沈陽市新民設(shè)施菜地土壤重金屬污染特征分析

郭 畔，宋雪英*，劉偉健，李玉雙，魏建兵，李秀穎，夏思雨

（1.沈陽大學(xué)區(qū)域污染環(huán)境生態(tài)修復(fù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，沈陽 110044；2.中國(guó)科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所，沈陽 110016；3.南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300071）

近年來，設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，中國(guó)已經(jīng)成為世界上設(shè)施栽培面積最大的國(guó)家，截至2010年，設(shè)施蔬菜播種面積約達(dá)467萬hm2，占我國(guó)設(shè)施栽培面積的95%[1]。設(shè)施菜地高投入、高產(chǎn)出、高復(fù)種指數(shù)的特點(diǎn)提高了農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，然而，農(nóng)藥和化肥的大量使用以及不合理的管理方式都會(huì)造成重金屬在土壤和蔬菜中的累積和富集[2]，進(jìn)而通過食物鏈進(jìn)入人體，對(duì)人類健康造成威脅[3]。

我國(guó)設(shè)施菜地分布范圍廣泛，不同地區(qū)設(shè)施菜地土壤中重金屬均存在不同程度的累積和超標(biāo)現(xiàn)象，例如，河南新鄉(xiāng)設(shè)施菜地土壤中Cd、Pb和Cr的含量超標(biāo)[4]，昆明市設(shè)施菜地土壤中Cu、Cd、Hg和Zn含量超標(biāo)[5]。關(guān)于影響設(shè)施菜地土壤中重金屬含量因素的研究主要包括種植年限[6]、利用方式[7]和肥料種類[8]等。研究發(fā)現(xiàn)，在不同利用方式下土壤中重金屬含量有所差異，山東設(shè)施菜地土壤中Cr含量高于其他利用方式，而Pb含量明顯低于普通農(nóng)田[9]；有機(jī)肥的施用導(dǎo)致吉林和北京地區(qū)設(shè)施土壤Cr的累積[10-11]，隨著設(shè)施菜地種植年限的增加，設(shè)施菜地中一些種類的重金屬含量持續(xù)增加[5，12]。

沈陽市新民蔬菜基地位于遼寧省沈陽市主城區(qū)的西部，是我國(guó)東北地區(qū)著名的“蔬菜之鄉(xiāng)”。截至2014年末，新民設(shè)施菜地總面積已達(dá)3.6萬hm2，其區(qū)域化與規(guī)?；€在逐步加大[13]。沈陽新民蔬菜基地的蔬菜除供應(yīng)沈陽地區(qū)外，還出口韓國(guó)、俄羅斯和日本等國(guó)家。為了保障居民健康，提高蔬菜質(zhì)量，蔬菜無公害已經(jīng)成為蔬菜市場(chǎng)準(zhǔn)入的必備條件，這就對(duì)設(shè)施菜地的土壤環(huán)境質(zhì)量提出了更高的要求。然而，目前針對(duì)新民蔬菜基地土壤重金屬的調(diào)查工作尚無文獻(xiàn)報(bào)道。為此，本文針對(duì)沈陽新民蔬菜基地土壤中的重金屬含量開展污染情況調(diào)查，探討蔬菜基地種植方式（露天種植和設(shè)施種植）、種植年限等因素對(duì)設(shè)施菜地土壤重金屬含量的影響，以期為設(shè)施菜地土壤重金屬污染防控提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

新民蔬菜基地，位于遼寧省沈陽市下轄新民市，地貌為遼河沖積平原，溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬季寒冷干旱，夏季濕熱，春秋兩季時(shí)間較短，氣候多變。全年降水量600 mm左右，年平均相對(duì)濕度為62%。土壤類型為潮棕壤。

