中牟設施菜地土壤重金屬As、Hg、Pb、Cd、Cr污染評價

袁遠 張金輝 劉珂 楊錚 何禹龍 王吉慶

摘 要：為明確中牟設施菜地土壤重金屬污染情況，測定中牟設施蔬菜土壤重金屬As、Hg、Pb、Cd、Cr的含量，采用單因子和內梅羅綜合污染指數對設施菜地土壤重金屬污染狀況進行評價。結果表明：土壤重金屬As、Hg、Pb、Cd、Cr的平均含量分別為12.95、0.82、16.82、0.25、28.18 mg/kg，Hg超標2.34倍。Hg污染最為嚴重，內梅羅綜合指數為3.04，達到重度污染水平，As、Cd、Pb的內梅羅綜合指數分別為0.85、0.84和0.83，均為尚清潔水平，Cr的內梅羅綜合指數0.15，為清潔水平。

關鍵詞：設施菜地土壤;重金屬;污染指數

中圖分類號：X825文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）07-0109-03

Pollution and Assessment of Soil Heavy Metal As， Hg ，Pb， Cd， Cr

in Greenhouse Vegetable Fields of Zhongmu

YUAN Yuan ZHANG Jinhui LIU Ke YANG Zheng HE Yulong WANG Jiqing

（Henan Agricultural University，Zhengzhou Henan 450002）

Abstract： In order to explore the extnet of heavy metals pollution in greenhouse soil of Zhongmu， the concentrations of heavy metals As、Hg、Pb、Cd、Cr were measured. The single-factor and Nemerow comprehensive pollution index were used to evaluate the heavy metal pollution. The results show that the average content of heavy metals As， Hg， Pb， Cd， and Cr in the soil are 12.95， 0.82， 16.82， 0.25， 28.18 mg/kg， respectively， Hg exceeded the standard by 2.34 times. Hg pollution is the most serious， the Nemeiro composite index is 3.04， reaching a severe pollution level. The Nemerow composite index of As， Cd， and Pb is 0.85， 0.84， and 0.83， respectively， which are all at a clean level. The Nemeiro composite index of Cr is 0.15 as a clean level.

Keywords： greenhouse soil;heavy metals;pollution index

中國是設施栽培面積最大的國家，設施蔬菜種植占設施栽培的95%[1]。已有不少學者針對不同地區進行了設施土壤重金屬污染的研究。楊磊對鄭州市城郊菜地重金屬污染進行研究發現主要污染物為Cd[2];周凱發現新鄉市郊大棚菜地Cd污染最嚴重[3];李蓮芳通過研究發現山東省設施菜地土壤中Cr含量高于露天菜地[4];李蓮芳還和其他研究者利用電感耦合等離子體質譜技術檢測重金屬含量，以揭示吉林省設施土壤及相應蔬菜中重金屬的累積特征[5];索琳娜等對北京市菜地以重金屬為主要指標的土壤環境質量進行分析，并采用單項和綜合污染指數法進行評價[6];郭畔等采用原子吸收分光光度法和原子熒光法測定沈陽新民設施菜地土壤中的重金屬污染情況[1]。

河南省是蔬菜大省，設施蔬菜種植面積逐年上升。中牟縣是河南省設施蔬菜重要產地，但對其設施菜地土壤重金屬污染的研究較少，本文以中牟縣設施菜田為例對設施菜田的土壤重金屬Hg、Cd、Pb、As、Cr進行評價分析，為中牟縣設施菜地重金屬污染研究和治理提供基礎數據。

1 實驗材料與實驗方法

1.1 研究區概況

中牟縣土壤多為亞砂土和粉砂土，屬于典型的中緯度暖溫帶大陸性季風氣候，年平均日照2 366 h，年平均氣溫14.2 ℃，全縣年均降水量616 mm，全年農耕期一般為309 d，蔬菜水果等以大棚種植為主。

1.2 土樣采集

土樣采集所在地為鄭州市中牟縣官渡鎮（114.09°E，34°73′N）設施菜田，采樣時間為2018年8月。利用不銹鋼土鉆采集設施菜田內0～20 cm土壤，將現場采集的設施菜田樣品混勻，然后用四分法均勻縮分至約100 g，共采集20個土樣，每個土樣3～5個子樣。

1.3 測試方法

參考《土壤和沉積物 汞、砷、硒、鉍、銻的測定 微波消解/原子熒光法》（HJ 680—2013）、《土壤質量 鉛、鎘的測定 石墨爐原子吸收分光光度法》（GB/T 17141—1997）、《土壤 總鉻的測定 火焰原子吸收分光光度法》（HJ 491—2009）中的方法進行測試。

1.4 土壤重金屬污染評價方法

采用單因子污染指數法和內梅羅綜合指數對設施菜田重金屬污染狀況進行評價。

1.4.1 單因子污染指數與內梅羅綜合評價指數。單因子污染指數與內梅羅綜合評價指數法公式[7]如式（1）和式（2）所示：

[Pi=Ci/Si ]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

[P綜=（Piave）2+（Pimax）22]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式（1）中：[Pi]表示單因子污染指數;[Ci]表示[i]污染物的實測值;[Si]表示[i]污染物的標準限值，其采用《溫室蔬菜產地環境質量評價標準》（HJ/T 333—2006）中幾種重金屬的指標限值。

