武汉市新城区菜地土壤重金属含量状况及污染评价

2017-03-09郭翠英王素萍陈钢洪娟黄翔

湖北农业科学 2017年1期

郭翠英++王素萍++陈钢++洪娟++黄翔++杜雷++练志成

摘要：为了了解武汉市新城区蔬菜种植基地土壤重金属含量状况，对其主要种植区（黄陂区）的土壤进行了取样调查，测定土壤中As、Hg、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn 8种重金属的含量，以国家土壤环境质量二级标准作为基准值，采用单因子污染指数和内梅罗综合污染指数对其进行了评价。结果表明，黄陂区菜地各项土壤重金属含量变幅均较大；采用单因子污染指数法对调查区土壤进行评价，结果显示As、Cr、Pb、Zn均处于清洁水平，Cu、Ni、Cd、Hg的超标率依次为5.20%、0.58%、15.61%、2.90%，Hg和Cd的污染普遍性及污染程度都是最大的，评价指数分别达4.47和10.94；采用内梅罗综合指数法进行评价，结果显示调查区域有10.40%的土壤处于污染水平，大部分土壤处于清洁水平。对土壤重金属与pH进行了相关性分析，结果表明Ni、As含量与pH呈极显著正相关；Pb、Hg含量与pH呈极显著负相关。

关键词：菜地土壤；重金属；污染评价；武汉市城区

中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）01-0043-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.01.012

Analysis and Assessment on Heavy Metal Contents of Vegetable Plantation Soils in New Urban District of Wuhan

GUO Cui-ying1，2，WANG Su-ping2，CHEN Gang2，HONG Juan1，2，HUANG Xiang2，DU Lei2，LIAN Zhi-cheng2

（1.College of Resources and Environment，Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，China；

2.Institute of Crop Sciences，WAAST，Wuhan 430345，China）

Abstract： To understand the situation of heavy mental pollution in Wuhan vegetable soil， some soil samples were conducted in the main vegetable bases（Huangpi region） of Wuhan， the contents of As， Hg， Cd， Cr， Cu， Ni， Pb， Zn in soil were measured， and pollution risk was assessed by single cumulative index method and Nemerow pollution index method. The results showed that the variation range of the heavy metal content of vegetable plantation soils was large. The results of pollution risk evaluated by single cumulative index indicated that the contents of As， Cr， Pb and Zn were at the level of security， but Cu， Ni， Cd and Hg were higher than standard， the percentage was 5.20%，0.58%，15.61%，2.89% respectively， and pollution levels of Hg and Cd were the biggest， the evaluation index were 4.47 and 10.94. The results of pollution risk evaluated by Nemerow pollution index showed that， only 10.40% of the soil were in the pollution level， so， most soil of the vegetable plantation was safe level. In addition， Ni content and As content were significantly positively related with pH values in soil， Pb and Hg had negative relation with pH values.

Key words： vegetable soils； heavy metal； pollution assessment； new urbart district of Wuhan city

中國城市化和工业化进程不断加快，越来越多的污染物被排放到环境中，加上为追求高产造成的农用化学品的过量施用，均可导致重金属元素在土壤中不断积累[1]。由于蔬菜和农作物能从污染的土壤中吸收重金属，进而通过食物链进入人体[2，3]，从而影响人类健康[4]。国内曾系统地对北京[5]、上海[6]、广州[7]、天津[8]、长沙[9]、杭州[10]、重庆[11]、海口[12]等城市的菜地土壤重金属污染状况做了一系列调查研究工作，结果表明，中国部分城市的菜地土壤受到了不同程度和不同种类的重金属污染，其中，广州市菜地土壤重金属砷和铅的污染最为普遍，超标率分别达到了23%、41%[7]；长沙市郊区菜园土壤中镉和汞的污染较严重[9]；重庆市蔬菜基地环境质量总体较好，但是汞和镉等重金属出现不同程度的超标[11]。目前，对武汉市土壤重金属的研究主要集中在湖泊沉积物、工厂附近土壤、高新技术开发区周围土壤以及城市土壤[13-16]，但是对菜地土壤重金属的相关研究较少。

随着城市的扩大和居住人口的增多，蔬菜需求量日益增多，已有蔬菜基地复种指数越来越高，农用物资的投入也呈逐年递增趋势，新的蔬菜基地不断在建设。武汉市黄陂区是武汉市蔬菜种植面积最大的一个区，同时也是蔬菜产量最大的区域[17]。因此，对菜地土壤重金属污染状况的调查和评价很有必要，本研究以黄陂区为例，对该区域蔬菜生产基地的土壤重金属的污染情况进行调查，对该区域的农作物种植的安全生产以及区域规划具有重要的指导意义。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

