蔬菜基地土壤、蔬菜重金屬賦存水平的時空變化分析

趙超凡 黃曉嵐 楊志敏 陳玉成

蔬菜基地土壤、蔬菜重金屬賦存水平的時空變化分析

趙超凡 黃曉嵐 楊志敏 陳玉成

對重慶市9 個蔬菜基地土壤、蔬菜樣品中的Hg、Cd、Pb、As含量進(jìn)行了監(jiān)測分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，土壤樣品中Hg、Cd、Pb、As平均質(zhì)量比為0.240、0.357、23.377、19.159 mg/kg，重金屬污染指數(shù)為Cd＞Hg＞As＞Pb，土壤重金屬污染程度差異為城區(qū)≈近郊區(qū)＞遠(yuǎn)郊區(qū)。蔬菜樣品除個別瓢兒白Hg略有超標(biāo)外，其余重金屬都符合質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)。與同區(qū)域1999年數(shù)據(jù)相比，基地土壤酸化明顯，土壤As、Hg、Pb、Cd綜合污染指數(shù)全部提高，單項指數(shù)Hg、Cd提高最多。蔬菜重金屬含量有提高，其中以Pb、Cd、As提升最為明顯。

土壤；蔬菜；重金屬；評價

重慶市多個蔬菜基地分布在交通相對便利的城市郊區(qū)，面臨著城市工業(yè)、生活的潛在污染威脅，也面臨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)本身高復(fù)種指數(shù)、高化學(xué)品投入的密集種植方式的污染威脅。蔬菜基地土壤所承載、聚集的化學(xué)物質(zhì)也隨之增加。其中，重金屬容易在土壤中富集并通過農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)入食物鏈，從而影響人體健康。越來越多研究顯示，一般農(nóng)產(chǎn)品中的重金屬主要來自土壤。重慶市曾于直轄之初調(diào)查分析多個蔬菜基地土壤、蔬菜中Hg、Cd、Pb、As的污染狀況[1]，但時隔14 年來，重慶市經(jīng)濟(jì)及建設(shè)高速發(fā)展，對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量也產(chǎn)生著巨大的影響，原有蔬菜基地重金屬發(fā)展趨勢如何？因此，選取與1999年相同蔬菜基地，對其土壤和常規(guī)蔬菜進(jìn)行了采樣、分析及評價，以期了解重慶市蔬菜基地土壤、蔬菜重金屬含量現(xiàn)狀及時空變化情況，為重慶市蔬菜基地及農(nóng)產(chǎn)品安全管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣與分析

選取涪陵、萬州、黔江、璧山、九龍坡、北碚、潼南、銅梁、武隆的蔬菜基地，共取代表性土樣65 個，蔬菜樣47 個。

Cd、Pb采用王水-高氯酸（V/V=2/1）原子吸收分光光度法；As采用二乙基二硫代氨基甲酸銀比色法；Hg用冷原子吸收分光光度法。

1.2 評價方法

1.2.1 評價標(biāo)準(zhǔn)

評價采用《綠色食品標(biāo)準(zhǔn)》(NY/T 391—2000)中土壤重金屬的質(zhì)量比限值（表1，同1999年的文獻(xiàn)）；食品重金屬限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（表2）。

表1 旱地土壤中重金屬的質(zhì)量比限值 單位：mg/kg

表2 蔬菜重金屬評價標(biāo)準(zhǔn) 單位：mg/kg

1.2.2 評價方法

采用指數(shù)法對檢測結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析和評價。單項污染指數(shù)法采用[2]：

式中，Pi為土壤環(huán)境中污染物i的單項污染指數(shù)；Ci為土壤環(huán)境中污染物i的實測數(shù)據(jù)；Si為污染物i的標(biāo)準(zhǔn)值。

綜合污染指數(shù)法采用[2]：

式中，P綜為綜合污染指數(shù)（綜合反映各污染物對土壤的不同作用）；(Pimax)2為土壤所有污染物中最大單項污染指數(shù)平方為土壤所有單項污染指數(shù)的平均值平方。

1.2.3 土壤質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)

土壤質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)[3]見表3。

2 結(jié)果與分析

2.1 蔬菜基地土壤重金屬含量

重慶市9 區(qū)縣蔬菜基地土壤重金屬分析結(jié)果見表4。土樣中Hg、Cd、Pb、As質(zhì)量比分別為0.05～0.53、0.11～0.57、13.31～47.78、8.54～42.33 mg/kg，平均值分別為0.240、0.357、23.377、19.159 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.107、0.089、5.652、7.537，變異系數(shù)分別為0.487、0.451、0.242、0.293，就重金屬均值Hg、Pb、As 均未超過綠色食品生產(chǎn)要求。變異系數(shù)是反映樣品變異程度的一個統(tǒng)計量，能在一定程度上反映樣品的來源和受人影響的程度。從變異系數(shù)大小角度來看，Hg＞Cd＞As＞Pb，這主要與Hg、Cd 土壤背景值較低，相對于As、Pb對農(nóng)業(yè)種植、“三廢”排放等人為活動更為敏感，受點源污染的可能性更大[4]。

