不同功能區(qū)蔬菜地土壤重金屬污染特征及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

林小兵，武琳，王惠明，張秋梅，劉暉，郭乃嘉，黃欠如，周利軍*

1. 江西省紅壤研究所/國(guó)家紅壤改良工程技術(shù)研究中心，江西 南昌 330046；2. 江西省農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護(hù)站，江西 南昌 330046；3. 江西省新余市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江西 新余 338000

隨著城市化、工業(yè)化和集約化農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)“三廢”、交通活動(dòng)、污水灌溉、化肥及農(nóng)藥進(jìn)入土壤環(huán)境，導(dǎo)致農(nóng)田土壤重金屬污染問(wèn)題日益突出（Wang et al.，2011；Huang et al.，2019）。據(jù)報(bào)道中國(guó)的耕地土壤重金屬點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)19.4%，主要重金屬污染元素為鎘（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、鉛（Pb）和鉻（Cr）等（Liang et al.，2014）。曾希柏等（2007）研究表明，中國(guó)蔬菜地土壤重金屬超標(biāo)也較為嚴(yán)重，全國(guó)蔬菜地約有24.1%樣本存在Cd超標(biāo)，Hg為10.3%，As為9.2%。蔬菜為人們提供各種維生素、膳食纖維、礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分（李如忠等，2013），但也極易受重金屬污染和影響（陳小華等，2019），并通過(guò)食物鏈在人體富集（Cherfi et al.，2015），最終影響人體健康。

蔬菜生物量隨土壤中重金屬含量增加到一定值時(shí)出現(xiàn)顯著減少，其生長(zhǎng)也受到明顯抑制，甚至出現(xiàn)死亡（徐笠等，2017；周雅等，2017），且蔬菜對(duì)某些重金屬存在顯著富集，不同蔬菜品種富集系數(shù)也不同（Wu et al.，2015；徐笠等，2017）。陳毛華等（2017）研究發(fā)現(xiàn)，蔬菜重金屬污染的熱點(diǎn)區(qū)域主要集中在工業(yè)集中區(qū)附近以及盛行風(fēng)的下風(fēng)向，工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)因其工企業(yè)較多，污染源集中，大量工業(yè)“三廢”和生活污水排放導(dǎo)致其蔬菜地土壤重金屬污染嚴(yán)重（韋緒好等，2015；楊忠平等，2015）。人口密集和交通發(fā)達(dá)的城郊地區(qū)菜地土壤重金屬也日漸嚴(yán)重（Khan et al.，2008），以長(zhǎng)沙城郊蔬菜地土壤為研究對(duì)象發(fā)現(xiàn)有 43%的土壤樣本中重金屬元素超過(guò)當(dāng)?shù)乇尘爸?，呈現(xiàn)離市區(qū)距離的增加蔬菜地土壤重金屬污染程度逐漸減弱的趨勢(shì)（黃鳳球，2014），柳云龍等（2012）研究也表明土壤重金屬污染從城市到郊區(qū)呈現(xiàn)梯度變化。污水排灌也是引起蔬菜地土壤重金屬富集的主要因素之一（吳開(kāi)華等，2011），污灌區(qū)蔬菜地土壤及蔬菜重金屬明顯高于非污灌區(qū)（姚春霞等，2005），其中重金屬元素Cr和Cd超標(biāo)率為100%。充分掌握城市蔬菜地土壤重金屬污染特征，關(guān)系著食品安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展（趙慧等，2019），也是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。

