郭翠英++王素萍++陳鋼++洪娟++黃翔++杜雷++練志成

摘要：為了了解武漢市新城區(qū)蔬菜種植基地土壤重金屬含量狀況，對其主要種植區(qū)（黃陂區(qū)）的土壤進行了取樣調查，測定土壤中As、Hg、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn 8種重金屬的含量，以國家土壤環(huán)境質量二級標準作為基準值，采用單因子污染指數(shù)和內梅羅綜合污染指數(shù)對其進行了評價。結果表明，黃陂區(qū)菜地各項土壤重金屬含量變幅均較大；采用單因子污染指數(shù)法對調查區(qū)土壤進行評價，結果顯示As、Cr、Pb、Zn均處于清潔水平，Cu、Ni、Cd、Hg的超標率依次為5.20%、0.58%、15.61%、2.90%，Hg和Cd的污染普遍性及污染程度都是最大的，評價指數(shù)分別達4.47和10.94；采用內梅羅綜合指數(shù)法進行評價，結果顯示調查區(qū)域有10.40%的土壤處于污染水平，大部分土壤處于清潔水平。對土壤重金屬與pH進行了相關性分析，結果表明Ni、As含量與pH呈極顯著正相關；Pb、Hg含量與pH呈極顯著負相關。

關鍵詞：菜地土壤；重金屬；污染評價；武漢市城區(qū)

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）01-0043-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.01.012

Analysis and Assessment on Heavy Metal Contents of Vegetable Plantation Soils in New Urban District of Wuhan

GUO Cui-ying1，2，WANG Su-ping2，CHEN Gang2，HONG Juan1，2，HUANG Xiang2，DU Lei2，LIAN Zhi-cheng2

（1.College of Resources and Environment，Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，China；

2.Institute of Crop Sciences，WAAST，Wuhan 430345，China）

Abstract： To understand the situation of heavy mental pollution in Wuhan vegetable soil， some soil samples were conducted in the main vegetable bases（Huangpi region） of Wuhan， the contents of As， Hg， Cd， Cr， Cu， Ni， Pb， Zn in soil were measured， and pollution risk was assessed by single cumulative index method and Nemerow pollution index method. The results showed that the variation range of the heavy metal content of vegetable plantation soils was large. The results of pollution risk evaluated by single cumulative index indicated that the contents of As， Cr， Pb and Zn were at the level of security， but Cu， Ni， Cd and Hg were higher than standard， the percentage was 5.20%，0.58%，15.61%，2.89% respectively， and pollution levels of Hg and Cd were the biggest， the evaluation index were 4.47 and 10.94. The results of pollution risk evaluated by Nemerow pollution index showed that， only 10.40% of the soil were in the pollution level， so， most soil of the vegetable plantation was safe level. In addition， Ni content and As content were significantly positively related with pH values in soil， Pb and Hg had negative relation with pH values.

Key words： vegetable soils； heavy metal； pollution assessment； new urbart district of Wuhan city

中國城市化和工業(yè)化進程不斷加快，越來越多的污染物被排放到環(huán)境中，加上為追求高產造成的農用化學品的過量施用，均可導致重金屬元素在土壤中不斷積累[1]。由于蔬菜和農作物能從污染的土壤中吸收重金屬，進而通過食物鏈進入人體[2，3]，從而影響人類健康[4]。國內曾系統(tǒng)地對北京[5]、上海[6]、廣州[7]、天津[8]、長沙[9]、杭州[10]、重慶[11]、?？赱12]等城市的菜地土壤重金屬污染狀況做了一系列調查研究工作，結果表明，中國部分城市的菜地土壤受到了不同程度和不同種類的重金屬污染，其中，廣州市菜地土壤重金屬砷和鉛的污染最為普遍，超標率分別達到了23%、41%[7]；長沙市郊區(qū)菜園土壤中鎘和汞的污染較嚴重[9]；重慶市蔬菜基地環(huán)境質量總體較好，但是汞和鎘等重金屬出現(xiàn)不同程度的超標[11]。目前，對武漢市土壤重金屬的研究主要集中在湖泊沉積物、工廠附近土壤、高新技術開發(fā)區(qū)周圍土壤以及城市土壤[13-16]，但是對菜地土壤重金屬的相關研究較少。

隨著城市的擴大和居住人口的增多，蔬菜需求量日益增多，已有蔬菜基地復種指數(shù)越來越高，農用物資的投入也呈逐年遞增趨勢，新的蔬菜基地不斷在建設。武漢市黃陂區(qū)是武漢市蔬菜種植面積最大的一個區(qū)，同時也是蔬菜產量最大的區(qū)域[17]。因此，對菜地土壤重金屬污染狀況的調查和評價很有必要，本研究以黃陂區(qū)為例，對該區(qū)域蔬菜生產基地的土壤重金屬的污染情況進行調查，對該區(qū)域的農作物種植的安全生產以及區(qū)域規(guī)劃具有重要的指導意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

