延安市蔬菜大棚土壤重金屬污染評價(jià)及影響因素

祁迎春 王建 黃瑤

摘要：通過對陜西省延安市蔬菜基地大棚土壤中鉻（Cr）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、錳（Mn）、鎳（Ni）5種重金屬含量和土壤基本理化性質(zhì)的測定，分析土壤重金屬污染特征及影響因素，并采用單項(xiàng)污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法對土壤重金屬污染進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果表明，土壤重金屬Cr、Pb、Ni的含量均小于《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的二級限值，單項(xiàng)污染指數(shù)均小1，屬于清潔水平;Cd含量在0.11～1.08 mg/kg之間，超標(biāo)樣品比率達(dá)60%，單項(xiàng)污染指數(shù)為1.03，達(dá)到輕度污染水平;重金屬內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)平均值為0.83，屬于警戒線水平;5種重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均值為214.05，處于中等潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級，Cd對潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)率為92.6%，是最主要的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子;相關(guān)性分析表明，土壤重金屬污染與肥料的施用有關(guān)，Cd含量與有機(jī)質(zhì)含量、速效磷含量、全氮含量間呈極顯著或顯著正相關(guān)關(guān)系。

關(guān)鍵詞：蔬菜大棚;土壤重金屬;污染特征;影響因素

土壤作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響著農(nóng)作物安全和土壤環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[1]。隨著我國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與調(diào)整，設(shè)施農(nóng)業(yè)得到迅速發(fā)展。設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤常年處于高溫、高濕的環(huán)境，加之化肥農(nóng)藥的大量使用及土地超強(qiáng)度的利用致使土壤理化性質(zhì)發(fā)生改變，繼而出現(xiàn)土壤酸化板結(jié)、鹽漬化、養(yǎng)分失調(diào)、重金屬累積、微生物區(qū)系改變等一系列問題，尤其是重金屬污染問題日益突出。賀小琴等調(diào)查結(jié)果表明，麗水市水閥工業(yè)園區(qū)石牛大橋附近蔬菜基地鉛（Pb）、鎘（Cd）超標(biāo)10倍[2];楚純潔等對河南省葉縣等地的露天和設(shè)施蔬菜地土壤重金屬分析得出，菜地土壤已受到不同程度的重金屬污染[3]。李曈等研究發(fā)現(xiàn)，不同棚齡土壤鉻（Cr）、Pb、砷（As）、汞（Hg）含量均隨著種植年限的增加而提高，種植蔬菜1～5年，土壤Cd、As、Hg含量分別提高143.5%、51.1%、 60.2%[4]?？梢姡说赝寥乐亟饘俪瑯?biāo)問題已成為威脅人類食品安全的突出環(huán)境問題。不同區(qū)域、不同種植模式下土壤重金屬污染特征、污染評價(jià)及影響因素和生態(tài)修復(fù)等成為學(xué)者們研究的熱點(diǎn)[5-10]。目前，陜北地區(qū)土壤重金屬污染方面的研究主要集中在礦區(qū)和農(nóng)田，而對蔬菜大棚土壤重金屬污染方面的研究很少。因此，為了解當(dāng)?shù)赝恋乩梅绞胶凸芾砟Ｊ较率卟舜笈锿寥乐亟饘俚奈廴咎卣?，以陜西省延安市近郊典型的蔬菜生產(chǎn)基地為研究對象，分別測定土壤中Cr、Cd、Pb、錳（Mn）、鎳（Ni）5種重金屬的含量，采用污染指數(shù)法對土壤重金屬污染進(jìn)行評價(jià)，并運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法研究重金屬污染的影響因素，揭示土壤重金屬污染特征和土壤環(huán)境質(zhì)量狀況，為大棚蔬菜的安全生產(chǎn)和重金屬污染修復(fù)提供必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品的采集與處理

