长沙和株洲地区葡萄园土壤重金属含量分析及污染评价

杨 玉，尹春峰，汤佳乐，张 平，徐 海，程小梅，童雄才

（1. 湖南省农业科学院园艺研究所，湖南 长沙410125；2. 国家农业部华中地区果树科学观测站，湖南 长沙410125；3. 长沙时鲜水果工程技术研究中心，湖南 长沙410125；4.湖南省农业科学院，湖南 长沙410125）

长沙和株洲地区葡萄园土壤重金属含量分析及污染评价

杨 玉1,2,3，尹春峰1,2，汤佳乐1,2，张 平1,2，徐 海1,2,3，程小梅1,2，童雄才4

（1. 湖南省农业科学院园艺研究所，湖南 长沙410125；2. 国家农业部华中地区果树科学观测站，湖南 长沙410125；3. 长沙时鲜水果工程技术研究中心，湖南 长沙410125；4.湖南省农业科学院，湖南 长沙410125）

通过采样长沙、株洲地区12个观光采摘葡萄园的土壤（0～20 cm和20～40 cm），按照土壤环境质量二级标准和绿色食品产地环境质量标准，用单因子指数法和内梅罗综合污染指数法对土壤重金属铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）、砷（As）和铬（Cr）污染的状况进行了评价和影响因子分析。结果表明，0～20 cm土层土壤重金属含量均高于20～40 cm土层土壤；除As、Pb达标外， Cd、Hg和Cr有不同程度污染，重金属元素污染程度依次为Cd＞Cr＞Hg＞As＞Pb；有17%的果园综合污染指数＜1，达到无公害果园标准，50%的果园达到轻度污染水平，中度和重度果园污染的达到33%；所有的果园重金属综合污染都达到绿色食品土壤警戒线标准及以上；在表层土壤中，重金属元素之间具有正相关关系，其中Pb与As、Cr显著相关，与Cd、Hg呈极显著相关，表明它们之间同源性很高，可能来自同一污染源；葡萄果实对重金属的吸收累积较少，果品均可达到国家食品安全标准，可作为重金属轻度污染农田农业产业结构调整的备选品种。

葡萄园；土壤；重金属；同源性；污染评价

近年来，湖南省的葡萄种植面积一直呈上升趋势。2015年，湖南省葡萄种植面积约为251 400 hm2、产量175 981 t，分别较2014年增长7.2%和10.9%。目前，有较多的葡萄种植园分布在城市周边，主要发展休闲农业，供游客观光采摘。长沙和株洲作为湖南省的大城市，城郊观光葡萄采摘园众多。对这些葡萄园的土壤重金属含量进行分析及污染评价，对保障食品安全具有重要意义，还可为建立绿色葡萄基地提供参考，有利于推动湖南葡萄产业持续健康发展。

目前，湖南开展了对湘江沿岸、洞庭湖湿地及株州、湘潭地区的湿地及农田的土壤污染研究[1-4]，这些地区都不同程度受到镉（Cd）的污染。针对果园土壤环境质量开展的土壤重金属污染和评价研究在国内也有相关报道，沈秋光[5]对上海果园土壤重金属污染进行了研究，认为铬（Cr）、汞（Hg）为果园土壤污染的主要元素。汤民等[6]研究的重庆金果园中枇杷、葡萄、桃园受到Cd的污染。郑国璋等[7]发现洛川苹果园地土壤重金属砷（As）污染程度较高，超过绿色食品产地土壤污染警戒线。贺灵等[8]研究赣南脐橙种植区后，得出As、Cd、Cr、铜（Cu）、铅（Pb）有不同程度超标。刘子龙等[9]对石河子葡萄主产区果园土壤环境质量研究后得出符合无公害葡萄产地土壤环境质量标准。潘佳颖等[10]研究贺兰山东麓葡萄主产区土壤重金属后，发现镍（Ni）、Cu和Cr达到轻度污染水平。湖南观光采摘的葡萄园的土壤情况尚无人进行研究。笔者按照无公害农产品产地环境评价准则针对土壤的严格控制指标Pb、Cd、As、Cr和Hg，对长沙、株洲观光采摘的葡萄园的5种重金属的含量分上层土和下层土开展研究，分别按土壤环境质量二级标准、绿色食品产地环境土壤标准，应用单因子污染指数和综合污染指数法，探讨湖南葡萄园污染情况及潜在风险，研究土壤重金属之间的相关性，分析果园土壤重金属污染的影响因子，为湖南省果园土壤环境质量评估和葡萄创无公害和绿色食品园区提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集与分析

