福建省香蕉主產(chǎn)區(qū)不同環(huán)境土壤重金屬含量特征

摘 要 通過對福建省香蕉主產(chǎn)區(qū)（漳州市）香蕉園采集74個0～20 cm土層的土壤樣品進行分析，分別以福建省土壤環(huán)境背景值、GB 15618-1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級標(biāo)準(zhǔn)、NY/T 391-2000《綠色食品 產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》為參照標(biāo)準(zhǔn)，比較研究了丘陵山地、城鎮(zhèn)周邊、道路周邊3種不同環(huán)境蕉園土壤Cd、Pb、As、Hg、Cr、Cu 6種重金屬元素的含量特征、元素間的相關(guān)性。結(jié)果顯示：福建省香蕉主產(chǎn)區(qū)丘陵山地、城鎮(zhèn)周邊、道路周邊3種不同環(huán)境蕉園土壤，各種重金屬含量有明顯差異。3種不同環(huán)境蕉園土壤6種重金屬元素之間的相關(guān)性發(fā)生了一定的變化。與福建省土壤環(huán)境背景值比較，Hg含量在所有的土壤中，Cd、Pb含量在城鎮(zhèn)周邊、道路周邊蕉園土壤有明顯的富集，As、Cr、Cu含量接近或低于福建省土壤環(huán)境背景值；3種不同環(huán)境蕉園土壤樣品超標(biāo)率Cd、Pb、Hg較為嚴(yán)重，As超標(biāo)樣本集中在道路周邊蕉園土壤。6種重金屬平均含量均符合國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)及NY/T 391-2000指標(biāo)要求；但仍有部分樣品超標(biāo)，特別是Pb、Hg應(yīng)引起重視。福建省香蕉主產(chǎn)區(qū)發(fā)展香蕉綠色食品生產(chǎn)適宜的產(chǎn)地依次為丘陵山地、城鎮(zhèn)周邊、道路周邊的蕉園。

關(guān)鍵詞 香蕉；土壤；重金屬含量；比較分析

中圖分類號 S668.1 文獻標(biāo)識碼 A

土壤是人類賴以生存的主要自然資源之一，也是人類生態(tài)環(huán)境的重要組成部分。隨著工業(yè)、城市污染的加劇和農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)種類、數(shù)量的增加，土壤重金屬污染日益嚴(yán)重[1]。由于重金屬污染物在土壤中移動性差，滯留時間長，微生物難降解，并容易被作物富集吸收進入食物鏈，從而危害人體健康[2]。因此，對土壤中重金屬（含非重金屬元素As，下同）進行監(jiān)測，是保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、保障農(nóng)業(yè)環(huán)境的重要環(huán)節(jié)。

香蕉（Musa spp.）是熱帶、南亞熱帶重要水果之一，也是全球貿(mào)易量最大的水果品種。福建省在發(fā)展優(yōu)質(zhì)香蕉產(chǎn)業(yè)方面有比較優(yōu)勢，香蕉為福建省的六大名果之一。漳州市是福建省香蕉種植的主產(chǎn)區(qū)，當(dāng)前全市種植面積約2.5萬hm2，年產(chǎn)量80多萬t，分別占全省香蕉種植面積和產(chǎn)量的82%和90%以上。迄今，對各種作物產(chǎn)區(qū)土壤中重金屬污染狀況的調(diào)查監(jiān)測及風(fēng)險評價已有許多的報道[3-7]，但國內(nèi)外就蕉園土壤中重金屬研究甚少。本研究通過對漳州市蕉園不同環(huán)境土壤中的Cd、Pb、As、Hg、Cr、Cu等重金屬含量的調(diào)查分析，以探明漳州市不同環(huán)境土壤蕉園土壤重金屬含量特征，及人為因素和周邊環(huán)境的差異對蕉園土壤中重金屬含量差異的影響，旨在為指導(dǎo)漳州市發(fā)展香蕉綠色食品，推進香蕉產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采集點布設(shè)

