成都平原典型菜園土重金屬含量的空間分布特征

孫家奇+黃成敏+黃露

摘要：對成都市雙流縣白家鎮(zhèn)兩塊種植年限不同的（種植年限分別為10年以上和10年以下）菜地土壤的重金屬富集狀況進(jìn)行調(diào)查研究，分析Mn、Cu、Zn、Cr和Pb 5種重金屬元素含量，利用Surfer 8.0和GS 9.0軟件對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析。結(jié)果表明，兩塊菜地的重金屬含量均有一定程度的積累，但未超過國家標(biāo)準(zhǔn)。種植年限為10年以上的田塊的等值線明顯比種植年限為10年以下的田塊的等值線稀疏;兩塊菜地中除去種植年限在10年以上菜地的Mn的塊金值與基臺值的比值為42.7%，其他重金屬均遠(yuǎn)小于25.0%，表明非隨機(jī)因素（如母質(zhì)）對重金屬的空間分布規(guī)律起主要作用，但是通過長時間高強(qiáng)度耕作，菜園土重金屬空間分布的空間差異性減弱。

關(guān)鍵詞：菜園土;重金屬;空間分布;成都平原

中圖分類號：X53 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ?文章編號：0439-8114（2015）02-0304-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.02.013

Spatial Distribution of Heavy Metal in Typical Garden Soils of Chengdu Plain

SUN Jia-qi1，HUANG Cheng-min1，HUANG Lu2

（1.Department of Environmental Science and Engineering of Sichuan University， Chengdu 610065， China;

2.Institute of Geochemistry， Chinese Academy of Sciences， Guiyang 550002， China）

Abstract： Contents of heavy metal in two types of garden soils at different plantaion ages were investigated in Baijia town， Shungliu country， Chengdu city. Five kinds of heavy metals （Mn、Cu、Zn、Cr、Pb） were investigated by Surfer 8.0 and GS 9.0. The results showed that the two types of garden soil had the accumulation of heavy metals， but not exceeding the national standard. The countour of the garden soil with planting years more than ten years was relatvely sparse. The ratio of nugget and still of Manganese with planting year more than ten years was 42.7%， the rest were far less than 25.0%. It is indicated that regional factors played a major role in accumulation of heavy metals in garden soils in terms of spatial analysis. During long farming， the difference in the spatial distrubution of heavy metals in garden soil will be weaken.

Key words： garden soils; heavy metals; spatial distribution; Chengdu plain

土壤是人類賴以生存的環(huán)境資源之一，也是各種廢棄物最終的容納場所，各種污染物通過多種渠道進(jìn)入土壤，導(dǎo)致土壤污染，引起土壤質(zhì)量下降，威脅人類健康。在眾多的土壤污染物中，重金屬以其不可降解性、生物蓄積性等特性對環(huán)境和人類健康產(chǎn)生重大影響，值得高度重視。菜園土具有高強(qiáng)度利用（復(fù)種指數(shù)為4左右）[1]、化肥和農(nóng)藥的大量使用及污水灌溉等特點，均會導(dǎo)致土壤中重金屬的富集甚至污染[2-5]。目前關(guān)于菜園土重金屬污染的研究主要包括重金屬污染現(xiàn)狀調(diào)查與分布，重金屬含量與污染因素分析[6-10]，重金屬污染的控制措施[11，12]，以及大尺度（至少以千米為步長）土壤重金屬元素空間分布及控制因素等方面[13-15]。較大空間尺度的研究表明，土壤重金屬的空間分布特征主要受到隨機(jī)因素（如灌溉、施肥等）的影響[16-18]。目前缺乏小尺度（步長在米或以下）空間分布的研究。本研究的試驗地選擇在蔬菜種植歷史較長的成都市雙流縣白家鎮(zhèn)，擬研究在高強(qiáng)度和高密度的種植條件下菜園土重金屬的含量及小尺度的空間分布特征，分析菜園土重金屬的含量與空間分布的控制因素，為成都市開展防治與治理菜園土重金屬污染提供理論支撐。

1 ?材料與方法

在成都平原東郊雙流縣白家鎮(zhèn)選擇兩塊種植蔬菜年限不同的田塊作為采樣點，對表層土壤采用網(wǎng)格布點法均勻采樣，開展土壤重金屬含量測定。數(shù)據(jù)采集使用thermo公司生產(chǎn)的便攜式X熒光分析儀（Thermo Scientific Niton XL3t XLp portable analyzer）直接對土壤中Mn、Cu、Zn、Cr、Pb 5種重金屬含量進(jìn)行現(xiàn)場測定。田塊1：種植年限10年以下，田塊長2.2 m，寬2.2 m，采樣間距0.2 m;田塊2：種植年限10年以上，田塊長3.0 m，寬3.0 m，采樣間距0.3 m。endprint

數(shù)據(jù)處理利用統(tǒng)計學(xué)軟件surfer8.0和GS9.0對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。由于Pb和Cu的數(shù)據(jù)缺失較多，為確保分析的準(zhǔn)確度，故未對Pb和Cu兩種元素做等值分析和空間分析。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?重金屬的含量分析

