江蘇沿海某設施農區(qū)土壤重金屬累積特點及生態(tài)風險評價

姚榮江，楊勁松*，謝文萍，伍丹華，余世鵬，張　新（.土壤與農業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室/中國科學院南京土壤研究所，南京 0008；.中國科學院南京分院東臺灘涂研究院，江蘇 東臺 400）

江蘇沿海某設施農區(qū)土壤重金屬累積特點及生態(tài)風險評價

姚榮江1，2，楊勁松1，2*，謝文萍1，伍丹華2，余世鵬1，2，張新1，2
（1.土壤與農業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室/中國科學院南京土壤研究所，南京 210008；2.中國科學院南京分院東臺灘涂研究院，江蘇 東臺 224200）

為了揭示設施栽培土壤重金屬累積特點及污染風險狀況，為沿海設施農區(qū)土壤重金屬污染的源頭消減、生態(tài)阻控與風險防范提供科學依據，以近年來高效農業(yè)發(fā)展迅猛的江蘇沿海某設施農地為研究對象，分析了種植方式和棚齡對土壤重金屬Pb、Cr、Cd、As全量與有效態(tài)含量的影響，探討了重金屬有效態(tài)含量與理化性質的相關性，并對設施土壤重金屬污染綜合潛在生態(tài)風險進行了評價。結果表明：目前設施農區(qū)土壤環(huán)境質量狀況整體良好，除重金屬Pb含量超過溫室蔬菜產地環(huán)境質量評價標準值（HJ/T 333—2006）外，Cr、Cd和As含量均顯著低于參考值；種植方式和棚齡不同程度地影響土壤重金屬全量與有效態(tài)含量，設施土壤Pb、Cr、Cd全量與有效態(tài)含量均顯著高于常規(guī)大田，且土壤Cd全量與有效態(tài)含量隨棚齡增加呈現富集特點；土壤Pb、Cr、Cd有效態(tài)含量與粘粒含量、陽離子交換量和pH顯著負相關，與有機質呈顯著正相關，土壤有效態(tài)As含量僅與土壤pH顯著正相關；目前研究區(qū)設施土壤重金屬污染處于輕度綜合潛在生態(tài)風險程度，綜合潛在生態(tài)風險指數呈現出青椒大棚＞西瓜大棚＞韭菜大棚的趨勢，且綜合潛在生態(tài)風險指數隨棚齡的增加而升高。

沿海；設施土壤；重金屬；有效態(tài)；生態(tài)風險

姚榮江，楊勁松，謝文萍，等.江蘇沿海某設施農區(qū)土壤重金屬累積特點及生態(tài)風險評價［J］.農業(yè)環(huán)境科學學報，2016，35（8）：1498-1506.

YAO Rong-jiang，YANG Jin-song，XIE Wen-ping，et al.Accumulation and potential ecological risk assessment of heavy metals in greenhouse soils from coastal area of Jiangsu Province［J］.Journal of Agro-Environment Science，2016，35（8）：1498-1506.

隨著工農業(yè)的迅速發(fā)展和居民生活水平的提高，人們對蔬菜、水果的跨季節(jié)需求越來越強烈，設施栽培特別是大棚蔬菜栽培的面積不斷擴大，在設施農業(yè)中占有很大比重［1］。據統計，江蘇省以設施蔬菜為主的設施農業(yè)面積已超過66.67萬hm2，占耕地比重達14.6%，其中位于江蘇東臺市的設施蔬菜栽培面積占全省的10.4%，成為沿海地區(qū)現代農業(yè)發(fā)展的亮點［2-3］。在帶來巨大經濟效益的同時，近年來長期設施栽培引發(fā)的一系列土壤退化問題亦越來越受重視［4］，如設施土壤長期處于高溫、高濕、高復種指數、高施肥量、無降水淋洗等特殊環(huán)境條件［5］，隨著栽培年限的不斷增長易出現酸化、板結、次生鹽漬化、養(yǎng)分失衡、重金屬累積、微生物區(qū)系改變等障礙問題［6］。重金屬由于具有潛伏性、難降解性、富集性等特點，且易進入食物鏈對食品安全和人體健康帶來極大威脅，成為當前備受關注的環(huán)境問題［7］。

