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    福建省香蕉主產(chǎn)區(qū)不同環(huán)境土壤重金屬含量特征

    2015-04-29 00:44:03林薌華
    熱帶作物學(xué)報(bào) 2015年2期
    關(guān)鍵詞:比較分析香蕉土壤

    摘 要 通過(guò)對(duì)福建省香蕉主產(chǎn)區(qū)(漳州市)香蕉園采集74個(gè)0~20 cm土層的土壤樣品進(jìn)行分析,分別以福建省土壤環(huán)境背景值、GB 15618-1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、NY/T 391-2000《綠色食品 產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》為參照標(biāo)準(zhǔn),比較研究了丘陵山地、城鎮(zhèn)周邊、道路周邊3種不同環(huán)境蕉園土壤Cd、Pb、As、Hg、Cr、Cu 6種重金屬元素的含量特征、元素間的相關(guān)性。結(jié)果顯示:福建省香蕉主產(chǎn)區(qū)丘陵山地、城鎮(zhèn)周邊、道路周邊3種不同環(huán)境蕉園土壤,各種重金屬含量有明顯差異。3種不同環(huán)境蕉園土壤6種重金屬元素之間的相關(guān)性發(fā)生了一定的變化。與福建省土壤環(huán)境背景值比較,Hg含量在所有的土壤中,Cd、Pb含量在城鎮(zhèn)周邊、道路周邊蕉園土壤有明顯的富集,As、Cr、Cu含量接近或低于福建省土壤環(huán)境背景值;3種不同環(huán)境蕉園土壤樣品超標(biāo)率Cd、Pb、Hg較為嚴(yán)重,As超標(biāo)樣本集中在道路周邊蕉園土壤。6種重金屬平均含量均符合國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及NY/T 391-2000指標(biāo)要求;但仍有部分樣品超標(biāo),特別是Pb、Hg應(yīng)引起重視。福建省香蕉主產(chǎn)區(qū)發(fā)展香蕉綠色食品生產(chǎn)適宜的產(chǎn)地依次為丘陵山地、城鎮(zhèn)周邊、道路周邊的蕉園。

    關(guān)鍵詞 香蕉;土壤;重金屬含量;比較分析

    中圖分類號(hào) S668.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

    土壤是人類賴以生存的主要自然資源之一,也是人類生態(tài)環(huán)境的重要組成部分。隨著工業(yè)、城市污染的加劇和農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)種類、數(shù)量的增加,土壤重金屬污染日益嚴(yán)重[1]。由于重金屬污染物在土壤中移動(dòng)性差,滯留時(shí)間長(zhǎng),微生物難降解,并容易被作物富集吸收進(jìn)入食物鏈,從而危害人體健康[2]。因此,對(duì)土壤中重金屬(含非重金屬元素As,下同)進(jìn)行監(jiān)測(cè),是保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、保障農(nóng)業(yè)環(huán)境的重要環(huán)節(jié)。

    香蕉(Musa spp.)是熱帶、南亞熱帶重要水果之一,也是全球貿(mào)易量最大的水果品種。福建省在發(fā)展優(yōu)質(zhì)香蕉產(chǎn)業(yè)方面有比較優(yōu)勢(shì),香蕉為福建省的六大名果之一。漳州市是福建省香蕉種植的主產(chǎn)區(qū),當(dāng)前全市種植面積約2.5萬(wàn)hm2,年產(chǎn)量80多萬(wàn)t,分別占全省香蕉種植面積和產(chǎn)量的82%和90%以上。迄今,對(duì)各種作物產(chǎn)區(qū)土壤中重金屬污染狀況的調(diào)查監(jiān)測(cè)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)已有許多的報(bào)道[3-7],但國(guó)內(nèi)外就蕉園土壤中重金屬研究甚少。本研究通過(guò)對(duì)漳州市蕉園不同環(huán)境土壤中的Cd、Pb、As、Hg、Cr、Cu等重金屬含量的調(diào)查分析,以探明漳州市不同環(huán)境土壤蕉園土壤重金屬含量特征,及人為因素和周邊環(huán)境的差異對(duì)蕉園土壤中重金屬含量差異的影響,旨在為指導(dǎo)漳州市發(fā)展香蕉綠色食品,推進(jìn)香蕉產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)的理論依據(jù)。

    1 材料與方法

    1.1 采集點(diǎn)布設(shè)

