湖北省主要蔬菜基地的重金屬污染現(xiàn)狀及評(píng)價(jià)

李靜++王明銳++張雋嫻+汪淏+++姚晶晶+陶寧麗+路磊+易甜+樊銘勇

摘要：采用田間采樣和室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，對(duì)湖北省武漢、宜昌、荊門、荊州、恩施州、十堰、咸寧和黃岡共8個(gè)地區(qū)的45個(gè)主要蔬菜生產(chǎn)基地的pH和6種重金屬（鎘、汞、砷、鉛、鉻、銅）含量進(jìn)行測(cè)定，再利用單項(xiàng)污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)方法，對(duì)土壤重金屬的污染狀況進(jìn)行分析。結(jié)果表明，45個(gè)土壤樣點(diǎn)pH范圍為4.59～8.42，42.2%樣點(diǎn)偏酸性；重金屬含量均在《NY/T 391-2013綠色食品 產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》限量標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，適宜發(fā)展綠色食品；單項(xiàng)污染指數(shù)表明黃岡市Cr、Cu和荊州市Cr單項(xiàng)污染指數(shù)超過(guò)0.7，臨近警戒線；綜合污染指數(shù)表明黃岡市重金屬污染程度處于警戒線，其他地區(qū)均是安全的。

關(guān)鍵詞：蔬菜基地；土壤；重金屬污染；湖北省

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）24-6563-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.24.060

土壤是人類生產(chǎn)食物最基本的生產(chǎn)資料和人類活動(dòng)的基本場(chǎng)所。隨著現(xiàn)代工業(yè)和農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展、城市化進(jìn)程不斷加快和人類活動(dòng)的影響，重金屬通過(guò)各種途徑進(jìn)入土壤并累積吸附在土壤中。由于重金屬遷移程度小，在土壤中很難去除，通過(guò)蔬菜根部到植株中，嚴(yán)重影響品質(zhì)，同時(shí)對(duì)人體健康帶來(lái)較大隱患。因此，深入了解重金屬污染對(duì)蔬菜的影響，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，減少重金屬對(duì)人類的危害十分必要[1]。

2000年初，對(duì)蔬菜產(chǎn)地重金屬污染狀況開(kāi)始了研究。自2004年實(shí)行食品質(zhì)量安全市場(chǎng)準(zhǔn)入制度以來(lái)，人們對(duì)食品安全更加重視。農(nóng)業(yè)部門積極大力推進(jìn)“三品一標(biāo)”工作，將“三品一標(biāo)”認(rèn)證工作作為確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的重要抓手，開(kāi)展產(chǎn)地環(huán)境評(píng)價(jià)和產(chǎn)品認(rèn)證檢驗(yàn)工作。對(duì)“三品一標(biāo)”產(chǎn)地環(huán)境的評(píng)價(jià)工作，可以更進(jìn)一步掌控蔬菜基地的重金屬污染狀況。如吉林省采用單因子污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法，對(duì)龍井市近郊農(nóng)田土壤重金屬Cu、Zn、Pb、Cd含量進(jìn)行調(diào)查，重金屬污染程度為輕度污染，主要污染元素為Cd[2]。重慶市曾對(duì)永川區(qū)近郊蔬菜地土壤重金屬污染進(jìn)行調(diào)查，其主要污染元素為Pb；從綜合污染指數(shù)方面來(lái)看，土壤污染處于警戒級(jí)和輕污染級(jí)[3]。

近幾年來(lái)，湖北省城鎮(zhèn)化的進(jìn)度加快，多地遭受重金屬污染比較嚴(yán)重，曾有黃石市和大冶市關(guān)于重金屬污染整治方面的報(bào)道[4，5]。但關(guān)于湖北省蔬菜基地重金屬污染的系統(tǒng)研究報(bào)道卻不多。2012年張媛媛等[6]對(duì)武漢市蔬菜基地重金屬污染現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查，選取武漢市江夏區(qū)、洪山區(qū)等地的24個(gè)蔬菜基地，分別對(duì)土壤的pH、EC、有機(jī)質(zhì)含量以及Cu、Zn、Cd和Pb 4種重金屬含量進(jìn)行調(diào)查和分析。結(jié)果顯示，24個(gè)采樣點(diǎn)的土壤重金屬含量均在《GB 15618-1995土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[7]限量標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，為蔬菜安全生產(chǎn)基地，但同時(shí)也提出采取多種措施控制重金屬污染源，高度重視土壤酸化比較嚴(yán)重的部分蔬菜基地。