近年來，國內外圍繞著設施栽培土壤重金屬累積特點［8-9］、來源識別［10-11］、影響因素［12-13］、生態(tài)風險評估［14-15］、生態(tài)修復［16］等方面開展了大量的研究工作，針對設施栽培土壤重金屬環(huán)境地球化學過程及其對農產品質量安全與人類健康風險評價，已成為環(huán)境土壤學研究的熱點。目前的研究主要集中在土壤重金屬的總量方面，對設施農地重金屬有效態(tài)含量的研究較少；事實上，重金屬在土壤中的賦存形態(tài)受土壤本身特性和人為活動等因素的影響，且不同形態(tài)的重金屬表現出不同生物毒性與遷移特征，判斷土壤重金屬的毒性響應以及生態(tài)風險更大程度上取決于其賦存形態(tài)［17］。江蘇沿海地區(qū)作為我國東部最具發(fā)展?jié)摿Φ膮^(qū)域之一，隨著近年來現代高效農業(yè)的規(guī)?；?、工廠化發(fā)展，土壤潛在重金屬污染風險亦日趨加劇，但目前關于設施土壤重金屬全量、有效態(tài)含量的累積特點及其潛在生態(tài)風險評價的研究鮮有報道。為此，本文以江蘇沿海地區(qū)近年來高效農業(yè)發(fā)展迅猛的東臺市弶港鎮(zhèn)某設施農地為例，研究種植方式和棚齡對設施土壤主要重金屬Pb、Cr、Cd、As全量與有效態(tài)含量的影響，分析重金屬有效態(tài)含量與理化性質的關聯性，探討設施農地土壤重金屬污染綜合潛在生態(tài)風險評價，旨在為沿海設施農區(qū)土壤重金屬污染的合理預防和風險消減提供依據。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于江蘇省東臺市沿海經濟區(qū)的堤利村和洋邊村，地處弶港鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)西部，地理位置為120°49′23.7″～120°50′20.6″E，32°42′55.0″～32°44′55.1″N，介于1955年與1975年圍墾的海堤之間，東距黃海海岸帶10.1 km（圖1）。研究區(qū)屬亞熱帶和暖溫帶的過渡區(qū)，季風顯著，常年平均氣溫15℃，無霜期220 d，日照2 130.5 h，多年平均降水量1 061.2 mm，蒸發(fā)量882.8 mm，雨熱同季，降水季節(jié)性分布不均，其中6—9月雨季降水量平均占全年近65%。該區(qū)土壤發(fā)育于江淮沖積-海相沉積物母質，土壤含鹽量較高，質地以砂壤和粉砂壤為主，其土壤性質為淤長型平原海岸的典型代表。研究區(qū)東臨弶港鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)，近5年來大面積發(fā)展韭菜、青椒、西瓜等設施大棚種植，設施農業(yè)面積占耕地面積比例達40%以上。

1.2樣品采集與處理

根據實地調查和農戶走訪結果依據研究區(qū)設施農業(yè)布局特點，考慮不同設施種植制度、棚齡等因素，于2014年12月上旬對24棟設施大棚進行表層土樣采集，其中韭菜大棚9個（3年棚齡），前茬西瓜大棚6個（2年棚齡，目前種植西蘭花和蘿卜），青椒大棚9個（3年棚齡），同時采集5個未有設施種植歷史的對照樣點。本研究共計采集29個表層土樣，覆蓋了目前研究區(qū)的主要設施種植類型并能反映研究區(qū)土壤環(huán)境污染狀況。各采樣點均用GPS進行定位，其空間位置如圖1所示，設施大棚采樣及相關調查情況列于表1。每棟設施大棚內樣點均按照“S”形多點采樣法，采集6個0～20 cm深度的表層土壤，現場均勻混合后用四分法從中選取1 kg土樣裝入自封袋中作為代表該點的混合樣品。采集的土壤樣品帶回實驗室自然風干后去除碎片、礫石和植物等雜物，用研缽磨碎，分別過10目、20目和100目的尼龍網篩，并將其干燥保存。

圖1　研究區(qū)地理位置及采樣點分布圖Figure 1 Geographical location of study area and sampling sites

表1　研究區(qū)土壤采樣及相關調查情況Table 1 Soil sampling and related survey information in studied area

1.3樣品處理與分析

采集的土壤樣品測定的指標包括Pb、Cr、Cd、As四種金屬元素全量與有效態(tài)含量、土壤有機質、陽離子交換量、粘粒含量（＜0.002 mm）和pH值。在土壤樣品中加入王水-H2O2消煮以及磷酸作抑制劑后提取全量Pb、Cd，加入HF-HClO4-HNO3消煮后提取全量Cr，采用HNO3-H2SO4消解后加入NaBH4反應方法提取全量As，采用DTPA-TEA提取有效態(tài)Pb、Cd和Cr，用稀鹽酸提取有效態(tài)As［18］。用原子吸收光譜石墨爐法測定Pb、Cd元素含量，用原子吸收火焰法測定Cr元素含量，用原子熒光光度法測定As元素含量。土壤重金屬分析的質量控制采用國家標準物質進行加標回收，各重金屬含量的回收率分別為Pb（97.6%～105.3%）、Cr（98.4%～110.7%）、Cd（96.9%～112.1%）、As（98.2%～113.5%），符合美國EPA標準要求的80%～ 120%的范圍。土壤有機質、陽離子交換量、粘粒含量和pH值的測定分別采用重鉻酸鉀稀釋熱法、EDTA-乙酸銨交換法、吸管法和電位法［19］。

1.4生態(tài)風險評價方法

本文采用國內外具有較大影響和廣泛使用的H?kanson潛在生態(tài)危害指數法（Potential ecological risk index）對研究區(qū)土壤重金屬的生態(tài)危害進行評價。該方法是國際上土壤/沉積物重金屬研究方法之一，不僅將土壤重金屬的含量考慮在內，而且將重金屬的生態(tài)效應、環(huán)境效應與毒理學聯系在一起，定量地劃分出重金屬的潛在風險程度。潛在生態(tài)風險指數法計算過程與步驟、重金屬毒性響應系數的確定參考文獻［20］。本文參考《溫室蔬菜產地環(huán)境質量評價標準（HJ/T 333—2006）》作為研究區(qū)土壤重金屬元素的評價標準值，采用的土壤重金屬潛在生態(tài)風險程度分級標準如表2所示。

