平涼市菜田土壤重金屬累積程度及同源相關性研究

秦志前 ，張軍錢 ，田耿智 ，張艷麗

（1.甘肅省平涼市農業技術推廣站，甘肅 平涼 744000；2.甘肅省平涼市農產品質量安全檢測檢驗中心，甘肅 平涼 744000）

重金屬在土壤中的積累、遷移不僅危害區域 生態安全，影響蔬菜生長發育，而且通過食物鏈進入人體，危害人體健康［1］。隨著蔬菜質量安全問題的日益凸顯，土壤重金屬污染引起了科技界的廣泛關注，國外學者提出了地累積指數法，并應用土壤重金屬累積對重金屬污染進行了較多的評價［2］，國內學者也進行了相關研究［3～8］，但分土類進行上述研究未見報道。為填補分土類土壤重金屬累積評價研究的空白，為平涼市現有蔬菜產地土壤利用方向提供指導，平涼市農業技術推廣站開展了平涼市蔬菜產地分土類重金屬累積程度及同源相關性研究，現將結果報道如下。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

平涼市位于甘肅省東部，屬隴東、隴中黃土高原地貌［9］，地處東經105°21′～107°51′，北緯34°54′～35°46′，總面積1.11萬km2。年降水量479.3～627.6mm，年平均氣溫8.5℃，年日照總時數2 135.8～2 445.7 h。黃綿土、黑壚土、新積土面積總計占全市總土壤面積的75.4%，其中黑壚土占10.2%，黃綿土占59.6%，新積土占5.6%［10］。

1.2 樣品采集

根據中華人民共和國農業部《農田土壤環境質量監測技術規范》（NY/T395-2000）和中華人民共和國環境保護行業標準《土壤環境監測技術規范》（HJ/T166-2004） 進行土壤樣點布置與采集［11～12］，采樣深度為土壤耕作層（0～20 cm）。2004—2011年先后在全市7個縣（區）蔬菜基地獲取土壤樣本147點（次），其中黑壚土30點（次）、新積土72點（次）、黃綿土34點（次）、灰褐土3點（次）、紅粘土4點（次）、潮土4點（次）。土樣經室內自然風干后在瑪瑙研缽中研磨，過100目尼龍網篩，充分混合均勻后裝入紙樣袋待測。

1.3 檢測方法

用石墨爐原子吸收分光光度法（GB/T17141-1997）測 定 鎘 （Cd）、 鉛 （Pb）， 用 冷 原 子 吸 收 法（GB/T17136-1997）測定汞（Hg），用火焰原子吸收分光光度計法（GB/T17137-1997）測定鉻（Cr），用硼氫化鉀-硝酸銀分光光度法（GB/T17135-1997）測定砷（As），用森林土壤pH測定法（GB/T7859-87）測定pH，其它測試項目參考相關標準。

1.4 數據處理

采用Excel2003軟件和SPSS 10.0統計軟件進行檢測數據統計分析。

1.5 評價方法

1.5.1 污染因子及評價土類 選擇中毒性比較強的重金屬Cd、As、Hg、Pb、Cr作為土壤特征污染因子［5，13～14］。評價土類選擇黃綿土、黑壚土、新積土3個主要土類，灰褐土、潮土、紅粘土由于樣點比較少，評價結果有待進一步研究。

1.5.2 評價標準與方法 選用《土壤環境質量標準》（GB15618—1995）二級標準作為平涼市蔬菜產地土壤重金屬評價指標（表1）［15］。

表1 土壤環境質量標準

1.5.3 地累積指數法 德國科學家Muller于1979年提出，將土壤重金屬累計污染程度劃分為7級（表2），計算公式如下。

式中，Igeo（i）是某一種重金屬地累積指數，Igeo是重金屬綜合地累積指數，Cn是元素n在土壤表層（耕層）中的含量，Bn為土壤中該元素地球化學背景值，以甘肅省土壤地球化學背景值為參照標準（表3），1.5是背景值校正系數［2］。

