黄岩主要菜地土壤重金属环境质量特征分析

2017-04-18冯先橘温明霞张伟清平新亮王天玉姚周麟

浙江农业科学 2017年3期

关键词：样点重金属蔬菜

冯先橘，林媚，温明霞，张伟清，平新亮，王天玉，姚周麟

(浙江省柑橘研究所，浙江黄岩 318026)

黄岩主要菜地土壤重金属环境质量特征分析

冯先橘，林媚，温明霞，张伟清，平新亮，王天玉，姚周麟

(浙江省柑橘研究所，浙江黄岩 318026)

对黄岩区主要蔬菜种植地的70个样点土壤重金属进行调查取样分析，采用2种评价标准、方法进行风险评价。结果表明，以国家土壤环境质量二级土为标准时，绝大多数土壤满足标准；以综合污染指数法评价时，有近40%样点的土壤处于警戒状态。以温黄平原土壤元素背景值上限为参考标准，从单因子污染指数均值来看，污染风险程度依次为Pb>Hg>Zn>Cr>Cd>Cu>As>Ni。除As、Ni整体处于安全清洁水平外，土壤中其他6种重金属均存在轻污染。从综合污染指数来看，近3/4的土壤都处在轻污染级别，仅2个点的土壤属于清洁安全。3个区域来源的土壤上8种重金属元素含量均有极显著差异(P<0.01)。土壤中Hg、As、Cu、Cr、Ni含量与土壤中有机质、全氮、有效磷、速效钾含量有一定相关性，而Cd、Pb、Zn含量与土壤中的有效养分基本上无相关性。Cd、Pb、Zn之间有显著或低度的相关性，As、Cu、Cr、Ni、Hg之间有显著或低度相关性。

土壤重金属；环境质量；评价；肥力；相关性

近年来，“舌尖上的安全”成为公众最为关注的话题。“镉大米”、重金属蔬菜等诸多食品安全事件让人们意识到，我们赖以生存的土壤已经受到污染，有害物质已经随着粮食、蔬菜被“端上”餐桌。土壤重金属污染不同于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。一旦农业用地被污染，会导致蔬菜中重金属的蓄积，并最终转移到人体中，严重危害人体健康[1]。蔬菜产业是黄岩农业中的第一大产业。菜地是利用强度大、投入和产出高、受人类活动影响大的一类农业土壤。为此，特针对该区主要蔬菜种植地的土壤重金属情况开展调查分析和污染特征评价，以期建立起相应的预警机制。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

黄岩区位于浙江中部沿海，气候温和，雨量充沛，属中亚热带润湿气候地区。年平均气温17 ℃，极端最低温-6.8 ℃，极端最高温38.1 ℃，年无霜期259 d，年降雨量1 675.8 mm，年日照1 955 h。近年来，黄岩区紧抓种植结构调整，蔬菜产业成为黄岩农业中的第一大产业。在“树名牌、创特色、扬优势”的指导思想下，以市场为导向，大力发展设施型蔬菜，充分发挥当地各种资源优势，扬长避短，形成了一批规模较大、有一定市场竞争力的区域化特色商品蔬菜生产基地，如新前、头陀茭白基地，院桥大棚番茄基地，宁溪红茄基地。

1.2 样品采集与检测方法

1.2.1 样品采集

依据不同农户、不同地块及不同作物种类等信息，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/T 395—2012)，采用GPS定位，采集土壤耕层样品，同时记录样品种植信息。本次采集的区域共分3块：以宁溪红茄为代表的18个样点，以院桥番茄为代表的20个样点，以头陀、新前茭白为代表的32个样点。于作物成熟采收后取样，采用木铲采样，采样深度0～20 cm，带回实验室风干，磨成1 mm和0.149 mm粉末待测。

1.2.2 检测方法

参照GB/T 17137、GB/T 17138、GB/T 17139、GB/T 17141，测定土壤中的铬(Cr)、铜(Cu)、锌(Zn)、镍(Ni)、铅(Pb)、镉(Cd)。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/T 22105.1和GB/T 22105.2测定总砷(As)和总汞(Hg)。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。土壤pH值用水浸提电位法测定，有机质用重铬酸钾容量法测定，全氮用半微量凯氏法测定，有效磷采用氟化铵- 盐酸浸提比色法(酸性土)测定，速效钾用醋酸铵浸提原子吸收火焰光度法测定。

