成都平原典型菜园土重金属含量的空间分布特征

孙家奇+黄成敏+黄露

摘要：对成都市双流县白家镇两块种植年限不同的（种植年限分别为10年以上和10年以下）菜地土壤的重金属富集状况进行调查研究，分析Mn、Cu、Zn、Cr和Pb 5种重金属元素含量，利用Surfer 8.0和GS 9.0软件对得到的数据进行空间分析。结果表明，两块菜地的重金属含量均有一定程度的积累，但未超过国家标准。种植年限为10年以上的田块的等值线明显比种植年限为10年以下的田块的等值线稀疏;两块菜地中除去种植年限在10年以上菜地的Mn的块金值与基台值的比值为42.7%，其他重金属均远小于25.0%，表明非随机因素（如母质）对重金属的空间分布规律起主要作用，但是通过长时间高强度耕作，菜园土重金属空间分布的空间差异性减弱。

关键词：菜园土;重金属;空间分布;成都平原

中图分类号：X53        文献标识码：A        文章编号：0439-8114（2015）02-0304-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.02.013

Spatial Distribution of Heavy Metal in Typical Garden Soils of Chengdu Plain

SUN Jia-qi1，HUANG Cheng-min1，HUANG Lu2

（1.Department of Environmental Science and Engineering of Sichuan University， Chengdu 610065， China;

2.Institute of Geochemistry， Chinese Academy of Sciences， Guiyang 550002， China）

Abstract： Contents of heavy metal in two types of garden soils at different plantaion ages were investigated in Baijia town， Shungliu country， Chengdu city. Five kinds of heavy metals （Mn、Cu、Zn、Cr、Pb） were investigated by Surfer 8.0 and GS 9.0. The results showed that the two types of garden soil had the accumulation of heavy metals， but not exceeding the national standard. The countour of the garden soil with planting years more than ten years was relatvely sparse. The ratio of nugget and still of Manganese with planting year more than ten years was 42.7%， the rest were far less than 25.0%. It is indicated that regional factors played a major role in accumulation of heavy metals in garden soils in terms of spatial analysis. During long farming， the difference in the spatial distrubution of heavy metals in garden soil will be weaken.

Key words： garden soils; heavy metals; spatial distribution; Chengdu plain

土壤是人类赖以生存的环境资源之一，也是各种废弃物最终的容纳场所，各种污染物通过多种渠道进入土壤，导致土壤污染，引起土壤质量下降，威胁人类健康。在众多的土壤污染物中，重金属以其不可降解性、生物蓄积性等特性对环境和人类健康产生重大影响，值得高度重视。菜园土具有高强度利用（复种指数为4左右）[1]、化肥和农药的大量使用及污水灌溉等特点，均会导致土壤中重金属的富集甚至污染[2-5]。目前关于菜园土重金属污染的研究主要包括重金属污染现状调查与分布，重金属含量与污染因素分析[6-10]，重金属污染的控制措施[11，12]，以及大尺度（至少以千米为步长）土壤重金属元素空间分布及控制因素等方面[13-15]。较大空间尺度的研究表明，土壤重金属的空间分布特征主要受到随机因素（如灌溉、施肥等）的影响[16-18]。目前缺乏小尺度（步长在米或以下）空间分布的研究。本研究的试验地选择在蔬菜种植历史较长的成都市双流县白家镇，拟研究在高强度和高密度的种植条件下菜园土重金属的含量及小尺度的空间分布特征，分析菜园土重金属的含量与空间分布的控制因素，为成都市开展防治与治理菜园土重金属污染提供理论支撑。

1  材料与方法

在成都平原东郊双流县白家镇选择两块种植蔬菜年限不同的田块作为采样点，对表层土壤采用网格布点法均匀采样，开展土壤重金属含量测定。数据采集使用thermo公司生产的便携式X荧光分析仪（Thermo Scientific Niton XL3t XLp portable analyzer）直接对土壤中Mn、Cu、Zn、Cr、Pb 5种重金属含量进行现场测定。田块1：种植年限10年以下，田块长2.2 m，宽2.2 m，采样间距0.2 m;田块2：种植年限10年以上，田块长3.0 m，宽3.0 m，采样间距0.3 m。endprint

