不同棚齡土壤重金屬含量變化及污染評價

方 勇

（金華職業技術學院，浙江 金華 321007）

土壤重金屬特別是有毒重金屬污染是評價無公害生產基地安全性的重要指標之一[1]。近年來，隨著農業產業結構調整，大棚設施栽培已成為浙中地區果蔬生產的主要模式和農業增效的重要渠道，其土壤質量安全與否直接關系著人們的身體健康。已有研究表明[2-3]，重金屬元素在土壤中的含量和分布受土壤利用類型的影響很大，特別是設施土壤由于生產環境的封閉性和物料的高投入性等，不僅會造成設施土壤中污染重金屬含量的急劇增加，而且將直接影響設施果蔬產品的品質和安全性，因此對設施土壤的重金屬污染現狀進行調查和評價，具有非常重要的意義。目前，相關科研機構和人員對浙中地區設施栽培土壤重金屬污染狀況等尚缺乏全面系統的調查，對土壤重金屬含量變化及其引起的環境安全評價的研究還相對較少，這也在一定程度上限制了該地區綠色無公害果蔬產品的生產與發展。為了能更好地安全利用城市周邊的土地和可持續發展菜地農業，試驗分析了不同設施栽培年限的土壤重金屬含量變化規律和污染現狀，為該區土壤環境質量的預警與綜合治理提供數據基礎，為保障設施栽培農產品質量安全和市民健康提供參考依據。

1 研究區概況

選取浙東前賈村不同棚齡的設施大棚土壤污染重金屬（鉻 Cr、鉛 Pb、銅 Cu、鎘 Cd）為研究對象。該區域位于浙江省的中部，為亞熱帶季風氣候，四季分明。地勢南北高，中部低。中部為義烏江和武義江沿岸及其支流下游的沖積平原，農業生產主要以設施蔬菜栽培為主，全年設施蔬菜覆種面積達6 400 hm2，年產量24萬t，年產值近4億元。土壤以砂壤土為主。

2 材料與方法

2.1 土壤樣品采集與處理

按農產品質量-無公害蔬菜產地環境要求的采樣原則進行[4]，于2010年5月取得不同栽培年限的土壤混合樣品29個，其中露天4個，棚齡2 a的3個、5 a的4個、8 a的4個、≥10 a的14個。用不銹鋼土鉆采集0～20 cm耕層土壤，每個點采集10個樣品，組成1個土壤混合樣品。土樣經自然風干，木棒粗磨，過2mm孔徑尼龍篩，去除雜物，取均勻土樣400 g用瑪瑙研缽研磨，過0.149mm孔徑尼龍篩，裝瓶待測。

2.2 測定項目與方法

按土壤環境質量標準（GB15618-1995）要求，主要測定土壤重金屬Pb、Cd、Cr和Cu的含量及土壤pH值。土壤重金屬元素（總Pb、總Cd、總Cr和總Cu）全量分析采用火焰原子吸收分光光度法，先用HNO3-HClO4-HF消化法制樣，TAS-968型原子吸收分光光度計（北京普析通用有限公司）測定；pH值采用（水土比3∶1）電位法，PHS-3C型酸度計（北京華瑞博遠科技發展有限公司）測定。加國家標準土樣GSS-4控制分析質量。

2.3 土壤重金屬污染現狀評價

土壤環境質量評價和分級標準，按國家無公害農產品安全質量-無公害蔬菜產地環境要求[4]中的二級標準以及中國綠色食品發展中心《綠色食品產地環境狀況評價綱要》（施行）（1994）的規定進行評價分級。土壤重金屬污染評價采用單因子污染指數[5]和綜合污染指數法[6]進行。