目前對(duì)蔬菜地土壤重金屬污染特征及其評(píng)價(jià)，大多都是針對(duì)某一區(qū)域或部分區(qū)域內(nèi)蔬菜地土壤重金屬的調(diào)查研究，而較全面地對(duì)城市不同功能區(qū)內(nèi)蔬菜地進(jìn)行調(diào)查及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究較少。本文以江西省某典型工業(yè)城市的工礦區(qū)、污水排灌區(qū)、城郊、一般農(nóng)區(qū)等4個(gè)功能區(qū)內(nèi)蔬菜地土壤為研究對(duì)象，研究了4個(gè)地區(qū)蔬菜地土壤中重金屬Cr、Pb、Cd、As和Hg含量特征，并利用單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法、地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法等對(duì)5種重金屬的污染狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)。為準(zhǔn)確掌握城市不同功能區(qū)蔬菜地土壤重金屬污染狀況，對(duì)于保障蔬菜食用安全，合理布局蔬菜生產(chǎn)，促進(jìn)蔬菜產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于江西省中部偏西，屬于贛西中低山與丘陵區(qū)，境內(nèi)多山地，地貌以山地、丘陵、平原為主。屬亞熱帶濕潤(rùn)性季風(fēng)氣候，四季分明，雨量充沛，氣候溫和，無(wú)霜期長(zhǎng)。年平均氣溫17.7 ℃，年平均降雨量1595 mm，季節(jié)性降水變化大。河流較多，水系發(fā)達(dá)，屬鄱陽(yáng)湖水系。該城市工業(yè)較發(fā)達(dá)，三大產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比例為 5.6∶67∶27.4，工業(yè)化率達(dá)51.3%，城市化率達(dá)56.6%。農(nóng)作物以雙季稻為主，蔬菜種植面積8200 hm2，約占耕地面積的10%，主要蔬菜包括辣椒（Capsicum annuum）、茄子（Solanum melongena）、白菜（Brassica pekinensis）、蘿卜（Raphanus sativus）、油菜（Brassica napus）、空心菜（Ipomoea aquatica）、黃瓜（Cucumis sativus）、西紅柿（Lycopersicon esculentum）、土豆（Solanum tuberosum）、豆類(lèi)等。工礦區(qū)、污水排灌區(qū)、城郊蔬菜地以有機(jī)肥和化肥為主，有機(jī)肥主要為豬糞、牛糞、雞糞等畜禽糞便，施用量在 1—2.5 t·hm?2·a?1；化肥主要為復(fù)合肥，施用量在 150—300 kg·hm?2·a?1。一般農(nóng)區(qū)蔬菜地以有機(jī)肥為主，施用量在 1—3 t·hm?2·a?1。

1.2 樣品采集與測(cè)試

土壤樣品采集于2017年10—12月期間，采集工礦區(qū)、污水排灌區(qū)、城市郊區(qū)和周邊無(wú)明顯污染源的一般農(nóng)區(qū)多年種植蔬菜的0—20 cm表層土壤，隨機(jī)選擇有代表性的地塊作為采樣區(qū)，按5點(diǎn)取樣法，混合后保證樣品1 kg左右。每個(gè)地區(qū)按1 hm2（15畝）面積大小設(shè)置1個(gè)采樣點(diǎn)，面積不足1 hm2也按一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行采樣，共采集了230份土壤樣品，其中工礦區(qū)56份、污水排灌區(qū)30份、城市郊區(qū)86份和一般農(nóng)區(qū) 58份。采樣過(guò)程中并記錄采樣點(diǎn)的地理特征及環(huán)境狀況等。將采集土壤樣品先自然風(fēng)干，并挑出碎石、凋落物等雜物后過(guò)20目裝瓶，于陰涼環(huán)境下保存至化驗(yàn)室檢測(cè)。土壤重金屬 Cr和Pb采用X射線熒光光譜法測(cè)定，土壤重金屬Cd采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定，土壤重金屬As和Hg采用原子熒光光譜法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Microsoft Excel 2010軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行前期處理，本試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析采用R語(yǔ)言統(tǒng)計(jì)軟件（www.r-project.org，R 4.0.0）完成，不同地區(qū)蔬菜地土壤重金屬差異的單因素方差分析采用R語(yǔ)言程序包vegan完成，并通過(guò)Tukey HSD檢驗(yàn)法對(duì)各處理進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，所有制圖通過(guò)R語(yǔ)言軟件程序包ggplot 2完成。根據(jù)反映離散程度的變異系數(shù)（CV）可對(duì)空間變異程度進(jìn)行粗略分級(jí)（Bai et al.，2011），其中 CV＜10%為弱變異，10%＜CV＜100%為中等變異，CV＞100%為強(qiáng)變異。

1.4 研究方法

1.4.1 單因子指數(shù)法

單因子指數(shù)法指對(duì)單個(gè)污染因子的污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)（郭平等，2005），其公式為：

Pi為第i種重金屬單因子污染指數(shù)；Ci和Si分別為第i種土壤重金屬的實(shí)測(cè)值和標(biāo)準(zhǔn)值。

1.4.2 內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法

內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法突出了高濃度污染物對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響，同時(shí)兼顧單因子污染指數(shù)的平均值（郭平等，2005），其公式為：

(Ci/Si)ave和(Ci/Si)max分別為土壤中各重金屬污染指數(shù)的平均值和最大值。

1.4.3 地累積指數(shù)法

地累積指數(shù)（Igeo）又稱(chēng)Muller指數(shù)，反映了單一重金屬元素的污染水平，在計(jì)算過(guò)程中加入了巖石地質(zhì)及其他因素的修正指數(shù)，充分考慮到人為活動(dòng)對(duì)重金屬污染的影響（Ji et al.，2008），其公式為：

