天水市武山县蔬菜大棚土壤重金属含量分析与评价

2022-03-23张喜平吕莉莉王小军卜虎虎杨志奇柴小琴

甘肃农业科技 2022年2期

张喜平吕莉莉王小军卜虎虎杨志奇柴小琴

摘要：为了解武山县蔬菜大棚土壤重金屬污染情况，从天水市武山县8个镇的蔬菜大棚中采集48份土壤样品，结合国家土壤重金属评价标准，应用单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法和潜在生态风险指数法对其重金属（Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、As、Hg）含量进行分析评价。结果表明，天水市武山县蔬菜大棚土壤状况总体处于安全范围，与甘肃省背景值比较，7种重金属元素均出现不同程度的积累，局部点位Cu、Cd元素存在一定程度的超标，潜在生态风险水平为中—强度，Hg对潜在生态风险指数的贡献为76.8%，是潜在的致险因子。

关键词：武山县;蔬菜大棚;土壤;重金属;含量;评价

中图分类号：X53 文献标志码：A 文章编号：1001-1463（2022）02-0063-05

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2022.02.016

Analysis and Evaluation of Heavy Metal Content in Vegetable Greenhouse Soil in Wushan County，Tianshui City

ZHANG Xiping， LV Lili， WANG Xiaojun， BU Huhu， YANG Zhiqi， CHAI Xiaoqin

（Tianshui Institute of Agricultural Sciences， Tianshui Gansu 741000， China）

Abstract：To understand the content of heavy metals in the soil of vegetable greenhouses in Wushan county， 48 soil samples were collected from vegetable greenhouses in 8 towns of Wushan county， Tianshui city. The contents of heavy metals （Ni， Cu， Zn， Cd， Pb， As， Hg） were analyzed and evaluated by single factor pollution index， Nemerow comprehensive pollution index and potential ecological risk index. The results showed that the soil condition of vegetable greenhouse in Wushan county of Tianshui city was generally in a safe range， and compared with the background value of Gansu province， seven kinds of heavy metal elements were accumulated in different degrees; Cu and Cd elements at local points exceeded the standard to a certain extent， and the potential ecological risk level was medium-intensity. Hg contributed 76.8% to the potential ecological risk index， which was a potential risk factor.

Key words：Wushan county;Vegetable greenhouse;Soil;Heavy metal;Content;Evaluation

天水市自然资源优越，气候特征适宜蔬菜的生长[1 ]。武山县是天水市的蔬菜种植大县，种植历史悠久，是甘肃省首批无公害蔬菜生产示范基地县，也是黄土高原夏秋蔬菜重点区域基地县，蔬菜种植面积2.67万hm2左右，总产量130万t，产值24亿元，蔬菜产业已成为增加农民收入精准脱贫的重要支柱产业之一[2 ]。大棚种植蔬菜不受季节、空间、地域限制，有较高的经济效益，可满足一年四季人们对新鲜蔬菜的需求。目前，武山县的蔬菜供应主要以大棚种植为主，但农民为了提高蔬菜产量，增加效益，大量施用化肥和农药等，污染了大棚蔬菜种植的土壤。重金属含量超标会改变土壤性质，不仅抑制作物的正常生长发育、影响产量和品质，而且可通过“土壤-植物-人体”食物链进入人体从而危害人类健康[3 - 5 ]。因此，了解设施蔬菜土壤重金属含量的状况，对指导蔬菜的安全生产具有重要的理论与现实意义[6 ]。我们对天水市蔬菜主产区武山县蔬菜大棚开展调查研究，对重金属污染状况进行了综合评价，以期为蔬菜大棚土壤重金属污染监测、防止、控制和治理提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

武山县位于甘肃省东南部、天水市西北部的渭河上游，海拔1 365～3 120 m，属温带大陆性半湿润季风气候，冬无严寒，夏无酷暑，年平均气温9.6 ℃，降水量500 mm[7 - 9 ]。光照充足，水资源丰富，土层深厚，适宜多种蔬菜及品种生长。

1.2 样品的采集

采样点主要延河谷川道（渭河武山段、大南河、榜沙河、漳河、山丹河）及省国道周边鸳鸯镇、滩歌镇、山丹镇、城关镇、洛门镇、四门镇、桦林镇、龙台镇等8个镇典型大棚蔬菜基地分布。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[10 ]，结合大棚蔬菜种植种类，以大棚为样点，每样点选择3个子样点。子样点确定后，将表土刮去，用土钻垂直地面采样，采样深度为0～20 cm。采集3个相同样点（大棚）的土层土样，分别混合再按四分法分出1份混合样，样重1 kg左右。采样时用GPS记录点位信息。

1.3 样品的处理与测定

共采集土样46份。将采集的土壤样品装入样品袋，用写好标签内外各1张，注明地点、时间、深度、编号、茬口或种植品种及种植年限。运回实验室在室温下自然风干，风干后用研钵磨碎，过100目尼龙筛，然后准确称取0.500 0 g用于测定土壤中的重金属含量。用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）及荧光光谱仪测定Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、As、Hg的含量[11 ]。

1.4 评价标准与方法

1.4.1 评价标准土壤评价标准采用GB5618- 1995《土壤环境质量标准》中的二级标准和甘肃省土壤背景值[12 ]。

1.4.2 评价方法

单因子污染指数法。这种方法能够表明某一个污染物对土壤的污染程度，单因子污染指数的计算公式如下：

式中，Pi为污染物i的项污染指数，ci为污染物i的实测浓度（mg/kg），si为污染物i的评价标准（mg/kg），风险筛选值（选用pH > 7.5的限值）见表1，单因子污染等级标准见表2。