样品采自长沙县、浏阳、望城、株洲12个以种植夏黑品种为主的连片观光葡萄采摘园，按照“等量”和“多点混合”的原则，采取随机分块5点对角线法取样。用“S”形法取土（0～20 cm为上层土；20～40 cm为下层土），每个果园取8～10个点，按上层土、下层土分开，充分混匀后，按4分法，每份样品留取1 kg，装入标记序号的塑封袋中，带回实验室经自然风干，木棒压磨，去掉砾石、植物残体和其它杂物，过孔径0.147 mm尼龙筛，混合均匀，装袋备测。按照GB/T17138、GB/T17141中的方法，进行样品预处理和含量测定。采用原子荧光法分析Hg和As，石墨炉原子吸收分光光度法分析Cr、Cd和Pb，土壤pH采用Orion酸度计测定。

1.2 数据处理与统计分析

采用DPS 9.5和Excel 2007软件进行数据处理与统计分析。参考《中华人民共和国土壤环境质量标准》（GB 15618）[11]和绿色食品产地环境质量标准中对重金属含量的规定标准值（见表1），对研究区葡萄园土壤重金属含量进行分析。运用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法分析后，根据污染等级分级标准[2]（见表2），对土壤重金属污染风险进行评价。

表1土壤分析标准（mg/kg）

表2基于污染指数的土壤重金属污染等级分级标准

单因子指数法的计算公式[2]：

式中，Pi为单项污染指数，Ci为监测点重金属污染物的实测值，Si为重金属污染物的评价标准值。

内梅罗综合污染指数法计算式为[2]：

式中，P综为土壤综合污染指数，Pimax为样品i单项污染指数的最大值；Piave为样品i单项污染指数的平均值。

2 结果与分析

2.1 葡萄园土壤上、下层土重金属含量比较

根据葡萄园上、下层土壤中pH值及Pb、Cd、Hg、As、Cr含量测定结果，上层土壤（0～20 cm）5种重金属含量均值都高于下层土壤（20～40 cm）（见表3）。说明土壤的重金属除了来自成土母岩，受人为耕作或其他外来因素影响很大。上、下层土壤Cd标准差为0.55、0.45，接近平均值0.81、0.66，与平均值相加都超过了土壤环境质量二级标准标准限度，说明Cd的污染风险很大。

表3土壤重金属元素含量（mg/kg）

2.2 土壤单项污染指数分析评价

以土壤环境质量二级标准即无公害农产品产地环境要求标准进行单项污染指数法分析（见图1），Pb、As所有果园土壤指数＜1，达到无公害农产品产地环境要求，其他重金属元素都有不同程度的污染。Cd只有8%的果园达标，有4个果园达到轻度污染等级，占33%；25%的果园受到中度污染，33%的果园受到重度污染。Hg和Cr均有83%的果园达标，有17%的果园受到轻度污染。土壤各重金属元素污染程度依次为Cd＞Cr＞Hg＞As＞Pb。

