延安市蔬菜大棚土壤重金屬污染評價及影響因素

祁迎春 王建 黃瑤

摘要：通過對陜西省延安市蔬菜基地大棚土壤中鉻（Cr）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、錳（Mn）、鎳（Ni）5種重金屬含量和土壤基本理化性質的測定，分析土壤重金屬污染特征及影響因素，并采用單項污染指數(shù)法、內梅羅綜合污染指數(shù)法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法對土壤重金屬污染進行評價。結果表明，土壤重金屬Cr、Pb、Ni的含量均小于《土壤環(huán)境質量標準》的二級限值，單項污染指數(shù)均小1，屬于清潔水平;Cd含量在0.11～1.08 mg/kg之間，超標樣品比率達60%，單項污染指數(shù)為1.03，達到輕度污染水平;重金屬內梅羅綜合污染指數(shù)平均值為0.83，屬于警戒線水平;5種重金屬綜合潛在生態(tài)風險指數(shù)均值為214.05，處于中等潛在生態(tài)風險等級，Cd對潛在生態(tài)風險的貢獻率為92.6%，是最主要的生態(tài)風險因子;相關性分析表明，土壤重金屬污染與肥料的施用有關，Cd含量與有機質含量、速效磷含量、全氮含量間呈極顯著或顯著正相關關系。

關鍵詞：蔬菜大棚;土壤重金屬;污染特征;影響因素

土壤作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要基礎，其質量的優(yōu)劣直接影響著農(nóng)作物安全和土壤環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[1]。隨著我國農(nóng)業(yè)結構的優(yōu)化與調整，設施農(nóng)業(yè)得到迅速發(fā)展。設施農(nóng)業(yè)土壤常年處于高溫、高濕的環(huán)境，加之化肥農(nóng)藥的大量使用及土地超強度的利用致使土壤理化性質發(fā)生改變，繼而出現(xiàn)土壤酸化板結、鹽漬化、養(yǎng)分失調、重金屬累積、微生物區(qū)系改變等一系列問題，尤其是重金屬污染問題日益突出。賀小琴等調查結果表明，麗水市水閥工業(yè)園區(qū)石牛大橋附近蔬菜基地鉛（Pb）、鎘（Cd）超標10倍[2];楚純潔等對河南省葉縣等地的露天和設施蔬菜地土壤重金屬分析得出，菜地土壤已受到不同程度的重金屬污染[3]。李曈等研究發(fā)現(xiàn)，不同棚齡土壤鉻（Cr）、Pb、砷（As）、汞（Hg）含量均隨著種植年限的增加而提高，種植蔬菜1～5年，土壤Cd、As、Hg含量分別提高143.5%、51.1%、 60.2%[4]。可見，菜地土壤重金屬超標問題已成為威脅人類食品安全的突出環(huán)境問題。不同區(qū)域、不同種植模式下土壤重金屬污染特征、污染評價及影響因素和生態(tài)修復等成為學者們研究的熱點[5-10]。目前，陜北地區(qū)土壤重金屬污染方面的研究主要集中在礦區(qū)和農(nóng)田，而對蔬菜大棚土壤重金屬污染方面的研究很少。因此，為了解當?shù)赝恋乩梅绞胶凸芾砟Ｊ较率卟舜笈锿寥乐亟饘俚奈廴咎卣鳎躁兾魇⊙影彩薪嫉湫偷氖卟松a(chǎn)基地為研究對象，分別測定土壤中Cr、Cd、Pb、錳（Mn）、鎳（Ni）5種重金屬的含量，采用污染指數(shù)法對土壤重金屬污染進行評價，并運用統(tǒng)計分析方法研究重金屬污染的影響因素，揭示土壤重金屬污染特征和土壤環(huán)境質量狀況，為大棚蔬菜的安全生產(chǎn)和重金屬污染修復提供必要的基礎數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品的采集與處理

