長沙和株洲地區葡萄園土壤重金屬含量分析及污染評價

楊 玉，尹春峰，湯佳樂，張 平，徐 海，程小梅，童雄才

（1. 湖南省農業科學院園藝研究所，湖南 長沙410125；2. 國家農業部華中地區果樹科學觀測站，湖南 長沙410125；3. 長沙時鮮水果工程技術研究中心，湖南 長沙410125；4.湖南省農業科學院，湖南 長沙410125）

長沙和株洲地區葡萄園土壤重金屬含量分析及污染評價

楊 玉1,2,3，尹春峰1,2，湯佳樂1,2，張 平1,2，徐 海1,2,3，程小梅1,2，童雄才4

（1. 湖南省農業科學院園藝研究所，湖南 長沙410125；2. 國家農業部華中地區果樹科學觀測站，湖南 長沙410125；3. 長沙時鮮水果工程技術研究中心，湖南 長沙410125；4.湖南省農業科學院，湖南 長沙410125）

通過采樣長沙、株洲地區12個觀光采摘葡萄園的土壤（0～20 cm和20～40 cm），按照土壤環境質量二級標準和綠色食品產地環境質量標準，用單因子指數法和內梅羅綜合污染指數法對土壤重金屬鉛（Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）、砷（As）和鉻（Cr）污染的狀況進行了評價和影響因子分析。結果表明，0～20 cm土層土壤重金屬含量均高于20～40 cm土層土壤；除As、Pb達標外， Cd、Hg和Cr有不同程度污染，重金屬元素污染程度依次為Cd＞Cr＞Hg＞As＞Pb；有17%的果園綜合污染指數＜1，達到無公害果園標準，50%的果園達到輕度污染水平，中度和重度果園污染的達到33%；所有的果園重金屬綜合污染都達到綠色食品土壤警戒線標準及以上；在表層土壤中，重金屬元素之間具有正相關關系，其中Pb與As、Cr顯著相關，與Cd、Hg呈極顯著相關，表明它們之間同源性很高，可能來自同一污染源；葡萄果實對重金屬的吸收累積較少，果品均可達到國家食品安全標準，可作為重金屬輕度污染農田農業產業結構調整的備選品種。

葡萄園；土壤；重金屬；同源性；污染評價

近年來，湖南省的葡萄種植面積一直呈上升趨勢。2015年，湖南省葡萄種植面積約為251 400 hm2、產量175 981 t，分別較2014年增長7.2%和10.9%。目前，有較多的葡萄種植園分布在城市周邊，主要發展休閑農業，供游客觀光采摘。長沙和株洲作為湖南省的大城市，城郊觀光葡萄采摘園眾多。對這些葡萄園的土壤重金屬含量進行分析及污染評價，對保障食品安全具有重要意義，還可為建立綠色葡萄基地提供參考，有利于推動湖南葡萄產業持續健康發展。

目前，湖南開展了對湘江沿岸、洞庭湖濕地及株州、湘潭地區的濕地及農田的土壤污染研究[1-4]，這些地區都不同程度受到鎘（Cd）的污染。針對果園土壤環境質量開展的土壤重金屬污染和評價研究在國內也有相關報道，沈秋光[5]對上海果園土壤重金屬污染進行了研究，認為鉻（Cr）、汞（Hg）為果園土壤污染的主要元素。湯民等[6]研究的重慶金果園中枇杷、葡萄、桃園受到Cd的污染。鄭國璋等[7]發現洛川蘋果園地土壤重金屬砷（As）污染程度較高，超過綠色食品產地土壤污染警戒線。賀靈等[8]研究贛南臍橙種植區后，得出As、Cd、Cr、銅（Cu）、鉛（Pb）有不同程度超標。劉子龍等[9]對石河子葡萄主產區果園土壤環境質量研究后得出符合無公害葡萄產地土壤環境質量標準。潘佳穎等[10]研究賀蘭山東麓葡萄主產區土壤重金屬后，發現鎳（Ni）、Cu和Cr達到輕度污染水平。湖南觀光采摘的葡萄園的土壤情況尚無人進行研究。筆者按照無公害農產品產地環境評價準則針對土壤的嚴格控制指標Pb、Cd、As、Cr和Hg，對長沙、株洲觀光采摘的葡萄園的5種重金屬的含量分上層土和下層土開展研究，分別按土壤環境質量二級標準、綠色食品產地環境土壤標準，應用單因子污染指數和綜合污染指數法，探討湖南葡萄園污染情況及潛在風險，研究土壤重金屬之間的相關性，分析果園土壤重金屬污染的影響因子，為湖南省果園土壤環境質量評估和葡萄創無公害和綠色食品園區提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與分析