1.5統計分析

本文采用的數據分析方法包括描述性統計分析、單樣本t檢驗、單因素方差分析和Pearson相關分析。利用描述性統計分析和單樣本t檢驗方法明確研究區(qū)土壤重金屬含量狀況，結合單因素方差分析揭示不同設施作物類型、棚齡等因素對重金屬全量、有效態(tài)含量和潛在生態(tài)風險指數的影響，采用Pearson相關分析研究重金屬有效態(tài)含量與土壤基本理化性質的相關性。數據分析均采用SPSS15.0軟件完成。

表2　土壤污染程度及潛在生態(tài)風險程度Table 2 Soil pollution degree and potential ecological risk

2　結果與討論

2.1土壤重金屬含量狀況分析

研究區(qū)常規(guī)大田和設施大棚土壤重金屬全量與有效態(tài)含量的描述性統計特征值列于表3。無論是全量還是有效態(tài)含量，不同土地利用方式下土壤重金屬含量的變異較大。從重金屬全量來看，常規(guī)大田土壤Pb含量介于38.3～47.8 mg·kg-1，Cr含量介于45.7～63.6 mg·kg-1，而設施大棚土壤Pb含量介于42.9～59.9 mg·kg-1，Cr含量介于53.2～75.9 mg·kg-1；從變異系數來看，研究區(qū)常規(guī)大田土壤重金屬全量的變異系數為4.59%～25.25%，設施大棚土壤重金屬全量的變異系數為2.82%～21.31%，除As、Pb為弱變異強度外，其余均屬中等變異強度。以《溫室蔬菜產地環(huán)境質量評價標準（HJ/T 333—2006）》的指標限值作為該區(qū)土壤重金屬元素的參考值，除設施大棚土壤Pb超標率達75%以外，未見其他土壤重金屬含量超標現象；單樣本t檢驗（雙尾）顯示，研究區(qū)常規(guī)大田土壤Pb、Cr、Cd、As全量均顯著低于參考值（P＜0.01），設施大棚土壤除Pb全量顯著高于參考值（P＜0.05）外，Cr、Cd和As全量均顯著低于參考值（P＜0.01），表明近年來研究區(qū)土壤重金屬Pb累積量明顯高于其他元素。從有效態(tài)含量來看，常規(guī)大田土壤Pb、Cr、Cd、As有效態(tài)含量的均值分別為1.80、0.373、0.019、0.061 mg·kg-1，設施大棚土壤對應的均值分別為2.07、0.455、0.020、0.064 mg·kg-1，總體來看現階段該區(qū)重金屬的環(huán)境風險和生態(tài)毒性尚不顯著。與已有研究結果［21］的比較顯示目前研究區(qū)土壤環(huán)境質量狀況整體良好，僅Pb含量超過溫室蔬菜產地環(huán)境質量標準限值。

表3　研究區(qū)常規(guī)大田和設施大棚土壤重金屬全量與有效態(tài)含量的統計特征值Table 3 Descriptive statistics of total and bioavailable concentrations of heavy metals in conventional field soils and plastic greenhouse soils in studied area

表4列出了常規(guī)大田與設施大棚種植條件下土壤重金屬Pb、Cr、Cd、As全量與有效態(tài)含量的統計對比結果。單因素方差分析（P＜0.05）顯示，設施大棚土壤Pb、Cr、Cd全量與有效態(tài)含量均顯著高于常規(guī)大田，而土壤As全量和有效態(tài)含量無顯著差異。這表明研究區(qū)設施大棚的種植與管理方式已引起土壤Pb、Cr、Cd元素的顯著富集，如設施大棚土壤Pb全量比常規(guī)大田高20.2%，Cd全量高出31.7%，Cr有效態(tài)含量高出22.0%。事實上，大量報道顯示設施栽培的高水、肥投入條件往往導致重金屬元素隨著生物有機肥、農藥化肥、農膜、污灌等進入土壤［22］。在本研究區(qū)，設施大棚施用畜禽糞便有機肥45～60 t·hm-2·a-1，氮磷復合肥900 kg·hm-2·a-1，可能是導致Pb、Cr、Cd發(fā)生富集的主要因素；土壤As含量差異較小可能與設施栽培下As污染來源較少有關。綜上，由設施栽培種植管理方式導致的重金屬帶入、人為干擾已對研究區(qū)土壤重金屬含量狀況產生較顯著影響。

表4　常規(guī)大田與設施大棚土壤重金屬含量（mg·kg-1）統計比較Table 4 Statistical comparison of heavy metal conten（tmg·kg-1）between conventional field and plastic greenhouse soils