以陜西省延安市典型的4個蔬菜生產(chǎn)基地蔬菜大棚為采樣地點，每個蔬菜基地分別選取具有代表性的大棚5個，每個大棚采取0～20 cm土層土壤樣品3個，就地混合成1個土壤樣品，共20個樣品，同時用全球定位系統(tǒng)（GPS）記錄每個樣點的具體坐標。采回的土樣經(jīng)自然風干后，揀出石塊和植物殘體，研磨并全部通過100目尼龍篩保存供重金屬含量的測定。

1.2 測定方法

土壤pH值采用玻璃電極法，水土體積比為2.5 ∶ 1;土壤有機質含量采用總有機碳分析儀測定;堿解氮含量采用堿解擴散法測定;速效鉀含量采用醋酸銨-火焰光度計法測定;速效磷含量采用碳酸氫鈉-鉬銻抗比色法測定;全氮含量采用凱氏定氮法測定;重金屬全量采用鹽酸-氫佛酸-硝酸-高氯酸體系消解原子吸收分光光度法測定。

1.3 評價標準與方法

1.3.1 評價標準 以陜西省土壤背景值和GB 15618—1995《土壤環(huán)境質量標準》中的二級標準值為依據(jù)進行評價，具體標準見表3。

內梅羅綜合污染指數(shù)能夠反映重金屬共同作用對土壤的污染程度，1號基地土壤內梅羅綜合污染指數(shù)均小于1，土壤處于安全等級;2號、3號、4號基地部分采樣點土壤內梅羅綜合污染指數(shù)大于1。總體來看，研究區(qū)蔬菜基地土壤平均內梅羅綜合污染指數(shù)為0.83，處于警戒線水平。其中，30%的采樣點土壤綜合污染指數(shù)小于0.7，處于安全等級;35%的采樣點土壤內梅羅綜合污染指數(shù)在0.7～1.0之間，處于警戒級水平;35%的采樣點土壤其值在1.0～2.0之間，處于輕度污染水平，不存在中度污染水平土壤和重度污染水平土壤。

2.3 不同蔬菜基地土壤重金屬潛在生態(tài)風險評價

以陜西省土壤背景值作為參比值，分別計算單一重金屬潛在生態(tài)風險指數(shù)和綜合潛在生態(tài)風險指數(shù)，分析結果見圖1、圖2。從圖1可以看出，5種重金屬的平均潛在生態(tài)風險指數(shù)由強到弱依次為Cd>Pb>Ni>Cr>Mn，Cd潛在生態(tài)風險指數(shù)為198.10，對潛在生態(tài)風險的貢獻率為92.6%，是最主要的生態(tài)風險因子;Pb、Ni、Cr和Mn的潛在生態(tài)風險指數(shù)均小于40，處于輕微的潛在風險水平。從圖2可以看出，1號基地土壤綜合潛在風險指數(shù)最低，平均值為 128.57，處于輕微潛在風險水平;2號基地土壤綜合潛在風險指數(shù)最高，平均值為283.06，處于中等及較強潛在風險水平;3號、4號基地土壤綜合潛在風險指數(shù)平均值分別為222.43、222.14，除個別采樣點外，土壤基本上都處于中等潛在風險水平。重金屬綜合潛在生態(tài)風險指數(shù)在48.40～359.04之間，平均值為214.05，處于中等潛在生態(tài)風險等級。

對研究區(qū)土壤潛在的生態(tài)風險進行分級評價，結果見表9：從單一重金屬潛在的風險等級來看，Cd的生態(tài)風險等級最高，90%采樣點處于較強及以上潛在風險等級，55%采樣點處于很強潛在風險等級，5%采樣點處于極強潛在風險等級。Pb、Ni、Cr、Mn均處于輕度潛在風險等級。從重金屬綜合潛在風險等級來看，75%采樣點屬于中等及以下綜合潛在生態(tài)風險等級，25%采樣點屬于較強的綜合潛在生態(tài)風險等級，表明研究區(qū)土壤Cd污染存在較強的潛在生態(tài)風險。