樣品采自長沙縣、瀏陽、望城、株洲12個以種植夏黑品種為主的連片觀光葡萄采摘園，按照“等量”和“多點混合”的原則，采取隨機分塊5點對角線法取樣。用“S”形法取土（0～20 cm為上層土；20～40 cm為下層土），每個果園取8～10個點，按上層土、下層土分開，充分混勻后，按4分法，每份樣品留取1 kg，裝入標記序號的塑封袋中，帶回實驗室經自然風干，木棒壓磨，去掉礫石、植物殘體和其它雜物，過孔徑0.147 mm尼龍篩，混合均勻，裝袋備測。按照GB/T17138、GB/T17141中的方法，進行樣品預處理和含量測定。采用原子熒光法分析Hg和As，石墨爐原子吸收分光光度法分析Cr、Cd和Pb，土壤pH采用Orion酸度計測定。

1.2 數據處理與統計分析

采用DPS 9.5和Excel 2007軟件進行數據處理與統計分析。參考《中華人民共和國土壤環境質量標準》（GB 15618）[11]和綠色食品產地環境質量標準中對重金屬含量的規定標準值（見表1），對研究區葡萄園土壤重金屬含量進行分析。運用單因子污染指數法和內梅羅綜合污染指數法分析后，根據污染等級分級標準[2]（見表2），對土壤重金屬污染風險進行評價。

表1土壤分析標準（mg/kg）

表2基于污染指數的土壤重金屬污染等級分級標準

單因子指數法的計算公式[2]：

式中，Pi為單項污染指數，Ci為監測點重金屬污染物的實測值，Si為重金屬污染物的評價標準值。

內梅羅綜合污染指數法計算式為[2]：

式中，P綜為土壤綜合污染指數，Pimax為樣品i單項污染指數的最大值；Piave為樣品i單項污染指數的平均值。

2 結果與分析

2.1 葡萄園土壤上、下層土重金屬含量比較

根據葡萄園上、下層土壤中pH值及Pb、Cd、Hg、As、Cr含量測定結果，上層土壤（0～20 cm）5種重金屬含量均值都高于下層土壤（20～40 cm）（見表3）。說明土壤的重金屬除了來自成土母巖，受人為耕作或其他外來因素影響很大。上、下層土壤Cd標準差為0.55、0.45，接近平均值0.81、0.66，與平均值相加都超過了土壤環境質量二級標準標準限度，說明Cd的污染風險很大。

表3土壤重金屬元素含量（mg/kg）

2.2 土壤單項污染指數分析評價

以土壤環境質量二級標準即無公害農產品產地環境要求標準進行單項污染指數法分析（見圖1），Pb、As所有果園土壤指數＜1，達到無公害農產品產地環境要求，其他重金屬元素都有不同程度的污染。Cd只有8%的果園達標，有4個果園達到輕度污染等級，占33%；25%的果園受到中度污染，33%的果園受到重度污染。Hg和Cr均有83%的果園達標，有17%的果園受到輕度污染。土壤各重金屬元素污染程度依次為Cd＞Cr＞Hg＞As＞Pb。