對土壤重金屬污染來源的鑒別是準(zhǔn)確、有效控制和治理污染源的前提，土壤重金屬主要有自然來源和人為干擾輸入兩種途徑，在各種人為因素中，則主要包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)和交通等來源引起的土壤重金屬污染[8]。分析認為，3種環(huán)境蕉園土壤由于人為因素和周邊環(huán)境的差異其污染源有所不同，丘陵山地土壤除受土壤本底值及施用肥料、農(nóng)藥的影響外，其他的污染源較少；而城鎮(zhèn)周邊土壤、道路周邊土壤除受土壤本底值及施用肥料、農(nóng)藥的影響外，道路周邊土壤還受到汽車尾氣、輪胎磨損以及機械摩擦后重金屬的擴散的污染，城鎮(zhèn)周邊土壤還受到居民生活垃圾及生活污水的污染。因此根據(jù)漳州市香蕉種植區(qū)域及蕉園環(huán)境的分布特點，在全市8個縣（市、區(qū)）布設(shè)采集代表性蕉園土壤樣品74個。其中：丘陵山地土壤（以“Ⅰ類”表示）20個、城鎮(zhèn)周邊土壤（50 m范圍內(nèi)，以“Ⅱ類”表示）26個、道路周邊土壤（50 m范圍內(nèi)，以“Ⅲ類”表示）28個。

1.2 樣品采集方法

香蕉施肥前或收獲后，參照HJ/T l66-2004《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》，選擇相對開闊平坦，避開田埂、地頭、堆肥處、污染源等人為干擾明顯的區(qū)域進行采樣。每地塊依據(jù)大小與地形特點，采用梅花形方法用土鉆鉆取0～20 cm土層采集10～15個點，每地塊采集2～3個混合樣，并用GPS記錄中心點位置。采集的土壤按四分法取樣，自然風(fēng)干，剔除植物殘體和沙礫，磨碎過100目篩，保存供檢測備用。

1.3 樣品檢測方法

本次實驗土壤樣品丘陵山地土壤以赤紅壤為主，城鎮(zhèn)周邊土壤、道路周邊土壤以水稻土為主。土壤pH范圍為4.2～5.6。為確保實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，每個樣品做2個平行樣，每組樣品均帶土壤標(biāo)準(zhǔn)參考樣（GBW-07406 GSS-6）進行檢測，檢測方法如表1。

1.4 評價標(biāo)準(zhǔn)

分別以（見表2）福建省土壤環(huán)境背景值[9]、GB 15618-1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級標(biāo)準(zhǔn)及NY/T 391-2000《綠色食品 產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》作為參照標(biāo)準(zhǔn)進行評價。

2 結(jié)果與分析

2.1 重金屬的含量特征

由表3可知，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類各種重金屬元素含量有所差異，Cd、Pb、Hg均為Ⅲ類>Ⅱ類>Ⅰ類；As為Ⅲ類>Ⅰ類>Ⅱ類；Cr為Ⅰ類>Ⅱ類>Ⅲ類；Cu為Ⅰ類>Ⅲ類>Ⅱ類。表4 T測驗表明，Pb在Ⅰ類與Ⅱ類、Ⅰ類與Ⅲ類間t值分別為-5.672、-5.498（p<0.05），差異顯著；Cd、Hg在Ⅰ類與Ⅱ類間t值分別為-0.930、-0.600（p>0.05），差異不顯著，而在Ⅰ類與Ⅲ類間t值分別為-2.126、-2.581（p<0.05），差異顯著；As在Ⅰ類與Ⅱ類、Ⅰ類與Ⅲ類間t值分別為1.907、2.098（p>0.05）差異不顯著，在Ⅱ類與Ⅲ類間t值為-3.289（p<0.05），差異顯著；Cr、Cu在Ⅰ類與Ⅱ類、Ⅰ類與Ⅲ類、Ⅱ類與Ⅲ類間t值分別為1.194、1.320、0.329；1.182、0.182、-1.203（p>0.05），差異不顯著。

2.2 重金屬含量的超標(biāo)狀況分析

2.2.1 與福建省土壤環(huán)境背景值比較 平均含量：Hg在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類，Pb在Ⅱ、Ⅲ類均超標(biāo)。樣品超標(biāo)率：Cd、Hg為Ⅲ類>Ⅱ類>Ⅰ類，Pb為Ⅱ類>Ⅲ類>Ⅰ類，Cu為Ⅲ類>Ⅰ類>Ⅱ類，As超標(biāo)樣本僅出現(xiàn)在Ⅲ類，Cr僅在Ⅰ類有個別樣本超標(biāo)。

2.2.2 與GB 15618-1995二級標(biāo)準(zhǔn)比較 6種重金屬平均含量均符合國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)。在74個實驗土壤中Cd、Hg超標(biāo)率為2.7%、8.1%，Hg在Ⅰ類為5.0%，Cd在Ⅱ類為3.8%，Cd、Hg在Ⅲ類分別為3.6%、17.9%（表5）。

