河北省4個設施蔬菜生產縣域重金屬含量特征及質量評價

趙會薇，楊風霞 ，霍立勇 ，劉伊明 ，趙增新 ，楊 京 ，呂 瑋 ，石學萍 ，耿艷樓

（1.國家半干旱農業工程技術研究中心，河北 石家莊 050051；2.衡水市冀州區環保局，河北 衡水 053200）

設施蔬菜種植是設施農業的重要組成部分，通常采用人工技術、自動化、智能化、機械化并具備人工升溫、光照、通風和噴灌設施手段，改變蔬菜種植的光溫條件，創造優化蔬菜生長的環境因子，使之能夠全天候生長的設施工程。設施蔬菜按技術類別一般包括連棟溫室、日光溫室、塑料大棚、小拱棚（遮陽棚）4類。根據《2013中國統計年鑒》和《2013河北農村統計年鑒》可知，2012年河北省蔬菜種植總面積為120.3萬hm2，占全國總量的5.91%，位列第7，蔬菜總產量7 695.13萬t。其中，設施蔬菜河北省33.61萬hm2，占全省蔬菜總種植面積的27.94%，蔬菜產量為2 242.1萬t，占河北省蔬菜總產量的29.14%，產量由高到低排名為唐山、石家莊、邯鄲、廊坊、滄州、保定、衡水、秦皇島、張家口、邢臺、承德，其中，唐山蔬菜產量468.45萬t、石家莊451.82萬t，二者占全省設施蔬菜總產量的41.04%。隨著設施蔬菜的迅猛發展，蔬菜農藥殘留、重金屬污染帶來的食品安全問題日益突出，因此，加強設施蔬菜重金屬污染狀況研究，成為現代設施農業發展不可缺少的重要環節。目前，國內對于農作物和土壤重金屬含量、評價及特性研究很多[1-5]，涉及河北區域內重金屬研究主要集中在對土壤和大田作物污染狀況上，針對河北省設施蔬菜和土壤重金屬調查研究報道較少[6-10]。

本研究本著土樣和菜樣“一對一”的取樣原則，于2015—2016年在河北省4個設施蔬菜生產縣石家莊藁城、邯鄲永年、保定定州、滄州青縣田間隨機取樣 138 個，檢測蔬菜、土壤中 Cr，Cd，Cu，Zn，Pb，Hg，As共7種重金屬含量，評價分析重金屬的污染狀況，旨在為設施蔬菜生產重金屬污染防控提供借鑒。

1 材料和方法

1.1 設施蔬菜取樣研究區域概況

4個設施蔬菜取樣研究區域概況如表1所示。

表1 4個設施蔬菜取樣研究區域概況

1.2 樣品采集方法

避開施肥期，在田間樣地用五點采樣法隨機均勻采集表層0～20 cm的耕層土壤和所種植的蔬菜樣品，同時用GPS定位儀記錄采樣坐標點。土壤樣品混合后按四分法進行取舍，保留1 kg左右，用塑封袋裝好并帶回實驗室。土壤樣品經自然風干，去除石礫和作物根系殘渣，按要求磨細分別過孔徑為2，0.15 mm的尼龍篩，用于測定土壤pH值和重金屬含量。蔬菜樣品切片、烘干、粉碎，過2.5 mm篩，測定。

1.3 樣品檢測

重金屬 Cu，Zn，Cd，Pb，Cr樣品預處理參照 DD 2005—2003進行，采用濕式消解法，用電感耦合等離子體質譜儀（Agilent 7700X ICP—MS）進行檢測；重金屬As和Hg測定參照DZ/T 0167—2006進行樣品預處理，用原子熒光分光光度計（AFS—3000）進行分析。

1.4 數據統計與分析

數據計算在Excel 2010軟件中完成，數據處理、分析在SPSS19中完成。

環境質量等級：單項質量指數≤0.7為一級，清潔；0.7～1.0為二級，尚清潔；＞1.0為三級，超標。

2 結果與分析

2.1 取樣研究區域土壤重金屬污染分析

2.1.1 取樣研究區域土壤重金屬含量特征 檢測土壤pH＞7.5，根據《溫室蔬菜產地環境質量評價標準》（HJ/T 333—2006），從表2可以看出，4個設施蔬菜取樣研究區域土壤重金屬 Cr，Pb，As，Cu，Zn，Hg含量均未超標；Cd含量在除邯鄲永年之外的3個取樣研究區域都出現超標現象，其中，石家莊藁城取樣點位超標率7.14%、滄州青縣為13.3%、保定定州為6.25%，取樣區域點位超標率都低于全國耕地點位超標率19.4%[11]。