    對(duì)土壤重金屬污染來(lái)源的鑒別是準(zhǔn)確、有效控制和治理污染源的前提,土壤重金屬主要有自然來(lái)源和人為干擾輸入兩種途徑,在各種人為因素中,則主要包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)和交通等來(lái)源引起的土壤重金屬污染[8]。分析認(rèn)為,3種環(huán)境蕉園土壤由于人為因素和周邊環(huán)境的差異其污染源有所不同,丘陵山地土壤除受土壤本底值及施用肥料、農(nóng)藥的影響外,其他的污染源較少;而城鎮(zhèn)周邊土壤、道路周邊土壤除受土壤本底值及施用肥料、農(nóng)藥的影響外,道路周邊土壤還受到汽車尾氣、輪胎磨損以及機(jī)械摩擦后重金屬的擴(kuò)散的污染,城鎮(zhèn)周邊土壤還受到居民生活垃圾及生活污水的污染。因此根據(jù)漳州市香蕉種植區(qū)域及蕉園環(huán)境的分布特點(diǎn),在全市8個(gè)縣(市、區(qū))布設(shè)采集代表性蕉園土壤樣品74個(gè)。其中:丘陵山地土壤(以“Ⅰ類”表示)20個(gè)、城鎮(zhèn)周邊土壤(50 m范圍內(nèi),以“Ⅱ類”表示)26個(gè)、道路周邊土壤(50 m范圍內(nèi),以“Ⅲ類”表示)28個(gè)。

    1.2 樣品采集方法

    香蕉施肥前或收獲后,參照HJ/T l66-2004《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》,選擇相對(duì)開闊平坦,避開田埂、地頭、堆肥處、污染源等人為干擾明顯的區(qū)域進(jìn)行采樣。每地塊依據(jù)大小與地形特點(diǎn),采用梅花形方法用土鉆鉆取0~20 cm土層采集10~15個(gè)點(diǎn),每地塊采集2~3個(gè)混合樣,并用GPS記錄中心點(diǎn)位置。采集的土壤按四分法取樣,自然風(fēng)干,剔除植物殘?bào)w和沙礫,磨碎過(guò)100目篩,保存供檢測(cè)備用。

    1.3 樣品檢測(cè)方法

    本次實(shí)驗(yàn)土壤樣品丘陵山地土壤以赤紅壤為主,城鎮(zhèn)周邊土壤、道路周邊土壤以水稻土為主。土壤pH范圍為4.2~5.6。為確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,每個(gè)樣品做2個(gè)平行樣,每組樣品均帶土壤標(biāo)準(zhǔn)參考樣(GBW-07406 GSS-6)進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)方法如表1。

    1.4 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

    分別以(見表2)福建省土壤環(huán)境背景值[9]、GB 15618-1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及NY/T 391-2000《綠色食品 產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》作為參照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 重金屬的含量特征

    由表3可知,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類各種重金屬元素含量有所差異,Cd、Pb、Hg均為Ⅲ類>Ⅱ類>Ⅰ類;As為Ⅲ類>Ⅰ類>Ⅱ類;Cr為Ⅰ類>Ⅱ類>Ⅲ類;Cu為Ⅰ類>Ⅲ類>Ⅱ類。表4 T測(cè)驗(yàn)表明,Pb在Ⅰ類與Ⅱ類、Ⅰ類與Ⅲ類間t值分別為-5.672、-5.498(p<0.05),差異顯著;Cd、Hg在Ⅰ類與Ⅱ類間t值分別為-0.930、-0.600(p>0.05),差異不顯著,而在Ⅰ類與Ⅲ類間t值分別為-2.126、-2.581(p<0.05),差異顯著;As在Ⅰ類與Ⅱ類、Ⅰ類與Ⅲ類間t值分別為1.907、2.098(p>0.05)差異不顯著,在Ⅱ類與Ⅲ類間t值為-3.289(p<0.05),差異顯著;Cr、Cu在Ⅰ類與Ⅱ類、Ⅰ類與Ⅲ類、Ⅱ類與Ⅲ類間t值分別為1.194、1.320、0.329;1.182、0.182、-1.203(p>0.05),差異不顯著。

    2.2 重金屬含量的超標(biāo)狀況分析

    2.2.1 與福建省土壤環(huán)境背景值比較 平均含量:Hg在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類,Pb在Ⅱ、Ⅲ類均超標(biāo)。樣品超標(biāo)率:Cd、Hg為Ⅲ類>Ⅱ類>Ⅰ類,Pb為Ⅱ類>Ⅲ類>Ⅰ類,Cu為Ⅲ類>Ⅰ類>Ⅱ類,As超標(biāo)樣本僅出現(xiàn)在Ⅲ類,Cr僅在Ⅰ類有個(gè)別樣本超標(biāo)。

    2.2.2 與GB 15618-1995二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)比較 6種重金屬平均含量均符合國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。在74個(gè)實(shí)驗(yàn)土壤中Cd、Hg超標(biāo)率為2.7%、8.1%,Hg在Ⅰ類為5.0%,Cd在Ⅱ類為3.8%,Cd、Hg在Ⅲ類分別為3.6%、17.9%(表5)。

