濰坊市菜地重金屬調(diào)查與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

張懷志，冀宏杰*，徐愛國，席運(yùn)官

1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；2. 環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇 南京 210042

濰坊市菜地重金屬調(diào)查與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

張懷志1，冀宏杰1*，徐愛國1，席運(yùn)官2

1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；2. 環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇 南京 210042

科學(xué)評(píng)估菜地土壤重金屬污染狀況對(duì)有機(jī)種植規(guī)劃布局、指導(dǎo)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，也可為土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控和污染土壤修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。在山東省濰坊市全境蔬菜主產(chǎn)區(qū)隨機(jī)采集32個(gè)設(shè)施菜地和15個(gè)露地菜地樣本，應(yīng)用電感耦合等離子體質(zhì)譜測(cè)定了 Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb等元素以及用原子熒光光度計(jì)測(cè)定 As、Hg質(zhì)量分?jǐn)?shù)；依據(jù)GB15618—2008，對(duì)土壤重金屬超標(biāo)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和潛在地積累指數(shù)等方法進(jìn)行了重金屬環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)及污染程度評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Hg等元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值分別是山東省土壤環(huán)境背景值的1.13、1.16、1.27、1.62、3.21和2.11倍，表明重金屬存在富集現(xiàn)象；各個(gè)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值均低于國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值，但Cd、Ni、Cu、Zn的點(diǎn)位超標(biāo)率分別為21.3%、8.51%、2.12%、2.12%；潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，菜地土壤處于中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，其中設(shè)施菜地處于中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，露地菜地處于低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；所有點(diǎn)位Cr、Ni、Cu、Zn、As、Pb均為低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，而Cd、Hg分別有 97.8%和 80.8%的點(diǎn)位處于中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)及其以上水平。地積累指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，設(shè)施菜地 Cd、Hg、Zn處于輕度-中等污染水平，露地菜地Cd、Hg處于輕度-中等污染水平，其他元素均無污染；所有點(diǎn)位中，Hg、Cd、Zn、Ni、Cr、Cu、Pb受污染比例分別為 78.7%、63.8%、42.6%、17.0%、14.9%、12.8%、2.1%。整體上，濰坊市菜地土壤能夠滿足有機(jī)種植的條件，但存在一定數(shù)量點(diǎn)位的污染，其中Cd點(diǎn)位污染比例最大，可能會(huì)成為限制該區(qū)域有機(jī)種植的主要因素。

濰坊；菜地土壤；重金屬；環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2014年4月17日，由國家環(huán)境保護(hù)部和國土資源部共同完成的首次全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)顯示，全國土壤質(zhì)量狀況總體不容樂觀，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂，其主要污染物為 Cd、Ni、Cu、As、Hg、Pb等金屬元素（環(huán)境保護(hù)部等，2014）。土壤重金屬元素不僅對(duì)農(nóng)作物生長造成影響，還可以數(shù)十倍乃至數(shù)百倍的能力富集在作物體內(nèi)，進(jìn)而通過食物鏈對(duì)人體健康產(chǎn)生潛在威脅。對(duì)于土壤重金屬污染的調(diào)查研究，國內(nèi)外有很多相關(guān)報(bào)道（崔曉峰等，2012；賀心然等，2014；任力民等，2014；何東明等，2014）。針對(duì)土壤重金屬污染的評(píng)價(jià)方法也有很多，主要有單因子指數(shù)法、綜合指數(shù)法、地積累指數(shù)法、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法、層次分析法等（Hu et al.，2014；胡淼等，2014；Jiao et al.，2015；劉曉宇等，2015；Liu et al.，2016）。

發(fā)展有機(jī)種植業(yè)有助于提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量。中國有機(jī)種植業(yè)也呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的增長勢(shì)頭，僅 2014年就新增有機(jī)蔬菜面積 2.9×104hm2、認(rèn)證產(chǎn)量3.48×105t（國家認(rèn)證認(rèn)可監(jiān)督委員會(huì)，2015）。有機(jī)種植業(yè)的發(fā)展與包括土壤在內(nèi)的生態(tài)環(huán)境密切聯(lián)系，中國在有機(jī)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 19630.1—2005）中規(guī)定了有機(jī)種植業(yè)的土壤環(huán)境質(zhì)量應(yīng)符合GB15618—1995中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。各地廣泛開展了土壤重金屬污染調(diào)查與評(píng)價(jià)工作，研究其對(duì)作物重金屬含量的影響和人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)（秦越華等，2016；茹淑華等，2016；范遠(yuǎn)等，2017）。