湖北省是蔬菜種植大省，為保障蔬菜質(zhì)量安全，各級(jí)政府大力推進(jìn)“三品一標(biāo)”產(chǎn)品認(rèn)證。本研究以湖北省武漢、宜昌、荊門、荊州、恩施州、十堰、咸寧和黃岡8個(gè)地區(qū)的45個(gè)主要綠色食品蔬菜基地為調(diào)查樣點(diǎn)，通過(guò)實(shí)地采集土壤樣品，測(cè)定土壤pH和重金屬元素（Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu）含量，分析并評(píng)價(jià)了8個(gè)地區(qū)蔬菜基地土壤重金屬的污染現(xiàn)狀，旨在為保障湖北省蔬菜基地的土壤安全和防治等提供一定參考依據(jù)。由于《GB 15618-1995土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的污染限量要求比較寬泛，可能會(huì)放松對(duì)土壤重金屬的污染預(yù)警。為了與目前高品質(zhì)的食品安全要求相適應(yīng)，同時(shí)采用《NY/T 391-2013綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》[8]標(biāo)準(zhǔn)對(duì)6種重金屬含量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

根據(jù)《HJ/T 166-2004土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》[9]標(biāo)準(zhǔn)布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)并采集0～20 cm耕層土壤，每個(gè)蔬菜生產(chǎn)基地采集3個(gè)不同位置、不同點(diǎn)數(shù)的土樣，即每個(gè)基地抽取3份土樣，共采集土壤樣品135份。采集的土壤樣品經(jīng)自然風(fēng)干后，研磨過(guò)100目尼龍篩后混勻，保存于采樣袋中，待測(cè)。

1.2 樣品分析方法

土壤浸提后采用電位法測(cè)定土壤pH（PHS-3C型酸度計(jì)）；土壤鎘、鉛的測(cè)定方法采取石墨爐原子吸收分光光度法（GB/T 17141-1997）[10]；汞的測(cè)定方法采用原子熒光法（GB/T 22105.1-2008）[11]；砷的測(cè)定方法采用原子熒光法（GB/T 22105.2-2008）[12]；鉻的測(cè)定方法采用火焰原子吸收分光光度法（HJ 491-2009）[13]；銅的測(cè)定方法采用火焰原子吸收分光光度法（GB/T 17138-1997）[14]。

1.3 土壤重金屬含量評(píng)價(jià)

以《NY/T 391-2013綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》標(biāo)準(zhǔn)中的旱田土壤環(huán)境質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)值作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表1），采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)羅梅（Nemerow）綜合污染指數(shù)法[15]對(duì)土壤污染現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)。

單因子污染指數(shù)的計(jì)算公式為：Pi=Ci/Si

式中，Pi為土壤中第i種污染物的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)；Ci為第i種污染物的實(shí)際濃度；Si為第i種污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。

式中，P綜為土壤重金屬的綜合污染指數(shù)；Pimax為測(cè)定點(diǎn)的單項(xiàng)污染指數(shù)中的最大值；Pave為測(cè)定點(diǎn)的所有污染物單項(xiàng)污染指數(shù)的平均值。

單因子污染指數(shù)法常用于評(píng)價(jià)土壤被某一重金屬的污染程度。而綜合污染指數(shù)法是一種兼極值的綜合評(píng)價(jià)方法，既考慮了單項(xiàng)元素的作用，又突出污染最嚴(yán)重元素的重要性，可以評(píng)定每一個(gè)測(cè)試點(diǎn)的土壤綜合污染水平。根據(jù)內(nèi)梅羅污染綜合指數(shù)法，將土壤的污染情況劃分為 5個(gè)等級(jí)，污染等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同地區(qū)蔬菜基地土壤pH和重金屬含量比較

湖北省武漢、宜昌、荊門、荊州、恩施州、十堰、咸寧和黃岡8個(gè)地區(qū)的45個(gè)主要蔬菜基地土壤的pH分布情況如圖1所示。由圖1可以看出，pH分布范圍為4.59～8.42。在45個(gè)蔬菜基地中，19個(gè)基地pH<6.5，呈酸性；12個(gè)基地6.57.5的基地，呈弱堿性。由表3表明，武漢被調(diào)查的13個(gè)基地中，有8個(gè)基地土壤偏酸性，占比61.5%，另外5個(gè)基地土壤呈堿性，占比38.5%；宜昌被調(diào)查的12個(gè)基地土壤中，酸性土壤和中性土壤各占比50%；恩施州被調(diào)查的3個(gè)基地土壤均偏酸性；其他5個(gè)地區(qū)土壤大都呈中性或偏堿性?？偟膩?lái)說(shuō)，各個(gè)地區(qū)pH差別比較大，有的同一個(gè)地區(qū)不同基地的pH也會(huì)差別比較大。