圖1葡萄園土壤單項污染指數分析圖

以綠色食品土壤標準（見表1）進行單項污染指數法分析（見圖2），Pb、Cd、Hg、As、Cr指數＜1的分別占到33%、8%、67%、92%、67%。土壤各重金屬元素污染程度依次為Cd＞Pb＞Cr＞Hg＞As。值得一提的是Pb，按無公害食品土壤標準是達標的，但是按綠色食品土壤標準衡量，有67%不達標。要創綠色食品標志產品，除了需注意Cd、Cr、Hg、As污染外，還需注意Pb污染。長沙地區主要是Cd、Cr超標，株洲地區Pb、Cd、Hg、As、Cr都有不同程度的超標。

圖2葡萄園土壤單項污染指數分析圖

2.3 內梅羅綜合污染指數評價

以土壤環境質量二級標準分析綜合污染指數（見圖3），取樣的葡萄園中有17%的果園綜合污染指數＜1，達到無公害果園標準。50%的果園達到輕度污染水平，中度和重度果園污染的達到33%，約83%的果園遭受不同程度的污染，葡萄園的污染需引起高度關注。

圖3葡萄園土壤質量綜合污染指數分析圖

以綠色食品土壤標準進行綜合污染指數分析（見圖4），有17%的果園綜合污染指數＜1，達到綠色食品果園標準。有42%的果園輕度超標，25%的果園中度超標，16%的果園重度超標。所有的果園重金屬綜合污染都達到綠色食品土壤警戒線標準及以上，創綠色食品任務艱巨。

圖4葡萄園土壤質量綜合污染指數分析圖

2.4 葡萄園土重金屬之間相關性分析

由表4可知，在同層土壤中，重金屬元素之間呈正相關。其中，Pb與As、Cr顯著相關，與Cd、Hg呈極顯著相關，表明它們之間同源性很高，可能來自同一污染源。

表4葡萄園土壤中重金屬之間的相關性

3 結論與討論

3.1 葡萄園土壤重金屬含量狀況及主要影響因子

研究的觀光采摘的葡萄園0～20 cm層土壤重金屬含量均值都高于20～40 cm層土壤，這與筆者研究的湖南的獼猴桃園0～20 cm層土壤重金屬含量均值高于20～40 cm層土壤結論一致，付華等[12]研究北京南部地區農業土壤重金屬Cd、Cu、Pb、Zn也得出相同的結論。對同層土壤重金屬含量之間的相關性研究結果顯示，Pb與As、Cr顯著相關，與Cd、Hg呈極顯著相關，也表明環境因素對它們的影響是一致的。謝小進[13]研究上海寶山區農用土壤重金屬來源，也得出Cd、Hg和Pb為一類,來源主要受各種人為活動影響的結論。

3.2 長沙、株洲葡萄觀光采摘園土壤重金屬污染風險

上、下層土壤樣本中都存在鎘（Cd）標準差數值較大，說明鎘（Cd）的污染風險大。楊夢昕[1]對湘江長沙段沿岸，劉娜[2]對東洞庭湖濕地，劉揚林[3]對株洲市白馬鄉稻田、菜土進行研究后，都發現Cd潛在風險參數最高。單因子指數法（按土壤二級標準）的評價表明，重金屬元素污染程度依次為Cd＞Cr＞Hg＞As＞Pb，葡萄園土壤創無公害農產品As、Pb可以達標，要注意Cd、Cr、Hg污染。如果要創綠色食品，則需還關注鉛的污染。按綠色食品土壤標準衡量，葡萄園只有17%達標，中度和重度果園污染的達到33%。在12個葡萄園中種植有19個品種的葡萄，土壤中Pb、Cd、Hg、As、Cr最大值對應的葡萄果實含量均未超過食品安全國家標準。在污染地區種植葡萄可作為農業結構調整的一種嘗試。

[1] 楊夢昕，楊東璇，李萌立，等. 湘江長沙段沿岸常見農作物重金屬污染研究[J]. 中南林業科技大學學報，2015，35（1）：126-130.

[2] 劉 娜，曾 靜，李旭，等. 東洞庭湖濕地土壤重金屬污染特征及潛在生態風險評價[J]. 農業現代化研究，2015，36（5）：901-905.

[3] 劉揚林，蔣新元. 株洲市白馬鄉土壤和農作物重金屬污染評價[J].土壤， 2004，（5）：551-556，564.