1.2 土壤樣品的采集

本研究選取新民蔬菜基地4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的樣地，分別為大民屯鎮(zhèn)、大喇叭鄉(xiāng)、前當(dāng)堡鎮(zhèn)和興隆堡鎮(zhèn)，共采集表層土壤樣品49個(gè)，其中，設(shè)施菜地樣點(diǎn)41個(gè)，露天菜地樣點(diǎn)5個(gè)，玉米大田對(duì)照3個(gè)，用梅花點(diǎn)采樣法采集表層（0～20 cm）土壤，設(shè)施菜地土壤采樣點(diǎn)用GPS進(jìn)行了定位，點(diǎn)位分布如圖1。41個(gè)設(shè)施菜地采樣點(diǎn)棚齡為1～20年，其中，棚齡為7、12、17年的樣點(diǎn)各3個(gè)，11、20年的樣點(diǎn)各5個(gè)，4、5年的樣點(diǎn)6個(gè)，10年的樣點(diǎn)4個(gè)，1年的樣點(diǎn)2個(gè)，2、8、14、15年的樣點(diǎn)各1個(gè)。設(shè)施菜地多為年生產(chǎn)3季，主菜以黃瓜、西紅柿、蕓豆、辣椒為主，葉菜以油麥菜、生菜、小白菜、油菜、茼蒿為主；露天菜地年生產(chǎn)2季，以種植大蔥和白菜為主；大田年生產(chǎn)1季，以種植玉米為主。露天菜地和大田生產(chǎn)施用肥料以二胺、尿素、復(fù)合肥等化學(xué)肥料為主；設(shè)施菜地生產(chǎn)中所用肥料種類繁多，且施用靈活，多采用牛糞、豬糞、雞糞等糞肥或商品化有機(jī)肥與化學(xué)肥料配合施用。

1.3 土壤樣品前處理

將采集的土樣混勻后用四分法縮分至100 g?？s分后的土樣經(jīng)風(fēng)干后，除去土樣中的植物根系、石塊等雜質(zhì)，用瑪瑙棒研磨，過孔徑0.149 mm（100目）尼龍篩，混勻后進(jìn)行詳細(xì)標(biāo)注并密封保存，用于土壤理化性質(zhì)和土壤重金屬含量的測(cè)定。

1.4 土壤樣品分析

圖1 采樣點(diǎn)分布圖Figure 1 The location of sampling sites

土壤基本理化性質(zhì)分析：土壤pH值的測(cè)定采用玻璃電極法，土∶水質(zhì)量比為1∶2.5；土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）的測(cè)定采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化-容量法；土壤中全氮（TN）的測(cè)定采用凱氏定氮法；全磷（TP）的測(cè)定采用酸溶鉬銻抗比色法[14]。

土壤樣品中重金屬含量分析：采用HCl-HFHNO3-HClO4消煮法提取土壤中 Cd、Pb、Ni、Cr、Cu、Zn，采用火焰-原子吸收分光光譜儀（Varian-AA 220）測(cè)定樣品中Ni、Cr、Cu和Zn的含量，采用石墨爐-原子吸收分光光譜儀（Contraa 700）測(cè)定樣品中Cd和Pb的含量[15]，采用V2O5催化-電熱板消解法提取土壤中的As和Hg，采用原子熒光法進(jìn)行測(cè)定[16]。重金屬標(biāo)準(zhǔn)樣品購自農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所。

2 結(jié)果與討論

2.1 設(shè)施菜地土壤理化性質(zhì)

新民蔬菜基地土壤的理化性質(zhì)如表1所示，根據(jù)土壤肥力等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，新民蔬菜基地的土壤呈微酸性（5.5～6.5）至酸性（4.5～5.5），其中，設(shè)施菜地土壤的pH值平均為6.00±0.66（n=41），高于露天菜地土壤（5.35±0.62，n=5）和大田土壤（5.52±0.64，n=3）。近10年來，遼寧省大力開展科技下鄉(xiāng)活動(dòng)，新民設(shè)施菜地經(jīng)營(yíng)農(nóng)戶在科技專家指導(dǎo)下十分重視有機(jī)肥的施用，而有機(jī)肥如雞糞、牛糞和豬糞在經(jīng)過發(fā)酵后，pH值多為堿性，因此設(shè)施菜地土壤的pH值高于主要施用化學(xué)肥料的露天菜地和大田土壤。肖輝等[17]在施用有機(jī)肥對(duì)設(shè)施土壤pH值影響研究中也發(fā)現(xiàn)，設(shè)施土壤中施用雞糞、豬糞能提高土壤的pH值，避免土壤酸化，其原因可能是有機(jī)肥中的有機(jī)官能團(tuán)加強(qiáng)了對(duì)H+和Al3+的吸附作用[18]，以及有機(jī)肥在礦化過程中發(fā)生有機(jī)陰離子脫羧基化并釋放堿性物質(zhì)（鈣、鎂等）[19]，致使土壤pH值上升[20]。新民蔬菜基地露天菜地土壤主要施用化學(xué)肥料，且因復(fù)種指數(shù)高，施肥量大于大田，因此，pH值低于大田土壤。