如表3所示，湖北省8個(gè)地區(qū)的蔬菜基地土壤重金屬含量均沒(méi)有超出綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（NY/T 391-2013）對(duì)旱田土壤環(huán)境質(zhì)量的要求。參照湖北省土壤背景值[16]（未受人類污染影響的自然環(huán)境中化學(xué)元素和化合物的含量），45個(gè)基地中有6個(gè)基地的Hg、As和Pb含量超出湖北省土壤背景值，其中Hg的累積最明顯，宜昌市有3個(gè)基地、黃岡市有1個(gè)基地Hg含量超出背景值；另外荊州市有1個(gè)基地的Pb含量超出了背景值，恩施州有1個(gè)基地的As含量超出背景值；但總體來(lái)說(shuō)，超標(biāo)率都不超過(guò)20%。被調(diào)查的所有基地重金屬Cd、Cr和Cu含量均低于土壤背景值，無(wú)明顯累積；武漢、荊門、十堰和咸寧被調(diào)查的蔬菜基地6種重金屬含量均低于土壤背景值。

2.2 不同地區(qū)蔬菜基地重金屬的含量差異

如表4所示，宜昌和十堰市蔬菜基地的Cd含量平均值最高，荊州市的最低；黃岡市蔬菜基地的Hg平均含量最高，是荊門市的3.8倍；恩施州土壤As含量高，是十堰市的2.6倍；黃岡市的Pb平均含量最高，咸寧市的最低；黃岡市的Cr平均含量最高，比恩施州的高出28.84 mg/kg；黃岡市蔬菜基地的Cu平均含量最高，咸寧市的最低。但相同市區(qū)不同取樣地點(diǎn)的重金屬含量差異比較大，如黃岡市編號(hào)為J44基地的Cd含量是J45的3.6倍，而J45基地的As含量是J44的3.2倍。

2.3 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)結(jié)果

2.3.1 單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià) 湖北省各地區(qū)蔬菜基地土壤中Cd、Hg、As、Pb、Cr和Cu 6種重金屬元素的單因子污染指數(shù)和評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可以看出，湖北省8個(gè)地區(qū)45個(gè)被調(diào)查的基地上述6種重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)均小于1，說(shuō)明8個(gè)地區(qū)蔬菜基地的Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu含量均未超標(biāo)。但荊州地區(qū)的Cr和黃岡地區(qū)的Cr、Cu的單項(xiàng)污染指數(shù)均超過(guò)0.7，表明這兩個(gè)地區(qū)的Cr、Cu污染處于警戒線級(jí)別，需要及時(shí)預(yù)防。

2.3.2 綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià) 僅使用單因子污染指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)不能反映土壤的整體污染情況。而綜合污染指數(shù)法是一種兼極值的綜合評(píng)價(jià)方法，可以評(píng)定土壤綜合污染水平。從表5還可以看出，湖北省8個(gè)地區(qū)的綜合污染指數(shù)均小于1，根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可以判斷這些地區(qū)的蔬菜基地污染水平處于尚清潔狀態(tài)。但是黃岡市的土壤綜合污染指數(shù)大于0.7，表明該地區(qū)的蔬菜基地污染水平雖然處于尚清潔狀態(tài)，但重金屬污染達(dá)到了警戒線。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

通過(guò)對(duì)湖北省武漢、宜昌、荊門、荊州、恩施州、十堰、咸寧和黃岡8個(gè)地區(qū)的45個(gè)主要綠色食品蔬菜生產(chǎn)基地進(jìn)行田間采樣和室內(nèi)分析，試驗(yàn)結(jié)論如下：

1）所調(diào)查的45個(gè)基地pH<6.5有19個(gè)，占42.2%，6.57.5有14個(gè)，占31.1%。主要表現(xiàn)：恩施州基地pH<6.5占100%、武漢基地pH<6.5占61.5%、宜昌pH<6.5占50.0%。推測(cè)原因可能這些基地屬于傳統(tǒng)蔬菜種植基地，常年施肥導(dǎo)致土壤酸化相對(duì)嚴(yán)重。

2）武漢、荊門、十堰和咸寧地區(qū)被調(diào)查的蔬菜基地6種重金屬含量均低于土壤背景值。另外4個(gè)地區(qū)有6個(gè)基地的Hg、As和Pb含量超出湖北省土壤背景值，其中Hg的累積最明顯，表現(xiàn)為宜昌市的3個(gè)基地、黃岡市的1個(gè)基地Hg含量超出背景值。但總體來(lái)說(shuō)，超標(biāo)率都低于20%。

