河北省4個(gè)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)縣域重金屬含量特征及質(zhì)量評(píng)價(jià)

趙會(huì)薇，楊風(fēng)霞 ，霍立勇 ，劉伊明 ，趙增新 ，楊 京 ，呂 瑋 ，石學(xué)萍 ，耿艷樓

（1.國(guó)家半干旱農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，河北 石家莊 050051；2.衡水市冀州區(qū)環(huán)保局，河北 衡水 053200）

設(shè)施蔬菜種植是設(shè)施農(nóng)業(yè)的重要組成部分，通常采用人工技術(shù)、自動(dòng)化、智能化、機(jī)械化并具備人工升溫、光照、通風(fēng)和噴灌設(shè)施手段，改變蔬菜種植的光溫條件，創(chuàng)造優(yōu)化蔬菜生長(zhǎng)的環(huán)境因子，使之能夠全天候生長(zhǎng)的設(shè)施工程。設(shè)施蔬菜按技術(shù)類別一般包括連棟溫室、日光溫室、塑料大棚、小拱棚（遮陽(yáng)棚）4類。根據(jù)《2013中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》和《2013河北農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》可知，2012年河北省蔬菜種植總面積為120.3萬(wàn)hm2，占全國(guó)總量的5.91%，位列第7，蔬菜總產(chǎn)量7 695.13萬(wàn)t。其中，設(shè)施蔬菜河北省33.61萬(wàn)hm2，占全省蔬菜總種植面積的27.94%，蔬菜產(chǎn)量為2 242.1萬(wàn)t，占河北省蔬菜總產(chǎn)量的29.14%，產(chǎn)量由高到低排名為唐山、石家莊、邯鄲、廊坊、滄州、保定、衡水、秦皇島、張家口、邢臺(tái)、承德，其中，唐山蔬菜產(chǎn)量468.45萬(wàn)t、石家莊451.82萬(wàn)t，二者占全省設(shè)施蔬菜總產(chǎn)量的41.04%。隨著設(shè)施蔬菜的迅猛發(fā)展，蔬菜農(nóng)藥殘留、重金屬污染帶來(lái)的食品安全問(wèn)題日益突出，因此，加強(qiáng)設(shè)施蔬菜重金屬污染狀況研究，成為現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展不可缺少的重要環(huán)節(jié)。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于農(nóng)作物和土壤重金屬含量、評(píng)價(jià)及特性研究很多[1-5]，涉及河北區(qū)域內(nèi)重金屬研究主要集中在對(duì)土壤和大田作物污染狀況上，針對(duì)河北省設(shè)施蔬菜和土壤重金屬調(diào)查研究報(bào)道較少[6-10]。

本研究本著土樣和菜樣“一對(duì)一”的取樣原則，于2015—2016年在河北省4個(gè)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)縣石家莊藁城、邯鄲永年、保定定州、滄州青縣田間隨機(jī)取樣 138 個(gè)，檢測(cè)蔬菜、土壤中 Cr，Cd，Cu，Zn，Pb，Hg，As共7種重金屬含量，評(píng)價(jià)分析重金屬的污染狀況，旨在為設(shè)施蔬菜生產(chǎn)重金屬污染防控提供借鑒。

1 材料和方法

1.1 設(shè)施蔬菜取樣研究區(qū)域概況

4個(gè)設(shè)施蔬菜取樣研究區(qū)域概況如表1所示。

表1 4個(gè)設(shè)施蔬菜取樣研究區(qū)域概況

1.2 樣品采集方法

避開施肥期，在田間樣地用五點(diǎn)采樣法隨機(jī)均勻采集表層0～20 cm的耕層土壤和所種植的蔬菜樣品，同時(shí)用GPS定位儀記錄采樣坐標(biāo)點(diǎn)。土壤樣品混合后按四分法進(jìn)行取舍，保留1 kg左右，用塑封袋裝好并帶回實(shí)驗(yàn)室。土壤樣品經(jīng)自然風(fēng)干，去除石礫和作物根系殘?jiān)?，按要求磨?xì)分別過(guò)孔徑為2，0.15 mm的尼龍篩，用于測(cè)定土壤pH值和重金屬含量。蔬菜樣品切片、烘干、粉碎，過(guò)2.5 mm篩，測(cè)定。

