土壤环境质量要求[5]对农田土壤重金属进行环境质量评价（表2）。
2.2.2 土壤重金属污染评价方法
土壤环境质量评价采用单因子污染指数法和综合污染指数法相结合的方法。单因子指数法是目前国内通用的一种重金属污染评价的方法，能比较直观地反映土壤环境中各项污染指标的情况，其计算公式为[6]：
Pi = Ci/Si （1）
（1）式中，Pi：土壤中污染物i的环境质量指数；Ci：污染物i的实测浓度；Si：i种重金属的评价标准的临界值。
内梅罗综合污染指数法能综合地反映受多种污染物影响的土壤污染状况，因此能够更为科学、综合地反映评价区域内总体环境质量状况，其计算公式如下[7]：
（2）式中，P综合：土壤综合污染指数；Pi：土壤中各污染物的指数平均值；max（Pi）：土壤中单项污染物的最大污染指数。
2.2.3 土壤重金属污染程度的分级
综合污染指数全面反映了各污染物综合对土壤污染的程度，同时充分考虑了高浓度物质对土壤环境质量的影响，土壤质量分级标准[8]见表3。
2.2.4 土壤重金属评价结果
垦区土壤重金属环境质量评价评价结果见表4，以国家环境质量（二级）为评价标准，垦区团场中单项污染指数 > 1的重金属只有Cd，分别是一三三团场、一三四团场、一三五团场和一四一团场，存在不同程度的累积趋势，其余重金属元素在各团场土壤的单项污染指数均 < 1，属于清洁；从整体来看，垦区平均单因子污染指数大小顺序为Cd > As > Cu > Cr > Hg > Pb， 除Cd的污染程度达到警戒限，其余元素含量均处于安全级别。
以绿色食品土壤环境质量要求为评价标准，Cd单项污染指数小于1的团场有3个，分别为一二二团场、一四九团场、一五〇团场，污染程度均处于警戒限，其余团场的Cd均存在累积现象；As的单项污染指数 > 1的为一三六团场，有所累积，其余团场均属于清洁、尚清洁；Cu、Cr、Pb、Hg元素在各团场污染指数均 < 1，均属于安全；从垦区平均单项污染指数比较，Cd > As > Cu > Cr > Pb > Hg， 其中Cd污染指数为1.28，累积最为明显，其余5种元素的污染程度均处于安全。
通过两种不同的评价标准对垦区农田土壤重金属进行综合评价（表4）。以国家土壤环境质量标准（二级）评价，16个团场的综合污染指数均小于1，但分别有5个团场的土壤存在一定的累积趋势，分别为一三三团场、一三四团场、一三五团场、一四一团场和一四三团场，污染程度为警戒限；从垦区农田整体情况来看，其综合污染指数为0.68，污染程度为安全，表明垦区农田土壤的污染水平为安全。
以绿色食品土壤环境质量要求为评价标准，垦区一二一团场、一二二团场、一三二团场、一四七团场、一四八团场、一四九团场和一五〇团场综合污染指数均 < 1，污染程度均为警戒限，其余团场均存在不同程度的累积现象；从垦区整体来看，综合污染指数为0.98，污染程度为尚清洁，说明垦区农田土壤尚未受到污染，能满足绿色食品土壤环境质量要求。
3 结论
（1）垦区6种重金属的平均含量均低于国家土壤环境质量二级标准值，仅Cd元素在一三三团场、一三四团场、一三五团场和一四一团场的含量有一定的累积趋势。（2）以国家土壤环境质量为评价标准，除Cd的污染指数等级达到警戒限，其余元素均处于安全级别；以绿色食品土壤环境质量要求为评价标准，Cd污染指数等级为轻度污染，其余元素的污染指数等级均处于安全。（3）根据国家土壤环境质量标准（二级）对垦区农田土壤重金属评价，垦区16个团场的综合污染指数均 < 1，农田土壤环境质量为清洁、尚清洁级别。根据绿色食品土壤环境质量要求评价，从整体来看，土壤环境质量为尚清洁，垦区农田土壤能满足绿色食品土壤环境质量要求。
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参考文献
[1]陈怀满，郑春荣，周东美，等. 中国土壤重金属污染现状与防治对策[J]. 人类环境杂志，1999，28（2）： 130-134.
[2]马婷，赵大勇，曾巾，等. 南京主要湖泊表层沉积物中重金属污染潜在生态风险评价[J]. 生态与农村环境学报, 2011, 27（6）:37-42.
[3]贾振邦，梁 涛， 林建枝，等. 香港河流重金属污染及潜在生态危害研究[J]. 北京大学学报（自然科学版），1997, 33（4）： 485-492.
[4] GB 15618-1995，土壤环境质量标准[S].
[5] NY/T391-2000，绿色食品产地环境条件[S].
[6] 刘崇洪. 几种土壤质量评价方法的比较[J]. 干旱环境监测，1996，10（1）：26-29.
[7] 孙江城，刘春立， 赵兴文. 常用环境质量综合指数法的评述和适用性比较[J]. 中国公共卫生，1996，12（7）： 318-319.
[8]Lin Y P，TengT P，ChangTK. Multivariate analysis of soil heavymetal pollution and landscape pattern in Changhua county in Taiwan[J].Landscape andUrban Planning，2002（6）：319-351.