重慶市北碚區(qū)疏菜地土壤鉛含量及影響因素分析

袁 波，傅瓦利，藍(lán)家程，張 婷，彭景濤

（西南大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，重慶 400715）

土壤是人類(lèi)賴(lài)以生存的環(huán)境因素之一，也是重金屬元素生物地球化學(xué)循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。在土壤重金屬污染中鉛是主要的污染元素之一，而目前我國(guó)土壤的鉛污染現(xiàn)象是比較普遍的［1－2］。土壤中的鉛不但影響作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，而且還通過(guò)食物鏈富集進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)導(dǎo)致生理或代謝障礙，危害人畜健康［3］。蔬菜是人們?nèi)粘Ｉ畹谋匦枋称?，其質(zhì)量的高低直接關(guān)系到人體的健康，而蔬菜中的鉛含量是受土壤中鉛含量影響的［4］，因此，蔬菜地土壤的環(huán)境質(zhì)量直接關(guān)系到蔬菜的質(zhì)量，關(guān)系到人體的健康。一直以來(lái)，土壤的鉛污染問(wèn)題都是農(nóng)業(yè)環(huán)境研究與保護(hù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)［5］。在2010年初，以重慶市兩江新區(qū)發(fā)展為契機(jī)，北碚區(qū)農(nóng)業(yè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，推行6 667 hm2蔬菜種植計(jì)劃。因此，為了保障居民的食品安全，本文選取新規(guī)劃的疏菜地和以前的蔬菜基地為研究區(qū)域，根據(jù)研究區(qū)域內(nèi)土壤的分布情況，對(duì)分布相對(duì)集中的菜地土壤耕層的鉛元素進(jìn)行調(diào)查研究，以期為降低蔬菜中鉛含量，生產(chǎn)高品質(zhì)蔬菜提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

北碚區(qū)是重慶市主城九區(qū)之一，位于東經(jīng)106°18′14″－106°56′53″，北緯29°39′00″－30°03′53″。境內(nèi)由低山槽、山麓裸丘、淺丘和沿江河谷構(gòu)成，海拔最高1 312 m，最低175 m。區(qū)內(nèi)屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，熱量豐富，雨量充沛；最高氣溫39℃，最低氣溫1℃，年平均氣溫18℃。全區(qū)共有土地面積為75 419.6 hm2，其中耕地面積為29 644.6 hm2，土壤以紫色土、水稻土為主，這兩種土壤占全區(qū)土壤面積的81.7%。新規(guī)劃的蔬菜地遠(yuǎn)期目標(biāo)是6 667 hm2，目前有4 380 hm2，這些蔬菜地大部分都分布在紫色土和水稻土分布的區(qū)域內(nèi)。本文研究區(qū)域內(nèi)的槽上蔬菜基地分布的土壤主要是石灰土。區(qū)內(nèi)紫色土是由三疊系飛仙關(guān)組暗紫泥巖及侏羅系自流井組暗紫色、雜色泥巖、沙溪廟組灰棕紫色泥巖風(fēng)化物的坡積、殘積母質(zhì)發(fā)育形成的；石灰土主要是石灰土類(lèi)中的黃色石灰土，是由三疊系及二疊系后層灰?guī)r溶蝕后的殘積物發(fā)育形成的；水稻土主要有三個(gè)亞類(lèi)，其中紫色性水稻土占水稻土總面積的80%以上，紫色性水稻土是在區(qū)內(nèi)紫色土的基礎(chǔ)之上水耕熟化而來(lái)的［6］。

1.2 樣品的采集及處理

根據(jù)行政區(qū)劃、土壤及蔬菜地分布情況，綜合區(qū)內(nèi)地形地貌等其他因素，在北碚區(qū)內(nèi)的三圣鎮(zhèn)、柳蔭鎮(zhèn)、復(fù)興鎮(zhèn)、澄江鎮(zhèn)、天府鎮(zhèn)、靜觀鎮(zhèn)、東陽(yáng)鎮(zhèn)及槽上石灰?guī)r區(qū)蔬菜基地共布置采樣點(diǎn)65個(gè)，采樣深度為0－20 cm，其中石灰土樣13個(gè)，非石灰土土樣52個(gè)。每個(gè)土樣采集點(diǎn)采用多點(diǎn)采樣方式（5－7個(gè)點(diǎn)），將