2.2 蔬菜基地蔬菜重金屬含量

蔬菜重金屬分析結(jié)果顯示（表5），蘿卜、瓢兒白樣品的Cd、Pb均值分別為0.04、0.10 mg/kg和0.05、0.14 mg/ kg，未超標(biāo)。蘿卜、瓢兒白樣品中Hg、As檢出率分別為30.4 %、26.7 %和29.1 %、33.3 %，未超標(biāo)。武隆、璧山蘿卜樣品中均有1 個樣品的Hg含量略高于標(biāo)準(zhǔn)，璧山瓢兒白樣品中有1 個樣品的Hg含量高于標(biāo)準(zhǔn)。究其原因，土壤已有一定水平的Hg，土壤酸化（表6），使得更多的Hg呈交換態(tài)，利于蔬菜吸收。

2.3 土壤、蔬菜重金屬含量的時空差異

2.3.1 蔬菜基地土壤酸度變化

1999年和2012年調(diào)查結(jié)果對比顯示，蔬菜基地土壤近年酸化明顯（表6）。其中九龍坡、璧山、涪陵最為嚴(yán)重。土壤酸化不但能夠?qū)е峦寥利}基離子與養(yǎng)分的淋失，造成土壤保蓄能力下降，進(jìn)而降低生產(chǎn)能力，還能大大增加土壤中重金屬的危害程度[4-6]。1999年和2012年各蔬菜基地綜合污染指數(shù)的變化，除了與土壤自身所聚集的重金屬量增加以外，與土壤酸化有密切聯(lián)系。

2.3.2 蔬菜基地土壤重金屬時空變化

對比1999年與2012年9 區(qū)縣蔬菜基地土壤的污染指數(shù)（圖1～圖5），絕大部分Hg、Pb污染指數(shù)都有小幅度增加；Cd、As污染指數(shù)全部上升；綜合污染指數(shù)都有較大提升。除銅梁、萬州有所減輕外，其余區(qū)縣Hg污染指數(shù)都有不同程度的增加，其中武隆、璧山增加最多。涪陵和萬州的Cd污染指數(shù)提升最多，指數(shù)分別由0.12 升至1.65、0.06 升至1.27。除銅梁、武隆、九龍坡外，其余區(qū)縣Pb污染指數(shù)都有所提高，但都未超過標(biāo)準(zhǔn)。所有區(qū)縣As污染指數(shù)都有較大幅度提升，其中以涪陵提升最多。Cd、Hg污染指數(shù)是重金屬綜合污染指數(shù)提高的最主要原因。重慶直轄以來，城鎮(zhèn)化、工業(yè)化加快，自2006年以來，全市GDP年均增長15.2 %，城市、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展給環(huán)境帶來了巨大壓力。伴隨城市擴(kuò)張，城市距離原郊區(qū)的蔬菜基地越來越近，這就可能使得由外部環(huán)境進(jìn)入到農(nóng)田土壤中重金屬越來越多。從農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)角度看，農(nóng)藥、化肥長期施用，蔬菜基地高強(qiáng)度的耕種負(fù)荷則可能是促使土壤重金屬積累量提高的直接原因。

據(jù)統(tǒng)計，采集土樣中近郊區(qū)（璧山、九龍坡、北碚）Hg、Cd、Pb、As質(zhì)量比分別為0.14～0.43、0.11～0.57、13.58～34.75、8.54～38.84 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.24、0.31、5.78、7.54，變異系數(shù)分別為0.31、0.17、0.30、0.25；遠(yuǎn)郊區(qū)（潼南、銅梁、武?。〩g、Cd、Pb、As質(zhì)量比分別為0.10～0.53、0.15～0.49、13.31～29.63、10.79～28.32 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.26、0.34、5.52、6.71，變異系數(shù)分別為0.37、0.28、0.45、0.22；城區(qū)（涪陵、萬州、黔江）Hg、Cd、Pb、As質(zhì)量比分別為0.05～0.38、0.29～0.55、13.33～47.78、10.69～42.33 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.24、0.40、6.07、7.38，變異系數(shù)分別為0.35、0.27、0.32、0.45。蔬菜基地土壤污染程度差異為城區(qū)≈近郊區(qū)＞遠(yuǎn)郊區(qū)（圖6），與1999年調(diào)查結(jié)果較為相符[1]。這是因為城區(qū)和近郊區(qū)的蔬菜基地承擔(dān)著各區(qū)域和主城區(qū)蔬菜供應(yīng)任務(wù)，其任務(wù)量決定了這兩部分蔬菜基地的耕植強(qiáng)度、含重金屬農(nóng)用化學(xué)品用量都要大于遠(yuǎn)郊區(qū)蔬菜基地；其次，城市是蔬菜基地主要重金屬來源之一，從城市匯入蔬菜城區(qū)與近郊區(qū)區(qū)縣蔬菜基地土壤的重金屬也要大于遠(yuǎn)郊區(qū)的蔬菜基地。這就從空間上造成了蔬菜基地土壤重金屬含量的不同。