Ci和Bi分別為第i種重金屬的實(shí)測(cè)值和土壤中該重金屬的地化學(xué)背景值。

1.4.4 潛在生態(tài)危害指數(shù)法

潛在生態(tài)危害指數(shù)法是由 Hakanson建立的一套評(píng)價(jià)重金屬污染及其生態(tài)危害的方法，能綜合反映重金屬對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響潛力（Hakanson，1980）。單種重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)：

Ci、Si、分別為第i種土壤重金屬的實(shí)測(cè)值、參比值和毒性系數(shù)，毒性系數(shù)采用 Hakanson制定的標(biāo)準(zhǔn)化重金屬毒性響應(yīng)系數(shù)（Cr=2，Pb=5，As=10，Cd=30，Hg=40）。綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)：

RI為多種重金屬的綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)；Ei為第i種土壤重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)。

土壤重金屬單因子指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法、地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法污染等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)（趙杰等，2018）詳見(jiàn)表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 蔬菜地土壤重金屬污染特征

不同功能區(qū)蔬菜地土壤重金屬含量的描述性統(tǒng)計(jì)分析見(jiàn)表2。由表2可知，工礦區(qū)蔬菜地土壤重金屬Cr、Pb、Cd、As和Hg的平均含量均超過(guò)江西省土壤環(huán)境質(zhì)量背景值（以下簡(jiǎn)稱(chēng)背景值），且分別為背景值的1.81、1.76、5.40、3.35、2.00倍，表明該地區(qū)土壤重金屬污染嚴(yán)重。工礦區(qū)僅有Cd的平均含量超過(guò)國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量關(guān)于蔬菜地標(biāo)準(zhǔn)值（以下簡(jiǎn)稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)值），為標(biāo)準(zhǔn)值的1.80倍，其他4種重金屬元素平均含量均未超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值，但Cr、Pb、As和Hg仍有部分樣品超標(biāo)，其超標(biāo)數(shù)分別為4、14、10、8，也表明這4種重金屬元素均存在不同程度累積，會(huì)對(duì)該地區(qū)蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)帶來(lái)影響。由表2得，工礦區(qū)5種重金屬元素的變異系數(shù)為 As＞Hg＞Pb＞Cd＞Cr，其中 As表現(xiàn)為強(qiáng)變異性，Hg、Pb、Cd和Cr均屬中等變異。

表1 土壤重金屬污染等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria of pollution grade of soil heavy metals

表2 城市不同功能區(qū)蔬菜地土壤重金屬含量Table 2 Heavy metals contents of vegetable soil in different functional areas of the city

污水排灌區(qū)蔬菜地土壤重金屬Pb、Cd和Hg的平均含量均超過(guò)江西背景值，且分別為背景值的1.45、3.80、2.13倍，土壤重金屬污染較嚴(yán)重。污水排灌區(qū)僅有Cd的平均含量超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值，為標(biāo)準(zhǔn)值的1.27倍，其他4種重金屬元素平均含量均未超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值，但 Pb仍有部分樣品超標(biāo)，其超標(biāo)數(shù)為 11。5種重金屬元素的變異系數(shù)為Hg＞Cd＞Pb＞As＞Cr，均屬中等變異。

城郊蔬菜地土壤重金屬Cr、Pb、Cd、As和Hg的平均含量均超過(guò)江西背景值，且分別為背景值的1.13、1.01、3.20、1.08和1.5倍，土壤重金屬污染較為嚴(yán)重。城郊僅有Cd的平均含量超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值，為標(biāo)準(zhǔn)值的1.07倍，其他4種重金屬元素平均含量均未超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值，且均無(wú)樣品超標(biāo)，5種重金屬元素的變異系數(shù)為 Cd＞As＞Hg＞Pb＞Cr，均屬中等變異。

一般農(nóng)區(qū)蔬菜地土壤重金屬Cr、Cd和Hg的平均含量均超過(guò)江西背景值，分別為背景值的1.09、2.20和1.88倍，但這5種重金屬元素平均含量均未超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值，且均無(wú)樣品超標(biāo)，一般農(nóng)區(qū)的 5種重金屬元素變異系數(shù)為 Pb＞As＞Hg＞Cr＞Cd，均屬中等變異。