濰坊市作為中國重要的蔬菜種植區(qū)域，到目前為止，除對(duì)壽光市土壤重金屬污染研究較多外（劉慶等，2009；劉蘋等，2008；陳剛等，2013，井永蘋等，2016），尚未在全境范圍內(nèi)進(jìn)行采樣分析，科學(xué)評(píng)估菜地土壤環(huán)境質(zhì)量情況。本研究的目的是對(duì)濰坊市蔬菜集中種植區(qū)域的土壤重金屬元素進(jìn)行調(diào)查分析，以科學(xué)評(píng)估其發(fā)展有機(jī)蔬菜種植的潛力；分析露地菜地與設(shè)施菜地土壤重金屬含量及污染風(fēng)險(xiǎn)差異；應(yīng)用不同評(píng)價(jià)方法進(jìn)行土壤重金屬污染評(píng)價(jià)，找出限制區(qū)域有機(jī)蔬菜種植發(fā)展的重要因素，為開展土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控和污染土壤修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

圖1 采樣點(diǎn)位分布圖Fig.1 The distribution map of sampling sites

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

濰坊市位于山東半島中部，地跨北緯 35°32′～37°26′，東經(jīng) 118°10′～120°01′。年平均氣溫 12.3 ℃，年平均降水量在650 mm左右。現(xiàn)轄4區(qū)6市2縣，全市國土面積16140 km2，現(xiàn)有耕地面積6.778×105hm2，土壤類型主要為褐土、潮土、棕壤土等。濰坊市是中國主要的蔬菜生產(chǎn)基地，播種面積超過2.0×105hm2，產(chǎn)量超過 1.3×107t。

1.2 土壤樣品采集

根據(jù)濰坊市各縣市區(qū)多年的蔬菜種植面積統(tǒng)計(jì)，在蔬菜種植相對(duì)集中片區(qū)，采用隨機(jī)取樣方法，于2015年8月進(jìn)行采樣，共采集土壤樣品47個(gè)，其中露地菜地15個(gè)，設(shè)施菜地32個(gè)（見圖1），每個(gè)樣點(diǎn)面積1畝（667 m2）大小。為了避免偶然性，在每個(gè)地塊中采集5點(diǎn)土壤，混合成1個(gè)土樣，土壤樣品均采自耕作層0～20 cm。采樣同時(shí)，調(diào)查土地利用類型（設(shè)施菜地和露地菜地）、施肥量、種植作物、種植年限等。

1.3 土壤樣品處理及測(cè)試

室外采集的土壤樣品裝于聚乙烯薄膜自封袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干，用瑪瑙研磨磨碎，按照測(cè)試要求過200目篩。樣品委托天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所測(cè)定；土壤樣品Cr、Ni、Cu、Zn、Cd 和 Pb 測(cè)定參照 GB17141—1997進(jìn)行預(yù)處理，并用Agilent 7500 a電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（Agilent Technologies Co1 Ltd.，USA）進(jìn)行分析測(cè)定（王庚等，2011）；土壤樣品 Hg、As用原子熒光光度計(jì)測(cè)定（NY/T1121.10—2006、NY/T1121.11—2006）；同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)，以國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)土壤（GBW07419）作為全程質(zhì)控。

土壤pH分析方法參照文獻(xiàn)鮑士旦（2007）。

1.4 評(píng)價(jià)方法

1.4.1 單因子指數(shù)法

單因子指數(shù)法（Single factor pollution index，SI）是測(cè)定值與國家標(biāo)準(zhǔn)值的比值，用以對(duì)各個(gè)重金屬元素的達(dá)標(biāo)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，該方法是目前被廣泛應(yīng)用的污染評(píng)價(jià)方法，其計(jì)算公式如下：

1.4.2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（Potential Ecological Risk Index）評(píng)價(jià)方法是瑞士科學(xué)家 H?KANSON 提出（Hakanson，1980），用來定量評(píng)價(jià)沉積物中各種重金屬的潛在生態(tài)危害，其計(jì)算模型見下式：

表1 不同重金屬元素的和 參考值Table1 Reference of and of different heavy metal elements

表1 不同重金屬元素的和 參考值Table1 Reference of and of different heavy metal elements

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表2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table2 Classification criteria of potential ecological risk index