黄陂区位于武汉市中心城区的北部，地理位置为北纬30°41′-31°22′，东经114°9′-114°37′。南北长104 km，东西宽55 km，总面积为2 261 km2。属亚热带季风气候，具有光照充足、雨量充沛等优点，是武汉市面积最大和人口最多的一个新城区[18]。

1.2 样点布设及采样方法

研究对象为黄陂区大型蔬菜种植基地，根据不同种植基地的种植面积，并兼顾布点的均匀性、科学性和代表性的原则，于2015年5月至8月对上季已收获下季尚未种植的28个蔬菜种植基地的耕作层土壤（0～20 cm）进行样品采集，共采得土壤样品173个。采用多点混合采样法，充分混合后采用“四分法”留取1 kg土壤，带回实验室风干，除去可见的植物残体和砾石，碾碎，过100目筛装袋，供化学分析用。

1.3 测定指标及方法

称取过0.149 mm（100目）筛的土壤样品，采用盐酸-硝酸水浴消解，利用AFS-9700原子荧光光度计测定As、Hg含量；用硝酸-氢氟酸-高氯酸消解，用ICP-MS测定Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn含量。

1.4 重金属污染评价

采用国家《土壤重金属污染评价标准》（GB 15618-1995）二级标准为评价基准值，应用单因子污染指数评价法和内梅罗综合污染指数法对蔬菜种植基地的重金属污染程度进行评价，评价标准见表1。

1.4.1 单因子污染指数评价法单因子污染指数是土壤环境质量评价的常见指标。其评价模式为：Pi=Ci/Si，Pi为土壤中污染物i的单项污染指数；Ci为污染物i的实测值；Si为污染物i的评价标准。Pi>1表示土壤受污染；Pi≤1表示土壤未受污染。Pi值越大，则受污染程度越严重，Pi≤1表示未污染；13表示重度污染。

1.4.2 内梅罗综合污染指数法内梅罗综合污染指数法是目前土壤环境质量评价的常用方法，在进行环境质量评价以及土壤污染程度的比较时具有较强的实用性，可以使不同污染物间和不同地域间环境质量的比较成为可能。综合污染指数法评价采用内梅罗公式计算。

P综=■

式中，P综为土壤污染综合指数；P为各污染物污染指数的算术平均值；Pimax为各污染物中最大污染指数。参照国家土壤环境质量标准，P综≤0.7表示安全；0.73表示重度污染。

2 结果与分析

2.1 黄陂区蔬菜种植基地土壤重金属含量状况

由表2可知，黄陂区蔬菜种植基地的土壤中重金属含量变化范围较大，As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn的含量范围分别为0.08～10.85、0.05～3.28、11.13～66.34、20.28～117.28、0.02～2.23、3.32～49.67、2.95～21.80、30.84～156.77 mg/kg，变异系数在31.13%～292.11%，其中Cd、Hg的变异系数较大，说明其分布的不均匀程度较高。土壤中重金属的平均含量与湖北省土壤背景值相比，Hg的平均含量超过背景值，Cu的平均含量接近背景值，As、Cd、Cr、Ni、Pb、Zn的平均含量低于背景值。其中所有采样点的As、Cr、Pb的含量均低于湖北省土壤背景值，Cd的含量高于背景值的样点数占总数的19.08%，Cu占总数的67.63%，Hg占总数的53.76%，Ni占总数的1.73%，Zn占总数的17.34%。Cd、Cu、Hg、Ni、Zn最大含量依次为相应背景值的19.07、3.82、27.88、1.33、1.88倍，说明Cd、Cu、Hg、Ni、Zn在土壤中有不同程度的积累，并且Cd、Hg积累的现象比较明显。

2.2 黄陂区蔬菜种植基地土壤重金属含量状况评价

2.2.1 单因子污染指数以国家土壤环境质量二级标准为评价基准值，采用单因子污染指数法对采样土壤进行评价，结果见表3，其中As、Cr、Pb、Zn均处于清洁水平，Cu、Ni、Cd、Hg有不同程度的重金属污染，Hg和Cd污染程度较大，单因子污染评价值高达4.47和10.94。Cu、Ni只有部分土样达到轻度污染水平，所占的比例分别为5.20%、0.58%；Cd在轻度污染、中度污染、重度污染水平都有分布，分别占样本总数的6.94%、4.62%、4.05%；Hg中度、重度污染水平皆有分布，分别占样本总数的1.16%、1.16%。总体来说，Cd无论从污染的普遍性还是污染的程度都是最大的。