1.3 樣品檢測(cè)

重金屬 Cu，Zn，Cd，Pb，Cr樣品預(yù)處理參照 DD 2005—2003進(jìn)行，采用濕式消解法，用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（Agilent 7700X ICP—MS）進(jìn)行檢測(cè)；重金屬As和Hg測(cè)定參照DZ/T 0167—2006進(jìn)行樣品預(yù)處理，用原子熒光分光光度計(jì)（AFS—3000）進(jìn)行分析。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

數(shù)據(jù)計(jì)算在Excel 2010軟件中完成，數(shù)據(jù)處理、分析在SPSS19中完成。

環(huán)境質(zhì)量等級(jí)：?jiǎn)雾?xiàng)質(zhì)量指數(shù)≤0.7為一級(jí)，清潔；0.7～1.0為二級(jí)，尚清潔；＞1.0為三級(jí)，超標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 取樣研究區(qū)域土壤重金屬污染分析

2.1.1 取樣研究區(qū)域土壤重金屬含量特征 檢測(cè)土壤pH＞7.5，根據(jù)《溫室蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（HJ/T 333—2006），從表2可以看出，4個(gè)設(shè)施蔬菜取樣研究區(qū)域土壤重金屬 Cr，Pb，As，Cu，Zn，Hg含量均未超標(biāo)；Cd含量在除邯鄲永年之外的3個(gè)取樣研究區(qū)域都出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，其中，石家莊藁城取樣點(diǎn)位超標(biāo)率7.14%、滄州青縣為13.3%、保定定州為6.25%，取樣區(qū)域點(diǎn)位超標(biāo)率都低于全國(guó)耕地點(diǎn)位超標(biāo)率19.4%[11]。

表2 4個(gè)設(shè)施蔬菜取樣研究區(qū)域土壤7種重金屬含量 mg/kg

對(duì)比河北省土壤重金屬含量背景值和Hg含量現(xiàn)狀值[12]可知，Cr，Cd，Cu，Zn，Hg，As這 6 種元素出現(xiàn)不同程度的累積，所有取樣測(cè)定均值全部超過(guò)背景值，分別超出土壤背景值10.63%，169.05%，7.43%，75.85%，64.10%，52.50%，累積順序?yàn)镃d＞Zn＞Hg＞As＞Cr＞Cu，其中，Cd和Zn所有取樣點(diǎn)土壤含量均高于背景值，累積現(xiàn)象突出；As在藁城和定州土壤含量低于背景值，在永年、青縣含量偏高，在青縣全部超出背景值；Pb土壤含量均值均低于背景值，共有9個(gè)取樣點(diǎn)出現(xiàn)土壤含量高于背景值，累積現(xiàn)象不明顯。

對(duì)4個(gè)取樣區(qū)域土壤重金屬含量測(cè)定結(jié)果進(jìn)行方差分析可知，Cr，Pb，Cu，Zn 含量不同區(qū)域間差異不顯著，P 值分別為 0.328，0.092，0.333，0.188，均大于0.05；Cr土壤含量檢測(cè)均值以藁城區(qū)域最高，但是變異系數(shù)較大，不同取樣點(diǎn)含量值差異較大；Pb，Cu在4個(gè)取樣研究區(qū)域分布較均勻，無(wú)論含量檢測(cè)均值還是變異系數(shù)基本相當(dāng)；Zn在滄州青縣土壤含量最高，而且不同取樣點(diǎn)含量比較接近，變異偏小，在保定定州土壤含量最低；Cd元素含量不同區(qū)域間差異顯著（P＝0.033＜0.05），滄州青縣土壤含量最高，但是取樣點(diǎn)差異較大；As和Hg土壤含量在不同區(qū)域間差異極顯著（P＝0.000＜0.001）。

2.1.2 設(shè)施蔬菜取樣研究區(qū)域土壤重金屬污染評(píng)價(jià) 對(duì)不同區(qū)域土壤重金屬單項(xiàng)質(zhì)量指數(shù)評(píng)價(jià)得出，只有青縣Cd環(huán)境質(zhì)量等級(jí)為二級(jí)（尚清潔），其他區(qū)域不同重金屬環(huán)境質(zhì)量等級(jí)均為一級(jí)（清潔），環(huán)境質(zhì)量綜合質(zhì)量指數(shù)大小順序?yàn)闇嬷萸嗫h＞石家莊藁城＞保定定州＞邯鄲永年，4個(gè)區(qū)域均屬于一級(jí)（清潔）（表3）。