表3 濰坊市菜地土壤重金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)Table3 Statistical characteristics of heavy metals contents in vegetable soil in Weifang mg·kg-1

該評(píng)價(jià)方法規(guī)定了潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（見表2），也被用來評(píng)價(jià)土壤中重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)（任力民等，2014；彭景等，2007），其優(yōu)點(diǎn)是體現(xiàn)了多因子評(píng)價(jià)、生物毒性水平及指標(biāo)靈敏度等要求，且顧及了背景值的地域性差異。

1.4.3 地積累指數(shù)評(píng)價(jià)

本研究采用Muller（1969年）提出的地積累指數(shù)（Geoaccumulation Index）定量評(píng)價(jià)土壤重金屬污染程度，地積累指數(shù)首先被用于定量評(píng)價(jià)沉積物中的重金屬污染程度，其計(jì)算公式如下：

式中，Igeo為地積累指數(shù)；k為轉(zhuǎn)換系數(shù)（為消除各地巖石差異可能引起背景值的變動(dòng)），本文取1.5。Igeo分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng) Igeo≤0 時(shí)，無污染；0＜Igeo≤1時(shí)，輕度-中等污染；1＜Igeo≤2 時(shí)，中等污染；2＜Igeo≤3時(shí)，中等-強(qiáng)污染；3＜Igeo≤4 時(shí)，強(qiáng)污染；4＜Igeo≤5時(shí)，強(qiáng)-極嚴(yán)重污染；5＜Igeo≤10時(shí)，極嚴(yán)重污染。這種方法也被用來評(píng)價(jià)土壤中重金屬的污染程度及其分級(jí)情況（彭景等，2007；Al-Haidarey et al.，2010；任力民等，2014）。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用軟件Excel 2007、SPSS 19.0進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬元素含量的統(tǒng)計(jì)特征分析

濰坊市菜地8種重金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)正態(tài)性分布檢驗(yàn)（Shapiro-Wilk法）結(jié)果表明，所有樣本的As、Cr和Hg質(zhì)量分?jǐn)?shù)均呈正態(tài)分布，其他元素呈非正態(tài)分布。根據(jù)Wilding對(duì)變異程度的分類（汪東華，2010），所有采樣點(diǎn)的Cr、As、Hg、Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)變異系數(shù)分別為 28.59%、17.77%、30.95%和26.14%，屬于中等變異（15%＜CV＜36%），而Ni、Cu、Zn、Cd屬于高度變異（CV＞36%），其中 Cd變異系數(shù)遠(yuǎn)超過其他金屬元素，其極值比達(dá)33倍，說明此種元素分布較不均勻。

各元素統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3，可知，所有采樣點(diǎn)中，除 As、Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值小于山東土壤環(huán)境背景值外，Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Hg等均超過了山東土壤環(huán)境背景值，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 73.52、76.65、30.53、102.80、0.27、0.04 mg·kg-1，分別是土壤環(huán)境背景值的1.13、1.16、1.27、1.62、3.21和2.11倍，表明研究區(qū)菜地土壤這6種元素存在較為明顯的富集現(xiàn)象。鑒于采樣點(diǎn)位的 pH平均值為7.34，故各個(gè)重金屬元素標(biāo)準(zhǔn)值選用《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB15618—1995）》中對(duì)應(yīng)的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值（見表3）。根據(jù)表3數(shù)據(jù)，利用式（1）進(jìn)行計(jì)算，得知調(diào)查區(qū)域菜地土壤各種重金屬元素 SI平均值均小于1，即處于達(dá)標(biāo)狀態(tài)。所有點(diǎn)位8種元素的超標(biāo)率中，Cd超標(biāo)率最大，達(dá)到21.3%，其次依次為Ni、Cu和Zn，超標(biāo)率分別為8.5%、2.1%和2.1%，其他元素?zé)o超標(biāo)現(xiàn)象。

講菜地土壤細(xì)分為露地菜地和設(shè)施菜地，設(shè)施菜地與露地菜地的 Cr、Ni、As、Hg、Pb的含量無顯著性差異；而 Cu、Zn、Cd的含量存在顯著差異；設(shè)施菜地和露地菜地除Hg質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本一致外，設(shè)施菜地其他元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于露地菜地（見圖2）。