2.2.2 内梅罗综合污染指数以国家土壤环境质量二级标准为评价基准值，采用内梅罗综合污染指数法对采样区土壤进行评价的结果见表4。该区土壤大部分处于警戒限以下，轻度、中度和重度污染都有分布。低于警戒限的土壤占样本总数的89.60%；处于轻度、中度、重度污染水平的土壤分别占样本总数的5.20%、1.73%、3.47%。采用该评价方法能综合表征土壤中多种重金属的污染水平，但是会突出高浓度重金属元素对总体重金属污染水平的影响。评价结果表明，大部分蔬菜种植基地土壤处于清洁水平，适宜健康蔬菜的生产。对于综合污染指数较高的土壤，可以先分析高浓度重金属，通过对高浓度重金属的改善来提高土壤的整体质量水平。

2.3 黄陂区蔬菜种植基地土壤重金属含量之间的相关性

根据相关性分析结果（表5），调查区土壤中Ni、Pb、As、Hg与pH间的相关性达极显著水平，其中Ni、As与pH呈极显著正相关，Pb、Hg与pH呈极显著负相关。对土壤重金属元素间进行相关性分析，可以判断土壤中重金属的来源是否相同，存在显著相关关系的元素来自相同来源的可能性较大[19]。分析8种重金属之间的相关性，结果显示，多种重金属之间的相关性达到显著或极显著水平，其中Cr与Cu、Zn、Pb、As呈极显著相关，Ni与Cu、Cd、Pb呈极显著相关，Zn与Pb、As呈极显著相关，Pb与As呈显著相关，说明土壤中Cu、Zn、Pb、As元素可能有相同的来源。

3 结论

调查区域菜地土壤As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn含量范围较大，依次为0.08～10.85、0.05～3.28、11.13～66.34、20.28～117.28、0.02～2.23、3.32～49.67、2.95～21.8、30.84～156.77 mg/kg。其中，Cd、Hg的变异系数较大，说明其分布的不均匀程度较高，可能是存在外源污染造成的。

將测定结果与湖北省土壤背景值进行比较，并以国家土壤环境质量二级标准为基准值评价其单因子污染指数，表明土壤的As、Cr、Pb、Zn的含量水平皆处于警戒限下，Hg、Cd、Cu、Ni都存在不同程度的超标现象，其中Cd、Hg的超标现象较为严重。由于采样区域周围没有大型的工厂等其他明显的污染源，分析Hg超标的现象可能是由于长期使用含汞的肥料或农药造成的[20]。由于磷肥的生产原料磷矿石含有Cd等重金属，以及肥料生产工艺流程的污染，磷肥中常含有重金属元素等副成分，菜地土壤Cd超标可能与长期超量施用磷肥有关[21]。另外，针对本研究区域土壤中Hg超标的现象，可以通过施石灰、硫酸亚铁等方法来调节土壤的pH进行改善。

采用内梅罗综合污染指数法对采样区土壤进行评价，结果表明，低于警戒限的土壤占样本总数的89.60%，处于污染水平的土壤占样本总数的10.40%，且其中5.20%的土壤处于轻污染水平，对于5.20%的中度、重度重金属污染区域，必须采用合理的措施进行改善，从而为蔬菜的生产提供健康的环境。由于本评价以国家土壤环境质量评价二级标准为基准值，评价要求较低，对于生产绿色蔬菜的种植基地，需以更加严格的标准进行评价。

通过土壤中8种重金属及pH的相关性分析，表明Ni、Pb、As、Hg与pH的相关性达极显著水平，其中Ni、As与pH呈极显著正相关，Pb、Hg与pH呈极显著负相关。本研究与翟琨等[22]对恩施市蔬菜基地土壤重金属的研究土壤中Hg含量与pH呈显著负相关一致。此外，多种重金属之间也存在一定的相关性，这与姚春霞等[23]对上海市浦东新区蔬菜地土壤重金属的研究结论Cd、Zn、Cu、Pb、Hg、As相互之间统计检验相关性达极显著水平基本一致。

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