图1葡萄园土壤单项污染指数分析图

以绿色食品土壤标准（见表1）进行单项污染指数法分析（见图2），Pb、Cd、Hg、As、Cr指数＜1的分别占到33%、8%、67%、92%、67%。土壤各重金属元素污染程度依次为Cd＞Pb＞Cr＞Hg＞As。值得一提的是Pb，按无公害食品土壤标准是达标的，但是按绿色食品土壤标准衡量，有67%不达标。要创绿色食品标志产品，除了需注意Cd、Cr、Hg、As污染外，还需注意Pb污染。长沙地区主要是Cd、Cr超标，株洲地区Pb、Cd、Hg、As、Cr都有不同程度的超标。

图2葡萄园土壤单项污染指数分析图

2.3 内梅罗综合污染指数评价

以土壤环境质量二级标准分析综合污染指数（见图3），取样的葡萄园中有17%的果园综合污染指数＜1，达到无公害果园标准。50%的果园达到轻度污染水平，中度和重度果园污染的达到33%，约83%的果园遭受不同程度的污染，葡萄园的污染需引起高度关注。

图3葡萄园土壤质量综合污染指数分析图

以绿色食品土壤标准进行综合污染指数分析（见图4），有17%的果园综合污染指数＜1，达到绿色食品果园标准。有42%的果园轻度超标，25%的果园中度超标，16%的果园重度超标。所有的果园重金属综合污染都达到绿色食品土壤警戒线标准及以上，创绿色食品任务艰巨。

图4葡萄园土壤质量综合污染指数分析图

2.4 葡萄园土重金属之间相关性分析

由表4可知，在同层土壤中，重金属元素之间呈正相关。其中，Pb与As、Cr显著相关，与Cd、Hg呈极显著相关，表明它们之间同源性很高，可能来自同一污染源。

表4葡萄园土壤中重金属之间的相关性

3 结论与讨论

3.1 葡萄园土壤重金属含量状况及主要影响因子

研究的观光采摘的葡萄园0～20 cm层土壤重金属含量均值都高于20～40 cm层土壤，这与笔者研究的湖南的猕猴桃园0～20 cm层土壤重金属含量均值高于20～40 cm层土壤结论一致，付华等[12]研究北京南部地区农业土壤重金属Cd、Cu、Pb、Zn也得出相同的结论。对同层土壤重金属含量之间的相关性研究结果显示，Pb与As、Cr显著相关，与Cd、Hg呈极显著相关，也表明环境因素对它们的影响是一致的。谢小进[13]研究上海宝山区农用土壤重金属来源，也得出Cd、Hg和Pb为一类,来源主要受各种人为活动影响的结论。

3.2 长沙、株洲葡萄观光采摘园土壤重金属污染风险

上、下层土壤样本中都存在镉（Cd）标准差数值较大，说明镉（Cd）的污染风险大。杨梦昕[1]对湘江长沙段沿岸，刘娜[2]对东洞庭湖湿地，刘扬林[3]对株洲市白马乡稻田、菜土进行研究后，都发现Cd潜在风险参数最高。单因子指数法（按土壤二级标准）的评价表明，重金属元素污染程度依次为Cd＞Cr＞Hg＞As＞Pb，葡萄园土壤创无公害农产品As、Pb可以达标，要注意Cd、Cr、Hg污染。如果要创绿色食品，则需还关注铅的污染。按绿色食品土壤标准衡量，葡萄园只有17%达标，中度和重度果园污染的达到33%。在12个葡萄园中种植有19个品种的葡萄，土壤中Pb、Cd、Hg、As、Cr最大值对应的葡萄果实含量均未超过食品安全国家标准。在污染地区种植葡萄可作为农业结构调整的一种尝试。

[1] 杨梦昕，杨东璇，李萌立，等. 湘江长沙段沿岸常见农作物重金属污染研究[J]. 中南林业科技大学学报，2015，35（1）：126-130.

[2] 刘 娜，曾 静，李旭，等. 东洞庭湖湿地土壤重金属污染特征及潜在生态风险评价[J]. 农业现代化研究，2015，36（5）：901-905.

[3] 刘扬林，蒋新元. 株洲市白马乡土壤和农作物重金属污染评价[J].土壤， 2004，（5）：551-556，564.