2.2棚齡對土壤重金屬含量的影響

圖2　不同種植作物類型與棚齡條件下土壤重金屬全量、有效態(tài)含量的比較Figure 2 Comparison of total and bioavailable heavy metal content under different crop types and greenhouse ages

不同種植方式與棚齡條件下土壤各重金屬全量與有效態(tài)含量的統計比較（P＜0.05）如圖2所示（圖中重金屬全量、有效態(tài)含量的顯著性檢驗分別用小寫和大寫字母標識）。從土壤Pb全量與有效態(tài)含量對比來看，西瓜和青椒大棚土壤Pb全量與有效態(tài)含量均顯著高于常規(guī)大田，而3年棚齡的韭菜大棚土壤Pb全量顯著高于常規(guī)大田；棚齡超過4年的青椒大棚土壤Cr全量最高，且青椒大棚土壤Cr有效態(tài)含量整體最高，顯著高于常規(guī)大田和1年棚齡韭菜大棚；棚齡超過2年的青椒大棚土壤Cd全量、有效態(tài)含量明顯高于常規(guī)大田和其他類型設施土壤；土壤As全量與有效態(tài)含量受種植方式與棚齡的影響較小。統計分析表明：各設施種植條件下土壤Pb、Cr全量與Cd有效態(tài)含量無顯著差異，但青椒大棚土壤Cd全量、Cr有效態(tài)含量顯著高于韭菜和西瓜大棚。由此可知，設施種植作物種類對重金屬含量存在不同程度的影響，目前青椒大棚土壤的重金屬含量整體最高，其次是西瓜大棚，韭菜大棚土壤重金屬含量最低。導致該現象的因素除了種植方式與田間管理外，可能還與設施作物的吸收富集作用密切相關［23］。已有研究表明重金屬在作物內的累積量表現為葉菜類＞根菜類＞果菜類，葉菜類、茄果類對Cd富集作用較強，對Pb、As的積累較低［24］，瓜類對重金屬Pb、Cd的富集作用較弱［25］。

韭菜大棚土壤Pb、Cr、As全量與有效態(tài)含量隨著棚齡的增加差異較小，但3年棚齡韭菜大棚Cd全量與有效態(tài)含量顯著高于1年棚齡。兩個棚齡的西瓜大棚土壤Pb、Cr、Cd、As全量與有效態(tài)含量沒有顯著差異，這可能與種植方式和棚齡差異較小有關，由于研究區(qū)西瓜地連作障礙嚴重制約品質與產量，1～2年棚齡的設施西瓜地較常見，基本不存在棚齡超過3年的設施西瓜地。隨著棚齡的增加，設施青椒土壤Pb、Cr、As全量與有效態(tài)含量差異較小，但Cd全量與有效態(tài)含量顯著增加?？傮w來看，本研究僅土壤Cd含量隨棚齡增加表現出富集特點，而Pb、Cr、As的時間累積效應尚不明顯。事實上，眾多研究表明設施栽培土壤重金屬含量一般與種植年限呈顯著正相關，但其還受重金屬類型、蔬菜種類、施肥管理等因素影響，如黃霞等［26］研究發(fā)現山東壽光地區(qū)設施栽培2～4年棚齡的土壤中重金屬含量最高，陳碧華等［27］研究表明大棚菜田土壤Cr含量和種植年限不相關；白玲玉等［28］研究發(fā)現，與土地利用年限相比，農用化學品的質量和數量是導致不同利用方式下土壤重金屬含量差異的重要原因。

2.3土壤重金屬有效態(tài)含量與土壤基本理化性質相關性分析

研究區(qū)土壤重金屬有效態(tài)含量與重金屬全量、粘粒含量（Clay）、有機質（SOM）、陽離子交換量（CEC）、土壤pH的相關性如表5所示。土壤Pb、Cr、Cd、As有效態(tài)含量與全量呈極顯著正相關，且土壤Pb、Cr和Cd有效態(tài)含量與粘粒含量、陽離子交換量和pH顯著負相關，即重金屬Pb、Cr、Cd的生物有效性隨粘粒含量的增多而降低；pH越高的土壤，其重金屬的生物有效性越低，主要原因是pH下降時土壤粘粒礦物和有機質表面的負電荷減少導致對重金屬的吸附能力下降；土壤重金屬有效態(tài)隨陽離子交換量的升高而降低，主要是由于陽離子交換量的上升導致土壤對重金屬離子吸附固持作用增大，降低了有效性。土壤Pb、Cr、Cd有效態(tài)含量與有機質呈顯著正相關，原因在于土壤有機質主要由生物分子和腐殖質（以胡敏酸和富里酸為主）組成，大量研究表明［29］富里酸呈強酸性，能顯著促進污染土壤重金屬的解吸，提高其有效性，而胡敏酸吸收容量較高，能顯著降低污染土壤重金屬的溶出。本文重金屬Pb、Cr、Cd有效態(tài)與土壤有機質呈極顯著正相關可能與該區(qū)域土壤有機質中含有較高的富里酸有關。土壤As有效態(tài)含量與土壤pH顯著正相關，但與其他理化性質相關性不顯著。這是由于土壤As的危害程度受酸堿性和氧化還原電位影響較大，土壤pH值高導致As吸附量減少（研究區(qū)土壤pH介于7.6～8.3），使得As離子向溶液中解吸，水溶性As含量增加；在低pH土壤中，As離子能被土壤中帶正電荷的氫氧化鐵等吸附劑迅速吸附，降低其有效性，因而As的生物有效態(tài)隨pH值的升高而增加［30］。

