黃巖主要菜地土壤重金屬環境質量特征分析

馮先橘，林 媚，溫明霞，張偉清，平新亮，王天玉，姚周麟

(浙江省柑橘研究所，浙江 黃巖 318026)

黃巖主要菜地土壤重金屬環境質量特征分析

馮先橘，林 媚，溫明霞，張偉清，平新亮，王天玉，姚周麟

(浙江省柑橘研究所，浙江 黃巖 318026)

對黃巖區主要蔬菜種植地的70個樣點土壤重金屬進行調查取樣分析，采用2種評價標準、方法進行風險評價。結果表明，以國家土壤環境質量二級土為標準時，絕大多數土壤滿足標準；以綜合污染指數法評價時，有近40%樣點的土壤處于警戒狀態。以溫黃平原土壤元素背景值上限為參考標準，從單因子污染指數均值來看，污染風險程度依次為Pb>Hg>Zn>Cr>Cd>Cu>As>Ni。除As、Ni整體處于安全清潔水平外，土壤中其他6種重金屬均存在輕污染。從綜合污染指數來看，近3/4的土壤都處在輕污染級別，僅2個點的土壤屬于清潔安全。3個區域來源的土壤上8種重金屬元素含量均有極顯著差異(P<0.01)。土壤中Hg、As、Cu、Cr、Ni含量與土壤中有機質、全氮、有效磷、速效鉀含量有一定相關性，而Cd、Pb、Zn含量與土壤中的有效養分基本上無相關性。Cd、Pb、Zn之間有顯著或低度的相關性，As、Cu、Cr、Ni、Hg之間有顯著或低度相關性。

土壤重金屬； 環境質量； 評價； 肥力； 相關性

近年來，“舌尖上的安全”成為公眾最為關注的話題?！版k大米”、重金屬蔬菜等諸多食品安全事件讓人們意識到，我們賴以生存的土壤已經受到污染，有害物質已經隨著糧食、蔬菜被“端上”餐桌。土壤重金屬污染不同于大氣污染和水污染那樣“看得見、摸得著”，具有不可逆性、高毒性、持久性和生物蓄積性。一旦農業用地被污染，會導致蔬菜中重金屬的蓄積，并最終轉移到人體中，嚴重危害人體健康[1]。蔬菜產業是黃巖農業中的第一大產業。菜地是利用強度大、投入和產出高、受人類活動影響大的一類農業土壤。為此，特針對該區主要蔬菜種植地的土壤重金屬情況開展調查分析和污染特征評價，以期建立起相應的預警機制。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

黃巖區位于浙江中部沿海，氣候溫和，雨量充沛，屬中亞熱帶潤濕氣候地區。年平均氣溫17 ℃，極端最低溫-6.8 ℃，極端最高溫38.1 ℃，年無霜期259 d，年降雨量1 675.8 mm，年日照1 955 h。近年來，黃巖區緊抓種植結構調整，蔬菜產業成為黃巖農業中的第一大產業。在“樹名牌、創特色、揚優勢”的指導思想下，以市場為導向，大力發展設施型蔬菜，充分發揮當地各種資源優勢，揚長避短，形成了一批規模較大、有一定市場競爭力的區域化特色商品蔬菜生產基地，如新前、頭陀茭白基地，院橋大棚番茄基地，寧溪紅茄基地。

1.2 樣品采集與檢測方法

1.2.1 樣品采集

依據不同農戶、不同地塊及不同作物種類等信息，結合當地地形、地貌特征，按照《農田土壤環境質量監測技術規范》(NY/T 395—2012)，采用GPS定位，采集土壤耕層樣品，同時記錄樣品種植信息。本次采集的區域共分3塊：以寧溪紅茄為代表的18個樣點，以院橋番茄為代表的20個樣點，以頭陀、新前茭白為代表的32個樣點。于作物成熟采收后取樣，采用木鏟采樣，采樣深度0～20 cm，帶回實驗室風干，磨成1 mm和0.149 mm粉末待測。

1.2.2 檢測方法

參照GB/T 17137、GB/T 17138、GB/T 17139、GB/T 17141，測定土壤中的鉻(Cr)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鎳(Ni)、鉛(Pb)、鎘(Cd)。土樣經鹽酸- 硝酸- 高氯酸消解后，石墨爐原子吸收分光光度法測定；參照GB/T 22105.1和GB/T 22105.2測定總砷(As)和總汞(Hg)。檢測過程中以土壤成分分析標準物質GSS- 1、GSS- 2、GSS- 4作為重金屬檢測的質控樣。土壤pH值用水浸提電位法測定，有機質用重鉻酸鉀容量法測定，全氮用半微量凱氏法測定，有效磷采用氟化銨- 鹽酸浸提比色法(酸性土)測定，速效鉀用醋酸銨浸提原子吸收火焰光度法測定。

