博爱县蔬菜种植基地灌溉水中重金属特征研究

范俊玲 曾光 朱丽霞

（1.焦作大学，河南焦作 454003；2.大连医科大学研究生院，辽宁大连 116044）

博爱县蔬菜种植基地灌溉水中重金属特征研究

范俊玲1曾光2朱丽霞1

（1.焦作大学，河南焦作 454003；2.大连医科大学研究生院，辽宁大连 116044）

蔬菜种植是博爱县的主要支柱产业，种植基地灌溉水质量严重影响蔬菜的品质。使用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）对蔬菜种植基地灌溉水28个采样点中11种重金属的浓度进行了测定，并利用Excel、SPSS等软件对其污染特征和主要来源进行了探讨。结果显示，地表水中Ni元素的超标率达80%，污染源主要来自于丹河；地下水中Ni、Se元素的平均质量浓度超过了生活饮用水卫生标准，超标点位主要集中在地下水流向的补给区和径流区。

蔬菜；灌溉水；重金属；博爱县

蔬菜是人们日常生活中重要的食物来源，为人体提供维生素、必需的矿质元素和膳食纤维素等多种营养成分，蔬菜品质的好坏直接影响着人体健康。近年来，蔬菜的重金属污染问题日益突出，影响蔬菜中重金属含量的生态环境因素主要有土壤、灌溉水和大气等[1-6]。论文对博爱县主要温室蔬菜和露地蔬菜产地的灌溉水中的重金属进行了检测，对重金属分布特征和来源进行了分析，目的是确定博爱县蔬菜产地灌溉水的环境质量现状，防止蔬菜重金属污染，促进蔬菜产业的可持续发展，同时也为当地政府制定水污染防治措施提供依据。

1.研究区概况

博爱县位于太行山南麓，河南省焦作市西北部。属温带大陆性季风气候，四季分明，热量充裕，雨量充沛，无霜期较长。蔬菜生产面积已达20万亩，日光温棚5万座，其中无公害蔬菜生产面积18万亩，标准化生产田15万亩，粮经比例达到1:1.2。全县蔬菜年总产量达15.8亿公斤，年总产值20.7亿元。农业生产用水占用水总量的60%，旱年占70%，灌溉用水主要是地表水和浅层地下水。

2.研究方法

利用Google卫星地图分析博爱蔬菜基地周围环境后，按地下水的流向设定了23个地下水采样点和5个地表水采样点（图1）。测定的指标包括温度、pH、EC、Eh、DO、Ni、As、V、Se、Zn、Cu、Co、Cr、Sb、Pb、Cd等。前五个指标利用多参数水质分析仪现场测定，11种重金属使用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）进行测定，每个样品做3个平行样，取平均值为检测结果，同时用纯水做空白试验。为了研究各种金属元素的分布特征及其之间的相关性和污染来源，使用Excel、SPSS、Origin等软件对实验数据进行了处理和分析。

图1 博爱县蔬菜种植基地及其周边采样点分布

3.结果与讨论

3.1 地表水重金属含量

5组地表水样品中11种重金属元素的检测结果如表1所示。结果表明，11种重金属元素在5组地表水样品中均有检出，其中仅Ni元素的平均质量浓度超过了地表水质量标准[7]，超标率为80%，其余重金属元素均未超标；从变异系数来看，Pb元素的波动最大，然后依次为Zn、Se、Cr、As、Cu、V、Cd、Sb、Ni、Co；11种重金属的污染指数依次为Ni＞Se＞Cu＞Cr＞As＞Sb＞V＞Zn＞Pb＞Cd＞Co，而污染指数反映了地表水重金属质量浓度接近或超过标准值的水平，Ni为该研究区地表水超标的重金属元素。

表1 地表水中重金属元素测试结果

3.2 地下水重金属含量

23组地下水样品中重金属检测结果如表2所示。结果显示，11种重金属的平均质量浓度范围在0～20ug/ L之间，其中Ni、Se两种元素的平均质量浓度超过了生活饮用水卫生标准[8]，超标率分别为47.83%和13.04%的；从变异系数来看，Se和Pb的波动较大，然后依次为Zn、Cr、Sb、Cd、Cu、As、Co、Ni、V；11种重金属的污染指数依次为Ni＞Se＞As＞Pb＞Cr＞Sb＞Zn＞Cd＞Cu，污染指数明显大于其它重金属元素的Ni、Se为该研究区地下水超标的重金属元素。

表2 地下水中重金属元素测试结果

4.聚类分析和来源

为了分析重金属含量特征11种重金属来源[9]，应用SPSS统计软件对28组水样进行聚类分析，做出了分析树型图（图2）。

图2 28组水样聚类分析树型图

图2显示，28组水样中编号为26、27、25、24、28的5组水样为第一类，编号为19、20的2组水样为第二类，编号为14、16、13、18、12的5组水样为第三类，其余16组水样为第四类。

第一类为所采集的5组地表水水样，结合图1可知，28号水样取自丹河上游，24号水样取自丹河与沁河的交汇处附近，25、26、27号水样取自丹河与沁河交汇后下游。5组水样中重金属元素含量有一定的相似性，且空间分布又有一定的特征，可作为一类去分析其重金属元素的来源。由聚类分析的结果可知，地表水中高含量的Ni应来自丹河，而不是沁河，24号水样未超标是沁河和丹河交汇后，将水中的Ni稀释后的结果。