2.4設施土壤重金屬的單項潛在生態(tài)風險

表5　土壤重金屬有效態(tài)含量與重金屬全量和土壤理化性質的相關性Table 5 Correlation coefficients of total and bioavailable heavy metal content with basic soil properties

圖3　設施大棚土壤單一重金屬污染系數和潛在生態(tài)風險系數的統計值及其分布Figure 3 Descriptive statistics and their distribution of contamination coefficien（t）and potential ecological hazard coefficien（t）of heavy metals in plastic greenhouse soil

從圖3b顯示的研究區(qū)設施大棚土壤重金屬Pb、Cr、Cd、As潛在生態(tài)風險系數的統計特征值來看，其平均值分別為5.23、0.504、4.08和3.80，整體均處于輕度潛在生態(tài)風險，4種重金屬的潛在生態(tài)危害趨勢為Pb＞Cd＞As＞Cr。與已有研究［21］相比，近年來研究區(qū)土壤Pb生態(tài)風險系數大幅提高，這與設施栽培條件下投入大量肥料、農藥導致Pb富集密切相關。比較圖3a和圖3b可知，設施大棚土壤Pb的污染系數和潛在生態(tài)風險系數均最高，盡管Cd污染系數均值最低，但其潛在生態(tài)風險系數高于Cr和As，這主要與Cd的毒性響應系數顯著高于Pb、Cr、As有關。

2.5土壤重金屬的綜合潛在生態(tài)風險

從表6列出的研究區(qū)土壤重金屬潛在生態(tài)風險指數RI的統計特征值來看：所有設施大棚樣點土壤重金屬RI值在12.05～15.92之間，均屬輕度綜合潛在生態(tài)風險程度；韭菜大棚土壤RI值的平均值為12.95，西瓜大棚為13.31，青椒大棚為14.46，表現為青椒大棚＞西瓜大棚＞韭菜大棚。單因素方差分析顯示，青椒大棚土壤重金屬潛在生態(tài)風險顯著高于西瓜大棚和韭菜大棚（P＜0.05），但西瓜大棚與韭菜大棚間土壤重金屬潛在生態(tài)風險差異不顯著。此外，常規(guī)大田土壤RI值的平均值為11.59，且青椒、西瓜和韭菜大棚土壤重金屬潛在生態(tài)風險均顯著高于常規(guī)大田（P＜0.05）。

圖4　不同種植作物類型與棚齡下土壤重金屬潛在生態(tài)風險指數RIFigure 4 Potential ecological risk index（RI）of soil heavy metals under different crop types and greenhouse ages

表6　土壤重金屬潛在生態(tài)風險指數RI的統計特征值Table 6 Descriptive statistics of potential ecological risk index（RI）of heavy metals in soil

不同種植方式與棚齡下土壤重金屬綜合潛在生態(tài)風險指數RI如圖4所示。可以看出，種植方式和棚齡對土壤重金屬綜合潛在生態(tài)風險指數具有重要影響；常規(guī)大田土壤重金屬潛在生態(tài)風險指數最低，超過2年棚齡的青椒大棚土壤重金屬潛在生態(tài)風險指數最高，且顯著高于其他種植方式。同一設施栽培條件下，3年棚齡的韭菜大棚土壤重金屬潛在生態(tài)風險指數顯著高于1年棚齡，2年棚齡的青椒大棚土壤重金屬潛在生態(tài)風險指數均顯著高于1年棚齡。事實上，諸多研究表明，設施大棚土壤重金屬的含量一般與種植年限呈顯著正相關，且重金屬綜合潛在生態(tài)風險指數RI亦隨著種植年限的增加而升高［31］。這與本文的研究結果也是一致的。

總體來看，目前研究區(qū)設施大棚土壤環(huán)境質量較安全，重金屬潛在生態(tài)風險程度尚處于輕度，但是隨著今后該區(qū)高效農業(yè)的發(fā)展與農業(yè)集約化程度的提高，有機肥、化肥、農藥等大量投入將不可避免引起該區(qū)土壤環(huán)境質量的變化。因此，在當前設施種植和人為活動尚未引起土壤重金屬潛在生態(tài)風險超標的情況下，該地區(qū)土壤重金屬污染的綜合防治尤為重要。首先加強監(jiān)測監(jiān)控，在主要農產品產區(qū)建立土壤污染（重金屬）長期定位監(jiān)測點，進行基本農田、蔬菜地等土壤重金屬污染狀況及其成因、歸趨的調查和監(jiān)測；其次強化源頭減量，推動農業(yè)廢棄物資源化利用和無害化處理，設施大棚中避免重金屬含量較高有機肥、化肥和農藥的施用是防止土壤重金屬累積的重要保障；最后推進生態(tài)阻控，合理部署農田水分管理、原位鈍化、耕地輪休，以及耕作制度改革等農藝削減措施，種植超積累植物以生態(tài)修復或者在土壤中施加石灰以降低重金屬的生物有效性［32］。