表2 地累積指數污染評價標準

表3 甘肅省土壤地球化學背景值A層監測結果 mg/kg

2 結果與分析

2.1 重金屬含量及分布范圍

由表4可知，平涼市蔬菜產地土壤的5種重金屬含量的平均值均未超過《土壤環境質量標準》（GB15618-1995）一級標準限值，但其中有3個樣點的含量超過國家土壤環境一級標準，低于二級標準限值，即涇川縣窯店鄉公主村（黑壚土）、涇川縣高平鎮三十里鋪村（黑壚土）As含量分別為17.600、20.200mg/kg，靜寧縣仁大鎮深溝村（黃綿土）Cd含量為0.511 mg/kg。同時可以看出，As、Hg、Pb、Cr、Cd的變異系數加權平均值分別為30.72%、93.94%、47.72%、28.36%、60.84%，Hg的變異系數最大，Cr的變異系數最小，說明Hg、Cd分布不均勻，其它重金屬分布相對均勻。

表4 平涼市各土類土壤重金屬含量及特征

2.2 地累積指數評價

根據公式（1）、（2），以表3背景值標準，得到各樣點土壤重金屬地累積指數（表5），并按土類得出平涼市各土類土壤重金屬地累積指數（表6），按累積程度得出平涼市不同土類的土壤重金屬累積程度分布結果（表7）和平涼市不同土類土壤不同重金屬累積輕度以上樣點（表8）。

由表6可知，平涼市不同土類土壤重金屬地累積指數的趨勢黑壚土為Igeo（Pb）＞Igeo（Cr）＞Igeo（As）＞Igeo（Hg）＞Igeo（Cd）， 新積土為Igeo（Pb）＞Igeo（C）r＞Igeo（Hg）＞Igeo（As）＞Igeo（Cd）， 黃綿土為Igeo（Pb）＞Igeo（Cd）＞Igeo（Cr）＞Igeo（As）＞Igeo（Hg）， 灰褐土為 Igeo（Cd） ＞Igeo（C）r＞Igeo（As） ＞Igeo（Pb）＞Igeo（Hg）， 紅粘土為Igeo（Cd）＞Igeo（Pb）＞Igeo（Hg）＞Igeo（As）＞Igeo（Cr），潮土為Igeo（Hg）＞Igeo（Pb）＞Igeo（Cr）＞ Igeo（As）＞ Igeo（Cd）。

由表7、表8可知，各土類不同重金屬累積為0級，即無積累的有77個樣點（次），占樣點總數的52.4%；1級輕度累積有49個樣點（次），占樣點總數的33.3%；2級中度累積有14個樣點（次），占樣點總數的9.5%；3級重度積累有7個樣點（次），占樣點總數的4.8%。重金屬累積由大到小的趨勢為Pb、Hg、Cd、As、Cr。其中土壤Pb、Hg的積累比較明顯，達到重度累積的樣點7個，占總樣點數的4.8%；其余重金屬均屬輕度累積或無累積。從綜合地累積指數結果可知，平涼市蔬菜產地土壤只有1個新積土樣點（次）的綜合地累積指數達到1級，屬輕度累積，其余146個樣點（次）綜合地累積指數均小于零，屬無累積狀態，說明平涼市蔬菜產地土壤重金屬累積總體上處于安全水平。

表6 平涼市各土類土壤重金屬地累積指數

表7 平涼市不同土類土壤重金屬累積程度分布結果

表8 各土類不同重金屬累積輕度以上樣點數 個

2.3 土壤重金屬污染同源相關性

對147個樣點（次）土壤的5種重金屬含量應用SPSS 10.0軟件進行了相關性分析，結果（表9）表明，Hg與其它元素之間無相關關系，與其它重金屬不同源，累積過程和來源途徑是單獨和獨立的；As與Pb、Cr、Cd存在極顯著相關關系，說明As與Pb、Cr、Cd存在高度的同源性；Pb與As、Cr、Cd存在極顯著相關性，說明它們之間也存在高度的同源性；Cr與As、Pb極顯著相關，高度同源；Cd與As、Pb存在極顯著相關，高度同源；Cd與Cr沒有相關性，不同源。