表3 土壤質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)

表4 不同區(qū)縣蔬菜基地土壤重金屬監(jiān)測結(jié)果 單位：mg/kg

分析結(jié)果還顯示（圖1～圖5），2012年所采土樣重金屬污染程度幾乎均為Cd＞Hg＞As＞Pb。各區(qū)縣蔬菜基地自身地理情況（海拔高度、丘陵或山地等）、規(guī)模、主要蔬菜種類，影響了農(nóng)業(yè)種植模式（復(fù)種情況、灌溉方式）、施用化肥、農(nóng)藥的種類及用量，造成了重金屬在土壤中的富集速率的不同。

表5 重慶市蔬菜基地蔬菜重金屬監(jiān)測結(jié)果 單位：mg/kg

表6 蔬菜基地土壤pH值時空對比

2.3.3 蔬菜重金屬含量變化

對比常規(guī)蔬菜蘿卜、瓢兒白重金屬含量（表7），發(fā)現(xiàn)相比1989年和1999年，2012年所采樣品Hg、Cd、Pb、As含量都有增加，其中， Pb、Cd、As含量增加最為明顯。這可能與土壤重金屬含量增加、農(nóng)用藥劑的使用、城市距離種植區(qū)越來越近有一定聯(lián)系。

圖1 蔬菜基地Hg污染指數(shù)對比

圖2 蔬菜基地Cd污染指數(shù)對比

圖3 蔬菜基地Pb污染指數(shù)對比

圖4 蔬菜基地As污染指數(shù)對比

圖5 蔬菜基地4種重金屬綜合污染指數(shù)對比

經(jīng)過調(diào)查分析，筆者發(fā)現(xiàn)重慶市蔬菜基地污染日趨嚴(yán)重，為適應(yīng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展需要，建議從以下幾個方面入手進(jìn)行防治：嚴(yán)格控制農(nóng)藥和化肥的使用，制定農(nóng)藥、化肥使用技術(shù)規(guī)范；嚴(yán)格控制“三廢”排放，大力度削減硫排放量；提倡使用微生物肥料，以降低重金屬在土壤中的富集。

圖6 城區(qū)、近郊區(qū)、遠(yuǎn)郊區(qū)蔬菜基地Hg、Cd、Pb、As含量對比圖

表7 重慶市蔬菜重金屬質(zhì)量比的時間變化比較 單位：μg/kg

3 結(jié)論

重慶市蔬菜基采集樣點中，土壤樣品Hg、Cd、Pb、As平均質(zhì)量比分別為0.240、0.357、23.377、19.159 mg/kg；蘿卜、瓢兒白樣品Hg、Cd、Pb、As平均質(zhì)量比分別為0.01、0.04、0.10、0.10 mg/kg和0.04、0.05、0.14、0.19 mg/kg。

用綜合污染指數(shù)法評價樣點土壤，基本達(dá)到警戒級，個別為輕污染級，單項污染指數(shù)為Cd＞Hg＞As＞Pb，部分樣點Cd、Hg污染指數(shù)超過標(biāo)準(zhǔn)；蔬菜樣品全部達(dá)標(biāo)。

蔬菜基地土壤酸化明顯；土壤重金屬綜合污染指數(shù)全部提高，單項污染指數(shù)Hg、Cd提升最多；蔬菜重金屬含量都有所提升，其中蘿卜Cd、As含量提高較多，瓢兒白As含量提升較多。

蔬菜基地土壤污染程度差異基本呈現(xiàn)為城區(qū)≈近郊區(qū)＞遠(yuǎn)郊區(qū)。

[1] 陳玉成，趙中金，孫彭壽，等.重慶市土壤-蔬菜系統(tǒng)中重金屬的分布特征及其化學(xué)調(diào)控研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2003, 22(1): 44-47.

[2] 沈群超，沈開杰，陸宏，等.慈溪市主要蔬菜產(chǎn)區(qū)重金屬污染調(diào)查及評價[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報，2013，25(1): 152-155.

[3] 陳惠芳，李艷，吳豪翔，等.富陽市不同類型農(nóng)田土壤重金屬變異特征及風(fēng)險評價[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報，2013，29(2):164-169.

[4] 張曉玲.土壤酸化成因與改良管理技術(shù)研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39(35): 21 729-21 731.

[5] 許學(xué)宏，紀(jì)從亮.江蘇蔬菜產(chǎn)地土壤重金屬污染現(xiàn)狀調(diào)查與評價[J].農(nóng)村生態(tài)環(huán)境， 2005，21(1): 35-37.

[6] 李士杏.重慶紫色土酸化現(xiàn)狀及機(jī)理研究[D].重慶:西南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2003.

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A

2095-6444（2014）02-0060-05

陳玉成，西南大學(xué)三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室、西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院教授；楊志敏，西南大學(xué)三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室、西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院、重慶市農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境重點實驗室副教授；趙超凡、黃曉嵐，西南大學(xué)三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室、西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院。