路桥主要菜地土壤重金属环境质量与评价

2016-12-07冯先橘张伟清王天玉姚周麟平新亮

浙江农业科学 2016年5期

关键词：样点土壤环境重金属

冯先橘，林媚，张伟清，王天玉，姚周麟，平新亮

（浙江省柑橘研究所，浙江黄岩 318026）

路桥主要菜地土壤重金属环境质量与评价

冯先橘，林媚，张伟清，王天玉，姚周麟，平新亮

（浙江省柑橘研究所，浙江黄岩 318026）

对路桥区主要蔬菜种植地的83个土壤样点进行取样调查，分析土壤重金属含量，并采用4种不同的评价标准对其环境风险进行评价。结果表明，路桥区主要蔬菜种植生产基地土壤无严重重金属污染现象，能满足国家土壤环境质量二级标准，符合国家对无公害食品和绿色食品蔬菜生产产地的基本要求。以温黄平原土壤环境背景值上限为参考标准，从单因子污染指数均值来看，各重金属元素污染的风险程度依次为Zn＞Cu＞As＞Cr＞Pb=Ni＞Hg＞Cd；从污染等级来看，Cu，Cr处于安全警戒状态的占80%以上，近1/3土壤的Zn，As处于轻污染状态；从综合污染指数来看，高达93.98%的土壤都处在安全警戒状态，6.02%的样点（5个样点）土壤属于轻微污染，无一样点属于清洁安全级别。

土壤重金属；环境质量；评价；菜地

土壤重金属污染不像大气污染和水污染那样“看得见、摸得着”，具有不可逆性、高毒性、持久性和生物蓄积性。一旦农业用地土壤被污染，会导致农作物中重金属的蓄积，并最终转移到人体，严重危害人体健康［1］。近几年，土壤重金属污染问题越来越突出，严重威胁着人民群众的生命安全和健康，发生在路桥区上陶村的 “血铅事件”更是为环境安全问题敲响了警钟。菜地是一类利用强度大、投入产出高、受人类活动影响大的农业土壤。为此，本研究拟对路桥区主要蔬菜种植地的土壤重金属进行调查和风险评价。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

金清镇、蓬街镇是路桥区的主要蔬菜种植地，地处浙江温黄平原东部，东临东海，拥有丰富的滨海资源，现已发展成为笋菜、西兰花、茄子生产基地。该区域的蔬菜种植时间较长，复种指数高，土地规模化、集约化经营程度亦较高。

1.2 样品采集与检测方法

1.2.1 样品采集

依据农户、地块及作物种类等信息，结合当地地形、地貌特征，按照《农田土壤环境质量监测技术规范》（NY/T395—2012），采用GPS定位采集土壤耕层样品，同时记录样品种植信息。本次采集的样品共83个，其中，西兰花地样品26个、茄子地样品24个、莴苣地样品18个、笋菜地样品15个。采用木铲采样，采样深度20cm。带回实验室风干，磨碎，分别过2和0.149mm筛，备用待测。

1.2.2 检测方法

根据相关国家和行业标准规定，参照GB/T 17137—1997， GB/T 17138—1997， GB/T 17139—1997，GB/T17141—1997分别测定土壤中的Cr，Cu，Zn，Ni，Pb，Cd含量。土样经盐酸-硝酸-高氯酸消解后，石墨炉原子吸收分光光度法测定。参照GB/T22105.1—2008和GB/T 22105.2—2008中规定方法测定土壤总 As和总Hg含量。pH采用玻璃电极法测定（土水质量比为1.0：2.5）。检测过程中，以土壤成分分析标准物质GSS-1，GSS-2，GSS-4作为重金属检测的质控样，以ASA-2a和ASA-4a作为土壤阳离子交换量检测的质控样。

1.3 土壤重金属评价标准与方法

本研究采用国家土壤环境质量二级标准值（GB15618—1995）、浙江温黄平原土壤环境背景值［2］和蔬菜种植产地环境质量要求（NY5010—2002无公害食品蔬菜产地环境条件和NY/T391—2013绿色食品产地环境质量）限值作为评价标准，各参考值列于表1。评价方法及分级标准参照NY/ T395—2012农田土壤环境质量监测技术规范推荐的单项污染指数法和综合污染指数法进行。

表1 温黄平原土壤环境背景值及土壤重金属限量标准 mg·kg-1

1.3.1 单项污染指数法

单因子污染指数评价法计算公式：

式中：Pi为土壤中污染物i的环境质量指数；Ci为污染物的实测浓度；Si为污染物i的评价标准。具体分级指标为：Pi≤0.7，土壤环境质量处于清洁安全状态；0.7＜Pi≤1.0，土壤重金属含量没有超标，土壤环境质量尚清洁，作物生长发育正常，对人体健康无害，但土壤重金属污染已处于安全警戒状态；Pi＞1.0，土壤重金属含量超标污染，对作物的生长发育有影响，并可能通过食物链进而影响人体健康，其中，1.0＜Pi≤2.0为轻度污染，2.0＜Pi≤3.0为中度污染，Pi≥3.0为重度污染。