1.3 土壤重金属评价标准与方法

采用国家土壤环境质量二级标准值(GB 15618—1995)和浙江温黄平原土壤元素背景值上限[2]作为本研究的重金属限值。评价方法及分级标准参照国家农业行业标准《农田环境质量检测技术规范》推荐的单项污染指数法和综合污染指数法。

1.4 数据处理

数据分析采用Excel 2010、DPS v9.5软件进行方差分析，对有显著(P<0.05)差异的处理，采用Turkey法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 土壤重金属含量

从表1可以看出，采样点的土壤重金属含量水平分别为：Cd 0.089～0.362 mg·kg-1，Hg 0.097～0.385 mg·kg-1，As 2.6～11.0 mg·kg-1，Cu 13.3～63.0 mg·kg-1，Pb 29.9～100.7 mg·kg-1，Cr 58～118 mg·kg-1，Zn 78～213 mg·kg-1，Ni 11.7～35.6 mg·kg-1。从变异系数来看，Hg、Cu、Ni变异系数较大，达35%以上，说明受外界干扰比较明显。其他重金属元素含量的变异系数相对较小，受外界因素干扰较小。

2.2 土壤环境质量评价

本次调查样点的土壤pH值均小于5.5，属强酸性土壤。参照国家土壤环境质量二级土标准(pH<6.5)，污染的风险程度是Hg(0.63)>Zn(0.61)>Cd(0.57)>Cu(0.56)>Ni(0.52)>Cr(0.50)>Pb(0.22)>As(0.18)。从单因子污染指数来看(表2)，所有样点的As、Pb、Cr、Ni含量全部低于二级土的要求限值，而Cd、Hg、Cu、Zn均有不同程度的超标，其中：Hg超标的样点最多，有7处，主要集中在新前头陀、院桥两地；Cu超标的样点有5处，主要集中在院桥；Cd、Zn超标样点各1处(表3)。全部超标样点合计14处，没有一处有2种以上的重金属超标，合计超标率20%。以综合污染指数法进行评价时，有近40%样点的土壤处于警戒状态。以温黄平原土壤元素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Pb(1.28)>Hg(1.05)>Zn(0.99)>Cr(0.76)>Cd(0.74)>Cu(0.67)>As(0.48)>Ni(0.45)。对于As、Ni而言，95%以上的土壤处于安全清洁的水平，其他6种重金属均有不同程度的轻污染，2/3以上的土壤Pb处在轻污染状态，40%以上的Hg、Zn处于轻污染，还有1/3以上的土壤Cd、Hg、Cr、Zn处在安全警戒状态(表2)。Hg超标的土壤集中在新前、头陀、院桥，Zn超标的土壤集中在宁溪和院桥，宁溪和院桥Pb全部超标，头陀、新前近1/2的土壤Pb超标(表3)。从综合污染指数来看(表2)，近3/4的土壤都处在轻污染级别，仅2个点的土壤属于清洁安全。

表1 土壤重金属含量统计结果 mg·kg-1

表2 土壤重金属单因子污染指数和综合污染指数

表3 土壤重金属含量超标状况

2.3 不同区域土壤的重金属特征分析

对比不同区域来源土壤主要肥力指标(表4)和重金属含量(表5)，三地间的土壤全氮、有效磷、速效钾含量差异极显著，有机质含量差异显著，8种重金属元素含量均有极显著差异。院桥样点土壤的全氮、有效磷、速效钾含量在三地中最高，且Hg、As、Cu、Cr、Ni含量亦为三地中最高；宁溪样点土壤的Cd、Pb、Zn含量在三地中最高，而Hg、Cr含量最低；头陀、新前样地土壤除Hg含量较高外，其他重金属元素含量总体较低。

表4 不同区域土壤的主要肥力指标

注：同列数据后无相同大、小写字母的分别表示差异极显著(P<0.01)与显著(P<0.05)，表5同。

表5 不同区域土壤的重金属含量 mg·kg-1

2.4 相关性分析

2.4.1 土壤主要肥力指标与重金属含量的相关性

从表6可以看出，在本研究条件下，土壤pH与土壤中的重金属含量基本上没有相关性。有机质与土壤Hg中度相关，与Zn有一定的负相关。全氮与各重金属间的相关性同有机质的情况相似。有效磷与Cu中度相关，与As、Cr、Ni有一定的相关性。速效钾与As、Cu、Cr、Ni都有中度相关性，与Hg有低度相关性。Cd、Pb与土壤有机质、氮、磷、钾都没有相关性。Hg、As、Cu、Cr、Ni与土壤中全氮、有效磷、速效钾有一定相关性，尤以与速效钾、有效磷的相关性较高。Cd、Pb、Zn与土壤中的有效养分基本上无相关性。