2.2 不同功能區(qū)蔬菜地土壤重金屬比較

從圖1可以看出，城市不同功能區(qū)內(nèi)蔬菜地土壤重金屬含量不同。不同地區(qū)蔬菜地土壤重金屬Cr之間存在顯著差異（F=14.76，P＜0.001），表現(xiàn)為工礦區(qū)蔬菜地土壤重金屬 Cr顯著高于城郊、一般農(nóng)區(qū)和污水排灌區(qū)，分別高出了 60.76%、66.46%和90.34%。不同地區(qū)蔬菜地土壤重金屬Pb之間存在顯著差異（F=7.65，P＜0.001），表現(xiàn)為工礦區(qū)蔬菜地土壤重金屬 Pb顯著高于污水排灌區(qū)、城郊和一般農(nóng)區(qū)，分別高出了20.93%、74.56%和83.71%。不同地區(qū)蔬菜地土壤重金屬Cd之間存在顯著差異（F=8.02，P＜0.001），表現(xiàn)為工礦區(qū)蔬菜地土壤重金屬Cd顯著高于污水排灌區(qū)、城郊和一般農(nóng)區(qū)，分別高出了42.11%、68.75%和145.45%。不同地區(qū)蔬菜地土壤重金屬 As之間存在顯著差異（F=6.58，P＜0.001），表現(xiàn)為工礦區(qū)蔬菜地土壤重金屬 As顯著高于城郊、一般農(nóng)區(qū)和污水排灌區(qū)，分別高出了211.17%、250.30%和503.47%。不同地區(qū)蔬菜地土壤重金屬Hg之間差異不明顯（F=1.34，P=0.26）。

圖1 不同功能區(qū)蔬菜地土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較Fig. 1 Comparison of heavy metal contents in vegetable soil of different functional areas

2.3 蔬菜地土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

2.3.1 單因子污染指數(shù)法

從表3中蔬菜地土壤重金屬單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)可以看出，以江西背景值為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，工礦區(qū)蔬菜地土壤重金屬Cr、Pb和Hg的單因子污染指數(shù)平均值介于1—2之間，均屬于輕微污染，Cd的單因子污染指數(shù)平均值為5.43，屬于重度污染，這5種重金屬元素超標(biāo)率為 Cd＞Cr＞Hg＞As＞Pb，超標(biāo)率分別達(dá)到了 96.43%、92.86%、85.71%、64.29%和57.14%，土壤中Cr、Hg和Cd累積富集情況較As、Pb嚴(yán)重。污水排灌區(qū)蔬菜地土壤5種重金屬元素超標(biāo)率為 Cd＞Pb＞Hg＞Cr＞As，超標(biāo)率分別為 93.33%、66.67%、60.00%、26.67%和0，土壤中Cd、Pb和Hg污染程度分別屬于中度、輕度和輕微。城郊蔬菜地土壤重金屬Cr、Pb、As和Hg的單因子污染指數(shù)平均值介于1—2之間，均屬于輕微污染，Cd的單因子污染指數(shù)平均值為3.17，屬于中度污染，這5種重金屬元素超標(biāo)率為 Cd＞Hg＞Cr＞Pb＞As，超標(biāo)率分別為97.67%、74.12%、60.47%、37.21%和34.88%，土壤中Cr、Hg、Cd累積富集情況較As、Pb嚴(yán)重。一般農(nóng)區(qū)蔬菜地土壤 5種重金屬元素超標(biāo)率為Cd＞Hg＞Cr＞As＞Pb ，超 標(biāo) 率 分 別 為 100.00%、96.55%、79.31%、34.48%和31.03%，土壤中Cd污染程度屬于輕度，Hg和Cr污染程度輕微。

以國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量關(guān)于蔬菜地標(biāo)準(zhǔn)值為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，工礦區(qū)、污水排灌區(qū)和城郊蔬菜地土壤重金屬元素Cd均屬于輕微污染，但仍有部分土壤樣品超標(biāo)，其超標(biāo)率分別為 67.86%、46.67%和30.32%，其他4種土壤重金屬元素污染較小。一般農(nóng)區(qū)蔬菜地5種土壤重金屬均屬于無(wú)污染。

2.3.2 地累積指數(shù)法

圖2 不同功能區(qū)蔬菜地土壤重金屬地累積指數(shù)比較Fig. 2 Comparison of geoaccumulation indexes of heavy metal sites in vegetable soil of different functional areas

表3 城市不同功能區(qū)蔬菜地土壤重金屬單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)Table 3 Evaluated of single factor pollution index for vegetable soil heavy metals in different functional areas of the city

以江西背景值為標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用地累積指數(shù)法（Igeo）對(duì)城市工礦區(qū)、污水排灌區(qū)、城郊和一般農(nóng)區(qū)蔬菜地土壤重金屬污染進(jìn)行評(píng)價(jià)。圖2顯示了研究區(qū)域蔬菜地土壤中5重金屬的地累積指數(shù)值范圍和平均值。從地累積指數(shù)平均值來(lái)看，研究區(qū)蔬菜地土壤重金屬污染的強(qiáng)弱為 Cd＞Hg＞Cr＞Pb＞As，土壤中重金屬Cd和Hg累積程度較嚴(yán)重，這與Cd和Hg超標(biāo)率較高相一致。