3）不同地區(qū)蔬菜基地重金屬的含量差異比較大。黃岡市蔬菜基地的Hg平均含量是荊門市的3.8倍，Cr平均含量比恩施州的高出28.84 mg/kg；相同市區(qū)不同取樣地點(diǎn)的重金屬含量差異也比較大，如黃岡市2個(gè)蔬菜基地的Cd和As含量差異達(dá)到了3倍以上。

4）單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，湖北省8個(gè)地區(qū)的Cd、Hg、As、Pb、Cr和Cu 6種重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)雖然均小于1，含量未超標(biāo)，但黃岡Cr、Cu和荊州Cr的單項(xiàng)污染指數(shù)均超過(guò)0.7，表明這兩個(gè)地區(qū)的Cr、Cu污染臨近警戒線。

5）綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，黃岡市的重金屬綜合污染指數(shù)大于0.7，土壤等級(jí)為2級(jí)，臨近警戒線。其他地區(qū)的土壤重金屬綜合污染指數(shù)均小于0.7，土壤等級(jí)為1級(jí)，均處于安全狀態(tài)。

3.2 討論

所調(diào)查的湖北省45個(gè)蔬菜基地中有19個(gè)基地土壤pH小于6.5，占比42.2%，接近50%，一般造成土壤酸化的原因有3個(gè)方面：①降水量大而且集中，淋溶作用強(qiáng)烈，鈣、鎂、鉀等堿性鹽基大量流失；②施石灰、燒火糞、施有機(jī)肥等傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)措施的缺失，使耕地土壤養(yǎng)分失衡；③長(zhǎng)期大量施用化肥是造成土壤酸化的重要原因。Singh等[17]認(rèn)為土壤重金屬含量與土壤pH大小有關(guān)，pH越小，重金屬被解吸的越多，活性越強(qiáng)，越容易被植物吸收，因此土壤酸化會(huì)導(dǎo)致重金屬向植物體內(nèi)遷移和累積。應(yīng)結(jié)合不同蔬菜對(duì)土壤pH不同要求采取合適措施改良土壤的酸堿性，例如對(duì)于酸性土壤，可增施熟石灰、草木灰等[18]來(lái)中和土壤的酸性；對(duì)于堿性土壤，可施用沸石[19]和燃煤煙氣脫硫副產(chǎn)物[20]等減少土壤的堿性，并且每年應(yīng)對(duì)土壤pH進(jìn)行跟蹤調(diào)查。

8個(gè)地區(qū)蔬菜基地重金屬Cd、Hg、As、Pb、Cr和Cu含量均沒(méi)有超出綠色食品環(huán)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)的限量值，適合發(fā)展綠色食品。但是根據(jù)湖北省土壤背景值的要求，有個(gè)別蔬菜基地的重金屬超標(biāo)，特別是宜昌市有3個(gè)基地的Hg超標(biāo)。由于土壤中重金屬的來(lái)源是多途徑的，根據(jù)該地區(qū)所處的環(huán)境推測(cè)原因主要有：①基地多處于山區(qū)地帶，地礦中含有一定量的重金屬元素，地質(zhì)背景的原因可能導(dǎo)致土壤重金屬含量超標(biāo)；②該地區(qū)的蔬菜種植基地多屬于傳統(tǒng)蔬菜種植基地，常年施肥（肥料中含有一定量重金屬元素）使得土壤中重金屬含量增加。雖然Hg含量超標(biāo)率不到20%，但是還是要引起重視。

被調(diào)查的8個(gè)地區(qū)只有黃岡市的綜合污染指數(shù)達(dá)到2級(jí)，處于警戒線，其他地區(qū)均處于安全狀態(tài)?？赡茉蛴校孩僭摰貐^(qū)被調(diào)查的蔬菜基地太少，數(shù)據(jù)離散程度過(guò)大；②蔬菜基地位于山區(qū)地帶，地質(zhì)背景的原因可能導(dǎo)致土壤重金屬含量較高。由于綜合污染指數(shù)計(jì)算時(shí)只是依據(jù)pH分級(jí)，沒(méi)有科學(xué)地細(xì)分，當(dāng)綜合污染指數(shù)大于0.7時(shí)，酸性和堿性土壤對(duì)重金屬吸附水平差別較大，特別是土壤pH<6.5，P綜>0.7時(shí)，重金屬活性將會(huì)大大增加，很容易吸附在土壤中最后被植物吸收；而另一方面不同植物可能對(duì)重金屬吸附水平也不同，故P綜>0.7時(shí)，蔬菜中重金屬含量也不一定超標(biāo)。因此如何更加科學(xué)評(píng)價(jià)基地污染還需要做進(jìn)一步研究。

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