大棚內(nèi)外土壤重金屬空間分布比較分析

王海寶+李海云+楊茂軍

摘要：為了解聊城市郊土壤重金屬含量，采用高壓密封消解法進行預處理，利用火焰原子吸收分光光度計對大棚內(nèi)、外不同土層5種重金屬的空間分布進行研究。結(jié)果表明，棚內(nèi)外5種土壤重金屬含量由高到低依次為Fe、Mn、Cr、Cu、Cd，變化范圍依次為7 333.90～7 729.93、630.66～780.21、214.27～247.38、27.63～44.08、0～0.36 μg/g。除第3土層鎘和第5土層錳兩個位點外，其余位點同一層次棚內(nèi)各重金屬含量均大于棚外土壤，棚內(nèi)、外土壤重金屬單因子污染指數(shù)均小于1，耕層土壤的單因子污染指數(shù)由大到小依次為PCr>PCu>PCd>PFe>PMn。該地區(qū)土壤重金屬污染風險程度較低，符合農(nóng)作物種植要求。

關鍵詞：大棚；土壤重金屬；污染指數(shù)；空間分布

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2018）02-0045-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.02.012

Abstract： In order to demonstrate the content of soil heavy metals in Liaocheng suburbs， sealed digestion method under high pressure and flame atomic absorption spectrophotometer were used to study the spatial distribution of heavy metals from different soil layers in and out of greenhouse. The results showed that soil heavy metals content gradually decreased in sequence of Fe，Mn，Cr，Cu，Cd，both in greenhouse and out of greenhouse，and content ranges were respectively 7 333.90～7 729.93，630.66～780.21，214.27～247.38，27.63～44.08，0～0.36 μg/g. At the same soil depth， heavy metal content inside of greenhouse was much higher than outside except cadmium at third soil layer and manganese at fifth soil layer. But the single factor indice of soil heavy metals pollution were all less than 1，and the single factor pollution index descended as PCr>PCu>PCd>PFe>PMn. The risk of soil heavy metal pollution in Liaocheng suburb was lower than standard， which showed that the soil was safe in crop cultivation.

Key words： greenhouse； soil heavy metals； pollution index； spatial distribution

土壤是人類不可或缺的不可再生資源，同時也是人類環(huán)境非常重要的組成部分。土壤環(huán)境質(zhì)量關系到廣大人民群眾的“菜籃子”、“米袋子”和“水缸子”的安全。土壤重金屬污染是指由于人類的活動導致土壤中重金屬含量增加，已超出土壤的容納與自凈能力，使得土壤中重金屬含量高于正常范圍，進而造成土壤生態(tài)環(huán)境惡化的一種現(xiàn)象。鎘、鉻、錳等大部分重金屬都有一定毒性，一旦進入土壤，還能被微生物甲基化增加其毒性[1]。重金屬污染不僅能引起土壤組成、結(jié)構(gòu)與功能的變化，還能抑制作物根系生長及葉片的光合作用，使作物減產(chǎn)甚至絕收[2，3]。隨著工業(yè)、城市污染的加劇及農(nóng)藥化學物質(zhì)種類與數(shù)量使用的增加，重金屬污染事件頻發(fā)，造成的土壤污染日益嚴重，污染程度與范圍逐年加大。目前中國受鎘、砷、鉻和鉛等重金屬污染的耕地面積近2 000萬hm2，約占耕地總面積的1/5，鎘米、血鉛等重金屬污染事件越來越多，土壤重金屬污染已成為倍受關注的公共問題之一[4，5]。

對于土壤重金屬的研究多集中在大型種植園區(qū)及礦區(qū)附近[6-8]，對于復種指數(shù)較高的菜地研究較少[9]。本研究從快速、準確、安全、靈敏等方面考慮，選用高壓消解罐對聊城市郊大棚內(nèi)、外土樣進行預處理，采用火焰原子吸收光譜法測定土壤中的重金屬含量，進而了解周邊土壤重金屬含量近況，為土壤栽培措施的制定及當?shù)丨h(huán)境監(jiān)測分析工作提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

采用隨機五點取樣法，在聊城市郊大棚內(nèi)、外0～10、10～20、20～30、30～40、40～50、50～60、60～70 cm耕層土壤處取樣（依次以數(shù)字1-7代表上述7個土層），自然干燥研磨后過0.15 mm篩備用。

藥品主要包括硝酸、氫氟酸、高氯酸，均為優(yōu)級純。

1.2 方法

1.2.1 重金屬含量的測定 采用“硝酸-氫氟酸-高氯酸”三酸體系及密封高壓消解法進行前處理[10，11]，利用火焰原子吸收分光光度計測定重金屬含量。

1.2.2 標準曲線的繪制 對標準曲線進行線性回歸，F(xiàn)e、Mn、Cr、Cu、Cd回歸方程分別為y=0.025 0x+0.082 7（r=0.989 2）、y=0.113 5x+0.007 3（r=0.999 9）、y=0.010 0x-8.7E-19（r=1.000 0）、y=0.068 3x+0.001 4（r=0.999 7）、y=0.159 3x+0.001 4（r=0.998 8），表明重金屬標準溶液吸光度值與其濃度呈線性相關。endprint