與國家土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（二級）相比（表1），兩個田塊的5種重金屬元素的含量均未超過國家標(biāo)準(zhǔn)。與背景值相比，Zn元素方面，種植年限為10年以下的菜地中Zn元素含量的均值高于其背景值，種植年限為10年以上的菜地中Zn元素含量的均值未超過背景值，但最大值卻超過其背景值;Mn、Cr和Pb元素方面，種植年限為10年以下和10年以上的菜地中3種元素含量的均值均低于其背景值，但最大值卻超過其背景值;Cu元素方面，種植年限為10年以下和10年以上的菜地中Cu元素含量的均值都高于其背景值[19，20]。根據(jù)變異系數(shù)的劃分，CV<0.1，表現(xiàn)為弱變異性;CV=0.1～1.0，表現(xiàn)為中等變異;CV>1.0，表現(xiàn)為強(qiáng)變異性[15]，兩個采樣點的重金屬元素均屬于中等變異。

對兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析（圖1），結(jié)果表明，兩田塊間重金屬的含量具有顯著性差異（P<0.05）。對比發(fā)現(xiàn)種植年限為10年以下的田塊中重金屬含量的均值較種植年限為10年以上的田塊中重金屬含量的均值高。菜園土重金屬的來源除母質(zhì)外主要有污水灌溉和施肥等來源?？紤]到研究的兩田塊均存在污水灌溉的情況，對兩田塊灌渠旁的土壤進(jìn)行了現(xiàn)場測量，結(jié)果（表2）表明，田塊1灌渠旁土壤中重金屬的含量比田塊2灌渠旁土壤中重金屬的含量高，由此可推斷田塊1的灌溉水中重金屬的含量比田塊2的灌溉水中重金屬的含量高，這是造成種植年限為10年以下的菜地中每種重金屬的含量均略高于種植年限為10年以上的菜地中重金屬元素的含量的重要原因。

除污水灌溉會促使土壤重金屬累積外，當(dāng)?shù)厥┯玫闹饕手幸灿胁煌康闹亟饘僭?，在大量使用化肥時不可避免導(dǎo)致土壤重金屬的積累（表3）。另外，大氣顆粒物中也含有不同濃度的重金屬，這些重金屬顆粒物會隨大氣沉降進(jìn)入土壤（表4）。

2.2 ?菜園土重金屬的空間分布規(guī)律

利用surfer8.0和GS9.0軟件對各重金屬元素進(jìn)行空間分析，得到以下空間分布圖（圖2、圖3、圖4）。在相同等值間距的條件下，種植年限為10年以上的田塊的等值線明顯較種植年限為10年以下的田塊的等值線稀疏，這是長時間的耕作措施（人為施肥、灌溉等）使種植年限為10年以上的田塊中各點重金屬含量之間的差異減小所致。

2.3 ?菜園土重金屬的空間變異性

變程指變異函數(shù)達(dá)到基臺值所對應(yīng)的距離，表明土壤要素的空間相關(guān)范圍， 變程反映引起土壤要素變異主要過程的變化[17]。利用GS9.0軟件對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行半方差分析。結(jié)果（表5）表明，與種植年限為10年以下的田塊相比，種植年限為10年以上的菜地中重金屬的變程均有所增加，其中Mn的變化最為明顯，說明通過長時間的耕作，重金屬分布的均一性增強(qiáng)，空間差異性減弱。

塊金值（C0）與基臺值（C0+C）的比值是反映區(qū)域化變量空間變異性程度的重要指標(biāo)，該比值反映空間變異的影響因素中隨機(jī)因素和非隨機(jī)因素的比例。比值<25.0%，說明系統(tǒng)具有強(qiáng)烈的空間相關(guān)性;比值為25.0%～75.0%，表明系統(tǒng)具有中等的空間相關(guān)性;比值>75.0%，說明系統(tǒng)空間相關(guān)性很弱[18]。種植年限為10年以上菜地的Mn元素的塊金值與基臺值的比值為42.7%，屬于中等相關(guān)關(guān)系，表明Mn的空間分布規(guī)律受隨機(jī)因素（灌溉、施肥等）和非隨機(jī)因素的共同影響;Cr、Zn、Pb、Cu 4種元素的塊金值與基臺值的比值均為25.0%以下，表現(xiàn)出較強(qiáng)的空間相關(guān)性，表明其空間分布規(guī)律受到非隨機(jī)因素（母質(zhì)和大氣沉降等）的影響較大，與種植年限為10年以下的田塊相比，種植年限為10年以上的菜地的塊金值與基臺值的比值均有所增加，反映出人為活動對土壤中重金屬的分布規(guī)律影響程度加大。

3 ?結(jié)論

兩田塊中重金屬元素的含量均未超過國家土壤質(zhì)量（二級）標(biāo)準(zhǔn)，但是受到污水灌溉的影響，本研究中種植年限為10年以下的田塊中重金屬含量的均值較種植年限為10年以上的田塊中重金屬的含量均值高。

在小尺度范圍內(nèi)，兩田塊中重金屬的空間分布規(guī)律主要受到非隨機(jī)因素（母質(zhì)、大氣沉降等）的影響，但是長時間的耕作使菜園土受到施肥、灌溉等人為因素的影響，導(dǎo)致重金屬分布的空間差異性減弱。

工業(yè)的迅速發(fā)展使重金屬在城郊菜園土中富集，為確保蔬菜安全，應(yīng)開展城郊環(huán)境綜合整治，尤其應(yīng)嚴(yán)格控制灌溉水的質(zhì)量。

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