表9 土壤重金屬元素含量相關分析①

3 結論

1） 平涼市蔬菜產地不同土類的As、Hg、Pb、Cr、Cd含量平均值分別為9.957、0.038、32.162、65.983、0.119mg/kg，均未超過《國家土壤環境質量標準》（GB15618-1995）一級標準限值； As、Hg、Pb、Cr、Cd的變異系數平均值分別為30.72%、93.94%、47.72%、28.36%、60.84%。其中Hg、Cd分布不均勻，As、Pb、Cr分布相對均勻。新積土有1個樣點（次）綜合地累積指數為0.058，屬輕度累積，其余146個樣點（次）綜合地累積指數均小于零，屬無累積狀態，As、Hg、Pb、Cr、Cd地累積指數平均值分別為-1.155、-1.415、-0.519、-1.194、-0.856，Pb、Hg、Cd的積累比較明顯。

2）Hg與其它元素之間沒有相關關系，與其它重金屬不同源，累積過程和來源途徑是單獨和獨立的；Cd與Cr沒有相關性，不同源；As與Pb、Cr、Cd極顯著相關，存在高度的同源性；Pb與As、Cr、Cd極顯著相關，也存在高度的同源性；Cr與As、Pb極顯著相關，高度同源；Cd與As、Pb極顯著相關，也高度同源。

［1］ 范栓喜，甘卓亭，李美娟，等.土壤重金屬污染評價方法進展［J］. 中國農學通報，2010，26（17）：310-315.

［2］ TIPPING E， RIEUWERTS J， Pan G et al.The solidsolution partitioning of heavymetal （Cu，Zn，Cd，Pb）in upland soil of England and Wales［J］.Environment Pollution，2003，125（2）：213-225.

［3］ 鄭袁明，陳同斌，陳 煌，等.北京不同土地利用方式下土壤鉛的累積 ［J］. 地理學報，2005，60（5）：791-797.

［4］ 劉紅櫻，謝志仁，陳德友，等.成都地區環境質量初步評價［J］. 環境科學學報，2004，24（2）：297-300.

［5］ 鄭國璋.農業土壤重金屬污染研究的理論和實踐［M］.北京：中國環境科學出版社.2007.

［6］ 王利軍，盧新衛，荊 淇，等.寶雞長青鎮鉛鋅冶煉廠周邊土壤重金屬污染研究［J］.農業環境科學學報，2012，31（2）：325-330.

［7］ 胡克寬，王英俊，張玉岱，等.渭北黃土高原蘋果園土壤重金屬空間分布及累計性評價［J］.農業環境科學學報，2012，31（5）：934-941.

［8］ 李樹輝，李蓮芳，曾希柏，等.山東壽光不同農業利用方式下土壤鉻的累積特征［J］.農業環境科學學報，2011，30（8）：1539-1545.

［9］ 王小鋒.平涼市農業野生植物資源及保護現狀調查［J］. 甘肅農業科技，2011（6）：45-47.

［10］ 甘肅省平涼地區土壤普查辦公室.平涼土壤［R］.1988.

［11］ 中華人民共和國農業部.NY/T395-2000農田土壤環境質量監測技術規范［S］.2000.

［12］ 國家環境保護總局.HJ/T166-2004中華人民共和國環境保護行業標準—土壤環境監測技術規范［S］.2004.

［13］ 甘肅省環境保護廳.甘肅省土壤污染狀況調查報告［R］.2010.

［14］ 中國農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所組.農產品質量安全風險評估—原理、方法和應用［M］.北京：中國標準出版社.2007.

［15］ 國家環境保護局，國家技術監督局.GB15618—1995中華人民共和國國家標準 土壤環境質量標準［S］.1995.