黃陂區(qū)位于武漢市中心城區(qū)的北部，地理位置為北緯30°41′-31°22′，東經(jīng)114°9′-114°37′。南北長104 km，東西寬55 km，總面積為2 261 km2。屬亞熱帶季風氣候，具有光照充足、雨量充沛等優(yōu)點，是武漢市面積最大和人口最多的一個新城區(qū)[18]。

1.2 樣點布設及采樣方法

研究對象為黃陂區(qū)大型蔬菜種植基地，根據(jù)不同種植基地的種植面積，并兼顧布點的均勻性、科學性和代表性的原則，于2015年5月至8月對上季已收獲下季尚未種植的28個蔬菜種植基地的耕作層土壤（0～20 cm）進行樣品采集，共采得土壤樣品173個。采用多點混合采樣法，充分混合后采用“四分法”留取1 kg土壤，帶回實驗室風干，除去可見的植物殘體和礫石，碾碎，過100目篩裝袋，供化學分析用。

1.3 測定指標及方法

稱取過0.149 mm（100目）篩的土壤樣品，采用鹽酸-硝酸水浴消解，利用AFS-9700原子熒光光度計測定As、Hg含量；用硝酸-氫氟酸-高氯酸消解，用ICP-MS測定Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn含量。

1.4 重金屬污染評價

采用國家《土壤重金屬污染評價標準》（GB 15618-1995）二級標準為評價基準值，應用單因子污染指數(shù)評價法和內梅羅綜合污染指數(shù)法對蔬菜種植基地的重金屬污染程度進行評價，評價標準見表1。

1.4.1 單因子污染指數(shù)評價法 單因子污染指數(shù)是土壤環(huán)境質量評價的常見指標。其評價模式為：Pi=Ci/Si，Pi為土壤中污染物i的單項污染指數(shù)；Ci為污染物i的實測值；Si為污染物i的評價標準。Pi>1表示土壤受污染；Pi≤1表示土壤未受污染。Pi值越大，則受污染程度越嚴重，Pi≤1表示未污染；13表示重度污染。

1.4.2 內梅羅綜合污染指數(shù)法 內梅羅綜合污染指數(shù)法是目前土壤環(huán)境質量評價的常用方法，在進行環(huán)境質量評價以及土壤污染程度的比較時具有較強的實用性，可以使不同污染物間和不同地域間環(huán)境質量的比較成為可能。綜合污染指數(shù)法評價采用內梅羅公式計算。

P綜=■

式中，P綜為土壤污染綜合指數(shù)；P為各污染物污染指數(shù)的算術平均值；Pimax為各污染物中最大污染指數(shù)。參照國家土壤環(huán)境質量標準，P綜≤0.7表示安全；0.73表示重度污染。

2 結果與分析

2.1 黃陂區(qū)蔬菜種植基地土壤重金屬含量狀況

由表2可知，黃陂區(qū)蔬菜種植基地的土壤中重金屬含量變化范圍較大，As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn的含量范圍分別為0.08～10.85、0.05～3.28、11.13～66.34、20.28～117.28、0.02～2.23、3.32～49.67、2.95～21.80、30.84～156.77 mg/kg，變異系數(shù)在31.13%～292.11%，其中Cd、Hg的變異系數(shù)較大，說明其分布的不均勻程度較高。土壤中重金屬的平均含量與湖北省土壤背景值相比，Hg的平均含量超過背景值，Cu的平均含量接近背景值，As、Cd、Cr、Ni、Pb、Zn的平均含量低于背景值。其中所有采樣點的As、Cr、Pb的含量均低于湖北省土壤背景值，Cd的含量高于背景值的樣點數(shù)占總數(shù)的19.08%，Cu占總數(shù)的67.63%，Hg占總數(shù)的53.76%，Ni占總數(shù)的1.73%，Zn占總數(shù)的17.34%。Cd、Cu、Hg、Ni、Zn最大含量依次為相應背景值的19.07、3.82、27.88、1.33、1.88倍，說明Cd、Cu、Hg、Ni、Zn在土壤中有不同程度的積累，并且Cd、Hg積累的現(xiàn)象比較明顯。

2.2 黃陂區(qū)蔬菜種植基地土壤重金屬含量狀況評價

2.2.1 單因子污染指數(shù) 以國家土壤環(huán)境質量二級標準為評價基準值，采用單因子污染指數(shù)法對采樣土壤進行評價，結果見表3，其中As、Cr、Pb、Zn均處于清潔水平，Cu、Ni、Cd、Hg有不同程度的重金屬污染，Hg和Cd污染程度較大，單因子污染評價值高達4.47和10.94。Cu、Ni只有部分土樣達到輕度污染水平，所占的比例分別為5.20%、0.58%；Cd在輕度污染、中度污染、重度污染水平都有分布，分別占樣本總數(shù)的6.94%、4.62%、4.05%；Hg中度、重度污染水平皆有分布，分別占樣本總數(shù)的1.16%、1.16%?？傮w來說，Cd無論從污染的普遍性還是污染的程度都是最大的。