表1 新民蔬菜基地土壤的理化性質(zhì)Table 1 Basic physiochemical properties of soils in Xinmin vegetable fields

設(shè)施菜地土壤的有機(jī)質(zhì)（SOM）含量平均為24.75 g·kg-1，顯著高于露天菜地 17.93 g·kg-1和大田土壤21.89 g·kg-1，土壤總氮（TN）平均值也呈現(xiàn)相同規(guī)律，即設(shè)施菜地（1.52 g·kg-1）>大田（1.15 g·kg-1）>露天菜地（1.05 g·kg-1），這一現(xiàn)象與Ge等[21]的研究相一致。參照我國(guó)土壤肥力分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，新民設(shè)施菜地土壤SOM含量高（25 g·kg-1>平均值≥20 g·kg-1），TN含量極高（平均值≥1.2 g·kg-1），然而總磷（TP）含量極低（P2O5＜0.4 g·kg-1），設(shè)施菜地的土壤磷素供應(yīng)不足。

將新民設(shè)施菜地按照種植年限1～5、6～10、11～15年和16～20年分成4組，進(jìn)行土壤理化性質(zhì)的統(tǒng)計(jì)分析，如表2。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示，不同種植年限設(shè)施菜地土壤pH差異顯著，種植年限為11～15年的設(shè)施菜地pH顯著高于其他3組處理；種植年限為11～15年的設(shè)施菜地TN含量顯著高于1～5年組處理；而TP和SOM在4組處理間無顯著差異。高新昊等[22]研究發(fā)現(xiàn)，隨種植年限增加，山東壽光設(shè)施菜地土壤pH值均明顯下降，有機(jī)質(zhì)含量、總氮和總磷量均持續(xù)升高，可見，本研究中種植年限對(duì)新民設(shè)施菜地土壤理化性質(zhì)的影響規(guī)律與山東壽光設(shè)施菜地存在一定的差別，這可能與不同設(shè)施菜地種植的蔬菜種類以及施肥管理習(xí)慣不同有關(guān)。

對(duì)新民設(shè)施菜地土壤的基礎(chǔ)理化性質(zhì)（pH、SOM、TN和TP）以及種植年限進(jìn)行相關(guān)性分析（如表3），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)質(zhì)與總氮含量極顯著正相關(guān)（r=0.737，P＜0.01），而其他指標(biāo)間無顯著相關(guān)性（P>0.05），設(shè)施菜地種植年限與各土壤理化性質(zhì)指標(biāo)間無顯著相關(guān)性。

表3 設(shè)施菜地土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)的相關(guān)性分析Table 3 The relativity analysis of basic physiochemical properties of soils in facilities vegetable field