所取每個(gè)分樣點(diǎn)的樣品充分混合，用四分法反復(fù)取舍，最后保留1 kg左右的土壤作為該采樣點(diǎn)混合樣。采取的土樣在室內(nèi)自然風(fēng)干，剔除植物殘?bào)w、碎石，瑪瑙研缽研細(xì)過(guò)100目篩后保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 分析及評(píng)價(jià)方法

1.3.1 分析方法 土壤理化性質(zhì)及全鉛的測(cè)定參考魯如坤的《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析》［7］：p H采用電位法，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法，陽(yáng)離子代換量采用乙酸銨法，土壤質(zhì)地采用甲種比重計(jì)法；土壤全鉛（HFHClO4－HNO3消煮）采用原子吸收分光光度法測(cè)定。數(shù)據(jù)分析及作圖采用SPSS 17.0和Excel 2003軟件。1.3.2 環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn) 對(duì)土壤重金屬環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法有很多，本研究只是對(duì)鉛這一種元素進(jìn)行評(píng)價(jià)，所以本文采用中國(guó)綠色食品發(fā)展中心推薦的單項(xiàng)因子污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法中的單項(xiàng)因子污染指數(shù)法進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)［8］。單因子指數(shù)法是目前國(guó)內(nèi)土壤重金屬環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)普遍采用的方法之一，其計(jì)算公式為：

式中：Pi——土壤中污染物i的單項(xiàng)污染指數(shù)；Ci——污染物i的實(shí)測(cè)值（mg／kg）；Si——污染物i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（mg／kg）。Pi＞1表示土壤受污染；Pi≤1表示土壤未受污染。Pi值越大，則受污染程度越嚴(yán)重。

由于本文是基于蔬菜地土壤鉛的環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，所以在評(píng)價(jià)中分別采用了《無(wú)公害食品－蔬菜產(chǎn)地環(huán)境條件》（NY5010－2002）（簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)公害蔬菜產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn)）和《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（NY／T391－2000）（簡(jiǎn)稱(chēng)綠色蔬菜產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn)）中土壤環(huán)境鉛的要求標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。其具體標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 蔬菜地土壤鉛環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 蔬菜地土壤部分理化性質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析

前人研究［9－10］表明土壤p H、有機(jī)質(zhì)、陽(yáng)離子代換量、黏粒含量等都對(duì)土壤中重金屬含量有不同程度的影響。本文測(cè)定北碚區(qū)蔬菜地土壤的部分理化性質(zhì)并統(tǒng)計(jì)分析如表2所示，p H的變異系數(shù)最小，均值為6.04，說(shuō)明研究區(qū)內(nèi)蔬菜地土壤的p H變化較小，基本都在中性偏酸性的范圍內(nèi)。從平均值來(lái)看北碚區(qū)蔬菜地土壤的有機(jī)質(zhì)含量水平是比較高的，其中變異系數(shù)較大，這說(shuō)明在區(qū)內(nèi)有機(jī)質(zhì)空間分異較為明顯。黏粒（＜0.001 mm）含量可以分為兩大類(lèi)，其中石灰土的黏粒含量普遍較高，水稻土和紫色土黏粒含量遠(yuǎn)小于石灰土。陽(yáng)離子代換量（CEC）在平均水平上是比較高的；CEC反映了土壤膠體的負(fù)電荷量，CEC越高，負(fù)電荷量越高。

表2 北碚區(qū)蔬菜地土壤部分理化性質(zhì)統(tǒng)計(jì)