2.4 不同蔬菜基地土壤重金屬含量與土壤理化性質間相關分析

土壤中重金屬含量的高低與土壤理化性質間具有一定的相關性，從表10可以看出，Cd含量與有機質含量、速效磷含量、全氮含量間呈極顯著或顯著正相關關系，相關系數(shù)分別為 0.694、0.557、0.501;Pb含量與速效磷含量間呈極顯著正相關，相關系數(shù)為0.546;Cr與速效鉀含量間呈顯著負相關;Mn含量與速效磷含量和全氮含量間呈極顯著正相關，其他重金屬與土壤理化性質間相關關系不明顯。說明重金屬含量與有機質、氮、磷含量間存在極顯著相關關系。表明有機肥使用能使重金屬在土壤中富集[14];段永蕙等研究發(fā)現(xiàn)，長期大量施用肥料和農(nóng)藥是菜地重金屬元素含量偏高的主要原因之一[15];史靜等研究發(fā)現(xiàn)，不同來源的化肥、有機肥及農(nóng)藥的施用對土壤中重金屬的影響不容忽視[16]。可見土壤肥料施用對重金屬累計具有一定的影響，他們之間的關系除了與肥料的性質有關外，還與土壤性質和種植蔬菜種類有關，相關關系還需進一步研究闡明。

3 結論與討論

本研究結果表明，蔬菜基地土壤中Cr、Pb、Ni、Mn含量均低于《土壤環(huán)境質量標準》的二級限值，單項污染指數(shù)均小于1，潛在生態(tài)風險系數(shù)均小于40，處于清潔水平和輕微的潛在生態(tài)風險，而Cd含量在0.11～1.08 mg/kg之間，超標樣品比例達到60%，單項污染指數(shù)和潛在生態(tài)風險指數(shù)分別為1.03和198.10，達到輕度污染水平，具有很強的潛在生態(tài)風險;重金屬綜合潛在生態(tài)風險指數(shù)平均值為214.05，處于中等潛在生態(tài)風險等級，其中Cd對潛在生態(tài)風險的貢獻率為92.6%，是最主要的生態(tài)風險因子。相關研究表明，磷肥中Cd含量普遍較高，隨著磷肥和復合肥的大量施用，土壤Cd含量都有所增加[17];茹淑華等研究指出，Cu、Cd一般來源于施入農(nóng)田的含銅和鎘的農(nóng)業(yè)化學物質和大氣沉降[18-19]。研究區(qū)土壤為設施農(nóng)業(yè)，大氣沉降帶來的污染相對較小，另外， 根據(jù)試驗區(qū)土壤理化性狀可以看出，研究區(qū)土壤氮（N）、磷（P）、鉀（K）的含量普遍偏高，因此，造成研究區(qū)Cd污染嚴重的主要原因可能與化肥的過量使用有關。

相關性分析結果表明，Cd與有機質含量、速效磷含量和全氮含量，Pb與速效磷含量，Mn與速效磷含量、全氮含量間呈極顯著或顯著正相關，關共湊等在對佛山市郊菜地土壤重金屬污染研究中發(fā)現(xiàn)土壤有機質含量與重金屬含量呈中等正相關關系[20]，這與本研究得出的結果一致。但是，王巖等研究發(fā)現(xiàn)，土壤中重金屬元素含量與土壤中有機質含量并無固定的相關性[21];段永惠等研究發(fā)現(xiàn)，有機質含量、pH值和速效磷含量對蔬菜地重金屬的影響較大，而速效氮、速效鉀的影響均較小[15]。可以看出，土壤重金屬含量與土壤理化性狀間的關系比較復雜，加上采集的土壤樣品有限，很難準確反映出它們之間的關系。此外，土壤中重金屬污染的來源多且復雜，重金屬含量的高低受到土壤pH值、土壤質地、活性有機質、土壤肥力等多種因素共同作用的影響，因此，對于土壤重金屬含量與土壤理化性狀之間的相關關系還需要進一步研究。

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