參照表1地累積指數(shù)的劃分等級(jí)和圖2中Igeo評(píng)價(jià)箱狀圖，土壤重金屬Cr表現(xiàn)為工礦區(qū) (0.14)＞城郊 (?0.48)＞一般農(nóng)區(qū) (?0.51)＞污水排灌區(qū)(?0.71)，工礦區(qū)污染級(jí)別為1級(jí)，表示無(wú)污染到中度污染；重金屬 Pb表現(xiàn)為工礦區(qū) (?0.08)＞污水排灌區(qū) (?0.23)＞城郊 (?0.64)＞一般農(nóng)區(qū) (?0.78)；重金屬 Cd表現(xiàn)為工礦區(qū) (1.53)＞污水排灌區(qū) (1.02)＞城郊 (0.76)＞一般農(nóng)區(qū) (0.54)，工礦區(qū)和污水排灌區(qū)污染級(jí)別為2級(jí)，表示中度污染，城郊和一般農(nóng)區(qū)污染級(jí)別為1級(jí)，表示無(wú)污染到中度污染；重金屬As 表現(xiàn)為一般農(nóng)區(qū) (?0.74)＞城郊 (?0.77)＞污水排灌區(qū) (?1.53)＞工礦區(qū) (?3.10)；重金屬 Hg 表現(xiàn)為一般農(nóng)區(qū) (0.25)＞工礦區(qū) (0.12)＞污水排灌區(qū)(?0.03)＞城郊 (?0.12)，一般農(nóng)區(qū)和工礦區(qū)污染級(jí)別為1級(jí)，表示無(wú)污染到中度污染。

2.3.3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

研究區(qū)蔬菜地土壤重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)如表4所示。以江西背景值作為參比時(shí)，工礦區(qū)蔬菜地土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)為Cd＞Hg＞As＞Pb＞Cr，其中以 Cd 的Ei最高，達(dá)到了很高生態(tài)危害程度，Hg存在85.71%中等及以上風(fēng)險(xiǎn)，As存在17.86%中等及以上生態(tài)危害程度。污水排灌區(qū)蔬菜地土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)為Cd＞Hg＞Pb＞As＞Cr，其中以 Cd 的Ei最高，達(dá)到了很高生態(tài)危害程度，Hg次之，60%為中等及以上生態(tài)危害程度。城郊蔬菜地土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)為 Cd＞Hg＞As＞Pb＞Cr，其中以 Cd 的Ei最高，達(dá)到了很高生態(tài)危害程度，Hg存在74.52%為中等及以上生態(tài)危害程度。一般農(nóng)區(qū)蔬菜地土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)為 Hg＞Cd＞As＞Pb＞Cr，其中以 Hg和Cd的Ei最高，達(dá)到了中等生態(tài)危害程度。以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值作為參比時(shí)，從整體數(shù)據(jù)看，研究區(qū)蔬菜地土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)為Cd＞Hg＞As＞Pb＞Cr，僅Cd的Ei最高，達(dá)到了中等生態(tài)危害程度，其他4種重金屬的單項(xiàng)污染風(fēng)險(xiǎn)均較低。不同地區(qū)蔬菜地土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)表現(xiàn)為工礦區(qū)＞污水排灌區(qū)＞城郊＞一般農(nóng)區(qū)。

表4 城市不同功能區(qū)蔬菜地土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)Table 4 Evaluated of potential ecological risk index for vegetable soil heavy metals in different functional areas of the city

2.3.4 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)

表5為研究區(qū)蔬菜地土壤重金屬內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果。以江西背景值為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，工礦區(qū)呈輕度污染、中度污染、重度污染的樣品比例分別為17.86%、17.86%、60.71%，表明研究區(qū)土壤重金屬總體累積情況相當(dāng)嚴(yán)重。污水排灌區(qū)呈輕度污染、中度污染、重度污染的樣品比例分別為33.33%、26.67%、33.33%，表明研究區(qū)土壤重金屬總體累積情況比較嚴(yán)峻。城郊呈輕度污染、中度污染、重度污染的樣品比例分別為55.81%、13.95%、20.93%，表明研究區(qū)土壤重金屬總體累積情況也比較嚴(yán)峻。一般農(nóng)區(qū)以輕度污染為主，占總樣品比例分別為68.97%，但仍有部分樣品屬于中度污染，占樣品總數(shù)的27.59%，需要注意該研究區(qū)土壤重金屬污染加重。