2.2 疏菜地土壤耕層鉛含量統(tǒng)計(jì)分析

土壤樣品的測(cè)定結(jié)果（表3）表明，北碚區(qū)疏菜地耕層土壤鉛含量的平均值為43.92 mg／kg，低于楊梅［11］對(duì)重慶市耕地重金屬研究結(jié)果中鉛平均含量52.09 mg／kg和李章平等［12］的研究結(jié)果中重慶主城區(qū)農(nóng)業(yè)區(qū)鉛平均含量52.14 mg／kg，略高于李其林［13］對(duì)重慶市菜地土壤研究中北碚區(qū)蔬菜地土壤鉛含量的平均值38.91 mg／kg，其原因可能是在此次采樣中有26個(gè)樣品采樣點(diǎn)位于交通要道兩旁。在研究區(qū)域內(nèi)最低值為16.31 mg／kg，出現(xiàn)在東陽(yáng)鎮(zhèn)；最高值為76.69 mg／kg，出現(xiàn)在槽上蔬菜基地；全區(qū)最高值是最低值的4.71倍，其變異系數(shù)為37.3%，屬于中等變異。在研究區(qū)內(nèi)若以行政區(qū)域?yàn)榻y(tǒng)計(jì)單元其不同行政區(qū)含量差異是比較明顯的，靜觀鎮(zhèn)的平均含量最低（28.17 mg／kg），三圣鎮(zhèn)的平均含量最高（54.04 mg／kg），其中東陽(yáng)鎮(zhèn)最高值為最低值的4.64倍，其變異系數(shù)最大。各采樣地疏菜地土壤耕層鉛含量依次為：三圣鎮(zhèn)（54.04 mg／kg）＞槽上蔬菜基地（48.49 mg／kg）＞柳蔭鎮(zhèn)（47.76 mg／kg）＞天府鎮(zhèn)（42.64 mg／kg）＞復(fù)興鎮(zhèn)（42.92 mg／kg）＞東陽(yáng)鎮(zhèn)（39.60 mg／kg）＞澄江鎮(zhèn)（34.46 mg／kg）＞靜觀鎮(zhèn)（28.17 mg／kg）。所有樣品鉛的檢出率為100%。

表3 北碚區(qū)疏菜地土壤耕層鉛含量

3 討論

3.1 北碚區(qū)疏菜地土壤耕層鉛環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

由于所有樣品的p H為4.95～6.94，其中p H小于6.5的樣品占總數(shù)的84.6%，所以在以無(wú)公害蔬菜產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算污染指數(shù)中都按照無(wú)公害蔬菜產(chǎn)地中鉛含量的最低標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，即當(dāng)p H＜6.5時(shí)的250 mg／kg。按照《無(wú)公害食品蔬菜產(chǎn)地環(huán)境條件》（NY5010－2002）中對(duì)土壤環(huán)境中鉛的最低限值要求標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算評(píng)價(jià)，所有蔬菜地的單項(xiàng)污染指數(shù)Pi都沒(méi)有超過(guò)0.25，遠(yuǎn)低于1，這說(shuō)明研究區(qū)域內(nèi)的土壤在此標(biāo)準(zhǔn)下土壤未受到污染，這也表明研究區(qū)域內(nèi)的土壤環(huán)境在鉛含量水平上適合無(wú)公害蔬菜生產(chǎn)，但是部分地區(qū)其鉛含量超過(guò)了50 mg／kg不適合蘿卜、水芹的生產(chǎn)。各地蔬菜地土壤鉛在無(wú)公害蔬菜產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn)下的單項(xiàng)污染指數(shù)Pi見(jiàn)圖1。

按照《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（NY／T391－2000）中規(guī)定的綠色蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量中鉛的要求為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各采樣區(qū)域內(nèi)的土壤進(jìn)行計(jì)算評(píng)價(jià)，只有三圣鎮(zhèn)的污染指數(shù)超過(guò)了1，但超出水平不大，其余地方都在1以下，這說(shuō)明在此標(biāo)準(zhǔn)下研究區(qū)內(nèi)的土壤有部分土壤已受到輕度污染，除三圣鎮(zhèn)部分區(qū)域外其他地方在鉛含量水平上都滿(mǎn)足綠色蔬菜種植的需求。北碚區(qū)的平均污染指數(shù)達(dá)0.878，快接近閾值，所以如要種植綠色蔬菜則在鉛污染防治上還要采取一定措施。各地蔬菜地土壤鉛在綠色蔬菜產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn)下的單項(xiàng)污染指數(shù)Pi見(jiàn)圖1。