以陜西省延安市典型的4個蔬菜生產(chǎn)基地蔬菜大棚為采樣地點(diǎn)，每個蔬菜基地分別選取具有代表性的大棚5個，每個大棚采取0～20 cm土層土壤樣品3個，就地混合成1個土壤樣品，共20個樣品，同時(shí)用全球定位系統(tǒng)（GPS）記錄每個樣點(diǎn)的具體坐標(biāo)。采回的土樣經(jīng)自然風(fēng)干后，揀出石塊和植物殘?bào)w，研磨并全部通過100目尼龍篩保存供重金屬含量的測定。

1.2 測定方法

土壤pH值采用玻璃電極法，水土體積比為2.5 ∶ 1;土壤有機(jī)質(zhì)含量采用總有機(jī)碳分析儀測定;堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測定;速效鉀含量采用醋酸銨-火焰光度計(jì)法測定;速效磷含量采用碳酸氫鈉-鉬銻抗比色法測定;全氮含量采用凱氏定氮法測定;重金屬全量采用鹽酸-氫佛酸-硝酸-高氯酸體系消解原子吸收分光光度法測定。

1.3 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法

1.3.1 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 以陜西省土壤背景值和GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的二級標(biāo)準(zhǔn)值為依據(jù)進(jìn)行評價(jià)，具體標(biāo)準(zhǔn)見表3。

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)能夠反映重金屬共同作用對土壤的污染程度，1號基地土壤內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)均小于1，土壤處于安全等級;2號、3號、4號基地部分采樣點(diǎn)土壤內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)大于1。總體來看，研究區(qū)蔬菜基地土壤平均內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)為0.83，處于警戒線水平。其中，30%的采樣點(diǎn)土壤綜合污染指數(shù)小于0.7，處于安全等級;35%的采樣點(diǎn)土壤內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)在0.7～1.0之間，處于警戒級水平;35%的采樣點(diǎn)土壤其值在1.0～2.0之間，處于輕度污染水平，不存在中度污染水平土壤和重度污染水平土壤。

2.3 不同蔬菜基地土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

以陜西省土壤背景值作為參比值，分別計(jì)算單一重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，分析結(jié)果見圖1、圖2。從圖1可以看出，5種重金屬的平均潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)由強(qiáng)到弱依次為Cd>Pb>Ni>Cr>Mn，Cd潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為198.10，對潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)率為92.6%，是最主要的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子;Pb、Ni、Cr和Mn的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均小于40，處于輕微的潛在風(fēng)險(xiǎn)水平。從圖2可以看出，1號基地土壤綜合潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最低，平均值為 128.57，處于輕微潛在風(fēng)險(xiǎn)水平;2號基地土壤綜合潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最高，平均值為283.06，處于中等及較強(qiáng)潛在風(fēng)險(xiǎn)水平;3號、4號基地土壤綜合潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值分別為222.43、222.14，除個別采樣點(diǎn)外，土壤基本上都處于中等潛在風(fēng)險(xiǎn)水平。重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在48.40～359.04之間，平均值為214.05，處于中等潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級。

對研究區(qū)土壤潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級評價(jià)，結(jié)果見表9：從單一重金屬潛在的風(fēng)險(xiǎn)等級來看，Cd的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級最高，90%采樣點(diǎn)處于較強(qiáng)及以上潛在風(fēng)險(xiǎn)等級，55%采樣點(diǎn)處于很強(qiáng)潛在風(fēng)險(xiǎn)等級，5%采樣點(diǎn)處于極強(qiáng)潛在風(fēng)險(xiǎn)等級。Pb、Ni、Cr、Mn均處于輕度潛在風(fēng)險(xiǎn)等級。從重金屬綜合潛在風(fēng)險(xiǎn)等級來看，75%采樣點(diǎn)屬于中等及以下綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級，25%采樣點(diǎn)屬于較強(qiáng)的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級，表明研究區(qū)土壤Cd污染存在較強(qiáng)的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 不同蔬菜基地土壤重金屬含量與土壤理化性質(zhì)間相關(guān)分析