2.2 設(shè)施菜地土壤重金屬含量

新民設(shè)施菜地土壤中Cd、Pb、Cu、Zn、As、Hg、Ni和 Cr的平均含量分別為 0.17、18.05、24.21、83.53、3.37、0.24、18.52 mg·kg-1和50.34 mg·kg-1，按平均含量大小排列順序?yàn)閆n>Cr>Cu>Ni>Pb>As>Hg>Cd。與我國(guó)現(xiàn)行《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）相比（表4），元素Cu、Cd和Hg存在超標(biāo)現(xiàn)象，樣點(diǎn)超標(biāo)率分別為2.4%、26.8%和22.0%，Pb、Ni、Cr、Zn和As含量均未超過標(biāo)準(zhǔn)值。然而，與新民土壤背景值[23]相比，Cd、Ni和Hg含量超過背景值的樣點(diǎn)比例為58.5%、78.0%、85.4%，Cd、Ni、Hg含量平均值分別為土壤背景值的2.24、1.15倍和10.43倍；樣點(diǎn)中的Cu、Zn和Cr含量全部高于背景值，平均含量分別是背景值的1.82、2.56倍和1.53倍；26.8%的樣點(diǎn)中Pb含量超過了背景值，樣品中的As含量均未超過背景值。新民設(shè)施菜地土壤中Cd、Pb、Zn、As、Ni、Cr平均含量低于山西省菜地土壤重金屬含量[24]，Cu含量與山西地區(qū)基本持平，Hg含量則要高于山西省菜地土壤。另外，通過對(duì)比重金屬含量與背景值的比值發(fā)現(xiàn)，新民土壤中As和Pb的平均含量小于背景值，且Cd、Ni、Cr、Hg的含量與背景值的比值均小于山西省的比值。因此，新民設(shè)施菜地土壤的Cd、Pb、As、Hg、Ni、Cr污染狀況要較山西省輕，Cu、Zn的污染狀況要較山西省嚴(yán)重[25]。與山東壽光設(shè)施菜地相比，新民設(shè)施菜地土壤Cd、Cu、Zn、As、Ni、Cr平均含量低于山東壽光設(shè)施菜地表層土壤的重金屬含量，Pb含量則高于山東壽光地區(qū)的含量[26]。黃海沿岸設(shè)施菜地土壤的Cd、Pb、Cu和Zn平均含量高于新民地區(qū)，分別是新民設(shè)施菜地土壤平均含量的1.18、1.10、1.03倍和1.13倍，但新民設(shè)施菜地的As和Hg含量要高于黃海沿岸的設(shè)施菜地[27]。

表2 不同年限設(shè)施菜地土壤理化性質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果Table 2 The content of heavy metals in the soil of vegetable fields with different planting years

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)（表4）可知，新民設(shè)施菜地土壤中8種重金屬的變異程度有較大的差別，其中Cd和Hg的變異系數(shù)較大分別為1.06和1.46，說明Cd和Hg的含量受人為因素影響程度大。設(shè)施菜地土壤Cd的積累問題可能與肥料施用有關(guān)。一方面，作為磷肥原料的磷礦石中常含有Pb、Cd和Hg等重金屬元素，一般磷礦石中60%～80%的Cd存留在磷肥中[28]；另一方面，畜禽養(yǎng)殖廢水和糞便是Cd的重要來源，因此畜禽糞肥施用可增加設(shè)施菜地土壤的Cd含量[11，29]。土壤Hg污染可能與新民地區(qū)冬季溫室燃煤取暖排放以及含Hg農(nóng)藥施用有關(guān)。新民設(shè)施菜地土壤Cu、Zn和As的變異程度屬中等，變異系數(shù)分別為0.35、0.27和0.54；Pb、Ni、Cr的變異程度較低，變異系數(shù)分別為0.18、0.15和0.17。

與露天菜地和大田相比較，新民設(shè)施菜地土壤中Cd、Cu、Zn、As和Hg的平均含量高于露天菜地和大田對(duì)照，而Pb、Ni、Cr的平均含量低于露天菜地土壤。山東壽光設(shè)施菜地土壤中Cr含量要高于大田對(duì)照和露天菜地，這與新民地區(qū)的Cr含量分布特征即露天菜地>設(shè)施菜地>大田對(duì)照不同[7]；我國(guó)黃海沿岸設(shè)施菜地土壤中重金屬Cu和Zn含量高于露天菜地，與新民地區(qū)規(guī)律相同[27]；山東壽光設(shè)施菜地土壤中Pb的含量低于露天菜地土壤[9]，Pb分布規(guī)律與新民地區(qū)相同，推測(cè)Pb主要來自交通排放源，通過大氣沉降的方式進(jìn)入土壤，而溫室或大棚能隔離大部分大氣Pb沉降，減輕其對(duì)設(shè)施菜地土壤的污染。

不同種植年限設(shè)施菜地土壤的重金屬含量見表5，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，重金屬Pb、Cu、Zn、As、Hg和Ni在不同種植年限之間無顯著差異（P>0.05），重金屬Cd與Cr隨種植年限增加顯示出明顯的積累特征，6～10、11～15年和16～20年的土壤Cd和Cr含量均顯著高于1～5年種植年限的設(shè)施菜地（P＜0.05）。