圖2 設(shè)施菜地和露地菜地重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.2 Heavy metals contents in soil of greenhouse or open vegetable

2.2 土壤重金屬元素間相關(guān)性分析

各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)Pearson相關(guān)性分析結(jié)果顯示（見表4），Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)與Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)，Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)與Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)，Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)與Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)，Hg質(zhì)量分?jǐn)?shù)與Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間相關(guān)性達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）。這表明，濰坊市菜地Cd、Cu、Zn和Hg之間存在相互伴隨的復(fù)合污染現(xiàn)象或者污染源相同。其它元素之間相關(guān)性不顯著。

表4 菜地土壤重金屬元素的Pearson相關(guān)系數(shù)矩陣Table4 Correlation matrix among heavy metal elements

表5 菜地土壤重金屬元素和RI值Table5 The value of potential ecological risk index and RI of different heavy metals in vegetable soil

表5 菜地土壤重金屬元素和RI值Table5 The value of potential ecological risk index and RI of different heavy metals in vegetable soil

?

2.3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果

調(diào)查區(qū)域菜地土壤重金屬元素的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)結(jié)果見表5。表5數(shù)據(jù)顯示，基于潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)時(shí)，設(shè)施菜地處于中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平，露地菜地為低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，但濰坊市菜地總體評(píng)價(jià)結(jié)果處于中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平。調(diào)查區(qū)域菜地Cd、Hg處于強(qiáng)烈生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，其他 6種元素均處于低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；露地菜地中僅有Cd、Hg處于中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，其他6種元素都處于低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；設(shè)施菜地中Cd、Hg處于強(qiáng)烈生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，其他6種元素都處于低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別。另外，Cd和Hg雖然同時(shí)處于強(qiáng)烈生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，但所有采樣樣本及設(shè)施菜地的Cd的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值均大于Hg，意味著Cd的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)大于Hg，8種元素的大小順序依次為 Cd＞Hg＞As＞Cu＞Ni＞Pb＞Cr＞Zn。從表5還可知，設(shè)施菜地與露地菜地相比，其值相對(duì)較大，這意味著設(shè)施菜地重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高。

2.4 地積累指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

地積累指數(shù)常被用于評(píng)價(jià)沉積物中重金屬的污染狀況，研究區(qū)菜地土壤重金屬元素地積累指數(shù)結(jié)果見表6。從表6可知，總體上調(diào)查區(qū)域的Cd、Hg處于輕度-中等污染狀態(tài)，其他6種元素都不存在污染。露地菜地中僅有Cd、Hg處于輕度-中等污染狀態(tài)，其他6種元素都不存在污染；但設(shè)施菜地中，除 Cd、Hg處于輕度-中等污染等級(jí)外，Zn亦處于輕度-中等污染等級(jí)，其他5種元素都不存在污染；此外，設(shè)施菜地與露地菜地比較，其Igeo值相對(duì)較大，這意味著設(shè)施菜地8種金屬元素污染相對(duì)嚴(yán)重。

重金屬元素的 Igeo分級(jí)比例計(jì)算結(jié)果顯示，除As外，其他 7種重金屬元素均存在一定程度污染（見圖 3），污染比例大小順序?yàn)?Hg＞Cd＞Zn＞Ni＞Cr＞Cu＞Pb，其中 Hg 輕度-中等污染等級(jí)比例為72.3%，中等污染等級(jí)比例為 6.4%；Cd有輕度-中等污染、中等污染、中等-強(qiáng)污染、強(qiáng)污染、強(qiáng)-極嚴(yán)重污染等級(jí)，比例依次為40.4%、14.9%、4.3%、2.1%和2.1%；Zn的輕度-中等污染、中等污染比例分別為29.8%和12.8%；Ni、Cr和Pb均為輕度-中等污染，比例分別為17.0%、14.9%、2.1%；Cu存在輕度-中等污染、中等污染、中等-強(qiáng)污染等級(jí)，比例依次為 6.4%、4.3%、2.1%。另外，設(shè)施菜地中存在一定程度污染的7種重金屬元素的污染比例均相應(yīng)高于露地菜地的污染比例。

表6 菜地土壤重金屬元素IgeoTable6 The value of geoaccumulation index of different heavy metals in vegetable soil

圖3 菜地重金屬Igeo等級(jí)分布統(tǒng)計(jì)Fig.3 Distribution map of station’s heavy metal elements Igeo in vegetable soil