3 結果與評價

3.1 不同棚齡設施土壤重金屬含量的變化

不同棚齡（0～8 a）與設施土壤重金屬含量之間存在一定的相關性（見表1）。不同棚齡設施土壤重金屬Cr、Pb、Cu含量與當年新建大棚土壤相比有顯著的增加。其中，2 a棚齡的土壤重金屬Cr平均含量比新建大棚土壤增加0.06倍，且隨著棚齡的增加，重金屬Cr含量逐年遞增，其平均含量與棚齡相關系數為0.899 8（n=4），且由2 a棚齡的27.616 mg/kg，增加到8 a棚齡的33.644 mg/kg，增加了0.22倍，平均以1.205 6mg/（kg·a）的速度增加。2 a棚齡的土壤重金屬Pb平均含量比新建大棚土壤增加0.45倍，且隨著棚齡的增加，重金屬Pb含量逐年遞增，由2 a棚齡的58.134 mg/kg，增加到8 a棚齡的68.385 mg/kg，其平均含量與棚齡相關系數為0.809 2（n=4），平均以2.050 2 mg/（kg·a）的速度增加。2 a棚齡的土壤重金屬Cu平均含量比新建大棚土壤增加0.44倍，且隨著棚齡的增加，重金屬Cu含量逐年遞增，由2 a棚齡的31.684 mg/kg，增加到8 a棚齡的69.509 mg/kg，其平均含量與棚齡相關系數為0.996 7（n=4），平均以7.565mg/（kg·a）的速度增加。究其原因，可能與該地區農民習慣連年大量施用未經堆制腐熟的規模養殖畜禽糞和磷類化肥等有關。但是，10 a及以上棚齡的土壤重金屬Cr、Pb、Cu含量比棚齡8 a的有所降低。

土壤污染重金屬含量超過超標將會影響土壤-植物－動物生態系統的安全。對照國家土壤環境質量二級標準可以發現，棚齡為5、8 a和≥10 a的設施土壤Cu含量存在不同程度的超標現象，且超標率分別達33.33%、50.00%和28.57%，其他均在二級標準的上限范圍內。變異系數作為反映統計數波動特征的參數，在一定程度上也可描述某一元素污染現狀的特征。由表 1 可知，Cr、Pb、Cu、Cd 的平均變異系數分別為 0.203、0.422、0.487 和 0.254，其中2 a棚齡中Cu的變異系數最高達0.913。這說明該區域內的Cu和Pb元素分布不均勻，區域變幅大，可見Cu和Pb元素在土壤中積累的情況受人為輸入等因素的影響相對較大。

3.2 不同棚齡設施土壤質量評價

采用《無公害蔬菜產地環境要求》所列污染物含量限值，對29個土壤樣品中Cr、Pb、Cd和Cu進行了單項和綜合污染指數法計算與評價，結果見表2。

（1）0～2 a棚齡土壤樣品的各元素單項污染指數均小于1，綜合污染指數均小于0.7，評價等級為1級，完全處于清潔水平。但棚齡2 a的土壤各元素平均單項污染指數和綜合污染指數均比新建大棚的有明顯增加，其中棚齡2 a的平均綜合污染指數達0.587，比新建大棚的提高24.1%，可見設施栽培導致污染重金屬積累。

表1 不同棚齡設施土壤的重金屬含量現狀

表2 土壤的單項污染和綜合污染指數

（2）5 a棚齡的4個土壤樣品的各元素單項污染指數平均值均小于1，但有1個土壤樣品中Cu的單項污染指數大于1，占樣品總數的25%；雖然各點綜合污染指數均小于1，但是均比2 a棚齡的高，且其中有1個樣品已接近污染警戒點；3個土壤樣品已達輕度污染警戒點（2級），占分析樣品的75%。

（3）8 a棚齡土壤樣品的綜合污染指數分別為0.752、0.908、0.756和1.066，這說明有25%大棚土壤已經達輕度污染（3級），75%大棚土壤已經達到輕度污染警戒點（2級）。且土壤Cu的單項污染指數大于1的占50%，其他元素的單項污染指數均小于1。

（4）栽培年限≥10 a的14個土壤樣品中，綜合污染指數≤0.7的土壤樣品7個（1級）占50%；達到輕度污染警戒點（2級）的土壤樣品3個，占21.4%；已輕度污染（3級）的土壤樣品4個，占28.6%。且土壤Cu的單項污染指數大于1的占28.6%，其他元素的單項污染指數均小于1。