土壤中重金屬含量的高低與土壤理化性質(zhì)間具有一定的相關(guān)性，從表10可以看出，Cd含量與有機(jī)質(zhì)含量、速效磷含量、全氮含量間呈極顯著或顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為 0.694、0.557、0.501;Pb含量與速效磷含量間呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.546;Cr與速效鉀含量間呈顯著負(fù)相關(guān);Mn含量與速效磷含量和全氮含量間呈極顯著正相關(guān)，其他重金屬與土壤理化性質(zhì)間相關(guān)關(guān)系不明顯。說明重金屬含量與有機(jī)質(zhì)、氮、磷含量間存在極顯著相關(guān)關(guān)系。表明有機(jī)肥使用能使重金屬在土壤中富集[14];段永蕙等研究發(fā)現(xiàn)，長期大量施用肥料和農(nóng)藥是菜地重金屬元素含量偏高的主要原因之一[15];史靜等研究發(fā)現(xiàn)，不同來源的化肥、有機(jī)肥及農(nóng)藥的施用對土壤中重金屬的影響不容忽視[16]?？梢娡寥婪柿鲜┯脤χ亟饘倮塾?jì)具有一定的影響，他們之間的關(guān)系除了與肥料的性質(zhì)有關(guān)外，還與土壤性質(zhì)和種植蔬菜種類有關(guān)，相關(guān)關(guān)系還需進(jìn)一步研究闡明。

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，蔬菜基地土壤中Cr、Pb、Ni、Mn含量均低于《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的二級限值，單項(xiàng)污染指數(shù)均小于1，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)均小于40，處于清潔水平和輕微的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，而Cd含量在0.11～1.08 mg/kg之間，超標(biāo)樣品比例達(dá)到60%，單項(xiàng)污染指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分別為1.03和198.10，達(dá)到輕度污染水平，具有很強(qiáng)的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn);重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值為214.05，處于中等潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級，其中Cd對潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)率為92.6%，是最主要的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子。相關(guān)研究表明，磷肥中Cd含量普遍較高，隨著磷肥和復(fù)合肥的大量施用，土壤Cd含量都有所增加[17];茹淑華等研究指出，Cu、Cd一般來源于施入農(nóng)田的含銅和鎘的農(nóng)業(yè)化學(xué)物質(zhì)和大氣沉降[18-19]。研究區(qū)土壤為設(shè)施農(nóng)業(yè)，大氣沉降帶來的污染相對較小，另外， 根據(jù)試驗(yàn)區(qū)土壤理化性狀可以看出，研究區(qū)土壤氮（N）、磷（P）、鉀（K）的含量普遍偏高，因此，造成研究區(qū)Cd污染嚴(yán)重的主要原因可能與化肥的過量使用有關(guān)。

相關(guān)性分析結(jié)果表明，Cd與有機(jī)質(zhì)含量、速效磷含量和全氮含量，Pb與速效磷含量，Mn與速效磷含量、全氮含量間呈極顯著或顯著正相關(guān)，關(guān)共湊等在對佛山市郊菜地土壤重金屬污染研究中發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)質(zhì)含量與重金屬含量呈中等正相關(guān)關(guān)系[20]，這與本研究得出的結(jié)果一致。但是，王巖等研究發(fā)現(xiàn)，土壤中重金屬元素含量與土壤中有機(jī)質(zhì)含量并無固定的相關(guān)性[21];段永惠等研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)質(zhì)含量、pH值和速效磷含量對蔬菜地重金屬的影響較大，而速效氮、速效鉀的影響均較小[15]?？梢钥闯?，土壤重金屬含量與土壤理化性狀間的關(guān)系比較復(fù)雜，加上采集的土壤樣品有限，很難準(zhǔn)確反映出它們之間的關(guān)系。此外，土壤中重金屬污染的來源多且復(fù)雜，重金屬含量的高低受到土壤pH值、土壤質(zhì)地、活性有機(jī)質(zhì)、土壤肥力等多種因素共同作用的影響，因此，對于土壤重金屬含量與土壤理化性狀之間的相關(guān)關(guān)系還需要進(jìn)一步研究。

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