    2.2.3 與NY/T 391-2000比較 各種重金屬平均含量均符合香蕉綠色食品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量的要求。樣品超標(biāo)率:Pb在Ⅰ、Ⅲ類中分別為10.0%、53.6%,Cd在Ⅱ、Ⅲ類中分別為3.8%、3.6%,Hg在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類中分別為15.0%、7.7%、35.7%(表5)。2.3 土壤重金屬元素間的含量相關(guān)性

    重金屬間的相關(guān)性可以對(duì)其來(lái)源和環(huán)境行為進(jìn)行一些推測(cè)。表6顯示,Ⅰ類,Pb、Hg有顯著性正相關(guān),其他重金屬元素的相關(guān)性不顯著。Ⅱ類,Cd與As、Cr有極顯著性正相關(guān),Cr與As有顯著性正相關(guān),As與Hg為顯著性負(fù)相關(guān)。Ⅲ類,Pb與Cd、Cr、Cu有顯著性正相關(guān),與As為極顯著性負(fù)相關(guān);Hg與As為顯著性負(fù)相關(guān),與Cr為顯著性正相關(guān)。說(shuō)明漳州市蕉園土壤因人為因素和環(huán)境條件的改變,重金屬污染源也隨之改變,對(duì)重金屬元素間的關(guān)系也產(chǎn)生了一定的影響。

    3 討論

    3.1 土壤重金屬含量與福建省土壤環(huán)境背景值比較

    (1)Pb:Ⅰ類與Ⅱ類、Ⅰ類與Ⅲ類間T檢驗(yàn)結(jié)果表明t值分別為-5.672、-5.498(p<0.05),存在顯著差異。由表3、表5可知Pb平均值Ⅲ類>Ⅱ類>Ⅰ類,超標(biāo)率為Ⅱ類>Ⅲ類>Ⅰ類。其中Ⅱ類、Ⅲ類平均值是土壤背景值的1.53和1.66倍,超標(biāo)率達(dá)到84.6%、75.0%,均明顯高于Ⅰ類。相關(guān)的污染評(píng)價(jià)結(jié)果表明[10],漳州蕉園土壤Pb污染等級(jí)為輕度污染,說(shuō)明Ⅱ、Ⅲ類蕉園土壤中Pb出現(xiàn)明顯富集。多項(xiàng)研究[8,11-16]均表明,道路交通是土壤鉛污染的主要來(lái)源,生活垃圾中Pb來(lái)源廣泛,污水灌溉在緩解農(nóng)業(yè)灌溉用水的同時(shí)也使城市邊緣區(qū)土壤重金屬出現(xiàn)累積。這與本研究結(jié)果一致。同時(shí)Pb在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類中變異系數(shù)都最低,說(shuō)明Pb相對(duì)其他元素受到的點(diǎn)源污染較少,分布相對(duì)均勻。分析認(rèn)為污染主要來(lái)自道路交通及居民生活垃圾及生活污水。

    (2)Cd、Hg:相關(guān)的污染評(píng)價(jià)表明[10]漳州蕉園土壤Cd、Hg污染等級(jí)為輕度污染,超標(biāo)率均表現(xiàn)為Ⅲ類>Ⅱ類>Ⅰ類,但T檢驗(yàn)表明Cd在Ⅰ類與Ⅱ類間t值為-0.930(p>0.05),差異不顯著,說(shuō)明Cd在Ⅰ類與Ⅱ類的污染來(lái)源比較接近。分析以為來(lái)自農(nóng)業(yè)投入品,特別是肥料的可能比較大。國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果表明[16-18],長(zhǎng)期施用肥料,及污泥的施用可造成土壤中Hg、Cu、Pb、Cd 等重金屬元素的明顯富集;Cd在Ⅰ類與Ⅲ類間t值為-2.126(p<0.05),存在顯著差異,說(shuō)明道路交通對(duì)漳州市蕉園土壤有明顯的Cd污染。這與前人的研究[8,11-15]交通污染Cd是突出的土壤污染物的結(jié)果一致。同時(shí)在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類中,Cd變異系數(shù)都最高,說(shuō)明Cd相對(duì)其他元素受到的點(diǎn)源污染最多,分布不均勻,受到人為因素的干擾大,應(yīng)加強(qiáng)人為污染的防控;Hg在三類土壤超標(biāo)率均處于較高水平分別為45.0%、61.5%、67.8%,這說(shuō)明三類環(huán)境土壤Hg均有明顯的污染來(lái)源。生活垃圾是Hg污染的重要來(lái)源,任福民等[19]對(duì)北京生活垃圾重金屬污染調(diào)查發(fā)現(xiàn)各類垃圾中Hg元素含量均超過(guò)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的最高允許限量。而福建香蕉主產(chǎn)區(qū)的Hg污染除了來(lái)自道路交通、生活垃圾及農(nóng)業(yè)投入品的污染外,還可能與漳州市的地?zé)豳Y源較豐富,Hg易釋放到空氣中的原因有關(guān)。