設(shè)施菜地的土壤重金屬含量與種植年限的相關(guān)性分析表明，重金屬Cd和Cr與種植年限之間具有極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）。對(duì)重金屬的Cr、Cd含量與種植年限之間進(jìn)行線性擬合，用Y=A+Bx線性方程表示出重金屬含量（Y）與設(shè)施菜地種植年限（X）之間的關(guān)系，得到兩者之間的線性關(guān)系分別為YCd=0.020X+0.147（R2=0.155）和YCr=0.646X+45.264（R2=0.314），即Cd和Cr的年累積速率分別為0.646、0.020 mg·kg-1·a-1。

表4 新民蔬菜基地土壤重金屬含量的統(tǒng)計(jì)特征值Table 4 The statistical characteristic value of soil heavy metal content

表5 不同年限設(shè)施菜地土壤重金屬含量統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果（mg·kg-1）Table 5 The content of heavy metals in the soil of vegetable fields with different planting years（mg·kg-1）

2.3 設(shè)施菜地土壤重金屬污染等級(jí)評(píng)價(jià)

利用單項(xiàng)污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)對(duì)設(shè)施菜地土壤重金屬污染等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)[30]。其中，單項(xiàng)污染指數(shù)計(jì)算公式為：

式中：Pi為單項(xiàng)污染指數(shù)，Ci為重金屬的測(cè)量結(jié)果，而Si是《溫室蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（HJ 333—2006）中的重金屬（取土壤pH＜6.5）限值。當(dāng)Pi≤1時(shí)，表示土壤未受污染；Pi>1時(shí)，表示土壤受到了污染。

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)計(jì)算方法為：

式中：P綜代表綜合污染指數(shù)；Pi代表單項(xiàng)污染指數(shù)的平均值；Pmax代表最大污染指數(shù)。根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)新民設(shè)施菜地土壤的重金屬含量進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)。綜合污染指數(shù)P綜≤0.7時(shí)，為安全等級(jí)；0.7＜P綜≤1.0時(shí)，為警戒限；1.0＜P綜≤2.0時(shí)，為輕污染；2.0＜P綜≤3.0時(shí)，為中污染；P綜>3.0時(shí)，為重污染。

設(shè)施菜地各采樣點(diǎn)土壤中重金屬的單項(xiàng)污染指數(shù)計(jì)算結(jié)果表明，Cd、Cu和Hg的單項(xiàng)污染指數(shù)中Pi>1的個(gè)數(shù)分別為11、1個(gè)和10個(gè)，最大值為1.77、1.24和5.31。設(shè)施菜地樣點(diǎn)單項(xiàng)污染指數(shù)的平均值計(jì)算結(jié)果如表6所示，單項(xiàng)污染指數(shù)從大到小的順序分別為 Hg>Cd>Cu>Ni>Zn>Pb>Cr>As，其中，Hg的單項(xiàng)污染指數(shù)最大為1.02，已經(jīng)達(dá)到了污染水平，Cd的單項(xiàng)污染指數(shù)平均值為0.56，處于尚清潔狀態(tài)，其余6種重金屬的單項(xiàng)污染指數(shù)平均值均小于0.50，處于尚清潔狀態(tài)。

設(shè)施菜地、露天菜地和大田對(duì)照土壤的重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)如表6。研究表明，4組年限的Pb、Cu、Zn、Ni、As、Hg含量沒有顯著差異，1～5年組的Cd單項(xiàng)污染指數(shù)與6～10、16～20年組的指數(shù)具有顯著差異性，1～5年組的Cr單項(xiàng)污染指數(shù)與11～15、16～20年組的指數(shù)具有顯著差異性。

不同種植年限的設(shè)施菜地土壤重金屬中，Cd、Cu、Zn和As的單項(xiàng)污染指數(shù)均大于露天菜地和大田對(duì)照；Cu污染指數(shù)分別超過露天菜地和大田對(duì)照污染指數(shù)的4.65%～25.6%和36.36%～63.64%；Zn污染指數(shù)超過露天菜地和大田對(duì)照污染指數(shù)12.12%～36.36%；As污染指數(shù)超過了露天菜地污染指數(shù)233.33%～333.33%，超出大田對(duì)照100%～160%。