圖1 蔬菜地的單項(xiàng)污染指數(shù)

3.2 蔬菜地土壤全鉛含量影響因素分析

3.2.1 土壤類(lèi)型的影響 在本研究區(qū)域內(nèi)，其中槽上蔬菜基地位于石灰土區(qū)域范圍內(nèi)，其石灰土分布區(qū)域內(nèi)土壤全鉛的平均含量為48.48 mg／kg，而非石灰土區(qū)域其平均值為37.78 mg／kg，二者之間具有明顯的差異，而此研究結(jié)果也與中國(guó)主要土壤類(lèi)型的重金屬鉛的環(huán)境背景值（石灰土背景值高于紫色土與水稻土）結(jié)果相一致［3］。究其原因可能是成土母質(zhì)中鉛含量不同以及形成同樣厚度的石灰土需要比紫色土和紫色性水稻土更長(zhǎng)的時(shí)間出現(xiàn)了富集現(xiàn)象有關(guān)［14］。

3.2.2 土壤理化性質(zhì)的影響 通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)整理、分類(lèi)，運(yùn)用SPSS軟件相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，北碚區(qū)蔬菜地土壤理化性質(zhì)中的p H、有機(jī)質(zhì)含量、黏粒含量和全鉛含量關(guān)系顯著；而陽(yáng)離子代換量與全鉛含量關(guān)系不明顯，這可能是與不同區(qū)域土地利用方式有關(guān)。

（1）土壤p H的影響。根據(jù)前人研究表明，不同p H范圍對(duì)重金屬含量的影響不同。對(duì)所有土壤樣品p H值進(jìn)行分段（即4.95＜p H＜6.5，6.94＞p H＞6.5），再與全鉛含量相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，土壤鉛含量受p H值影響較大，在不同p H范圍內(nèi)鉛含量趨勢(shì)是不相同的。從圖2可以看出：p H＜6.5時(shí)土壤鉛含量與p H呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R＝0.369＊＊，其回歸方程為Y＝16.169p H－50.888（n＝55）。在本研究中當(dāng)6.94＞p H＞6.5時(shí)，全鉛含量和p H之間不具相關(guān)性，可能是樣品數(shù)據(jù)太少，具有偶然性；在p H＜6.5的時(shí)候，隨著p H的增大全鉛含量有升高的趨勢(shì)，這可能是在較酸性條件下，重金屬鉛的淋溶遷移能力較大，滯留在土壤中的鉛就相對(duì)少些［15］。并且有研究還顯示酸性范圍內(nèi)隨著p H的升高，土壤中H＋、Fe2＋、A13＋、Mg2＋等一些離子濃度在減小，與Pb2＋競(jìng)爭(zhēng)吸附減少，為土壤吸附鉛提供了更好的環(huán)境［16］。

圖2 土壤p H與鉛含量的關(guān)系

（2）土壤黏粒含量的影響。在本研究中，由于石灰土黏粒含量比其他土壤類(lèi)型高很多，在不具強(qiáng)污染的區(qū)域，其鉛含量主要受本底值影響，所以在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的時(shí)候?qū)ζ錁悠穯为?dú)分析。通過(guò)SPSS軟件相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，石灰土樣全鉛含量與黏粒含量呈顯著的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R＝0.572＊，回歸方程為Pb＝0.435M－85.772（n＝13，M——黏粒含量）；其余土壤樣品的全鉛含量與黏粒含量呈極顯著的正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)R＝0.364＊＊，回歸方程為：Pb＝0.174M＋15.604（n＝52，M——黏粒含量）。從數(shù)據(jù)分析上看，土壤黏粒含量是影響全鉛含量的重要因素，這與成春奇［17］等研究認(rèn)為質(zhì)地黏重的土壤中，鉛更易積累，而不易遷移流失的結(jié)果相似。其原因可能是土壤中的黏粒含量影響土壤的陽(yáng)離子代換量［18］，而國(guó)內(nèi)外許多研究表明，陽(yáng)離子代換量是影響土壤鉛吸附的重要因素［19］。