3　結論

（1）目前設施農區(qū)土壤環(huán)境質量狀況整體良好，僅Pb全量超過溫室蔬菜產地環(huán)境質量評價標準限值，各土壤重金屬有效態(tài)含量整體較低，其環(huán)境風險和生態(tài)毒性尚不顯著。

（2）設施大棚土壤Pb、Cr、Cd全量與有效態(tài)含量顯著高于常規(guī)大田，且設施大棚土壤重金屬含量青椒大棚＞西瓜大棚＞韭菜大棚，土壤Cd全量與有效態(tài)含量隨棚齡增加表現出富集特點。

（3）土壤Pb、Cr、Cd有效態(tài)含量與粘粒含量、陽離子交換量和pH顯著負相關，與有機質呈顯著正相關，土壤As有效態(tài)含量僅與土壤pH顯著正相關。

（4）設施農區(qū)土壤重金屬污染處于輕度綜合潛在生態(tài)風險程度，土壤重金屬污染的綜合潛在生態(tài)風險指數依次為青椒大棚＞西瓜大棚＞韭菜大棚，且綜合潛在生態(tài)風險指數隨棚齡的增加而升高。

［1］薛延豐，石志琦.不同種植年限設施地土壤養(yǎng)分和重金屬含量的變化特征［J］.水土保持學報，2011，25（4）：125-130. XUE Yan-feng，SHI Zhi-qi.Characteristics of soil nutrient and heavy metal content with the different years of cultivation［J］.Journal of Soil and Water Conservation，2011，25（4）：125-130.

［2］曾曉萍，周軍，曹光亮，等.江蘇省設施蔬菜部分主要栽培品種［J］.中國蔬菜，2014（1）：86-89. ZENG Xiao-ping，ZHOU Jun，CAO Guang-liang，et al.Some main cultivars of greenhouse vegetables in Jiangsu Province［J］.China Vegetables，2014（1）：86-89.

［3］郭世榮.江蘇省設施蔬菜發(fā)展現狀及對策［J］.中國蔬菜，2007（5）：6-8. GUO Shi-rong.Development status and countermeasures of greenhouse vegetables in Jiangsu Province［J］.China Vegetables，2007（5）：6-8.

［4］費月躍，顧閩峰，王偉義，等.江蘇沿海地區(qū)設施蔬菜栽培逆境因子及其對策［J］.安徽農學通報，2014，20（10）：49-50. FEI Yue-yue，GU Min-feng，WANG Wei-yi，et al.Stress factors and countermeasures of greenhouse vegetable cultivation in the coastal area of Jiangsu Province［J］.Anhui Agricultural Science Bulletin，2014，20 （10）：49-50.

［5］Martín J A R，Ramos-Miras J J，Boluda R，et al.Spatial relations of heavy metals in arable and greenhouse soils of a Mediterranean environment region（Spain）［J］.Geoderma，2013，200/201（6）：180-188.

［6］Mahmoud E K，El-Kader N A.Soil immobilization of heavy metal using soil amendments in a greenhouse study［J］.Compost Science&Utilization，2013，21（3）：156-163.

［7］李廷軒，張錫洲.設施栽培條件下土壤質量演變及調控［M］.北京：科學出版社，2011. LI Ting-xuan，ZHANG Xi-zhou.Soil quality evolution and regulation under the condition of greenhouse cultivation［M］.Beijing：Science Press，2011.

［8］Chen Y，Huang B，Hu W，et al.Accumulation and ecological effects of soil heavy metals in conventional and organic greenhouse vegetable production systems in Nanjing，China［J］.Environmental Earth Science，2014，71（8）：3605-3616.

［9］全智，吳金水，魏文學，等.長期種植蔬菜后土壤中氮、磷有效養(yǎng)分和重金屬含量變化［J］.應用生態(tài)學報，2011，22（11）：2919-2929. QUAN Zhi，WU Jin-shui，WEI Wen-xue，et al.Change characteristics of soil available nitrogen and phosphorus and heavy metal contents after long-term cultivation of vegetables［J］.Chinese Journal of Applied Ecology，2011，22（11）：2919-2929.

［10］Bai L Y，Zeng X B，Su S M，et al.Heavy metal accumulation and source analysis in greenhouse soils of Wuwei District，Gansu Province，China ［J］.Environmental Science and Pollution Research International，2015，22（7）：5359-5369.

［11］曾希柏，李蓮芳，梅旭榮.中國蔬菜土壤重金屬含量及來源分析［J］.中國農業(yè)科學，2007，40（11）：2507-2517. ZENG Xi-bai，LI Lian-fang，MEI Xu-rong.Heavy metal content in soils of vegetable-growing lands in China and source analysis［J］.Scientia Agricultura Sinica，2007，40（11）：2507-2517.

［12］段永蕙，史靜，張乃明，等.設施土壤重金屬污染物累積的影響因素分析［J］.土壤，2008，40（3）：469-473. DUAN Yong-hui，SHI Jing，ZHANG Nai-ming，et al.Accumulation of heavy metals and its influential factors in greenhouse soils［J］.Soils，2008，40（3）：469-473.