1.3 土壤重金屬評價標準與方法

采用國家土壤環境質量二級標準值(GB 15618—1995)和浙江溫黃平原土壤元素背景值上限[2]作為本研究的重金屬限值。評價方法及分級標準參照國家農業行業標準《農田環境質量檢測技術規范》推薦的單項污染指數法和綜合污染指數法。

1.4 數據處理

數據分析采用Excel 2010、DPS v9.5軟件進行方差分析，對有顯著(P<0.05)差異的處理，采用Turkey法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 土壤重金屬含量

從表1可以看出，采樣點的土壤重金屬含量水平分別為：Cd 0.089～0.362 mg·kg-1，Hg 0.097～0.385 mg·kg-1，As 2.6～11.0 mg·kg-1，Cu 13.3～63.0 mg·kg-1，Pb 29.9～100.7 mg·kg-1，Cr 58～118 mg·kg-1，Zn 78～213 mg·kg-1，Ni 11.7～35.6 mg·kg-1。從變異系數來看，Hg、Cu、Ni變異系數較大，達35%以上，說明受外界干擾比較明顯。其他重金屬元素含量的變異系數相對較小，受外界因素干擾較小。

2.2 土壤環境質量評價

本次調查樣點的土壤pH值均小于5.5，屬強酸性土壤。參照國家土壤環境質量二級土標準(pH<6.5)，污染的風險程度是Hg(0.63)>Zn(0.61)>Cd(0.57)>Cu(0.56)>Ni(0.52)>Cr(0.50)>Pb(0.22)>As(0.18)。從單因子污染指數來看(表2)，所有樣點的As、Pb、Cr、Ni含量全部低于二級土的要求限值，而Cd、Hg、Cu、Zn均有不同程度的超標，其中：Hg超標的樣點最多，有7處，主要集中在新前頭陀、院橋兩地；Cu超標的樣點有5處，主要集中在院橋；Cd、Zn超標樣點各1處(表3)。全部超標樣點合計14處，沒有一處有2種以上的重金屬超標，合計超標率20%。以綜合污染指數法進行評價時，有近40%樣點的土壤處于警戒狀態。以溫黃平原土壤元素背景值上限為參考標準時，從單因子污染指數均值來看，污染的風險程度是Pb(1.28)>Hg(1.05)>Zn(0.99)>Cr(0.76)>Cd(0.74)>Cu(0.67)>As(0.48)>Ni(0.45)。對于As、Ni而言，95%以上的土壤處于安全清潔的水平，其他6種重金屬均有不同程度的輕污染，2/3以上的土壤Pb處在輕污染狀態，40%以上的Hg、Zn處于輕污染，還有1/3以上的土壤Cd、Hg、Cr、Zn處在安全警戒狀態(表2)。Hg超標的土壤集中在新前、頭陀、院橋，Zn超標的土壤集中在寧溪和院橋，寧溪和院橋Pb全部超標，頭陀、新前近1/2的土壤Pb超標(表3)。從綜合污染指數來看(表2)，近3/4的土壤都處在輕污染級別，僅2個點的土壤屬于清潔安全。

表1 土壤重金屬含量統計結果 mg·kg-1

表2 土壤重金屬單因子污染指數和綜合污染指數

表3 土壤重金屬含量超標狀況

2.3 不同區域土壤的重金屬特征分析

對比不同區域來源土壤主要肥力指標(表4)和重金屬含量(表5)，三地間的土壤全氮、有效磷、速效鉀含量差異極顯著，有機質含量差異顯著，8種重金屬元素含量均有極顯著差異。院橋樣點土壤的全氮、有效磷、速效鉀含量在三地中最高，且Hg、As、Cu、Cr、Ni含量亦為三地中最高；寧溪樣點土壤的Cd、Pb、Zn含量在三地中最高，而Hg、Cr含量最低；頭陀、新前樣地土壤除Hg含量較高外，其他重金屬元素含量總體較低。