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用公式w=（ρ-ρ1）×25.00/m，計算重金屬含量，式中，ρ為土壤消解液中重金屬含量，ρ1為空白溶液重金屬含量，m為稱取土壤樣品質(zhì)量。采用單因子污染指數(shù)進行評價，Pi=Ci/Si[12]，式中，Pi為重金屬i的單因子污染指數(shù)，Ci為實測值，Si為標準值。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬含量分析

由表1可見，棚內(nèi)、外5種重金屬含量按Fe、Mn、Cr、Cu、Cd的順序依次降低，變化范圍依次為7 333.90～7 729.93、630.66～780.21、214.27～247.38、27.63～44.08、0～0.36 μg/g。各重金屬含量在不同土層差異較大。Fe、Cu、Cd、Cr金屬含量與土壤環(huán)境質(zhì)量標準（GB15618-1995）[13]相比均未超標。

棚內(nèi)、外土壤Fe含量均隨土層加深而增大，各土層間差異不顯著，同一土層棚內(nèi)含量高于棚外，棚內(nèi)第4土層含F(xiàn)e量最高，棚外第1土層最低；棚內(nèi)土壤Mn含量第1、第4土層顯著高于其他土層，第5土層顯著低于其他土層，第2土層與第6土層、第3土層與第7土層間差異不顯著。棚外土壤Mn含量第5土層顯著高于其他土層，第1、第2、第4、第6土層間差異不顯著，第3、第7土層顯著低于其他土層。除第5土層外，其他土層棚外Mn含量均低于棚內(nèi)。與土壤環(huán)境質(zhì)量標準[13]相比，棚內(nèi)有4個土層Mn含量稍高于標準值，但均未達到污染水平，可能與溫室內(nèi)施用微肥較多，空間相對封閉有關，棚外各土層錳含量均低于標準值；棚內(nèi)土壤Cr含量隨土壤深度增加呈降低趨勢，第1、第2土層間差異不顯著，第3至第6土層間差異不顯著，第7土層顯著低于其他土層。棚外土壤Cr含量第1至第6土層間差異不顯著，第7土層顯著低于第5、第6土層。棚內(nèi)土壤Cu含量隨土壤深度增加呈遞減趨勢，同一土層Cu含量棚內(nèi)高于棚外，棚內(nèi)第1、第2土層顯著高于其他土層，第3至第7土層間差異不顯著。棚外土壤Cu含量第1土層顯著高于其他土層，第2至第7土層之間差異不顯著。棚內(nèi)土壤Cd含量第6土層顯著高于其他土層，第5、第7土層間差異不顯著，第1、第2、第3、第4土層間除第3與第4土層外差異均顯著。棚外土壤Cd含量第3土層顯著高于其他土層，第2土層含量最低，第5、第6土層間差異不顯著，其他土層間差異顯著。除第3土層棚外鎘含量高于棚內(nèi)，其他土層棚內(nèi)含量均高于棚外。

2.2 單因子污染指數(shù)分析

據(jù)土壤重金屬實測值Ci及土壤環(huán)境質(zhì)量標準值Si計算污染指數(shù)（Pi）。Pi<1表示未受污染，Pi>1表示已受污染。由表2可知，土壤重金屬Fe、Mn、Cr、Cu、Cd污染指數(shù)均小于1，棚內(nèi)各層土壤污染指數(shù)普遍大于棚外。棚內(nèi)、外耕層土壤（0～30 cm）污染指數(shù)平均值大小排列依次為PCr>PCu>PCd>PFe>PMn（耕層污染指數(shù)是0～30 cm的平均值，不是7層的平均值）。

3 小結(jié)與討論

重金屬是土壤環(huán)境中一種主要的、持久性的污染物質(zhì)，進入環(huán)境后對動植物和人類都有巨大危害[14，15]。重金屬主要通過廢氣、廢水、廢渣進入土壤，其中來源于工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣排放及污灌引起的土壤污染日益嚴重，自20世紀60年代至今，中國污灌面積迅速擴大，以北方旱作地區(qū)污灌最為普遍，約占全國污灌面積的90%以上，污灌導致土壤重金屬Cd、As、Cu等含量的增加[16-18]，因此，農(nóng)田土壤重金屬含量除受土壤本身特性的影響外，周邊環(huán)境條件及栽培管理措施對土壤重金屬含量的影響也很大，而保護地內(nèi)外也存在較大的差異，尤其蔬菜保護地復種指數(shù)高，較大的化肥、農(nóng)藥施用量造成土壤重金屬累積，且化肥中的重金屬通常具有較高可溶性，易被作物吸收，因而危害更大。因此，須提高警惕加大對土壤重金屬的監(jiān)測和治理力度，避免污水灌溉，減少農(nóng)藥的使用量，多施綠肥等有機肥，從源頭著手，控制重金屬進入土壤的傳播途徑。本研究結(jié)果表明，該地區(qū)土壤重金屬污染風險程度較低，符合農(nóng)作物種植要求。

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