［13］Yang L，Huang B，Hu W，et al.The impact of greenhouse vegetablefarming duration and soil types on phytoavailability of heavy metals and their health risk in Eastern China［J］.Chemosphere，2014，103：121-130.

［14］Kong X L，Cao J，Tang R Y，et al.Pollution of intensively managed greenhouse soils by nutrients and heavy metals in the Yellow River irrigation region，Northwest China［J］.Environmental Monitoring&Assessment，2014，186（11）：7719-7731.

［15］王登啟.設施菜地土壤重金屬的分布特征與生態(tài)風險評價研究［D］.泰安：山東農業(yè)大學，2008. WANG Deng-qi.Distribution and risk evaluation of heavy metals in greenhouse vegetable soils［D］.Tai′an：Shandong Agricultural University，2008.

［16］Castaldi P，Santona L，Melis P.Heavy metal immobilization by chemical amendments in a polluted soil and influence on white lupin growth ［J］.Chemosphere，2005，60（3）：365-371.

［17］Kim R Y，Yoon J K，Kim T S，et al.Bioavailability of heavy metals in soils：definitions and practical implementation：A critical review［J］. Environmental Geochemistry&Health，2015，37（6）：1-21.

［18］陳飛霞，魏世強.土壤中有效態(tài)重金屬的化學試劑提取法研究進展［J］.干旱環(huán)境監(jiān)測，2006，20（3）：153-157. CHEN Fei-xia，WEI Shi-qiang.Study of chemical extraction of heavy metalsinsoil［J］.Arid Environmental Monitoring，2006，20（3）：153-157.

［19］魯如坤.土壤農業(yè)化學分析方法［M］.北京：中國農業(yè)科技出版社，1999. LU Ru-kun.Analytical methods of soil agricultural chemistry［M］.Beijing：China Agricultural Science and Technology Press，1999.

［20］海米提·依米提，祖皮艷木·買買提，李建濤，等.焉耆盆地土壤重金屬的污染及潛在生態(tài)風險評價［J］.中國環(huán)境科學，2014，34（6）：1523-1530. HAMID Yimit，ZULPIYA Mamat，LI Jian-tao，et al.Sources explanation，pollution and assessment of potential ecological hazards of heavy metals in the soils of Yanqi basin，China［J］.China Environmental Science，2014，34（6）：1523-1530.

［21］孟慶峰，楊勁松，姚榮江，等.灘涂圍墾區(qū)土壤重金屬調查及生態(tài)風險評價：以鹽城市弶港鎮(zhèn)為例［J］.農業(yè)環(huán)境科學學報，2011，30 （11）：2249-2257. MENG Qing-feng，YANG Jin-song，YAO Rong-jiang，et al.Investigation and ecological risk assessment of heavy metals pollution in reclaimed tidal flat soil：A case study of Jianggang County，China［J］. Journal of Agro-Environment Science，2011，30（11）：2249-2257.

［22］李樹輝.北方設施菜地重金屬的累積特征及防控對策研究［D］.北京：中國農業(yè)科學院，2011. LI Shu-hui.Characteristics of heavy metal accumulation and regulation strategies in soils of protected vegetables cultivation in the North China［D］.Beijing：Chinese Academy of Agricultural Sciences，2011.

［23］薛艷，沈振國，周東美.蔬菜對土壤重金屬吸收的差異與機理［J］.土壤，2005，37（1）：32-36. XUE Yan，SHEN Zhen-guo，ZHOU Dong-mei.Difference in heavy metal uptake between various vegetables and its mechanism［J］.Soils， 2005，37（1）：32-36.

［24］黃永東，黃永川，于官平，等.蔬菜對重金屬元素的吸收和積累研究進展［J］.長江蔬菜，2011（10）：1-6. HUANG Yong-dong，HUANG Yong-chuan，YU Guan-ping，et al. Progress of adsorption and accumulation of heavy metals in vegetables ［J］.Journal of Changjiang Vegetables，2011（10）：1-6.

［25］徐明飛，鄭紀慈，阮美穎，等.不同類型蔬菜重金屬（Pb，As，Cd、Hg）積累量的比較［J］.浙江農業(yè)科學，2008，20（1）：29-34. XU Ming-fei，ZHENG Ji-ci，RUAN Mei-ying，et al.Comparison of the amounts of heavy metals accumulated by different groups of vegetables ［J］.Acta Agriculturae Zhejiangensis，2008，20（1）：29-34.

［26］黃霞，李廷軒，余海英.典型設施栽培土壤重金屬含量變化及其風險評價［J］.植物營養(yǎng)與肥料學報，2010，16（4）：833-839. HUANG Xia，LI Ting-xuan，YU Hai-ying.Risk assessments of heavy metals in typical greenhouse soils［J］.Plant Nutrition and Fertilizer Science，2010，16（4）：833-839.