表4 不同區域土壤的主要肥力指標

注：同列數據后無相同大、小寫字母的分別表示差異極顯著(P<0.01)與顯著(P<0.05)，表5同。

表5 不同區域土壤的重金屬含量 mg·kg-1

2.4 相關性分析

2.4.1 土壤主要肥力指標與重金屬含量的相關性

從表6可以看出，在本研究條件下，土壤pH與土壤中的重金屬含量基本上沒有相關性。有機質與土壤Hg中度相關，與Zn有一定的負相關。全氮與各重金屬間的相關性同有機質的情況相似。有效磷與Cu中度相關，與As、Cr、Ni有一定的相關性。速效鉀與As、Cu、Cr、Ni都有中度相關性，與Hg有低度相關性。Cd、Pb與土壤有機質、氮、磷、鉀都沒有相關性。Hg、As、Cu、Cr、Ni與土壤中全氮、有效磷、速效鉀有一定相關性，尤以與速效鉀、有效磷的相關性較高。Cd、Pb、Zn與土壤中的有效養分基本上無相關性。

由此可見，土壤的肥力狀況與土壤中大部分重金屬元素的含量有一定的相關性。施肥狀況、耕作、管理措施、種植制度等人為活動可在一定程度上影響土壤中重金屬的環境質量。

表6 土壤主要肥力指標與重金屬含量間的相關性

2.4.2 土壤重金屬間的相關性

從表6可以看出，Cr、Ni間有極顯著的相關性，結合Cr、Ni在各樣地的含量及環境質量級別分析可知，這2類金屬有極相似的地域表現。Cr與As、Cu有中度相關性；Cu與Cr、Ni、Zn、As間有中度相關性，與Hg有低度相關性；Cd與Pb、Zn有中度相關性；As與Cu、Cr、Ni有中度相關性，與Hg有一定的相關性。Cd、Pb、Zn間有中度或低度的相關性，與土壤的施肥狀況基本上無相關性。從表4～5可以看出，寧溪樣點土壤中的Cd、Pb、Zn含量均最高，而主要肥力指標卻最低，表明Cd、Pb、Zn可能主要受成土母質的影響，受土壤肥力影響較小。

3 小結與討論

本調查表明，黃巖區絕大多數蔬菜樣點的土壤符合國家土壤環境質量二級標準，所有樣點的As、Pb、Cr、Ni含量均低于二級土的限量要求，而Cd、Hg、Cu、Zn均有不同程度的超標，以Hg含量超標10%的樣點最多。根據GB 15618—1995不同酸堿性土壤的要求，除As外，其他重金屬的限值要求隨pH值的降低而提高。目前，我國判定土壤重金屬的環境質量主要依據標準是GB 15618—1995，自實施以來，該標準未曾進行過修訂。GB 15618—2008征求意見稿實施中增加了pH≤5.5的土壤限值標準，若按此實施的話，土壤中所有重金屬的限量標準比原標準(pH<6.5)還要高，本次調查的所有土壤均屬強酸性，土壤重金屬超標的情況可能還要嚴重。因此，土壤的酸化問題應盡早引起注意。在受重金屬污染的土壤中，施用氫氧化鈣、碳酸鈣和硅酸鈣等石灰性物質可以提高土壤pH值，有效降低重金屬活性。

高于二級土限值標準的土壤具有污染危害的可能性，但是否有實際污染危害，尚需進一步調研確定。不同作物、不同部位對重金屬的富集能力是不同的[3- 4]。錢建平等[4]對不同蔬菜對Hg的富集特征進行研究，結果表明不同蔬菜對Hg的富集能力是不同的：葉菜類>瓜果類。同一菜種植株的不同部分對Hg的富集能力也不相同。葉菜類植物Hg含量分布為葉>根>莖，而瓜果類植物Hg含量分布為根>莖、葉>果。在實際生產中，特別是輕污染土壤，可根據土壤中的重金屬含量進行蔬菜品種的調整，并建議進行長期、連續的監測，建立相應的預警機制。