以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，工礦區(qū)蔬菜地重金屬污染程度主要為清潔，占樣品總數(shù)的64.29%，但仍有部分樣品屬于中度和重度污染，分別占樣品總數(shù)的3.57%和14.29%，可見(jiàn)工礦區(qū)部分區(qū)域重金屬污染嚴(yán)重。污水排灌區(qū)蔬菜地重金屬污染程度為清潔的樣品占樣品總數(shù)的46.67%，仍有一部分樣品屬于輕度和中度污染，分別占樣品總數(shù)的33.33%和6.67%，可見(jiàn)污水排灌區(qū)部分區(qū)域重金屬污染仍比較嚴(yán)重。城郊蔬菜地重金屬污染程度主要為清潔，占樣品總數(shù)的65.12%，但仍有部分樣品屬于中度和重度污染，分別占樣品總數(shù)的6.98%和2.33%，可見(jiàn)城郊部分區(qū)域重金屬污染較為嚴(yán)重。一般農(nóng)區(qū)蔬菜地重金屬污染程度主要為清潔，占樣品總數(shù)的89.66%，少部分樣品屬于警戒線。整體上，研究區(qū)蔬菜地土壤重金屬內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)表明工礦區(qū)污染嚴(yán)重，其次是城郊和污水排灌區(qū)，一般農(nóng)區(qū)污染較輕。

2.3.5 綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

從表6中綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）來(lái)看，以江西背景值作為參比時(shí)，工礦區(qū)蔬菜地土壤重金屬RI為288.54，中等危害及以上程度達(dá)到85.71%，其中RI＞600的有10.71%，達(dá)到了很高生態(tài)危害程度。污水排灌區(qū)和城郊蔬菜地土壤重金屬 RI分別為210.77和173.29，中等及以上危害分別為53.33%和 41.86%。一般農(nóng)區(qū)蔬菜地土壤重金屬 RI為156.92，輕微和中等危害分別為51.72%和48.28%。以國(guó)家土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)值作為參比時(shí)，僅工礦區(qū)蔬菜地土壤重金屬有10.71%達(dá)到中等危害程度，其他幾個(gè)地區(qū)均為輕微，屬于低生態(tài)危害程度。

3 討論

馮英等（2018）的綜述性研究表明我國(guó)蔬菜地土壤主要污染元素為Cd、Hg、Pb、As、Cr等，而南方蔬菜菜地土壤Cd污染最為嚴(yán)重，其次是Pb、Hg和As（趙小虎等，2017）。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)蔬菜地土壤Cd、Hg、Cr、Pb、As等5種重金屬均有不同程度累積，以Cd和Hg富集最嚴(yán)重，均超過(guò)當(dāng)?shù)乇尘爸担夜さV區(qū)、污水排灌區(qū)和城郊土壤Cd均超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值；總體上，研究區(qū)單因子污染和地累積指數(shù)大小呈 Cd＞Hg＞Cr＞Pb≈As趨勢(shì)，潛在生態(tài)危害系數(shù)大小呈 Cd＞Hg＞As＞Pb＞Cr趨勢(shì)。夏文建等（2015）的調(diào)查發(fā)現(xiàn)江西省26個(gè)縣區(qū)蔬菜基地基本安全，但仍存在不同程度的汞、砷、鉛污染，其超標(biāo)率分別為 3.36%、5.93%、2.52%，主要原因?yàn)槲鬯喔?。而徐匡根等?017）的研究發(fā)現(xiàn)2012—2014年江西省蔬菜中重金屬污染總超標(biāo)率3.6%，以鉛、鎘的污染為主，且鉛、鎘污染有逐年增高現(xiàn)象。傅智慧等（2013）的研究發(fā)現(xiàn)，浙江蔬菜地土壤重金屬含量均超過(guò)浙江省土壤背景值，說(shuō)明重金屬污染已成為影響蔬菜種植的重要風(fēng)險(xiǎn)。張鵬帥等（2018）在福州市郊蔬菜地發(fā)現(xiàn)土壤中Cd存在較高的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，孟敏等（2018）的調(diào)查發(fā)現(xiàn)我國(guó)設(shè)施農(nóng)田土壤Cd含量超標(biāo)最嚴(yán)重，其次是Pb，其在南部地區(qū)的超標(biāo)率分別為 41.7%和 33.3%，地累積指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示我國(guó)設(shè)施農(nóng)田土壤Cd污染最嚴(yán)重，其次為 Hg污染，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)我國(guó)設(shè)施農(nóng)田土壤重金屬來(lái)源以肥料，尤其是畜禽糞便有機(jī)肥為主。

表5 城市不同功能區(qū)蔬菜地土壤重金屬內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)Table 5 Overall evaluated for vegetable soil heavy metals in different functional areas of the city

表6 城市不同功能區(qū)蔬菜地土壤重金屬綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)評(píng)價(jià)Table 6 Potential ecological risk index for vegetable soil heavy metals in different functional areas of the city