式（2）中：[P綜]表示內梅羅綜合指數;[Piave]表示平均單項污染指數;[Pimax]表示最大單項污染指數。

1.4.2 單因子污染指數與內梅羅綜合指數評價分級。單因子土壤污染程度指數[Pi]≤1無污染、1<[Pi]≤2輕微污染、2<[Pi]≤3輕度污染、3<[Pi]≤5中度污染、[Pi]>5重度污染。內梅羅綜合指數污染等級評價表見表1。

2 實驗結果與數據分析

2.1 土壤重金屬元素含量分析

根據測試結果，對土壤中重金屬含量做散點圖，見圖1。

由圖1可知，Hg的含量波動性最大，且無明顯的變化規律，然后是Pb、Cr和Cd，As的波動最小。Hg的含量為0.36～1.07 mg/kg，主要集中在0.50～0.90 mg/kg，超標率100%，最高超標倍數3.57，平均值為0.82 mg/kg，平均值超標倍數為2.34;As的含量為11.30～20.60 mg/kg，超標率5%，最高超標倍數1.03，平均值為12.95 mg/kg，不超標;Pb的含量為4.90～56.00 mg/kg，超標率15%，最高超標倍數1.12，平均值為16.82 mg/kg，不超標;Cd含量為0.16～0.30 mg/kg，平均值為0.25 mg/kg，不超標;Cr含量為12.60～39.00 mg/kg，平均值為28.18 mg/kg，不超標。Hg的污染情況最嚴重，需要引起重視。As的超標可能與某特定農戶的生產習慣有關，不具有普遍代表性。

2.2 土壤重金屬污染評價

將重金屬含量數據代入單因子污染指數和內梅羅污染指數公式，得到各種重金屬的單因子污染指數值和內梅羅綜合污染指數值，結果見表2。

由計算得出的重金屬的單因子污染指數值可知，該地區Hg的單因子污染指數[Pi]全部高于1，有20%樣本達到輕微污染、60%樣本達到輕度污染、20%樣本中度污染，[Pi]均值為2.42，對應中度污染水平;Pb有85%的樣本無污染、15%的樣本輕微污染，[Pi]均值為0.34，對應無污染;As有95%的樣本無污染、5%的樣本輕微污染，[Pi]均值為0.63，對應無污染;Cd和Cr樣品均不超標、均值分別為0.65和0.12，對應無污染。從出現超標樣品的三種重金屬來看，污染程度的嚴重性排序為Hg>Pb>As。

由計算出的重金屬的內梅羅綜合污染指數可知，與表1對照，Hg的內梅羅綜合污染指數為3.04，達到Ⅴ級重度污染;As、Cd、Pb的內梅羅綜合污染指數分別為0.85、0.84和0.83，均為Ⅱ級尚清潔水平，但應引起警戒;Cr的內梅羅綜合污染指數為0.15，為Ⅰ級清潔。

由單因子污染指數和內梅羅綜合污染指數，中牟設施菜田土壤中Hg過量積累，存在污染蔬菜從而影響人體健康的風險，在今后的設施農業生產中，應采取積極的措施降低其污染風險。土壤中的Hg主要來源有含汞廢水排放、肥料、農藥、燃煤和生活廢棄物堆積[8]，采樣點為設施菜田，造成Hg超標的主要原因是肥料和農藥使用。在進行設施蔬菜生產活動時，需要考慮控制Hg污染，合理施用農藥和化肥，少用或禁用Hg含量較高的肥料和農藥。

3 結論

①Hg的單因子污染指數均值為2.42，中度污染;Pb的單因子污染指數均值為0.34，無污染;As的單因子污染指數均值為0.63，無污染;Cd和Cr單因子污染指數均值分別為0.65和0.12，無污染。

②Hg的內梅羅綜合指數為3.04，達到重度污染水平;As、Cd、Pb的內梅羅綜合指數分別為0.85、0.84和0.83，均為尚清潔水平;Cr的內梅羅綜合指數為0.15，為清潔水平。在取樣點附近無工礦企業，因此研究區域的土壤重金屬的污染來源可能來自化肥及有機肥料的施用，應從農業生產入手進行限制。

參考文獻：

[1]郭畔，宋雪英，劉偉健，等.沈陽市新民設施菜地土壤重金屬污染特征分析[J].農業環境科學學報，2019（4）：835-844.

[2]楊磊，萬紅友.鄭州市城郊菜地土壤重金屬環境質量評價[J].河南農業科學，2011（12）：84-87.

[3]周凱，王智芳，馬玲玲，等.新鄉市郊區大棚菜地土壤重金屬Pb、Cd、Cr和Hg污染評價[J].生態環境學報，2013（12）：1962-1968.

[4]李蓮芳.山東壽光不同農業利用方式下土壤鉛的累積特征[J].農業環境科學學報，2010（10）：1960-1965.

[5]李蓮芳，朱昌雄，曾希柏，等.吉林四平設施土壤和蔬菜中重金屬的累積特征[J].環境科學，2018（6）：2936-2943.

[6]索琳娜，劉寶存，趙同科，等.北京市菜地土壤重金屬現狀分析與評價[J].農業工程學報，2016（9）：179-186.

[7]魏婷婷，張龍沖，朵海瑞，等.豫北地區土壤重金屬污染現狀與潛在生態風險分析[J].河南農業大學學報，2010（4）：471-475.

[8]秦麗娟，趙有益，黎虹.蘭州市設施菜地土壤重金屬污染程度及污染源[J].甘肅農業大學學報，2019（3）：125-133.