土壤重金屬含量主要受成土母質和成土過程的影響，也受外來污染物影響，如工農業生產、含重金屬廢棄物的排放以及大氣沉降等[5- 12]。以自然背景值為標準，其評價結果可指征外源重金屬污染的程度大小。農業用地的外源重金屬污染主要受耕作、管理措施、種植制度等人為活動的影響。施用含重金屬元素過高的農用化肥、有機肥是引起土壤重金屬超標的不可忽視的原因[8- 12]。本次受調查的土壤主要養分指標與重金屬間的相關性分析表明，Hg、As、Cu、Cr、Ni與土壤中全氮、有效磷、速效鉀有一定相關性，尤以與速效鉀、有效磷的相關性較高。Cd、Pb、Zn與土壤中的有效養分基本上無相關性。頭陀、新前的土壤有機質總體水平最高，土壤Hg超標的也最多，院橋的有機質含量次之，Hg超標情況亦次之。院橋的全氮、有效磷、速效鉀均在三地中最高，Hg、As、Cu、Cr、Ni含量亦為三地中最高，且Hg、Cu、Ni的變異系數較大，反映出土壤重金屬含量在一定程度上受到了施肥狀況的影響。施用過多的鉀肥、磷肥，不僅提高種植成本，還易引起土壤酸化，增強重金屬的活性，造成土壤污染；對蔬菜施用含砷的殺蟲劑、殺菌劑、除草劑等易造成土壤砷累積[13]；此外，污水灌溉、污泥、垃圾等固體廢棄物的農業利用，也在一定程度上提高了農田土壤的環境質量風險，并成為菜地土壤重金屬含量增高的重要原因[14- 16]。

[1] CHENG Z, LEE L, DAYAN S, et al. Speciation of heavy metals in garden soils: evidences from selective and sequential chemical leaching[J]. Journal of Soils and Sediments, 2011, 11(4):628- 638.

[2] 汪慶華, 董巖翔, 周國華, 等. 浙江省土壤地球化學基準值與環境背景值[J]. 生態與農村環境學報, 2007, 23(2):81- 88.

[3] 周國華, 黃懷曾, 何紅蓼. 重金屬污染土壤植物修復及進展[J]. 環境工程學報, 2002, 3(6):33- 39.

[4] 錢建平, 張力, 陳華珍, 等. 桂林市菜地土壤- 蔬菜系統汞污染研究[J]. 地球化學, 2009, 38(4):366- 375.

[5] 丁園, 鐘桂芳, 劉燕紅, 等. 南昌地區不同企業周邊重金屬分布及影響規律[J]. 生態環境學報, 2009, 18(5):1783- 1787.

[6] 王美, 李書田. 肥料重金屬含量狀況及施肥對土壤和作物重金屬富集的影響[J]. 植物營養與肥料學報, 2014(2):466- 480.

[7] 王定勇, 石孝洪, 楊學春. 大氣汞在土壤中轉化及其與土壤汞富集的相關性[J]. 重慶環境科學, 1998, 20(5):22- 25.

[8] 劉小詩,李蓮芳,曾希柏,等.典型農業土壤重金屬的累積特征與源解析[J].核農學報,2014,28(7):1288- 1297.

[9] 鄭喜珅, 魯安懷, 高翔, 等. 土壤中重金屬污染現狀與防治方法[J]. 生態環境學報, 2002, 11(1):79- 84.

[10] 熊禮明. 施肥與植物的重金屬吸收[J]. 農業環境科學學報, 1993(5):217- 222.

[11] 高強, 劉淑霞, 王宇,等. 施肥對農業生態環境的影響[J]. 吉林農業大學學報, 2000, 22(專輯):106- 112.

[12] 董騄睿, 胡文友, 黃標, 等. 南京沿江典型蔬菜生產系統土壤重金屬異常的源解析[J]. 土壤學報, 2014(6):1251- 1261.

[13] 曾希柏, 蘇世鳴, 吳翠霞,等. 農田土壤中砷的來源及調控研究與展望[J]. 中國農業科技導報, 2014, 16(2):85- 91.

[14] 陳同斌, 黃啟飛, 高定,等. 中國城市污泥的重金屬含量及其變化趨勢[J]. 環境科學學報, 2003, 23(5):561- 569.

[15] 金燕, 李艷霞, 陳同斌,等. 污泥及其復合肥對蔬菜產量及重金屬積累的影響[J]. 植物營養與肥料學報, 2002, 8(3):288- 291.

[16] 陳濤, 常慶瑞, 劉京,等. 長期污灌農田土壤重金屬污染及潛在環境風險評價[J]. 農業環境科學學報, 2012, 31(11):2152- 2159.

(責任編輯：高 峻)

2016- 11- 30

臺州市科技局項目(2011ky1902)

馮先橘(1974—)，女，浙江臨海人，助理研究員，學士，從事農產品品質與營養研究工作，E- mail:citrus- hy@126.com。

10.16178/j.issn.0528- 9017.20170321

S159

A

0528- 9017(2017)03- 0432- 04

文獻著錄格式：馮先橘，林媚，溫明霞，等. 黃巖主要菜地土壤重金屬環境質量特征分析[J].浙江農業科學，2017，58(3)：432- 435，437.