土壤性質(zhì)、氣候、灌溉水源、施肥水平等因素影響著蔬菜地土壤和蔬菜重金屬累積（楊陽(yáng)等，2017）。本研究中方差分析表明工礦區(qū)蔬菜地土壤Cr、Pb、Cd和As含量顯著高于其他地區(qū)。以背景值為標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)表明工礦區(qū)、污水排灌區(qū)和城郊分別存在60.71%、33.33%和20.93%的重度污染；綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)表明工礦區(qū)中等危害及以上達(dá)到85.71%，污水排灌區(qū)和城郊中等及以上危害分別為53.33%和41.86%。以標(biāo)準(zhǔn)值為參比時(shí)，只有工礦區(qū)有10.71%達(dá)到中等危害，其他地區(qū)屬于低生態(tài)危害。龔夢(mèng)丹等（2016）對(duì)杭州市調(diào)查發(fā)現(xiàn)該地區(qū)蔬菜地土壤重金屬的綜合累積程度多為中高度累積，綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)處于中等水平，且其Cd的單項(xiàng)累積程度相對(duì)較高，胡世瑋等（2015）對(duì)楊凌地區(qū)的19個(gè)蔬菜地發(fā)現(xiàn)本區(qū)域污染總體評(píng)價(jià)為中等程度污染，重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)的主要來(lái)源是Pb和Hg，與本研究區(qū)結(jié)果相似。隨種植年限增加，蔬菜地土壤Cd、Pb、Hg含量均呈明顯上升趨勢(shì)，且種植年限與土壤Pb和Hg呈極顯著正相關(guān)（茹淑華等，2016），這說(shuō)明蔬菜地土壤重金屬污染是一個(gè)逐漸增加過(guò)程。

總體上，工礦區(qū)污染程度和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最嚴(yán)重，污水排灌區(qū)和城郊次之，重金屬污染較為嚴(yán)重，一般農(nóng)區(qū)較輕，但仍存在污染增加的趨勢(shì)。戚潔等（2012）的研究表明人類(lèi)活動(dòng)在一定程度上影響土壤 As累積，生活區(qū)與農(nóng)田土壤砷含量相似且顯著大于綠地和荒地，且工廠區(qū)附近的土壤 As含量顯著高于遠(yuǎn)離工廠區(qū)，羅成科等（2017）的研究表明與背景值相比，城市土壤重金屬具有不同程度的累積效應(yīng)和空間異質(zhì)性的特征，除了成土母質(zhì)的影響，人為污染源的貢獻(xiàn)更顯著，與工礦區(qū)、污水灌溉區(qū)和城郊蔬菜地土壤重金屬相比，一般農(nóng)區(qū)受人類(lèi)活動(dòng)較小，重金屬污染也較輕。黃國(guó)勤（2011）對(duì)江西省城市近郊區(qū)、工業(yè)園區(qū)及鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)等較為發(fā)達(dá)區(qū)域的調(diào)查發(fā)現(xiàn)周邊耕地As、Cd、Hg超標(biāo)，主要受污水灌溉和干濕沉降影響，其中重金屬Cd、Hg還受交通影響。常文靜等（2020）認(rèn)為高強(qiáng)度城市化和工業(yè)化過(guò)程，是各種重金屬污染區(qū)域分異和功能區(qū)分異的決定性因素，人為活動(dòng)將城市分割成不同功能區(qū)如商業(yè)區(qū)、住宅區(qū)、工業(yè)區(qū)、郊區(qū)等，并由此帶來(lái)不同重金屬污染類(lèi)型。李蓮芳等（2018）通過(guò)肥料用量與土壤重金屬進(jìn)行相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)土壤Cd含量與化肥施用水平間呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明化肥施用與土壤Cd的累積直接相關(guān)（茹淑華等，2016），這也是研究區(qū)重金屬Cd污染嚴(yán)重的因素之一。本次調(diào)查中單因子指數(shù)法和地累積指數(shù)法主要反映了單一重金屬元素的污染水平，內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法綜合了多種重金屬，并考慮土壤中重金屬的含量、種類(lèi)、毒性水平及環(huán)境。