由此可见，土壤的肥力状况与土壤中大部分重金属元素的含量有一定的相关性。施肥状况、耕作、管理措施、种植制度等人为活动可在一定程度上影响土壤中重金属的环境质量。

表6 土壤主要肥力指标与重金属含量间的相关性

2.4.2 土壤重金属间的相关性

从表6可以看出，Cr、Ni间有极显著的相关性，结合Cr、Ni在各样地的含量及环境质量级别分析可知，这2类金属有极相似的地域表现。Cr与As、Cu有中度相关性；Cu与Cr、Ni、Zn、As间有中度相关性，与Hg有低度相关性；Cd与Pb、Zn有中度相关性；As与Cu、Cr、Ni有中度相关性，与Hg有一定的相关性。Cd、Pb、Zn间有中度或低度的相关性，与土壤的施肥状况基本上无相关性。从表4～5可以看出，宁溪样点土壤中的Cd、Pb、Zn含量均最高，而主要肥力指标却最低，表明Cd、Pb、Zn可能主要受成土母质的影响，受土壤肥力影响较小。

3 小结与讨论

本调查表明，黄岩区绝大多数蔬菜样点的土壤符合国家土壤环境质量二级标准，所有样点的As、Pb、Cr、Ni含量均低于二级土的限量要求，而Cd、Hg、Cu、Zn均有不同程度的超标，以Hg含量超标10%的样点最多。根据GB 15618—1995不同酸碱性土壤的要求，除As外，其他重金属的限值要求随pH值的降低而提高。目前，我国判定土壤重金属的环境质量主要依据标准是GB 15618—1995，自实施以来，该标准未曾进行过修订。GB 15618—2008征求意见稿实施中增加了pH≤5.5的土壤限值标准，若按此实施的话，土壤中所有重金属的限量标准比原标准(pH<6.5)还要高，本次调查的所有土壤均属强酸性，土壤重金属超标的情况可能还要严重。因此，土壤的酸化问题应尽早引起注意。在受重金属污染的土壤中，施用氢氧化钙、碳酸钙和硅酸钙等石灰性物质可以提高土壤pH值，有效降低重金属活性。

高于二级土限值标准的土壤具有污染危害的可能性，但是否有实际污染危害，尚需进一步调研确定。不同作物、不同部位对重金属的富集能力是不同的[3- 4]。钱建平等[4]对不同蔬菜对Hg的富集特征进行研究，结果表明不同蔬菜对Hg的富集能力是不同的：叶菜类>瓜果类。同一菜种植株的不同部分对Hg的富集能力也不相同。叶菜类植物Hg含量分布为叶>根>茎，而瓜果类植物Hg含量分布为根>茎、叶>果。在实际生产中，特别是轻污染土壤，可根据土壤中的重金属含量进行蔬菜品种的调整，并建议进行长期、连续的监测，建立相应的预警机制。

土壤重金属含量主要受成土母质和成土过程的影响，也受外来污染物影响，如工农业生产、含重金属废弃物的排放以及大气沉降等[5- 12]。以自然背景值为标准，其评价结果可指征外源重金属污染的程度大小。农业用地的外源重金属污染主要受耕作、管理措施、种植制度等人为活动的影响。施用含重金属元素过高的农用化肥、有机肥是引起土壤重金属超标的不可忽视的原因[8- 12]。本次受调查的土壤主要养分指标与重金属间的相关性分析表明，Hg、As、Cu、Cr、Ni与土壤中全氮、有效磷、速效钾有一定相关性，尤以与速效钾、有效磷的相关性较高。Cd、Pb、Zn与土壤中的有效养分基本上无相关性。头陀、新前的土壤有机质总体水平最高，土壤Hg超标的也最多，院桥的有机质含量次之，Hg超标情况亦次之。院桥的全氮、有效磷、速效钾均在三地中最高，Hg、As、Cu、Cr、Ni含量亦为三地中最高，且Hg、Cu、Ni的变异系数较大，反映出土壤重金属含量在一定程度上受到了施肥状况的影响。施用过多的钾肥、磷肥，不仅提高种植成本，还易引起土壤酸化，增强重金属的活性，造成土壤污染；对蔬菜施用含砷的杀虫剂、杀菌剂、除草剂等易造成土壤砷累积[13]；此外，污水灌溉、污泥、垃圾等固体废弃物的农业利用，也在一定程度上提高了农田土壤的环境质量风险，并成为菜地土壤重金属含量增高的重要原因[14- 16]。

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