（3）土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響。對(duì)蔬菜地土壤有機(jī)質(zhì)含量與鉛含量的相關(guān)分析顯示：有機(jī)質(zhì)含量與鉛含量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R＝0.322＊＊，回歸方程為Pb＝0.409Org＋31.488（n＝65，Org——有機(jī)質(zhì)含量），如圖3所示。全鉛含量隨有機(jī)質(zhì)增加而增大其原因可能是隨著有機(jī)質(zhì)含量的增加，土壤中有機(jī)膠體和有機(jī)－無(wú)機(jī)復(fù)合膠體含量增加，陽(yáng)離子交換量增強(qiáng)，土壤對(duì)陽(yáng)離子的吸附能力提高；而有機(jī)膠體和有機(jī)無(wú)機(jī)－復(fù)合膠體同鉛離子發(fā)生絡(luò)合、螯合反應(yīng)，生成穩(wěn)定的絡(luò)合物和螯合物，富集在土壤中［20］。

圖3 有機(jī)質(zhì)含量與鉛含量關(guān)系

3.2.3 距離公路遠(yuǎn)近的影響 在所取65個(gè)樣品中有26個(gè)點(diǎn)是位于公路100 m范圍以?xún)?nèi)的，在野外采樣過(guò)程中對(duì)其作出了標(biāo)記。通過(guò)表4可以看出，靠近公路的采樣區(qū)域比遠(yuǎn)離公路的采樣區(qū)域平均值要高很多，這說(shuō)明公路對(duì)土壤鉛含量有直接的影響。其主要原因就是公路上的汽車(chē)等排放的廢氣中含有含鉛化合物，使公路兩側(cè)土壤表層鉛含量相對(duì)較高［21］。部分規(guī)劃疏菜地分布在交通要道兩側(cè)，其土壤勢(shì)必會(huì)受到輕度的污染，因此為了生產(chǎn)高品質(zhì)的蔬菜，在規(guī)劃蔬菜地的時(shí)候要避開(kāi)公路這個(gè)帶狀污染源。

表4 距公路遠(yuǎn)近蔬菜地鉛含量數(shù)據(jù)比較 mg／kg

4 結(jié)論

（1）北碚區(qū)蔬菜地土壤耕層鉛含量平均值為43.92 mg／kg，最小值為 16.30 mg／kg，最 大 值 為76.69 mg／kg，最大值是最小值的4.71倍，變異系數(shù)為37.3%，說(shuō)明研究區(qū)內(nèi)鉛含量空間差異不是很明顯。

（2）以《無(wú)公害食品－蔬菜產(chǎn)地環(huán)境條件》（NY5010－2002）和《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（NY／T391－2000）中鉛限值為標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)單項(xiàng)污染指數(shù)計(jì)算評(píng)價(jià)北碚區(qū)的蔬菜地土壤在鉛含量水平上完全滿(mǎn)足無(wú)公害蔬菜地生產(chǎn)，基本滿(mǎn)足綠色蔬菜生產(chǎn)。

（3）自然因素中土壤類(lèi)型和土壤理化性質(zhì)中的p H、黏粒含量、有機(jī)質(zhì)含量是對(duì)北碚區(qū)蔬菜地土壤中鉛含量有重要影響。土壤類(lèi)型主要受成土母質(zhì)及成土?xí)r間的影響。另外研究發(fā)現(xiàn)距離公路遠(yuǎn)近也是影響土壤全鉛含量的重要因素。

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