1.3.2 综合污染指数法

综合污染指数的计算方法有多种，本文采用内梅罗（Nemerow）污染指数法。内梅罗污染指数可反映各污染物对土壤环境的不同作用，同时突出高浓度污染物对土壤环境质量的影响，其计算公式：

式中：Pn为土壤污染综合指数；Pimax为土壤污染物中最大的污染分指数；Pi为各污染分指数的算术平均数。具体分级指标与单因子污染指数评价法相同。

2 结果与分析

2.1 土壤pH值和阳离子交换量

不同pH值的土壤有不同的重金属限值标准，分析测定土壤pH值，是对土壤重金属环境质量进行分类评价的基础。本研究共采集土壤样品83份，其中，pH值＞7.5的有69份，在6.5～7.5的有9份，＜6.5的只有5份，中、酸性土壤的样品均来自于设施栽培的茄子种植地，这可能是因为长期的设施栽培容易造成土壤酸化［3-4］。

有些标准限值，如土壤环境质量标准中的铬、砷和无公害食品标准的所有限值，受阳离子交换量的影响。若土壤阳离子交换量≤5cmol·kg-1，其限值将是表1规定限值的1/2。在本调查中，所有样品经检测，阳离子交换量均＞5cmol·kg-1，故均不受此影响。

2.2 土壤重金属含量状况

从表2可以看出，本研究所采集土壤样品的重金属含量水平分别为：Hg0.062～0.200mg·kg-1，As4.3～14.3mg·kg-1，Cd0.055～0.251mg· kg-1，Pb9.8～48.7mg·kg-1，Cr58～108mg· kg-1，Cu24.5～56.6mg·kg-1，Ni24.1～45.1mg· kg-1，Zn79～159mg·kg-1。参照国家土壤环境质量二级标准，以及无公害食品和绿色食品生产要求，所有采样点土壤Hg，As，Cd，Pb，Cr，Zn均未超标，Cu，Ni由于受pH的影响，不能直观看出其是否超出要求。对照温黄平原土壤环境背景值，除Ni外，其他重金属在所测样品中均有部分超出温黄平原土壤环境背景值上限。

从变异系数来看，Hg，Cd的变异系数最大，达30%以上，说明土壤中Hg，Cd受外界干扰影响明显，空间分布差异较大，这种差异很大程度上可归结于耕作方法、管理措施、种植制度、人为污染等人类活动的影响；Cr，Cu，Ni，Zn的变异系数较小，均小于16%，空间分布较为均匀，在该区的来源可能具有同源性。

表2 土壤样品重金属含量情况

2.3 土壤环境质量评价

各采样点的重金属单因子污染指数和综合污染指数汇总于表3。参照国家土壤环境质量二级标准值，无论从单因子污染指数还是从综合污染指数来看，所有采样点的土壤重金属状况都符合标准要求，即所采集的土壤样品适用于一般农田、蔬菜地生产，土壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污染，且大部分的土壤样品都处于尚清洁水平。

表3 土壤重金属单因子污染指数和综合污染指数（n=83）

从食品生产的安全角度考虑，以 NY5010—2002为评价标准，所有样点的土壤重金属强制性指标均满足要求。除了2个采样点的Cd处于尚清洁水平外，其他所有样点所调查重金属从单因子污染指数来看，都属于清洁安全状态。以 NY/T 391—2013为评价标准，所调查土壤样品全部符合要求。随着绿色食品标准中重金属限量要求的提高，以单因子污染指数法评价时，Pb，Cr，Cu分别有37，36，12个样点，Hg，As，Cd分别有1， 1，2个样点土壤处于安全警戒状态。以综合污染指数进行评价时，有20个样点处于警戒状态。

以温黄平原土壤环境背景值上限为参考标准时，从单因子污染指数均值来看，污染的风险程度是Zn＞Cu＞As＞Cr＞Pb=Ni＞Hg＞Cd。Cu，Cr处于安全警戒状态的占80%以上，Ni，Zn，Pb处于安全警戒状态的也达60%以上，近1/3土壤的Zn，As处于轻污染状态。除Ni外，供试土壤均有部分样品的某一种或某几种重金属含量超出温黄地区土壤环境背景值上限。从综合污染指数来看，高达93.98%的土壤样品都处在安全警戒状态，6.02%的样点（5个点）的土壤样品属于轻度污染，没有一个样点属于清洁安全状态。

