長沙和株洲地區(qū)葡萄園土壤重金屬含量分析及污染評(píng)價(jià)

楊 玉，尹春峰，湯佳樂，張 平，徐 海，程小梅，童雄才

（1. 湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所，湖南 長沙410125；2. 國家農(nóng)業(yè)部華中地區(qū)果樹科學(xué)觀測站，湖南 長沙410125；3. 長沙時(shí)鮮水果工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙410125；4.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，湖南 長沙410125）

長沙和株洲地區(qū)葡萄園土壤重金屬含量分析及污染評(píng)價(jià)

楊 玉1,2,3，尹春峰1,2，湯佳樂1,2，張 平1,2，徐 海1,2,3，程小梅1,2，童雄才4

（1. 湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所，湖南 長沙410125；2. 國家農(nóng)業(yè)部華中地區(qū)果樹科學(xué)觀測站，湖南 長沙410125；3. 長沙時(shí)鮮水果工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙410125；4.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，湖南 長沙410125）

通過采樣長沙、株洲地區(qū)12個(gè)觀光采摘葡萄園的土壤（0～20 cm和20～40 cm），按照土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，用單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對(duì)土壤重金屬鉛（Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）、砷（As）和鉻（Cr）污染的狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)和影響因子分析。結(jié)果表明，0～20 cm土層土壤重金屬含量均高于20～40 cm土層土壤；除As、Pb達(dá)標(biāo)外， Cd、Hg和Cr有不同程度污染，重金屬元素污染程度依次為Cd＞Cr＞Hg＞As＞Pb；有17%的果園綜合污染指數(shù)＜1，達(dá)到無公害果園標(biāo)準(zhǔn)，50%的果園達(dá)到輕度污染水平，中度和重度果園污染的達(dá)到33%；所有的果園重金屬綜合污染都達(dá)到綠色食品土壤警戒線標(biāo)準(zhǔn)及以上；在表層土壤中，重金屬元素之間具有正相關(guān)關(guān)系，其中Pb與As、Cr顯著相關(guān)，與Cd、Hg呈極顯著相關(guān)，表明它們之間同源性很高，可能來自同一污染源；葡萄果實(shí)對(duì)重金屬的吸收累積較少，果品均可達(dá)到國家食品安全標(biāo)準(zhǔn)，可作為重金屬輕度污染農(nóng)田農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的備選品種。

葡萄園；土壤；重金屬；同源性；污染評(píng)價(jià)

近年來，湖南省的葡萄種植面積一直呈上升趨勢。2015年，湖南省葡萄種植面積約為251 400 hm2、產(chǎn)量175 981 t，分別較2014年增長7.2%和10.9%。目前，有較多的葡萄種植園分布在城市周邊，主要發(fā)展休閑農(nóng)業(yè)，供游客觀光采摘。長沙和株洲作為湖南省的大城市，城郊觀光葡萄采摘園眾多。對(duì)這些葡萄園的土壤重金屬含量進(jìn)行分析及污染評(píng)價(jià)，對(duì)保障食品安全具有重要意義，還可為建立綠色葡萄基地提供參考，有利于推動(dòng)湖南葡萄產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