本研究區(qū)為新型工業(yè)城市，工業(yè)較發(fā)達(dá)，工業(yè)化率51.3%，礦產(chǎn)主要煤、鐵、鎢等，形成以鋼鐵冶煉、鋼材深加工、裝備制造為主的的鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈，近年來(lái)鋰電產(chǎn)業(yè)及電子工業(yè)發(fā)展較快。蔬菜地 Cd污染主要來(lái)自工礦業(yè)廢棄物、廢氣及灌溉水等，Hg污染主要來(lái)自大氣降塵、有機(jī)肥及灌溉水等，礦產(chǎn)開(kāi)采、冶煉過(guò)程及電子工業(yè)發(fā)展造成土壤中 As污染，城市化率達(dá)56.6%，對(duì)蔬菜瓜果類(lèi)需求大，促使城市周邊蔬菜地快速發(fā)展，而不合理的農(nóng)藥、化肥使用以及人類(lèi)活動(dòng)進(jìn)一步加劇當(dāng)?shù)厥卟说刂亟饘傥廴?。與其他區(qū)域相比，工礦區(qū)周邊固體廢渣較多，隨著雨水沖刷進(jìn)入農(nóng)田，且大氣沉降（酸雨）也是導(dǎo)致重金屬污染的重要因素，調(diào)查點(diǎn)存在大量的鋼鐵、電子類(lèi)企業(yè)，土壤重金屬污染嚴(yán)重；其次調(diào)查區(qū)域工業(yè)歷史久，對(duì)周邊土壤影響時(shí)間較長(zhǎng)。污水排灌區(qū)主要來(lái)自生活污水以及部分工業(yè)污水，污水中攜帶大量的重金屬，隨著灌溉進(jìn)入蔬菜地土壤中。研究區(qū)城區(qū)面積較大，郊區(qū)蔬菜地較多，沿道路、河流分布，受汽車(chē)產(chǎn)生的尾氣排放及化肥施用有關(guān)，同時(shí)也存在部分污水灌溉。一般農(nóng)區(qū)遠(yuǎn)離城市、工業(yè)等，主要靠近村莊及道路，以施用農(nóng)家肥為主，雖然本次調(diào)查一般農(nóng)區(qū)蔬菜地重金屬污染較輕，但仍存在土壤Cd和Hg超過(guò)背景值，可能與施肥措施（豬糞、牛糞、雞糞等有機(jī)肥）以及靠近道路有關(guān)，需要注意重金屬污染程度加重的趨勢(shì)。

綜上，研究區(qū)蔬菜地土壤重金屬較為嚴(yán)重，其污染程度和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)呈加重趨勢(shì)，以當(dāng)?shù)乇尘爸迪啾?，重金屬Cd和Hg超標(biāo)嚴(yán)重，特別是Cd污染問(wèn)題突出。不同區(qū)域重金屬污染不同，主要表現(xiàn)為工礦區(qū)蔬菜地土壤重金屬污染最嚴(yán)重，污水排灌區(qū)和城郊較為嚴(yán)重，一般農(nóng)區(qū)較輕。在前期調(diào)查基礎(chǔ)上，需要進(jìn)一步研究不同功能區(qū)不同品種蔬菜重金屬富集情況，為保障蔬菜安全提供數(shù)據(jù)支撐和理論基礎(chǔ)。針對(duì)土壤重金屬污染嚴(yán)重地區(qū)，需要隔離污染源，禁止污水灌溉和垃圾肥，避免農(nóng)藥、含重金屬化肥和動(dòng)物糞肥等使用，遠(yuǎn)離道路降低汽車(chē)尾氣影響；重度污染地區(qū)改變種植結(jié)構(gòu)，種植苗木、花卉、果樹(shù)等經(jīng)濟(jì)作物，中輕度污染地區(qū)使用低積累品種；有條件地區(qū)進(jìn)行土壤重金屬修復(fù)。

4 結(jié)論

（1）單因子指數(shù)法和地累積指數(shù)法均表明該地區(qū)蔬菜地土壤重金屬Cr、Pb、Cd、As和Hg已有不同程度累積，其中以Cd和Hg富集情況最嚴(yán)重。

（2）以江西背景值為參比時(shí)，工礦區(qū)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)（PN）平均值為6.71，表現(xiàn)為重度污染，潛在生態(tài)危害系數(shù)（Ei）平均值大小為 Cd＞Hg＞As＞Pb＞Cr，潛在生態(tài)危害綜合指數(shù)（RI）為 288.54，中等危害及以上程度達(dá)到 85.71%。污水排灌區(qū) RI為210.77，中等及以上危害為53.33%。城郊污水排灌區(qū)RI為173.09，中等及以上危害為41.86%。一般農(nóng)區(qū)RI為156.92，中等危害為48.28%。

（3）以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值為參比時(shí)，研究區(qū)Ei為Cd＞Hg＞As＞Pb＞Cr，僅 Cd 的Ei最高，達(dá)到了中等生態(tài)危害程度，其他重金屬的單項(xiàng)污染風(fēng)險(xiǎn)均較低，只有工礦區(qū)RI有10.71%達(dá)到中等危害程度，其他幾個(gè)地區(qū)均為輕微，屬于低生態(tài)危害程度。

（4）總體上，蔬菜地土壤重金屬污染程度和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)表現(xiàn)為工礦區(qū)＞污水排灌區(qū)＞城郊＞一般農(nóng)區(qū)，且工礦區(qū)土壤Cr、Pb、Cd和As顯著高于其他地區(qū)。