4 結論與討論

（1）已有研究表明[7-8]，施用規模化養殖畜禽糞能顯著增加土壤Cu、Cd、Cr和Pb的含量。特別是在畜禽飼養中，Cu被作為復合飼料的添加劑（含Cu 150～250 mg/kg）以改善食物的轉化率和促進畜禽生長，因此畜禽糞便中Cu也成為農業土壤中Cu污染的一個重要來源[9]。而李秀蘭等[2-3]研究成果也進一步表明，重金屬元素在土壤中的含量和分布受土壤利用類型的影響很大，往往不同的土壤利用類型下其管理方式也不同，這就造成現代高投入農業土壤中元素分布的不均一性和多變性增加。而設施土壤由于其栽培環境的封閉性等原因，大量的多年施用規模化經營生產的畜禽糞等含有重金屬元素的有機肥料和化學肥料，且重金屬元素不易遷移、難降解，勢必造成重金屬元素的積累。

（2）研究測定評價結果表明，設施土壤重金屬（Cr、Pb、Cu）含量隨棚齡（0～8 a）增加而遞增，且兩者之間呈顯著的正相關，相關系數分別達0.899 8、0.809 2和0.996 7；而Cd含量變化沒有明顯的規律性。特別是土壤Cu含量累積極明顯，平均以7.565 mg/（kg·a）的速度增加，這直接導致在29個設施土壤分析樣品中有9個樣品的土壤Cu含量超標，占24.1%，而其他元素含量雖有所遞增，但均沒有超過國家《無公害蔬菜產地環境要求》所列污染物含量的上限值。

（3）研究測評價結果表明，棚齡0～2 a的設施土壤均清潔未現污染；而棚齡5 a的設施土壤有75%呈現重金屬污染達警戒限水平（2級）；而棚齡8 a設施土壤100%都達到或超過了污染警戒限水平，其中有25%大棚土壤已經達輕度污染（3級）；綜合污染指數比5 a棚齡的高0.1。可見，在目前的栽培管理條件下，設施栽培土壤的清潔使用臨界年限可能在5 a以內。建議對連續5 a及以上設施土壤采取切實可行的修復或抑制措施，以保障食品的生態安全。

（4）研究結果也發現，棚齡10 a及以上的土壤的重金屬污染指數有所降低，這主要是由于當地部分菜農曾經在2008至2009年，分別對一些種植年限比較長的大棚進行灌水治理和施用石灰氮處理，這可能是導致耕層（0～20 cm）重金屬污染指數降低的原因之一；并且據報道[8-9]，畜禽糞等有機肥料經堆制腐熟后也可以降低有毒重金屬的危害。因此，建議在設施栽培中盡量使用經堆制腐熟的畜禽糞等有機肥料，并適時采取灌水治理、施用石灰氮、植物修復等措施，以保證設施栽培土壤環境的生態安全。

[1] 王國梁，周生路，趙其國，等.菜地土壤剖面上重金屬含量隨時間的變化規律研究[J].農業工程學報，2006，22（1）：79-84.

[2] 李秀蘭，胡雪峰.上海郊區蔬菜重金屬污染現狀及累積規律研究[J].化學工程師，2005，116（5）：36-38.

[3] 胡克林，張鳳榮，呂貽忠，等.北京市大興區土壤重金屬含量的空間分布特征[J].環境科學學報，2004，24（3）：463-468.

[4] 國家質量監督檢驗檢疫局.農產品安全質量（GB/18406.1-18407.4—2001[S].北京：中國標準出版社.2001.36-37.

[5] 黃國鋒，吳啟堂，容天雨，等.無公害蔬菜生產基地環境質量評價[J].環境科學研究，1999，12（4）：53-56.

[6] 黃國鋒，吳啟堂.綠色食品產地環境質量現狀評價標準的修正[J].農業環境保護，2000，19（2）：123-125.

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[9] 沈玉英.畜禽糞便污染及加快資源化利用探討 [J].土壤，2004，36（2）：164-167.