数据处理利用统计学软件surfer8.0和GS9.0对得到的数据进行统计分析。由于Pb和Cu的数据缺失较多，为确保分析的准确度，故未对Pb和Cu两种元素做等值分析和空间分析。

2  结果与分析

2.1  重金属的含量分析

与国家土壤质量标准（二级）相比（表1），两个田块的5种重金属元素的含量均未超过国家标准。与背景值相比，Zn元素方面，种植年限为10年以下的菜地中Zn元素含量的均值高于其背景值，种植年限为10年以上的菜地中Zn元素含量的均值未超过背景值，但最大值却超过其背景值;Mn、Cr和Pb元素方面，种植年限为10年以下和10年以上的菜地中3种元素含量的均值均低于其背景值，但最大值却超过其背景值;Cu元素方面，种植年限为10年以下和10年以上的菜地中Cu元素含量的均值都高于其背景值[19，20]。根据变异系数的划分，CV<0.1，表现为弱变异性;CV=0.1～1.0，表现为中等变异;CV>1.0，表现为强变异性[15]，两个采样点的重金属元素均属于中等变异。

对两组数据进行显著性分析（图1），结果表明，两田块间重金属的含量具有显著性差异（P<0.05）。对比发现种植年限为10年以下的田块中重金属含量的均值较种植年限为10年以上的田块中重金属含量的均值高。菜园土重金属的来源除母质外主要有污水灌溉和施肥等来源。考虑到研究的两田块均存在污水灌溉的情况，对两田块灌渠旁的土壤进行了现场测量，结果（表2）表明，田块1灌渠旁土壤中重金属的含量比田块2灌渠旁土壤中重金属的含量高，由此可推断田块1的灌溉水中重金属的含量比田块2的灌溉水中重金属的含量高，这是造成种植年限为10年以下的菜地中每种重金属的含量均略高于种植年限为10年以上的菜地中重金属元素的含量的重要原因。

除污水灌溉会促使土壤重金属累积外，当地施用的主要化肥中也有不同含量的重金属元素，在大量使用化肥时不可避免导致土壤重金属的积累（表3）。另外，大气颗粒物中也含有不同浓度的重金属，这些重金属颗粒物会随大气沉降进入土壤（表4）。

2.2  菜园土重金属的空间分布规律

利用surfer8.0和GS9.0软件对各重金属元素进行空间分析，得到以下空间分布图（图2、图3、图4）。在相同等值间距的条件下，种植年限为10年以上的田块的等值线明显较种植年限为10年以下的田块的等值线稀疏，这是长时间的耕作措施（人为施肥、灌溉等）使种植年限为10年以上的田块中各点重金属含量之间的差异减小所致。

2.3  菜园土重金属的空间变异性

变程指变异函数达到基台值所对应的距离，表明土壤要素的空间相关范围， 变程反映引起土壤要素变异主要过程的变化[17]。利用GS9.0软件对得到的数据进行半方差分析。结果（表5）表明，与种植年限为10年以下的田块相比，种植年限为10年以上的菜地中重金属的变程均有所增加，其中Mn的变化最为明显，说明通过长时间的耕作，重金属分布的均一性增强，空间差异性减弱。

块金值（C0）与基台值（C0+C）的比值是反映区域化变量空间变异性程度的重要指标，该比值反映空间变异的影响因素中随机因素和非随机因素的比例。比值<25.0%，说明系统具有强烈的空间相关性;比值为25.0%～75.0%，表明系统具有中等的空间相关性;比值>75.0%，说明系统空间相关性很弱[18]。种植年限为10年以上菜地的Mn元素的块金值与基台值的比值为42.7%，属于中等相关关系，表明Mn的空间分布规律受随机因素（灌溉、施肥等）和非随机因素的共同影响;Cr、Zn、Pb、Cu 4种元素的块金值与基台值的比值均为25.0%以下，表现出较强的空间相关性，表明其空间分布规律受到非随机因素（母质和大气沉降等）的影响较大，与种植年限为10年以下的田块相比，种植年限为10年以上的菜地的块金值与基台值的比值均有所增加，反映出人为活动对土壤中重金属的分布规律影响程度加大。

3  结论

两田块中重金属元素的含量均未超过国家土壤质量（二级）标准，但是受到污水灌溉的影响，本研究中种植年限为10年以下的田块中重金属含量的均值较种植年限为10年以上的田块中重金属的含量均值高。