    (3)As、Cr、Cu:As平均含量在Ⅰ類與Ⅱ類、Ⅰ類與Ⅲ類間無(wú)顯著差異,在Ⅱ類與Ⅲ類間差異顯著。As平均含量Ⅰ、Ⅱ類均低于土壤環(huán)境背景值,Ⅲ類接近土壤環(huán)境背景值,處于警戒級(jí);超標(biāo)的樣品僅出現(xiàn)在Ⅲ類,推測(cè)可能是道路交通對(duì)周邊土壤(Ⅲ類)會(huì)帶來(lái)一定As的污染,尚需進(jìn)一步研究。Cr、Cu平均含量在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類間均無(wú)顯著差異,Cr僅在Ⅰ類有5%樣品的超標(biāo)率,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類的平均含量均低于土壤環(huán)境背景值,說(shuō)明漳州市蕉園土壤Cr含量基本處于自然生態(tài)環(huán)境范圍內(nèi),未發(fā)生污染。Cu在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類中,雖然平均含量均低于土壤環(huán)境背景值,但在三類樣品中均有不同程度的超標(biāo)率,特別是Ⅰ和Ⅲ類,應(yīng)引起重視。已有研究結(jié)果表明[20],持續(xù)過(guò)量施肥,可能會(huì)引起土壤中Cu超過(guò)環(huán)境允許最大容量,已經(jīng)有較明顯的環(huán)境影響。而道路交通對(duì)周邊土壤的Cu污染已經(jīng)有較多研究[21-22]。邵學(xué)新等研究認(rèn)為[8]如果土壤中重金屬元素來(lái)源于交通污染,Pb與Cu的濃度應(yīng)該具有較高的正相關(guān)性。這與本研究一致。因此認(rèn)為,Cu的污染源可能主要來(lái)自道路交通和長(zhǎng)期施用有機(jī)肥等農(nóng)業(yè)投入品。

    3.2 土壤重金屬含量與NY/T 391-2000比較

    雖然Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類各種重金屬平均含量,均符合綠色食品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量的要求,但有少數(shù)樣品中存在重金屬含量超標(biāo)的問(wèn)題。其中:Ⅰ類中Pb、Hg分別有10.0%、15.0%的樣品超標(biāo),Ⅱ類中Cd、Pb、Hg分別有3.8%、57.7%、7.7%的樣品超標(biāo),Ⅲ類中Cd、Pb、Hg分別有3.6%、53.6%、35.7%的樣品超標(biāo)。相關(guān)田間試驗(yàn)結(jié)果表明[23],香蕉葉片對(duì)重金屬的富集系數(shù)Cd>Hg>As>Cu>Pb,綜合本研究認(rèn)為Cd、Hg對(duì)香蕉安全生產(chǎn)的生態(tài)危害較大。因此,漳州市要發(fā)展香蕉綠色食品生產(chǎn),Ⅰ類較為適宜,Ⅱ、Ⅲ類次之但是對(duì)Cd、Pb、Hg應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控。

    4 結(jié)論

    福建省香蕉主產(chǎn)區(qū)3種不同環(huán)境蕉園土壤重金屬的含量,Cd、Pb、Hg為道路周邊>城鎮(zhèn)周邊>丘陵山地,As為道路周邊>丘陵山地>城鎮(zhèn)周邊,Cr為丘陵山地>城鎮(zhèn)周邊>道路周邊,Cu為丘陵山地>道路周邊>城鎮(zhèn)周邊。變異系數(shù)以Cd最高,Pb最低。重金屬元素間的含量有一定的相關(guān)性。

    與福建省土壤環(huán)境背景值比較,Hg含量在三類土壤中,Cd、Pb含量在城鎮(zhèn)周邊、道路周邊土壤中有明顯的富集,As、Cr、Cu含量接近或低于福建省土壤環(huán)境背景值。

    與GB 15618-1995二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)比較, 6種重金屬平均含量均符合國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn);與NY/T 391-2000比較,6種重金屬平均含量均符合綠色食品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量的要求。福建省香蕉主產(chǎn)區(qū)發(fā)展香蕉綠色食品生產(chǎn)適宜的產(chǎn)地依次為丘陵山地、城鎮(zhèn)周邊、道路周邊的蕉園。對(duì)Cd、Pb、Hg污染應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)防控。

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