2.2.3 與NY/T 391-2000比較 各種重金屬平均含量均符合香蕉綠色食品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量的要求。樣品超標(biāo)率：Pb在Ⅰ、Ⅲ類中分別為10.0%、53.6%，Cd在Ⅱ、Ⅲ類中分別為3.8%、3.6%，Hg在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類中分別為15.0%、7.7%、35.7%（表5）。2.3 土壤重金屬元素間的含量相關(guān)性

重金屬間的相關(guān)性可以對其來源和環(huán)境行為進行一些推測。表6顯示，Ⅰ類，Pb、Hg有顯著性正相關(guān)，其他重金屬元素的相關(guān)性不顯著。Ⅱ類，Cd與As、Cr有極顯著性正相關(guān)，Cr與As有顯著性正相關(guān)，As與Hg為顯著性負相關(guān)。Ⅲ類，Pb與Cd、Cr、Cu有顯著性正相關(guān)，與As為極顯著性負相關(guān)；Hg與As為顯著性負相關(guān)，與Cr為顯著性正相關(guān)。說明漳州市蕉園土壤因人為因素和環(huán)境條件的改變，重金屬污染源也隨之改變，對重金屬元素間的關(guān)系也產(chǎn)生了一定的影響。

3 討論

3.1 土壤重金屬含量與福建省土壤環(huán)境背景值比較

（1）Pb：Ⅰ類與Ⅱ類、Ⅰ類與Ⅲ類間T檢驗結(jié)果表明t值分別為-5.672、-5.498（p<0.05），存在顯著差異。由表3、表5可知Pb平均值Ⅲ類>Ⅱ類>Ⅰ類，超標(biāo)率為Ⅱ類>Ⅲ類>Ⅰ類。其中Ⅱ類、Ⅲ類平均值是土壤背景值的1.53和1.66倍，超標(biāo)率達到84.6%、75.0%，均明顯高于Ⅰ類。相關(guān)的污染評價結(jié)果表明[10]，漳州蕉園土壤Pb污染等級為輕度污染，說明Ⅱ、Ⅲ類蕉園土壤中Pb出現(xiàn)明顯富集。多項研究[8，11-16]均表明，道路交通是土壤鉛污染的主要來源，生活垃圾中Pb來源廣泛，污水灌溉在緩解農(nóng)業(yè)灌溉用水的同時也使城市邊緣區(qū)土壤重金屬出現(xiàn)累積。這與本研究結(jié)果一致。同時Pb在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類中變異系數(shù)都最低，說明Pb相對其他元素受到的點源污染較少，分布相對均勻。分析認為污染主要來自道路交通及居民生活垃圾及生活污水。

（2）Cd、Hg：相關(guān)的污染評價表明[10]漳州蕉園土壤Cd、Hg污染等級為輕度污染，超標(biāo)率均表現(xiàn)為Ⅲ類>Ⅱ類>Ⅰ類，但T檢驗表明Cd在Ⅰ類與Ⅱ類間t值為-0.930（p>0.05），差異不顯著，說明Cd在Ⅰ類與Ⅱ類的污染來源比較接近。分析以為來自農(nóng)業(yè)投入品，特別是肥料的可能比較大。國內(nèi)外研究結(jié)果表明[16-18]，長期施用肥料，及污泥的施用可造成土壤中Hg、Cu、Pb、Cd 等重金屬元素的明顯富集；Cd在Ⅰ類與Ⅲ類間t值為-2.126（p<0.05），存在顯著差異，說明道路交通對漳州市蕉園土壤有明顯的Cd污染。這與前人的研究[8，11-15]交通污染Cd是突出的土壤污染物的結(jié)果一致。同時在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類中，Cd變異系數(shù)都最高，說明Cd相對其他元素受到的點源污染最多，分布不均勻，受到人為因素的干擾大，應(yīng)加強人為污染的防控；Hg在三類土壤超標(biāo)率均處于較高水平分別為45.0%、61.5%、67.8%，這說明三類環(huán)境土壤Hg均有明顯的污染來源。生活垃圾是Hg污染的重要來源，任福民等[19]對北京生活垃圾重金屬污染調(diào)查發(fā)現(xiàn)各類垃圾中Hg元素含量均超過土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的最高允許限量。而福建香蕉主產(chǎn)區(qū)的Hg污染除了來自道路交通、生活垃圾及農(nóng)業(yè)投入品的污染外，還可能與漳州市的地?zé)豳Y源較豐富，Hg易釋放到空氣中的原因有關(guān)。