[4] 息朝莊，戴塔根，張惠軍，等. 湖南湘潭市土壤重金屬污染調查與評價[J]. 水土保持通報，2008，（3）：133-137.

[5] 沈秋光. 上海果園土壤質量分析與評價[D]. 上海：上海交通大學，2005.

[6] 湯 民，張進忠，張 丹，等. 果園土壤重金屬污染調查與評價-以重慶市金果園為例[J]. 中國農學通報，2011，27（14）：244-249.

[7] 鄭國璋，岳樂平. 洛川蘋果園地土壤重金屬污染調查與評價[J]. 土壤通報，2008，39（2）：402-405.

[8] 賀 靈，曾道明，魏華玲，等. 贛南臍橙種植區典型果園土壤重金屬元素評價[J]. 湖北農業科學，2014，53（2）：292-297.

[9] 劉子龍，魯建江，張廣軍. 石河子葡萄主產區土壤重金屬含量分析及污染評價[J] . 西北林學院學報，2010，25（4）：14- l8.

[10] 潘佳穎，王建宇，王 超，等. 賀蘭山東麓葡萄主產區土壤重金屬分布特征及污染評價[J]. 干旱區資源與環境，2017，31（6）：174-178.

[11] GB 15618-1995，土壤環境質量標準[S].

[12] 付 華，吳雁華，魏立華. 北京南部地區農業土壤重金屬分布特征與評價[J]. 農業環境科學學報，2006，25（1）：182-185.

[13] 謝小進，康建成，李衛江，等. 上海寶山區農用土壤重金屬分布與來源分析[J]. 環境科學，2010，31（3）：768-774.

（責任編輯：賀 藝）

Analysis and Pollution Assessment of Heavy Metal Contamination in GrapeOrchardsoils in Changsha and Zhuzhou

YANG Yu1,2,3，YING Cun-feng1,2，TANG Jia-le1,2，ZHANG Ping1,2，XU Hai1,2，CHENG Xiao-mei1,2，TONG Xiong-cai4
（1. Hunan Horticulture Research Institute, Hunan Academy of Agricultural Sciences, Changsha 410125, PRC; 2. Observation Station of Fruit Trees in Central China, Ministry of Agriculture of China, Changsha 410125, PRC; 3.The Season Fruits Engineering Technology Research Center in Changsha, Changsha 410125, PRC; 4. Hunan Academy of Agricultural Sciences, Changsha 410125, PRC）

Sampling the top layer (0～20cm) and the lower layer (20～40 cm)soil from 12 orchards in Changsha and Zhuzhou grapegrowing region and testing the levels of lead, cadmium, mercury, arsenic and chromium according to the environmental quality standard for soilsⅡ and environmental quality for producing area of the green food. The experiment was adopted the single factor contaminant index and Nemerow integrated pollution index method to analyze the testing results. The results demonstrate that the heavy metals from the top layer soils were higher than that of the lower layer soil. Pb and As were meet Pollution-free food environmental requirements for producing areas, degree of pollution were Cd＞Cr＞Hg＞As＞Pb. 17%integrated pollution index of grape orchard soils were below the permitted level, 50% minor polluted and 33% moderately or Heavily polluted. All grape orchard soils were on and above cordon using the synthetic pollution index. The correlation analysis of heavy metal contents in top layer soils show that the Pb, As and Cr were positively correlated, there are significantly correlation between Pb and Cd, Hg, which suggests that they are highly homologous and may come from the same source of pollution. Grape planted in metal pollution soils took less absorption, all the fruit can meet the national food safety standards, indicating the fact that it can be used as an alternative to the structural adjustment of farmland with slight heavy metal pollution.

grape orchard; soil; soil acidification; heavy metals; pollution evaluation

S663.1

：A

：1006-060X（2017）08-0041-04

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.008.011

2017-06-23

國家財政專項（湘財農指﹝2014﹞180號）

楊 玉（1969-），女，湖南長沙市人，副研究員，主要從事園藝研究。

童雄才