目前，湖南開展了對(duì)湘江沿岸、洞庭湖濕地及株州、湘潭地區(qū)的濕地及農(nóng)田的土壤污染研究[1-4]，這些地區(qū)都不同程度受到鎘（Cd）的污染。針對(duì)果園土壤環(huán)境質(zhì)量開展的土壤重金屬污染和評(píng)價(jià)研究在國內(nèi)也有相關(guān)報(bào)道，沈秋光[5]對(duì)上海果園土壤重金屬污染進(jìn)行了研究，認(rèn)為鉻（Cr）、汞（Hg）為果園土壤污染的主要元素。湯民等[6]研究的重慶金果園中枇杷、葡萄、桃園受到Cd的污染。鄭國璋等[7]發(fā)現(xiàn)洛川蘋果園地土壤重金屬砷（As）污染程度較高，超過綠色食品產(chǎn)地土壤污染警戒線。賀靈等[8]研究贛南臍橙種植區(qū)后，得出As、Cd、Cr、銅（Cu）、鉛（Pb）有不同程度超標(biāo)。劉子龍等[9]對(duì)石河子葡萄主產(chǎn)區(qū)果園土壤環(huán)境質(zhì)量研究后得出符合無公害葡萄產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。潘佳穎等[10]研究賀蘭山東麓葡萄主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬后，發(fā)現(xiàn)鎳（Ni）、Cu和Cr達(dá)到輕度污染水平。湖南觀光采摘的葡萄園的土壤情況尚無人進(jìn)行研究。筆者按照無公害農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境評(píng)價(jià)準(zhǔn)則針對(duì)土壤的嚴(yán)格控制指標(biāo)Pb、Cd、As、Cr和Hg，對(duì)長沙、株洲觀光采摘的葡萄園的5種重金屬的含量分上層土和下層土開展研究，分別按土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、綠色食品產(chǎn)地環(huán)境土壤標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)法，探討湖南葡萄園污染情況及潛在風(fēng)險(xiǎn)，研究土壤重金屬之間的相關(guān)性，分析果園土壤重金屬污染的影響因子，為湖南省果園土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)估和葡萄創(chuàng)無公害和綠色食品園區(qū)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與分析

樣品采自長沙縣、瀏陽、望城、株洲12個(gè)以種植夏黑品種為主的連片觀光葡萄采摘園，按照“等量”和“多點(diǎn)混合”的原則，采取隨機(jī)分塊5點(diǎn)對(duì)角線法取樣。用“S”形法取土（0～20 cm為上層土；20～40 cm為下層土），每個(gè)果園取8～10個(gè)點(diǎn)，按上層土、下層土分開，充分混勻后，按4分法，每份樣品留取1 kg，裝入標(biāo)記序號(hào)的塑封袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室經(jīng)自然風(fēng)干，木棒壓磨，去掉礫石、植物殘?bào)w和其它雜物，過孔徑0.147 mm尼龍篩，混合均勻，裝袋備測。按照GB/T17138、GB/T17141中的方法，進(jìn)行樣品預(yù)處理和含量測定。采用原子熒光法分析Hg和As，石墨爐原子吸收分光光度法分析Cr、Cd和Pb，土壤pH采用Orion酸度計(jì)測定。

1.2 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

采用DPS 9.5和Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析。參考《中華人民共和國土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618）[11]和綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)重金屬含量的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值（見表1），對(duì)研究區(qū)葡萄園土壤重金屬含量進(jìn)行分析。運(yùn)用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法分析后，根據(jù)污染等級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[2]（見表2），對(duì)土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表1土壤分析標(biāo)準(zhǔn)（mg/kg）

表2基于污染指數(shù)的土壤重金屬污染等級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

單因子指數(shù)法的計(jì)算公式[2]：

式中，Pi為單項(xiàng)污染指數(shù)，Ci為監(jiān)測點(diǎn)重金屬污染物的實(shí)測值，Si為重金屬污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法計(jì)算式為[2]：

式中，P綜為土壤綜合污染指數(shù)，Pimax為樣品i單項(xiàng)污染指數(shù)的最大值；Piave為樣品i單項(xiàng)污染指數(shù)的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 葡萄園土壤上、下層土重金屬含量比較

根據(jù)葡萄園上、下層土壤中pH值及Pb、Cd、Hg、As、Cr含量測定結(jié)果，上層土壤（0～20 cm）5種重金屬含量均值都高于下層土壤（20～40 cm）（見表3）。說明土壤的重金屬除了來自成土母巖，受人為耕作或其他外來因素影響很大。上、下層土壤Cd標(biāo)準(zhǔn)差為0.55、0.45，接近平均值0.81、0.66，與平均值相加都超過了土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)限度，說明Cd的污染風(fēng)險(xiǎn)很大。

表3土壤重金屬元素含量（mg/kg）

2.2 土壤單項(xiàng)污染指數(shù)分析評(píng)價(jià)