2.2.2 內梅羅綜合污染指數(shù) 以國家土壤環(huán)境質量二級標準為評價基準值，采用內梅羅綜合污染指數(shù)法對采樣區(qū)土壤進行評價的結果見表4。該區(qū)土壤大部分處于警戒限以下，輕度、中度和重度污染都有分布。低于警戒限的土壤占樣本總數(shù)的89.60%；處于輕度、中度、重度污染水平的土壤分別占樣本總數(shù)的5.20%、1.73%、3.47%。采用該評價方法能綜合表征土壤中多種重金屬的污染水平，但是會突出高濃度重金屬元素對總體重金屬污染水平的影響。評價結果表明，大部分蔬菜種植基地土壤處于清潔水平，適宜健康蔬菜的生產。對于綜合污染指數(shù)較高的土壤，可以先分析高濃度重金屬，通過對高濃度重金屬的改善來提高土壤的整體質量水平。

2.3 黃陂區(qū)蔬菜種植基地土壤重金屬含量之間的相關性

根據(jù)相關性分析結果（表5），調查區(qū)土壤中Ni、Pb、As、Hg與pH間的相關性達極顯著水平，其中Ni、As與pH呈極顯著正相關，Pb、Hg與pH呈極顯著負相關。對土壤重金屬元素間進行相關性分析，可以判斷土壤中重金屬的來源是否相同，存在顯著相關關系的元素來自相同來源的可能性較大[19]。分析8種重金屬之間的相關性，結果顯示，多種重金屬之間的相關性達到顯著或極顯著水平，其中Cr與Cu、Zn、Pb、As呈極顯著相關，Ni與Cu、Cd、Pb呈極顯著相關，Zn與Pb、As呈極顯著相關，Pb與As呈顯著相關，說明土壤中Cu、Zn、Pb、As元素可能有相同的來源。

3 結論

調查區(qū)域菜地土壤As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn含量范圍較大，依次為0.08～10.85、0.05～3.28、11.13～66.34、20.28～117.28、0.02～2.23、3.32～49.67、2.95～21.8、30.84～156.77 mg/kg。其中，Cd、Hg的變異系數(shù)較大，說明其分布的不均勻程度較高，可能是存在外源污染造成的。

將測定結果與湖北省土壤背景值進行比較，并以國家土壤環(huán)境質量二級標準為基準值評價其單因子污染指數(shù)，表明土壤的As、Cr、Pb、Zn的含量水平皆處于警戒限下，Hg、Cd、Cu、Ni都存在不同程度的超標現(xiàn)象，其中Cd、Hg的超標現(xiàn)象較為嚴重。由于采樣區(qū)域周圍沒有大型的工廠等其他明顯的污染源，分析Hg超標的現(xiàn)象可能是由于長期使用含汞的肥料或農藥造成的[20]。由于磷肥的生產原料磷礦石含有Cd等重金屬，以及肥料生產工藝流程的污染，磷肥中常含有重金屬元素等副成分，菜地土壤Cd超標可能與長期超量施用磷肥有關[21]。另外，針對本研究區(qū)域土壤中Hg超標的現(xiàn)象，可以通過施石灰、硫酸亞鐵等方法來調節(jié)土壤的pH進行改善。

采用內梅羅綜合污染指數(shù)法對采樣區(qū)土壤進行評價，結果表明，低于警戒限的土壤占樣本總數(shù)的89.60%，處于污染水平的土壤占樣本總數(shù)的10.40%，且其中5.20%的土壤處于輕污染水平，對于5.20%的中度、重度重金屬污染區(qū)域，必須采用合理的措施進行改善，從而為蔬菜的生產提供健康的環(huán)境。由于本評價以國家土壤環(huán)境質量評價二級標準為基準值，評價要求較低，對于生產綠色蔬菜的種植基地，需以更加嚴格的標準進行評價。

通過土壤中8種重金屬及pH的相關性分析，表明Ni、Pb、As、Hg與pH的相關性達極顯著水平，其中Ni、As與pH呈極顯著正相關，Pb、Hg與pH呈極顯著負相關。本研究與翟琨等[22]對恩施市蔬菜基地土壤重金屬的研究土壤中Hg含量與pH呈顯著負相關一致。此外，多種重金屬之間也存在一定的相關性，這與姚春霞等[23]對上海市浦東新區(qū)蔬菜地土壤重金屬的研究結論Cd、Zn、Cu、Pb、Hg、As相互之間統(tǒng)計檢驗相關性達極顯著水平基本一致。

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