第二类的2组水样都为地下水水样，20号水样取自沁河大堤附近施工地机井，19号水样取自蔬菜大棚机井，从采样点分布图来看，这两个点位距离较远，它们之所以在聚类分析后被归为一类，是因为其水质相近，原因可能有两个：一是这两处地下水中重金属元素含量的天然背景值相近，二是20号水样所处村庄排放的生活污水对地下水的影响与19号水样所处大棚里施用的化肥对地下水的影响相当。从上机处理后的结果看，这2组水样均未出现超标，且其重金属元素含量均较低，说明这2组水样受人为活动影响较小。

第三类的5组水样都为地下水，且均取自地下水流向的径流区，按地下水流向这5组水样以编号13、12、14、16、18依次排列。从检测结果看，12号水样中Se含量明显高于其余4组，浓度为16.15ug/L，超出生活饮用水卫生标准中规定的标准值（10ug/L）；编号13、14、16、18水样中Se含量分别为0.74ug/L、3.61ug/L、1.51ug/L、3.00ug/L，另外10种重金属元素都较为接近。现场采样考察发现，采集12号水样的地下水机井位于养猪场附近，其高含量的Se很可能是该机井附近的地下水受到养猪场的污水的影响所致。

第四类的16组水样都为地下水，编号1～9以及编号22、23的11组样品取自地下水流向上的补给区，编号10、11、15、17的4组样品取自地下水流向上的径流区，21号水样取自地下水流向上的排泄区。从上机处理后的结果看，16组水样出现重金属元素Ni超标的有11组，编号分别为1、2、3、4、6、7、9、11、15、22、23，所对应重金属元素Ni含量分别为30.64ug/L、23.64ug/L、21.22ug/L、21.79ug/L、29.83ug/L、21.65ug/L、26.80ug/L、21.01ug/L、22.80ug/L、25.76ug/L、21.00ug/L。显然，1号、6号、9号、22号4组水样Ni超标严重。结合现场考察结果，1号水样取自村庄家用空调所抽取的地下水，因此高浓度的Ni很可能受到空调的影响；6号水样与丹河距离较近，受地表水影响较大；9号水样的取样点紧临长济高速，附近地表水容易受高速公路环境的影响，通过地表水和地下水之间的水力联系影响地下水；22号水样取自某西瓜地水井，水井附近的一条臭水沟很可能对这里的地下水造成一定的影响。分析整个地下水Ni超标的水样分布，主要集中在地下水流向上的补给区，受地下水补给区环境的影响，随着地下水水体自身的降解过程以及其周围环境的变化，其补给区和排泄区Ni均不超标。结果显示，编号为15、17水样的重金属元素Se出现超标现象，它们的Se含量分别为13.74ug/L、39.06ug/L。其中17号水样的Se含量明显高于生活饮用水卫生质量的标准值10ug/L，出现严重超标。现场考察发现17号水样所采取的地点附近有垃圾堆放，所以该水样中极高浓度的重金属元素Se含量有可能来源于垃圾渗滤液。15号水样所在地是扒庄，从采样点分布图来看，15号与17号采样点相距较近，其超标有可能是受17号地点地下水的影响。

5.结论

（1）博爱蔬菜种植基地5组地表水水样所检测的11种重金属元素中，Ni元素超标80%；23组地下水水样中Ni和Se超标，超标率分别为47.83%、13.04%。

（2）地表水重金属元素Ni超标的空间分布特征为丹河上游较高，丹河与沁河交汇处得以稀释降低而未超标，之后，随河水流向又出现超标；地下水重金属元素Ni超标的空间分布主要集中在地下水流向上的补给区，地下水重金属元素Se超标主要集中在地下水流向上的径流区。

（3）地表水中的Ni主要来源于丹河上游的污染。地下水中的Ni超标有四方面原因：一是受Ni污染丹河的影响；二是蔬菜种植基地农药和化肥的施用；三是采样点附近的环境，如高速公路、受污染的臭水沟等；四是受人类活动的影响，如1号的空调影响。地下水中超标的Se来源有三个方面：一是垃圾渗滤液的影响，且其影响极大；二是养猪场的污水及粪便；三是农药和化肥的施用。

[1]秦丽娟，等.兰州市叶菜类蔬菜中重金属含量及健康风险分析[J].甘肃科学学报，2013，25（2）：35-39.

[2]刘苹，等.山东省蔬菜产地灌溉水重金属环境质量分析与评价[J].安徽农业科学，2010，38（23）：12663-12665.

[3]Rai P K.Heavy metal pollution in aquatic ecosystems and its phytoremediationusingwetlandplants:anecosustainable approach［J］.International Journal of Phytoremediation，2008，10（2）:133-160.

[4]zevedoJS，SerafimA，CompanyR，etal.Biomarkersof exposure to metal contamination and lipid peroxidation in the benthicfishCathoropsspixiifromtwoestuariesinSouth America，Brazil［J］.Ecotoxicology，2009，18（8）:1001-1010.

[5]谢伟芳，等.南京某污灌区蔬菜中重金属含量及健康风险研究[J].广州化工，2013，41（15）：158-161.

[6]张妍，等.黄河下游引黄灌区地下水重金属分布及健康风险评估[J].环境科学，2013，34（1）：121-128.

[7]GB3838-2002，地表水环境质量标准[S].北京：中国环境科学出版社，2002.

[8]GB5749-2006，生活饮用水卫生标准[S].北京：中国标准出版社，2007.

[9]黄冠星，孙继朝，张英，等.珠江三角洲污灌区地下水重金属含量及其相互关系[J].吉林大学学报：地球科学版，2011，41（1）：228-234.

（责任编辑 陈永康）

X502

A

1008－7257（2015）02－0117－03

2014－10－19

范俊玲（1981-），女，河南虞城人，焦作大学化工与环境工程学院讲师，硕士，主要从事环境保护方面的教学与研究工作。