以土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)即無公害農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境要求標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行單項(xiàng)污染指數(shù)法分析（見圖1），Pb、As所有果園土壤指數(shù)＜1，達(dá)到無公害農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境要求，其他重金屬元素都有不同程度的污染。Cd只有8%的果園達(dá)標(biāo)，有4個(gè)果園達(dá)到輕度污染等級(jí)，占33%；25%的果園受到中度污染，33%的果園受到重度污染。Hg和Cr均有83%的果園達(dá)標(biāo)，有17%的果園受到輕度污染。土壤各重金屬元素污染程度依次為Cd＞Cr＞Hg＞As＞Pb。

圖1葡萄園土壤單項(xiàng)污染指數(shù)分析圖

以綠色食品土壤標(biāo)準(zhǔn)（見表1）進(jìn)行單項(xiàng)污染指數(shù)法分析（見圖2），Pb、Cd、Hg、As、Cr指數(shù)＜1的分別占到33%、8%、67%、92%、67%。土壤各重金屬元素污染程度依次為Cd＞Pb＞Cr＞Hg＞As。值得一提的是Pb，按無公害食品土壤標(biāo)準(zhǔn)是達(dá)標(biāo)的，但是按綠色食品土壤標(biāo)準(zhǔn)衡量，有67%不達(dá)標(biāo)。要?jiǎng)?chuàng)綠色食品標(biāo)志產(chǎn)品，除了需注意Cd、Cr、Hg、As污染外，還需注意Pb污染。長沙地區(qū)主要是Cd、Cr超標(biāo)，株洲地區(qū)Pb、Cd、Hg、As、Cr都有不同程度的超標(biāo)。

圖2葡萄園土壤單項(xiàng)污染指數(shù)分析圖

2.3 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)

以土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分析綜合污染指數(shù)（見圖3），取樣的葡萄園中有17%的果園綜合污染指數(shù)＜1，達(dá)到無公害果園標(biāo)準(zhǔn)。50%的果園達(dá)到輕度污染水平，中度和重度果園污染的達(dá)到33%，約83%的果園遭受不同程度的污染，葡萄園的污染需引起高度關(guān)注。

圖3葡萄園土壤質(zhì)量綜合污染指數(shù)分析圖

以綠色食品土壤標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜合污染指數(shù)分析（見圖4），有17%的果園綜合污染指數(shù)＜1，達(dá)到綠色食品果園標(biāo)準(zhǔn)。有42%的果園輕度超標(biāo)，25%的果園中度超標(biāo)，16%的果園重度超標(biāo)。所有的果園重金屬綜合污染都達(dá)到綠色食品土壤警戒線標(biāo)準(zhǔn)及以上，創(chuàng)綠色食品任務(wù)艱巨。

圖4葡萄園土壤質(zhì)量綜合污染指數(shù)分析圖

2.4 葡萄園土重金屬之間相關(guān)性分析

由表4可知，在同層土壤中，重金屬元素之間呈正相關(guān)。其中，Pb與As、Cr顯著相關(guān)，與Cd、Hg呈極顯著相關(guān)，表明它們之間同源性很高，可能來自同一污染源。

表4葡萄園土壤中重金屬之間的相關(guān)性

3 結(jié)論與討論

3.1 葡萄園土壤重金屬含量狀況及主要影響因子

研究的觀光采摘的葡萄園0～20 cm層土壤重金屬含量均值都高于20～40 cm層土壤，這與筆者研究的湖南的獼猴桃園0～20 cm層土壤重金屬含量均值高于20～40 cm層土壤結(jié)論一致，付華等[12]研究北京南部地區(qū)農(nóng)業(yè)土壤重金屬Cd、Cu、Pb、Zn也得出相同的結(jié)論。對(duì)同層土壤重金屬含量之間的相關(guān)性研究結(jié)果顯示，Pb與As、Cr顯著相關(guān)，與Cd、Hg呈極顯著相關(guān)，也表明環(huán)境因素對(duì)它們的影響是一致的。謝小進(jìn)[13]研究上海寶山區(qū)農(nóng)用土壤重金屬來源，也得出Cd、Hg和Pb為一類,來源主要受各種人為活動(dòng)影響的結(jié)論。