3 討論

濰坊市菜地土壤8種重金屬元素單因子指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，Cd超標(biāo)率達(dá)到21.28%，低于北京、天津、河北和山東的調(diào)查結(jié)果（黃紹文等，2007），但高于全國調(diào)查結(jié)果（國土資源部中國地質(zhì)調(diào)查局，2015）和壽光蔬菜大棚調(diào)查結(jié)果（劉蘋等，2008）；與壽光市蔬菜大棚調(diào)查結(jié)果比較，除Cd外，Ni的超標(biāo)率也較高，同時(shí)Cu、Zn出現(xiàn)了超標(biāo)，這與河北蔬菜產(chǎn)區(qū)的調(diào)查結(jié)果基本一致（茹淑華等，2016）。本調(diào)查結(jié)果還顯示，設(shè)施菜地重金屬元素超標(biāo)率高于露地菜地，這與黃紹文等（2007）、茹淑華等（2016）結(jié)論一致。這意味著雖然研究區(qū)域菜地土壤重金屬含量水平總體上能滿足有機(jī)生產(chǎn)的需求，但設(shè)施菜地重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)較大，應(yīng)給予足夠重視。

本研究表明，Cd、Cu、Zn、Hg質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間存在極顯著相關(guān)性，而其他元素之間相關(guān)性不顯著，這與壽光市大棚土壤及徐州市典型稻區(qū)土壤多數(shù)重金屬之間呈正相關(guān)性關(guān)系的結(jié)論并不一致，存在相關(guān)關(guān)系的元素也不相同（劉蘋等，2008；秦越華等，2016）。這意味著濰坊市菜地土壤重金屬污染來源可能較為單一。

農(nóng)業(yè)源是土壤重金屬污染的來源之一（Mehrdad et al.，2012；葉宏萌等，2016；井永蘋等，2016；寧翠萍等，2017；趙睿等，2017），磷肥或其他化學(xué)肥料含有重金屬Cd、As等，雞糞和豬糞中含Zn、Cu、Cd、Hg等，而且雞糞和豬糞中Cd、Hg質(zhì)量分?jǐn)?shù)有一定比例超過了NY525—2012有機(jī)肥料中重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)，Zn、Cu等重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)高于20世紀(jì)90年代初（黃紹文等，2017）。調(diào)查表明，研究區(qū)域沒有污水灌溉歷史，設(shè)施菜地N 用量為(1717±1267.5) kg·hm-2·a-1，其中無機(jī)肥 N用 量 為 (700.6±717.4) kg·hm-2·a-1； 磷 肥 用 量 為(1261.9±772.5) kg·hm-2·a-1，其中有機(jī)肥 P2O5用量分別為(282.6±298.1) kg·hm-2·a-1。露地菜地 N 肥用量為(643.5±333.5) kg·hm-2·a-1，其中無機(jī)肥 N 用量為(145.3±291.8.5) kg·hm-2·a-1； 磷 肥 用 量 為(477.3±308.5) kg·hm-2·a-1，其中無機(jī)肥 P2O5用量為(67.5±153.5) kg·hm-2·a-1。設(shè)施菜地氮磷用量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于露地菜地，這可能是造成設(shè)施菜地重金屬元素、特別是Cd、Hg、Zn的污染風(fēng)險(xiǎn)高于露地菜地的重要原因；也可能是導(dǎo)致整個(gè)調(diào)查區(qū)域Cd、Cu、Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在超標(biāo)現(xiàn)象的原因。

4 結(jié)論

本研究菜地土壤Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Hg等6種重金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值是山東土壤環(huán)境背景值的1.13～3.21倍，表明這6種元素在土壤中存在富集現(xiàn)象。

單因子指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，各重金屬元素平均值均滿足國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求，但Cd、Ni、Cu、Zn的點(diǎn)位超標(biāo)率分別為 21.3%、8.5%、2.1%、2.1%。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，菜地土壤處于中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，其中設(shè)施菜地處于中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，露地菜地處于低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；所有點(diǎn)位Cr、Ni、Cu、Zn、As、Pb均為低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，而Cd、Hg分別有97.8%和80.8%的點(diǎn)位處于中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平。地積累指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，設(shè)施菜地Cd、Hg、Zn處于輕度-中等污染水平，露地菜地Cd、Hg處于輕度-中等污染水平，其他元素均無污染；所有點(diǎn)位中，Hg、Cd、Zn、Ni、Cr、Cu、Pb 受污染比例分別為 78.78%、63.8%、42.6%、17.0%、14.9%、12.8%、2.1%。整體上，濰坊市菜地土壤能夠滿足有機(jī)種植的條件，但存在一定數(shù)量點(diǎn)位的污染，其中Cd點(diǎn)位污染比例最大，可能會(huì)成為限制該區(qū)域有機(jī)種植的主要因素。