内梅罗综合污染指数法[14 ]。内梅罗综合指数法的计算公式如下：

式中P为采样点综合污染指数，ave（Pi）为采样点i单项污染指数的平均值;max（P）为采样点i单项污染指数的最大值。内梅罗综合污染指数法的分级标准见表2。

潜在生态风险指数法。是一种应用相对广泛的评价沉积物重（类）金属潜在生态风险的一种定量方法 [15 ]，计算公式为：

式中，RI为重金属潜在生态风险指数，E为单一重金属潜在生态风险因子，C为土壤重金属的实测含量，C为甘肃省土壤背景参考值，为不同金属生物毒性响应因子。评价分级标准见表3。

2 结果与分析

2.1 武山县蔬菜大棚土壤重金属含量的统计性描述

从表4可以看出，武山县8个镇蔬菜大棚土壤重金属含量相差较大，变异系數为6.59% ～ 85.42%。7种重金属元素空间变异性排序为 Hg > Cu > Cd > Zn > As > Ni > Pb。根据Wilding 对变异程度的分类，Ni、Pb、As（8.54%、6.59%、9.23%）为弱变异，Zn、Cd（28.76%、35.47%）为中等变异，Cu、Hg（64.43%、85.42%）为高度变异。各元素含量的最大值均超过了甘肃省土壤背景值，但Cd和Cu元素的最大值分别达到二级标准的1.2和1.8倍。7种重金属元素的平均值均低于二级标准值，与甘肃省土壤背景值比较，除As与Ni外，Cu、Zn、Cd、Pb、Hg 5种元素的平均值均超过甘肃省土壤背景值，分别是背景值的1.6、1.4、2.4、1.2、8.4倍。

2.2 武山县蔬菜大棚土壤重金属污染评价

表5表明，重金属的单因子污染指数平均值依次为：As > Cd > Cu > Zn > Ni > Pb > Hg。其中Cu、Cd元素轻微污染分别占样本总量的2.3%、4.5%，说明武山县蔬菜大棚土壤中存在一定程度的Cu 和Cd污染。内梅罗综合污染指数平均值为0.470，其中内梅罗综合污染指数中度污染和轻微污染点位数均为2.3%，表明武山县蔬菜大棚土壤受到一定程度的重金属污染。结合样点重金属含量分析，渭河入武山的桦林镇属于中度污染，在大棚蔬菜种植年限长、交通便捷，人口较为稠密的渭河干流河谷区的鸳鸯镇、山丹镇、洛门镇处于安全警戒或轻度污染程度。

2.3 武山县蔬菜大棚土壤重金属潜在生态风险评价

武山县8个镇蔬菜大棚土壤重金属潜在生态风险评价结果（表6）表明，潜在生态风险指数平均值由大到小依次为Hg、Cd、As、Cu、Pb、Ni、Zn。其中Ni、Cu、Zn、Pb、As等5种元素均处于轻微生态风险水平，Cd元素大部分（75%）点位数处于中等生态风险水平;Hg元素11.4%点位数处于中等生态风险水平，20.5%点位数处于强生态风险水平，29.5%点位数处于很强生态风险水平，38.6%点位数处于极强生态风险水平。潜在生态风险指数（RI）平均值为438.9，其中轻微生态风险水平点位数占4.5%，中等生态风险水平点位数占36.4%，强生态风险水平点位数占36.4%，很强生态风险水平点位数占22.7%，表明武山县蔬菜大棚土壤重金属主要处于中—强度生态风险水平。结合样点重金属含量分析，中—强度等级生态风险程度主要分布在人口较为集中、蔬菜种植历史悠久的乡镇（洛门镇、城关镇、鸳鸯镇），说明生态风险强的区域主要受人为因素的影响。Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、As、Hg 7种重金属对潜在生态风险指数的贡献率分别为1.1%、1.9%、0.3%、16.4%、1.4%、2.2%和76.8%，其中Hg对潜在生态风险指数的贡献率最高，即Hg是潜在的致险因子。

3 结论与讨论

武山县蔬菜大棚土壤中7种重金属元素的平均值均低于国家二级标准值，但Cd和Cu的最大值分别达到二级标准的1.2和1.8倍，存在局部超标情况，即Cd和Cu为是武山县蔬菜大棚土壤的重要污染源。除As与Ni元素外，Cu、Zn、Cd、Pb、Hg 5种元素的平均值均超过甘肃省土壤背景值，表现不同程度的富集效应，说明蔬菜大棚土壤重金属聚集趋势明显。7种重金属元素单因子污染指数平均值均小于1，内梅罗综合污染指数平均值为0.470，表明武山县蔬菜大棚土壤总体状况安全。潜在生态风险评价表明，武山县蔬菜大棚土壤重金属处于中—强度生态风险水平，生态风险强的区域主要分布在人口较为集中种植历史悠久的乡镇（洛门镇、城关镇、鸳鸯镇），Hg对潜在生态风险指数的贡献率最高，为76.8%，是潜在的致险因子。

武山县局部蔬菜大棚土壤中存在重金属元素Cd和Cu超标的现象，可能与农民不合理施用农药、化肥以及鸡粪和猪粪等有关，农民长期的不良种植习惯及人为活动会增加该区域的生态风险。在今后的大棚蔬菜生产过程中，应该加强无公害蔬菜安全生产的宣传[16 ]，规范施用肥料和农药，尽量减少使用传统塑料、地膜，严格控制农药、化肥以及畜禽粪便的使用量，使用生物有机肥，降低重金属元素对环境的污染。

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