表3 4個(gè)設(shè)施蔬菜取樣研究區(qū)域土壤7種重金屬污染指數(shù)

2.1.3 土壤重金屬含量相關(guān)性分析 對(duì)所有土壤重金屬含量檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明（表4），Cr與Cd，Pb和Zn極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.408，0.335，0.451，與Hg負(fù)相關(guān)但不顯著；Cd含量與Cr和Zn極顯著正相關(guān)，與Pb顯著正相關(guān)，與 As，Cu，Hg負(fù)相關(guān)，其中，與 Cu負(fù)相關(guān)顯著（r＝-0.240）；Pb 含量與 Cr（r＝0.335） 和 As（r＝0.327）相關(guān)性極顯著，與 Cd相關(guān)顯著（r＝0.247），As含量與 Pb，Cu，Zn含量極顯著相關(guān)，r分別為0.327，0.478，0.378；Cu 含量和 As極顯著正相關(guān)，與Cd顯著負(fù)相關(guān)；Zn含量與Cr，Cd和As含量極顯著正相關(guān)；Hg含量與6種其他重金屬含量間相關(guān)性均不顯著。

表4 對(duì)所有樣品檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行Pearson相關(guān)性顯著性（雙側(cè)）分析

2.2 設(shè)施蔬菜樣品重金屬特征分析

2.2.1 設(shè)施蔬菜樣品重金屬含量特征 由于取樣蔬菜樣品Hg含量極低，個(gè)別樣品含量低于檢出限，在此不再分析。根據(jù)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》（GB 2762—2012）新鮮蔬菜相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，從表5可以看出，檢測(cè)結(jié)果平均值只有石家莊藁城Cr含量超標(biāo)，共有8個(gè)樣品超標(biāo)，點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)到53.33%，邯鄲永年有2個(gè)樣品超標(biāo)，點(diǎn)位超標(biāo)率為8.7%，其他樣品未檢出6種重金屬含量超標(biāo)。

對(duì)所有取樣區(qū)域蔬菜重金屬含量檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行方差分析可知，Cr，Cu，Zn這3種重金屬蔬菜含量差異不顯著，Cd，Pb，As這3種重金屬蔬菜含量差異極顯著。

對(duì)不同區(qū)域所取蔬菜樣品進(jìn)行組間方差分析得出，5種重金屬含量間差異均達(dá)到極顯著水平，Cu不同區(qū)域蔬菜含量差異不顯著（P＝0.107＞0.05）。

2.2.2 設(shè)施蔬菜樣品重金屬含量相關(guān)性分析 對(duì)蔬菜6種重金屬含量進(jìn)行相關(guān)性分析可知，Cr含量與Pb，As和Zn顯著相關(guān)，P值分別是0.019，0.031和0.025；Cd含量與Pb，As和Zn極顯著相關(guān)；Pb與Cd，As，Zn相關(guān)性極顯著，與Cr相關(guān)性顯著；As與Cd，Pb，和Zn極顯著相關(guān)，與Cr顯著相關(guān)；Cu含量?jī)H與Zn含量極顯著相關(guān)；Zn含量與Cd，Pb，Cu和As含量極顯著相關(guān)，與Cr顯著相關(guān)。

表5 4個(gè)設(shè)施蔬菜取樣研究區(qū)域蔬菜6種重金屬含量 mg/kg

3 討論

取樣研究的4個(gè)蔬菜主產(chǎn)區(qū)土壤只有青縣Cd環(huán)境質(zhì)量等級(jí)為二級(jí)（尚清潔），其他區(qū)域不同重金屬環(huán)境質(zhì)量等級(jí)均為一級(jí)（清潔）；綜合質(zhì)量指數(shù)大小為滄州青縣＞石家莊藁城＞保定定州＞邯鄲永年，4個(gè)區(qū)域均屬于一級(jí)（清潔）。抽樣研究在相應(yīng)區(qū)域蔬菜集中區(qū)隨機(jī)取樣，不能概括取樣取區(qū)域的全部實(shí)際情況，對(duì)于大面積土壤污染調(diào)查監(jiān)測(cè)需要多部門互相配合，并結(jié)合遙感、地理信息和定位系統(tǒng)循序漸進(jìn)摸清土壤污染狀況底數(shù)[13]。