[4] 息朝庄，戴塔根，张惠军，等. 湖南湘潭市土壤重金属污染调查与评价[J]. 水土保持通报，2008，（3）：133-137.

[5] 沈秋光. 上海果园土壤质量分析与评价[D]. 上海：上海交通大学，2005.

[6] 汤 民，张进忠，张 丹，等. 果园土壤重金属污染调查与评价-以重庆市金果园为例[J]. 中国农学通报，2011，27（14）：244-249.

[7] 郑国璋，岳乐平. 洛川苹果园地土壤重金属污染调查与评价[J]. 土壤通报，2008，39（2）：402-405.

[8] 贺 灵，曾道明，魏华玲，等. 赣南脐橙种植区典型果园土壤重金属元素评价[J]. 湖北农业科学，2014，53（2）：292-297.

[9] 刘子龙，鲁建江，张广军. 石河子葡萄主产区土壤重金属含量分析及污染评价[J] . 西北林学院学报，2010，25（4）：14- l8.

[10] 潘佳颖，王建宇，王 超，等. 贺兰山东麓葡萄主产区土壤重金属分布特征及污染评价[J]. 干旱区资源与环境，2017，31（6）：174-178.

[11] GB 15618-1995，土壤环境质量标准[S].

[12] 付 华，吴雁华，魏立华. 北京南部地区农业土壤重金属分布特征与评价[J]. 农业环境科学学报，2006，25（1）：182-185.

[13] 谢小进，康建成，李卫江，等. 上海宝山区农用土壤重金属分布与来源分析[J]. 环境科学，2010，31（3）：768-774.

（责任编辑：贺 艺）

Analysis and Pollution Assessment of Heavy Metal Contamination in GrapeOrchardsoils in Changsha and Zhuzhou

YANG Yu1,2,3，YING Cun-feng1,2，TANG Jia-le1,2，ZHANG Ping1,2，XU Hai1,2，CHENG Xiao-mei1,2，TONG Xiong-cai4
（1. Hunan Horticulture Research Institute, Hunan Academy of Agricultural Sciences, Changsha 410125, PRC; 2. Observation Station of Fruit Trees in Central China, Ministry of Agriculture of China, Changsha 410125, PRC; 3.The Season Fruits Engineering Technology Research Center in Changsha, Changsha 410125, PRC; 4. Hunan Academy of Agricultural Sciences, Changsha 410125, PRC）

Sampling the top layer (0～20cm) and the lower layer (20～40 cm)soil from 12 orchards in Changsha and Zhuzhou grapegrowing region and testing the levels of lead, cadmium, mercury, arsenic and chromium according to the environmental quality standard for soilsⅡ and environmental quality for producing area of the green food. The experiment was adopted the single factor contaminant index and Nemerow integrated pollution index method to analyze the testing results. The results demonstrate that the heavy metals from the top layer soils were higher than that of the lower layer soil. Pb and As were meet Pollution-free food environmental requirements for producing areas, degree of pollution were Cd＞Cr＞Hg＞As＞Pb. 17%integrated pollution index of grape orchard soils were below the permitted level, 50% minor polluted and 33% moderately or Heavily polluted. All grape orchard soils were on and above cordon using the synthetic pollution index. The correlation analysis of heavy metal contents in top layer soils show that the Pb, As and Cr were positively correlated, there are significantly correlation between Pb and Cd, Hg, which suggests that they are highly homologous and may come from the same source of pollution. Grape planted in metal pollution soils took less absorption, all the fruit can meet the national food safety standards, indicating the fact that it can be used as an alternative to the structural adjustment of farmland with slight heavy metal pollution.

grape orchard; soil; soil acidification; heavy metals; pollution evaluation

S663.1

：A

：1006-060X（2017）08-0041-04

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.008.011

2017-06-23

国家财政专项（湘财农指﹝2014﹞180号）

杨 玉（1969-），女，湖南长沙市人，副研究员，主要从事园艺研究。

童雄才