Pb單項(xiàng)污染指數(shù)，其露天菜地與大田對(duì)照具有顯著性差異，設(shè)施菜地種植年限為6～10年的Pb單項(xiàng)污染指數(shù)高出露天菜地5.26%，其余3組年限范圍的Pb污染指數(shù)均低于露天菜地，4組年限的Pb污染指數(shù)高出大田對(duì)照47.83%～73.91%；Ni的單項(xiàng)污染指數(shù)較露天菜地低4.00%～8.00%；設(shè)施菜地的Cr單項(xiàng)污染指數(shù)中，僅有16～20年的高于露天菜地，高出2.70%；4組年限的Cr污染指數(shù)超出大田對(duì)照0.00%～26.77%；Hg的單項(xiàng)污染指數(shù)超出大田對(duì)照91.66%～183.33%，1～5和6～10年設(shè)施菜地土壤中Hg的單項(xiàng)污染指數(shù)均值分別為0.92和1.36，超出露天菜地8.23%和60%，說明其土壤Hg含量已經(jīng)超出標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)新民設(shè)施菜地土壤進(jìn)行的綜合污染指數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，處于安全等級(jí)的樣點(diǎn)（P綜≤0.7）有19個(gè)，占樣點(diǎn)數(shù)的46.3%；達(dá)到警戒限（P綜≤1.0）的樣點(diǎn)有9個(gè)，占22.0%；處于輕污染等級(jí)（P綜≤2.0）的樣點(diǎn)為11個(gè)，占26.8%；中度（P綜≤3.0）與重度污染（P綜>3.0）的樣點(diǎn)各1個(gè)，均占2.4%。不同種植年限設(shè)施菜地土壤綜合污染指數(shù)及其平均值結(jié)果如圖2，6～10年樣點(diǎn)的綜合污染指數(shù)平均值最高，為1.03；16～20年樣點(diǎn)其次，均值為0.94；1～5年均值0.91；11～15年樣點(diǎn)的綜合污染指數(shù)最低，為0.62；各樣點(diǎn)的綜合污染指數(shù)平均值為0.87，新民設(shè)施菜地一些樣點(diǎn)的重金屬污染問題已達(dá)到了輕污染等級(jí)，應(yīng)引起重視。

表6 重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)Table 6 The single pollution index of heavy metals

2.4 重金屬含量與土壤基本理化性質(zhì)相關(guān)性

圖2 設(shè)施菜地土壤的綜合污染指數(shù)Figure 2 The comprehensive pollution index of facility vegetable soils

將設(shè)施菜地土壤中的重金屬含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)重金屬Cd、Cu、Zn和Cr與土壤有機(jī)質(zhì)含量之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，同時(shí)，可以用Y=A+Bx（x表示土壤中有機(jī)質(zhì)的含量，%；Y表示重金屬元素的含量，mg·kg-1）的形式表示重金屬含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量之間的關(guān)系，如圖3。Zn和Cd與有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性達(dá)到了極顯著水平（P＜0.01），Cu和Cr與有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性達(dá)顯著水平（P＜0.05）。張慧智等[31]在對(duì)北京市通州區(qū)設(shè)施蔬菜地土壤重金屬積累特征分析時(shí)也發(fā)現(xiàn)，土壤中Cu、Zn、Cr和Cd與土壤的有機(jī)質(zhì)含量呈明顯的正相關(guān)關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)質(zhì)中的含氧官能團(tuán)，易和重金屬發(fā)生絡(luò)合或螯合反應(yīng)，土壤中有機(jī)質(zhì)含量的增加會(huì)使土壤吸附重金屬的能力增加[32]。