土壤重金屬含量與蔬菜重金屬含量沒(méi)有直接關(guān)系，經(jīng)過(guò)“一對(duì)一”取樣調(diào)查、檢測(cè)、分析可知，調(diào)查區(qū)域中滄州青縣土壤重金屬含量超標(biāo)點(diǎn)位，由于種植羊角脆、甜瓜、黃瓜等蔬菜，蔬菜重金屬含量并沒(méi)有超標(biāo)；而邯鄲永年蔬菜超標(biāo)點(diǎn)位土壤未超標(biāo)，因此，土壤重金屬指標(biāo)超標(biāo)與產(chǎn)出蔬菜重金屬含量沒(méi)有直接關(guān)系，這與HOUBA等[14]研究結(jié)果基本相同，農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)不能只根據(jù)農(nóng)田污染狀況直接推斷，研究不同生態(tài)種植區(qū)域內(nèi)農(nóng)資源頭輸入控制、農(nóng)藝綜合管理習(xí)慣、種植作物、蔬菜種類、品種、重金屬吸收特性及植物吸收重金屬與可浸提重金屬之間的關(guān)系[15-24]等因素，對(duì)產(chǎn)出農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量的影響具有重要意義。

土壤中重金屬含量的相關(guān)性研究較多，由于土壤類型、成土母質(zhì)等因素影響，研究結(jié)果有所不同，本研究中，Pb含量與Cr和As相關(guān)性極顯著、與Cd相關(guān)性顯著的結(jié)論與曹素珍[25]研究結(jié)論中的鉛與與砷、銅、汞、鋅的濃度密切相關(guān)一致；Hg含量與6種其他重金屬含量相關(guān)均不顯著，與許興斌等[26]研究結(jié)論相同。農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量的相關(guān)性研究可參考借鑒的結(jié)論較少。

不同區(qū)域土壤和蔬菜重金屬含量特征差異性有助于農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)的研究和利用。

4 結(jié)論

本研究調(diào)查和檢測(cè)分析數(shù)據(jù)顯示，河北4個(gè)設(shè)施蔬菜縣域土壤重金屬含量在石家莊、滄州、保定3個(gè)取樣研究區(qū)域Cd含量都出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，Cr，Cd，Cu，Zn，Hg，As這 6 種元素累積現(xiàn)象突出，累積順序?yàn)?Cd＞Zn＞Hg＞As＞Cr＞Cu，其中，Cd 和 Zn所有取樣點(diǎn)土壤含量均高于背景值。環(huán)境質(zhì)量綜合質(zhì)量指數(shù)大小順序?yàn)闇嬷萸嗫h＞石家莊藁城＞保定定州＞邯鄲永年，4個(gè)區(qū)域均屬于一級(jí)（清潔），青縣Cd單項(xiàng)環(huán)境質(zhì)量等級(jí)為二級(jí)（尚清潔）。4個(gè)區(qū)域蔬菜取樣檢測(cè)結(jié)果顯示，石家莊藁城和邯鄲永年取樣蔬菜出現(xiàn)Cr含量超標(biāo)。

“一對(duì)一”取樣土壤—蔬菜樣品檢測(cè)重金屬含量，土壤和農(nóng)產(chǎn)品重金屬超標(biāo)無(wú)論是超標(biāo)區(qū)域還是超標(biāo)金屬種類都不同，重金屬含量超標(biāo)土壤產(chǎn)出的農(nóng)產(chǎn)品不一定超標(biāo)，農(nóng)產(chǎn)品超標(biāo)其生長(zhǎng)土壤不一定超標(biāo)，由此可見(jiàn)，監(jiān)測(cè)土壤的重金屬污染狀況、研究種植蔬菜品種吸收特性和農(nóng)藝管理方式對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量是否安全同等重要，摸清不同區(qū)域土壤污染狀況底數(shù)、研究植物對(duì)不同重金屬吸收特性、控制源頭農(nóng)資污染物輸入是污染土壤治理修復(fù)和農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)的有效途徑。

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