（3）As、Cr、Cu：As平均含量在Ⅰ類與Ⅱ類、Ⅰ類與Ⅲ類間無顯著差異，在Ⅱ類與Ⅲ類間差異顯著。As平均含量Ⅰ、Ⅱ類均低于土壤環(huán)境背景值，Ⅲ類接近土壤環(huán)境背景值，處于警戒級；超標(biāo)的樣品僅出現(xiàn)在Ⅲ類，推測可能是道路交通對周邊土壤（Ⅲ類）會帶來一定As的污染，尚需進一步研究。Cr、Cu平均含量在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類間均無顯著差異，Cr僅在Ⅰ類有5%樣品的超標(biāo)率，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類的平均含量均低于土壤環(huán)境背景值，說明漳州市蕉園土壤Cr含量基本處于自然生態(tài)環(huán)境范圍內(nèi)，未發(fā)生污染。Cu在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類中，雖然平均含量均低于土壤環(huán)境背景值，但在三類樣品中均有不同程度的超標(biāo)率，特別是Ⅰ和Ⅲ類，應(yīng)引起重視。已有研究結(jié)果表明[20]，持續(xù)過量施肥，可能會引起土壤中Cu超過環(huán)境允許最大容量，已經(jīng)有較明顯的環(huán)境影響。而道路交通對周邊土壤的Cu污染已經(jīng)有較多研究[21-22]。邵學(xué)新等研究認為[8]如果土壤中重金屬元素來源于交通污染，Pb與Cu的濃度應(yīng)該具有較高的正相關(guān)性。這與本研究一致。因此認為，Cu的污染源可能主要來自道路交通和長期施用有機肥等農(nóng)業(yè)投入品。

3.2 土壤重金屬含量與NY/T 391-2000比較

雖然Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類各種重金屬平均含量，均符合綠色食品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量的要求，但有少數(shù)樣品中存在重金屬含量超標(biāo)的問題。其中：Ⅰ類中Pb、Hg分別有10.0%、15.0%的樣品超標(biāo)，Ⅱ類中Cd、Pb、Hg分別有3.8%、57.7%、7.7%的樣品超標(biāo)，Ⅲ類中Cd、Pb、Hg分別有3.6%、53.6%、35.7%的樣品超標(biāo)。相關(guān)田間試驗結(jié)果表明[23]，香蕉葉片對重金屬的富集系數(shù)Cd>Hg>As>Cu>Pb，綜合本研究認為Cd、Hg對香蕉安全生產(chǎn)的生態(tài)危害較大。因此，漳州市要發(fā)展香蕉綠色食品生產(chǎn)，Ⅰ類較為適宜，Ⅱ、Ⅲ類次之但是對Cd、Pb、Hg應(yīng)進行重點監(jiān)控。

4 結(jié)論

福建省香蕉主產(chǎn)區(qū)3種不同環(huán)境蕉園土壤重金屬的含量，Cd、Pb、Hg為道路周邊>城鎮(zhèn)周邊>丘陵山地，As為道路周邊>丘陵山地>城鎮(zhèn)周邊，Cr為丘陵山地>城鎮(zhèn)周邊>道路周邊，Cu為丘陵山地>道路周邊>城鎮(zhèn)周邊。變異系數(shù)以Cd最高，Pb最低。重金屬元素間的含量有一定的相關(guān)性。

與福建省土壤環(huán)境背景值比較，Hg含量在三類土壤中，Cd、Pb含量在城鎮(zhèn)周邊、道路周邊土壤中有明顯的富集，As、Cr、Cu含量接近或低于福建省土壤環(huán)境背景值。

與GB 15618-1995二級標(biāo)準(zhǔn)比較， 6種重金屬平均含量均符合國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)；與NY/T 391-2000比較，6種重金屬平均含量均符合綠色食品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量的要求。福建省香蕉主產(chǎn)區(qū)發(fā)展香蕉綠色食品生產(chǎn)適宜的產(chǎn)地依次為丘陵山地、城鎮(zhèn)周邊、道路周邊的蕉園。對Cd、Pb、Hg污染應(yīng)進行重點防控。

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