3.2 長沙、株洲葡萄觀光采摘園土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)

上、下層土壤樣本中都存在鎘（Cd）標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)值較大，說明鎘（Cd）的污染風(fēng)險(xiǎn)大。楊夢昕[1]對(duì)湘江長沙段沿岸，劉娜[2]對(duì)東洞庭湖濕地，劉揚(yáng)林[3]對(duì)株洲市白馬鄉(xiāng)稻田、菜土進(jìn)行研究后，都發(fā)現(xiàn)Cd潛在風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)最高。單因子指數(shù)法（按土壤二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)）的評(píng)價(jià)表明，重金屬元素污染程度依次為Cd＞Cr＞Hg＞As＞Pb，葡萄園土壤創(chuàng)無公害農(nóng)產(chǎn)品As、Pb可以達(dá)標(biāo)，要注意Cd、Cr、Hg污染。如果要?jiǎng)?chuàng)綠色食品，則需還關(guān)注鉛的污染。按綠色食品土壤標(biāo)準(zhǔn)衡量，葡萄園只有17%達(dá)標(biāo)，中度和重度果園污染的達(dá)到33%。在12個(gè)葡萄園中種植有19個(gè)品種的葡萄，土壤中Pb、Cd、Hg、As、Cr最大值對(duì)應(yīng)的葡萄果實(shí)含量均未超過食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)。在污染地區(qū)種植葡萄可作為農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的一種嘗試。

[1] 楊夢昕，楊東璇，李萌立，等. 湘江長沙段沿岸常見農(nóng)作物重金屬污染研究[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，35（1）：126-130.

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（責(zé)任編輯：賀 藝）

Analysis and Pollution Assessment of Heavy Metal Contamination in GrapeOrchardsoils in Changsha and Zhuzhou

YANG Yu1,2,3，YING Cun-feng1,2，TANG Jia-le1,2，ZHANG Ping1,2，XU Hai1,2，CHENG Xiao-mei1,2，TONG Xiong-cai4
（1. Hunan Horticulture Research Institute, Hunan Academy of Agricultural Sciences, Changsha 410125, PRC; 2. Observation Station of Fruit Trees in Central China, Ministry of Agriculture of China, Changsha 410125, PRC; 3.The Season Fruits Engineering Technology Research Center in Changsha, Changsha 410125, PRC; 4. Hunan Academy of Agricultural Sciences, Changsha 410125, PRC）

Sampling the top layer (0～20cm) and the lower layer (20～40 cm)soil from 12 orchards in Changsha and Zhuzhou grapegrowing region and testing the levels of lead, cadmium, mercury, arsenic and chromium according to the environmental quality standard for soilsⅡ and environmental quality for producing area of the green food. The experiment was adopted the single factor contaminant index and Nemerow integrated pollution index method to analyze the testing results. The results demonstrate that the heavy metals from the top layer soils were higher than that of the lower layer soil. Pb and As were meet Pollution-free food environmental requirements for producing areas, degree of pollution were Cd＞Cr＞Hg＞As＞Pb. 17%integrated pollution index of grape orchard soils were below the permitted level, 50% minor polluted and 33% moderately or Heavily polluted. All grape orchard soils were on and above cordon using the synthetic pollution index. The correlation analysis of heavy metal contents in top layer soils show that the Pb, As and Cr were positively correlated, there are significantly correlation between Pb and Cd, Hg, which suggests that they are highly homologous and may come from the same source of pollution. Grape planted in metal pollution soils took less absorption, all the fruit can meet the national food safety standards, indicating the fact that it can be used as an alternative to the structural adjustment of farmland with slight heavy metal pollution.

grape orchard; soil; soil acidification; heavy metals; pollution evaluation

S663.1

：A

：1006-060X（2017）08-0041-04

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.008.011

2017-06-23

國家財(cái)政專項(xiàng)（湘財(cái)農(nóng)指﹝2014﹞180號(hào)）

楊 玉（1969-），女，湖南長沙市人，副研究員，主要從事園藝研究。

童雄才