在小尺度范围内，两田块中重金属的空间分布规律主要受到非随机因素（母质、大气沉降等）的影响，但是长时间的耕作使菜园土受到施肥、灌溉等人为因素的影响，导致重金属分布的空间差异性减弱。

工业的迅速发展使重金属在城郊菜园土中富集，为确保蔬菜安全，应开展城郊环境综合整治，尤其应严格控制灌溉水的质量。

参考文献：

[1] 陈志勇.就重庆近郊菜园土存在的问题试论蔬菜合理施肥的重要性——菜园土调查研究初报[J].北京蔬菜，1984（6）：12-19.

[2] MAJID F， SOHEILA K. Heavy metal accumulation in soil after application of organic wastes[J]. Arabian Journal of Geosciences， 2013，6（2）：463-467.

[3] 解文艳，樊贵盛，周怀平，等.太原市污灌区土壤重金属污染现状评价[J].农业环境科学学报，2011，30（8）：1553-1560.

[4] ZAHRA A， MASOUD Y， JAFAR N， et al. Effect of fertilizer application on soil heavy metal concentration[J]. Environmental Monitoring Assessment， 2010， 160（1）： 83-89.

[5] RAJESH K， MADHOOLIKA A， FIONA M. Heavy metal contamination of soil and vegetables in suburban areas of Varanasi India[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety，2007，66（2）： 258-266.endprint

[6] 李瑞琴，于安芬，白  滨，等.甘肃中部高原露地菜田土壤重金属污染及潜在生态风险分析[J].农业环境科学学报，2013，32（1）： 103-110.

[7] 周建利，陈同斌.我国城郊菜地土壤和蔬菜重金属污染研究现状与展望[J].湖北农学院学报，2002，22（5）：476-479.

[8] 云  锟，吴得超，翁建兵，等.湖南湘潭锰矿区蔬菜及菜园土重金属污染研究[J].四川环境，2012，31（6）：22-27.

[9] 钟晓兰，周生路，黄明丽.土壤重金属的形态分布特征及其影响因素[J].生态环境学报，2009，18（4）：1266-1273.

[10] 张乃明，陈建军，常晓冰.污灌区土壤重金属累积影响因素研究[J].土壤，2002（2）：90-93.

[11] 张  艳，邓扬悟，罗仙平，等.土壤重金属污染以及微生物修复技术探讨[J].有色金属科学与工程，2012，3（1）：63-66.

[12] 陈志良，仇荣亮，张景书，等.重金属污染土壤的修复技术[J].环境保护，2002，29（6）：21-23.

[13] 孟  飞，张  建，单宝艳.上海浦东新区农田土壤重金属空间结构及分布特征[J].自然资源学报，2009，24（2）：218-224.

[14] WANG L， WU J. Spatial variability of heavy metals in soils across a valley plain in Southeastern China[J]. Environment Geochemistry Health， 2008， 55（6）： 1207-1217.

[15] 周文鳞，李仁英，岳海燕，等.南京江北地区菜地土壤有效态重金属的含量及空间分异特征[J].农业环境科学学报，2010，  29（3）：451-457.

[16] 谢正苗，李  静，王碧玲，等.基于地统计学和GIS的土壤和蔬菜重金属的环境质量评价[J].环境科学，2006，27（10）：742-747.

[17] 张庆利，史学正，黄  标，等.南京城郊蔬菜基地土壤有效态铅、锌、铜和镉的空间分异及其驱动因子研究[J].土壤，2005，37（1）：14-47.

[18] 赵彦锋，史学正，于东升，等.工业型城乡交错区农业土壤Cu、Zn、Pb和Cd的空间分布及影响因素研究[J].土壤学报， 2007，44（2）：227-234.

[19] 姚廷伸.川西平原农业经济自然区冲积性水稻土及粮食作物（小麦、大米）中化学元素背景值研究采样设计[J].四川师范大学学报（自然科学版），1987（S1）：1-67.

[20] 杨  菊，倪师军，彭  景.成都市大气总悬浮颗粒物（TSP）和PM10中重金属含量及分布特征[J].环境化学，2010，29（1）：143-145.endprint