3 小结与讨论

本调查表明，路桥区主要蔬菜种植生产基地土壤无严重重金属污染现象，能满足国家土壤环境质量二级标准，符合国家对蔬菜生产产地的基本要求。按台州市菜篮子工程建设 “十二五”规划，要从源头保障蔬菜供应，为台州市民提供安全可靠的无公害蔬菜。不考虑水、气等环境条件，仅从土壤重金属一项来看，本调查所涉及样点均可打造成安全可靠的菜园子。

本文采用4种标准对调查样品的土壤重金属环境质量与污染风险进行评价，主要是由于评价的目的并不相同。以国家土壤环境质量二级标准进行评价，可用来描述该地区是否存在重金属污染；以无公害食品蔬菜产地环境条件和绿色食品产地环境质量这两种标准进行评价，可用来描述该地区是否符合食品安全生产要求：但这三者均不考虑土壤母质的影响，因此土壤中的重金属是来自土壤本身还是外源物质并不清楚。以当地土壤环境背景值为标准，其评价结果可指征外源重金属的影响。在本研究中，以浙江温黄地区土壤环境背景值为标准进行评价，除Ni外，其他所查重金属元素在供试样品中均有不同程度的超标；从综合污染指数来看，高达93.98%的土壤样品都于安全警戒状态，已有6.02%的样点（5个点）的土壤属于轻度污染，没有一个样点属于清洁安全状态。近1/3土壤的Zn，As属于轻度污染，Cu，Cr处于安全警戒状态的占80%以上。汪庆华等［2］研究表明，温黄平原区与杭嘉湖、宁绍平原区相比，Cr，Cu，Ni，Pb，Zn等绝大多数元素背景均值偏高，这与本研究中这5种重金属多处于安全警戒状态的结论是一致的。As在本调查中属于变异系数较大，且轻污染率较高的重金属，这可能是由于蔬菜地常施用含As的杀虫剂、杀菌剂、除草剂等，易造成土壤 As累积［5］。在本调查中，大多数的土壤Hg处于清洁安全状态，而4个Hg含量处于轻度污染状态的土壤样品均来自于中酸性土壤，而且均来源于设施栽培地。这一现象应引起足够注意。

总体来看，施用含重金属元素过高的农用化肥、有机肥，污水灌溉是土壤重金属超标的不可忽视的原因［6-9］。污泥、垃圾等固体废弃物的农业化利用，也在一定程度上提高了农田土壤的环境风险，并成为菜地土壤重金属含量升高的重要原因［10-11］。尽管目前研究区域土壤重金属环境质量尚符合国家对蔬菜生产产地的基本要求，但应充分认识到其潜在的风险，尽早探明重金属来源，及早防治，防患于未然。

［1］ CHENGZ，LEEL，DAYANS，etal.Speciationofheavy metalsingardensoils：evidencesfromselectiveandsequential chemicalleaching［J］.JournalofSoils&Sediments，2011，11：628-638.

［2］汪庆华，董岩翔，周国华，等.浙江省土壤地球化学基准值与环境背景值［J］.生态与农村环境学报，2007，23（2）：81-88.

［3］朱余清，王军，崔素兰.不同使用年限蔬菜大棚土壤盐渍化程度及其改良措施［J］.江苏农业科学，2011，39（5）：482-485.

［4］史春余，张夫道，张俊清，等.长期施肥条件下设施蔬菜地土壤养分变化研究［J］.植物营养与肥料学报，2003，9（4）：437-441.

［5］曾希柏，苏世鸣，吴翠霞，等.农田土壤中砷的来源及调控研究与展望［J］.中国农业科技导报，2014，16（2）：85-91.

［6］熊礼明.施肥与植物的重金属吸收［J］.农业环境科学学报，1993（5）：217-222.

［7］高强，刘淑霞，王宇，等.施肥对农业生态环境的影响［J］.吉林农业大学学报，2000，22（专辑）：106-112.

［8］韩晋仙，马建华，魏林衡.污灌对潮土重金属含量及分布的影响—以开封市化肥河污灌区为例［J］.土壤，2006，38（3）：292-297.

［9］董騄睿，胡文友，黄标，等.南京沿江典型蔬菜生产系统土壤重金属异常的源解析［J］.土壤学报，2014，51（6）：1251-1261.

［10］杨军，郭广慧，陈同斌，等.中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势［J］.环境科学学报，2003，23（5）：561-569.

［11］金燕，李艳霞，陈同斌，等.污泥及其复合肥对蔬菜产量及重金属积累的影响［J］.植物营养与肥料学报，2002，8（3）：288-291.

（责任编辑：高峻）

X825