從土壤重金屬含量與總氮含量的相關(guān)性分析來看（表7），重金屬Cu、Zn、Cr與土壤TN之間存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），說明這幾種重金屬與菜地土壤肥料施用有關(guān)。新民設(shè)施菜地土壤的肥料采用化學(xué)肥料和有機(jī)肥聯(lián)合施用，氮肥能夠通過影響土壤的pH值來影響土壤中重金屬的形態(tài)，進(jìn)而影響土壤對(duì)重金屬的吸附和解吸作用[33]。為了降低禽畜的發(fā)病率，飼料中會(huì)添加As、Cr、Cu和Zn等微量元素[34-36]，劉榮樂等[37]對(duì)我國(guó)14個(gè)?。ㄊ校┑挠袡C(jī)肥中重金屬含量進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)雞糞中Cr含量、豬糞中Cu、Zn、Cd和As含量、牛糞中的Cd含量要高于其他有機(jī)廢棄物中的含量，且對(duì)有機(jī)廢棄物中重金屬含量測(cè)定發(fā)現(xiàn)，與20世紀(jì)90年代比較，雞糞和豬糞中的Cu、Zn、Cr、Cd、As和Hg含量有所增加。本研究中的有機(jī)肥主要施用的是牛糞和雞糞，這些有機(jī)肥和化學(xué)肥料中含有一定量的重金屬元素，因此，經(jīng)過多年的連續(xù)施用，導(dǎo)致重金屬的不斷積累。

圖3 土壤有機(jī)質(zhì)含量與重金屬（Cu、Zn、Cd和Cr）含量的線性關(guān)系Figure 3 The linear relationship between the soil organic matter content and heavy metal content

土壤重金屬含量與土壤總磷含量的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)（表7），土壤重金屬含量與土壤總含磷量之間并無顯著相關(guān)性（P>0.05），說明磷肥的施用并不是新民設(shè)施菜地土壤重金屬污染的主要來源。因此，新民設(shè)施菜地的Cd污染來源于畜禽糞便。

2.5 土壤中各種重金屬元素間的相關(guān)性

對(duì)設(shè)施菜地土壤中8種重金屬含量進(jìn)行了相關(guān)性分析（表8）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Cu-Zn、Cr-Zn和Cd-Zn間具有正相關(guān)關(guān)系，Cu-Zn的相關(guān)系數(shù)最大，r為0.629（P＜0.01），Cr-Zn的相關(guān)系數(shù)r=0.441（P＜0.01），Cd-Zn的相關(guān)系數(shù)r=0.404（P＜0.01）。重金屬Pb-Ni、Cr-Ni也存在著極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)分別為0.407和0.441。Cd-Cr具有正相關(guān)關(guān)系（r=0.351，P＜0.05）。具有顯著相關(guān)性的幾種重金屬在來源上可能具有一定的相似性，這些重金屬在土壤中會(huì)發(fā)生同步積累。

3 結(jié)論

（1）新民設(shè)施菜地土壤呈微酸性至酸性，設(shè)施菜地土壤的有機(jī)質(zhì)（SOM）含量顯著高于露天菜地和大田土壤。新民設(shè)施菜地種植年限與土壤pH、SOM含量、TN含量和TP含量無顯著相關(guān)關(guān)系。

（2）設(shè)施菜地土壤8種重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)從大到小的順序?yàn)镠g>Cd>Cu>Ni>Zn>Pb>Cr>As，其中，Hg的單項(xiàng)污染指數(shù)為1.02，已經(jīng)達(dá)到了污染水平，其余均處于尚清潔的狀態(tài)。綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)表明新民設(shè)施菜地土壤處于安全等級(jí)樣點(diǎn)占46.3%，處于警戒等級(jí)樣點(diǎn)占22.0%，污染點(diǎn)位占31.7%，重金屬污染問題應(yīng)引起重視。

（3）設(shè)施菜地土壤中重金屬Cd、Cu、Zn和Cr與土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著正相關(guān)，Cu、Zn和Cr與土壤TN顯著正相關(guān)，推斷有機(jī)肥和化肥施用是重金屬的主要來源。設(shè)施菜地土壤的Cd和Cr含量與種植年限之間具有極顯著正相關(guān)關(guān)系。

（4）重金屬Cu與Zn、Cr與Zn、Cd與Zn、Pb與Ni、Cr與Ni、Cd與Cr之間具有相關(guān)關(guān)系，具相關(guān)關(guān)系的重金屬可能具有相同來源。

表7 土壤重金屬含量與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性分析Table 7 The correlation of soil heavy metal content with the soil physicochemical properties

表8 設(shè)施菜地各重金屬元素間的相關(guān)性分析Table 8 Correlation analysis between elements of facility vegetable heavy metals