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Investigation and Environmental Risk Assessment of Heavy Metal Elements in Vegetable Farmland of Weifang City

ZHANG Huaizhi1, JI Hongjie1, XU Aiguo1, XI Yunguan2
1. Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081 China;2. Nanjing Institute of environment sciences, MEP, Nanjing, 210042 China

To evaluate scientifically heavy metal elements contamination of vegetable soil is very important for organic vegetable planting, food security, and the adjustment of agricultural planting structure. It can also provide the scientific basis for remediation of polluted soil. 32 samples of greenhouse vegetable soil and 15 samples of open-field vegetable soil were randomly collected from vegetable concentrated area in Weifang city, Shandong province in 2015.Cr, Cu, Zn, Ni, Cd and Pb were analyzed with inductively coupled plasma-mass spectroscopy (ICP-MS). As and Hg were analyzed with atomic fluorescence spectrometer. According to Chinese Environmental Quality Standard for Soil (GB15618—2008), single factor pollution index (SI) method was used to evaluate whether the heavy metal exceeded national standard. Potential ecological risk index (RI) and Geoaccumulation Index (Igeo) were used to estimate heavy metal elements pollution risk .The results showed that the average mass fractions of Cr, Ni, Cu, Zn, Cd and Hg were 1.13, 1.16, 1.27, 1.62, 3.21 and 2.11 times of soil environmental background values in Shandong province, respectively,indicating those heavy metal elements were enriched in recent year. The average mass fraction of each heavy metal element did not exceed its corresponding value limit of second grade of official standard in total, but the rates of the sample sites contaminated by Cd, Ni, Cu and Zn elements exceeding official standard were 21.3%, 8.5%, 2.1% and 2.1%, respectively. With the potential ecological risk index methods, the results showed that vegetable farmland heavy metal ecological risk levels were moderate potential standard, in particular, the greenhouse farmland was moderate potential ecological risk and the open farmland was low potential ecological risk; Cr, Ni, Cu, Zn, As and Pb elements from all sample sites were low potential ecological risk, while Cd and Hg had 97.8% and 80.8% of sample sites at moderate and above potential ecological risk. With the Geoaccumulation Index, the results showed that Cd, Hg and Zn pollution grades were uncontaminated to moderate contaminated in greenhouse vegetable soil, meantime,Cd and Hg elements pollution degrees were uncontaminated to moderately in open vegetable soil, while other heavy metal element’s pollution degrees were uncontaminated. As for heavy metal pollution sites, all sites were uncontaminated by As, but the percentages of sites contaminated by Hg, Cd, Zn, Ni, Cr, Cu, and Pb were 78.7%, 63.8%, 42.6%, 17.0%, 14.9%, 12.8% and 2.1%, respectively. In a word, Cd pollution percentage is the largest in all heavy metal elements in Weifang’s vegetable soil, it may be the main factor to restrict the organic farming development in hotpot area.

Weifang; vegetable soil; heavy metal; environmental risk assessment

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.12.021

X825

A

1674-5906（2017）12-2154-07

張懷志, 冀宏杰, 徐愛國, 席運(yùn)官. 2017. 濰坊市菜地重金屬調(diào)查與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 26(12):2154-2160.

ZHANG Huaizhi, JI Hongjie, XU Aiguo, XI Yunguan. 2017. Investigation and environmental risk assessment of heavy metal elements in vegetable farmland of Weifang City [J]. Ecology and Environmental Sciences, 26(12): 2154-2160.

國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2014BAK19B01）；公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201503121）；中央級(jí)科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（720-73）

張懷志（1968年生），男，副研究員，博士，研究方向?yàn)槭┓逝c環(huán)境。E-mail: zhanghuaizhi@caas.cn

*通信作者：冀宏杰，副研究員。E-mail: jihongjie@caas.cn

2017-09-06