［27］陳碧華，楊和連，周俊國，等.大棚菜田種植年限對土壤重金屬含量及酶活性的影響［J］.農業(yè)工程學報，2012，28（1）：213-218. CHEN Bi-hua，YANG He-lian，ZHOU Jun-guo，et al.Effect of vultivating years of vegetable field on soil heavy metal and enzyme activity in plastic shed［J］.Transactions of the CSAE，2012，28（1）：213-218.

［28］白玲玉，曾希柏，李蓮芳，等.不同農業(yè)利用方式對土壤重金屬累積的影響及原因分析［J］.中國農業(yè)科學，2010，43（1）：96-104. BAI Ling-yu，ZENG Xi-bai，LI Lian-fang，et al.Effects of land use on heavy metal accumulation in soils and source analysis［J］.Scientia A-gricultura Sinica，2010，43（1）：96-104.

［29］趙明，蔡葵，王文嬌，等.施肥對大棚土壤有效態(tài)重金屬含量及生物效應的影響［J］.農業(yè)環(huán)境科學學報，2010，29（增刊）：26-31. ZHAO Ming，CAI Kui，WANG Wen-jiao，et al.Effects of fertilization on soil available heavy metal content and biological effects in greenhouse［J］.Journal of Agro-Environment Science，2010，29（Suppl）：26-31.

［30］孫歆，韋朝陽，王五一.土壤中砷的形態(tài)分析和生物有效性研究進展［J］.地球科學進展，2006，21（6）：625-632. SUN Xin，WEI Chao-yang，WANG Wu-yi.Progress in the study of arsenic species and bioavailability in soils：A review［J］.Advances in Earth Science，2006，21（6）：625-632.

［31］李樹輝，曾希柏，李蓮芳，等.設施菜地重金屬的剖面分布特征［J］.應用生態(tài)學報，2010，21（9）：2397-2402. LI Shu-hui，ZENG Xi-bai，LI Lian-fang，et al.Distribution characteristics of heavy metals in soil profile of facility vegetable fields［J］.Chinese Journal of Applied Ecology，2010，21（9）：2397-2402.

［32］趙智，唐澤軍，楊凱，等.PAM與粉煤灰改良沙土中重金屬的遷移和富集規(guī)律［J］.農業(yè)機械學報，2013，44（7）：83-89. ZHAO Zhi，TANG Ze-jun，YANG Kai，et al.Metal transportation and accumulation in sandy soil amended by fly ash and PAM［J］.Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2013，44（7）：83-89.

Accumulation and potential ecological risk assessment of heavy metals in greenhouse soils from coastal area of Jiangsu Province

YAO Rong-jiang1，2，YANG Jin-song1，2*，XIE Wen-ping1，WU Dan-hua2，YU Shi-peng1，2，ZHANG Xin1，2
（1.State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture（Institute of Soil Science，Chinese Academy of Sciences），Nanjing 210008，China；2.Dongtai Institute of Tidal Flat Research，Nanjing Branch of the Chinese Academy of Sciences，Dongtai 224200，China）

Greenhouse soils have different biogeochemical characteristics from natural soils.Therefore，it is important to reveal the accumulation and ecological risks of soil heavy metals for sustainable production of greenhouse soil.This study was carried out to examine the effects of cropping methods and greenhouse ages on the total and bioavailable content of soil heavy metals（Pb，Cr，Cd，As），in a coastal greenhouse area in Jiangsu Province，China，a rapid development area of high-efficiency agriculture.Results indicated that soil environmental quality across the greenhouse area was generally in good condition.Except Pb whose content exceeded the environmental quality standard for farmland of greenhouse vegetables production（HJ/T 333—2006），the content of Cr，Cd and As was lower than the environmental quality standards.Cropping methods and greenhouse ages affected the total and bioavailable content of soil heavy metals to a different extent.Total and bioavailable concentrations of Pb，Cr and Cd in greenhouse soil was significantly higher than those in conventional field. The total and bioavailable content of Cd exhibited the trend of accumulation with increasing greenhouse ages.The bioavailable Pb，Cr，andCd in soil showed significant negative correlations with soil clay particle content，cation exchange capacity，and pH，but positive correlations with soil organic matter.The bioavailable As was merely positively correlated with soil pH.The comprehensive potential ecological risks of heavy metals were currently at a low level across the whole greenhouse area.The indexes of the comprehensive potential ecological risks in different crop greenhouses were in order of green pepper＞watermelon＞Chinese chives，increased with increasing greenhouse ages.The research findings could provide scientific reference for pollution source reduction，ecological activity control and risk prevention of soil heavy metals in the coastal greenhouse area.

coastal area；greenhouse soil；heavy metal；bioavailability；ecological risk

X820.4

A

1672-2043（2016）08-1498-09

10.11654/jaes.2016-0118

2016-01-24

江蘇省科技支撐計劃社會發(fā)展項目（BE2014678）；江蘇省自然科學基金面上項目（BK20141266）；國家自然科學基金項目（41571223）

姚榮江（1980—），男，博士，副研究員。研究方向為濱海鹽堿地治理修復及其生態(tài)環(huán)境效應。E-mail：rjyao@issas.ac.cn

楊勁松E-mail：jsyang@issas.ac.cn