表2 4個設施蔬菜取樣研究區域土壤7種重金屬含量 mg/kg

對比河北省土壤重金屬含量背景值和Hg含量現狀值[12]可知，Cr，Cd，Cu，Zn，Hg，As這 6 種元素出現不同程度的累積，所有取樣測定均值全部超過背景值，分別超出土壤背景值10.63%，169.05%，7.43%，75.85%，64.10%，52.50%，累積順序為Cd＞Zn＞Hg＞As＞Cr＞Cu，其中，Cd和Zn所有取樣點土壤含量均高于背景值，累積現象突出；As在藁城和定州土壤含量低于背景值，在永年、青縣含量偏高，在青縣全部超出背景值；Pb土壤含量均值均低于背景值，共有9個取樣點出現土壤含量高于背景值，累積現象不明顯。

對4個取樣區域土壤重金屬含量測定結果進行方差分析可知，Cr，Pb，Cu，Zn 含量不同區域間差異不顯著，P 值分別為 0.328，0.092，0.333，0.188，均大于0.05；Cr土壤含量檢測均值以藁城區域最高，但是變異系數較大，不同取樣點含量值差異較大；Pb，Cu在4個取樣研究區域分布較均勻，無論含量檢測均值還是變異系數基本相當；Zn在滄州青縣土壤含量最高，而且不同取樣點含量比較接近，變異偏小，在保定定州土壤含量最低；Cd元素含量不同區域間差異顯著（P＝0.033＜0.05），滄州青縣土壤含量最高，但是取樣點差異較大；As和Hg土壤含量在不同區域間差異極顯著（P＝0.000＜0.001）。

2.1.2 設施蔬菜取樣研究區域土壤重金屬污染評價 對不同區域土壤重金屬單項質量指數評價得出，只有青縣Cd環境質量等級為二級（尚清潔），其他區域不同重金屬環境質量等級均為一級（清潔），環境質量綜合質量指數大小順序為滄州青縣＞石家莊藁城＞保定定州＞邯鄲永年，4個區域均屬于一級（清潔）（表3）。

表3 4個設施蔬菜取樣研究區域土壤7種重金屬污染指數

2.1.3 土壤重金屬含量相關性分析 對所有土壤重金屬含量檢測結果進行相關性分析，結果表明（表4），Cr與Cd，Pb和Zn極顯著正相關，相關系數分別為0.408，0.335，0.451，與Hg負相關但不顯著；Cd含量與Cr和Zn極顯著正相關，與Pb顯著正相關，與 As，Cu，Hg負相關，其中，與 Cu負相關顯著（r＝-0.240）；Pb 含量與 Cr（r＝0.335） 和 As（r＝0.327）相關性極顯著，與 Cd相關顯著（r＝0.247），As含量與 Pb，Cu，Zn含量極顯著相關，r分別為0.327，0.478，0.378；Cu 含量和 As極顯著正相關，與Cd顯著負相關；Zn含量與Cr，Cd和As含量極顯著正相關；Hg含量與6種其他重金屬含量間相關性均不顯著。

表4 對所有樣品檢測結果進行Pearson相關性顯著性（雙側）分析

2.2 設施蔬菜樣品重金屬特征分析

2.2.1 設施蔬菜樣品重金屬含量特征 由于取樣蔬菜樣品Hg含量極低，個別樣品含量低于檢出限，在此不再分析。根據《食品安全國家標準食品中污染物限量》（GB 2762—2012）新鮮蔬菜相關標準，從表5可以看出，檢測結果平均值只有石家莊藁城Cr含量超標，共有8個樣品超標，點位超標率達到53.33%，邯鄲永年有2個樣品超標，點位超標率為8.7%，其他樣品未檢出6種重金屬含量超標。

對所有取樣區域蔬菜重金屬含量檢測結果進行方差分析可知，Cr，Cu，Zn這3種重金屬蔬菜含量差異不顯著，Cd，Pb，As這3種重金屬蔬菜含量差異極顯著。

對不同區域所取蔬菜樣品進行組間方差分析得出，5種重金屬含量間差異均達到極顯著水平，Cu不同區域蔬菜含量差異不顯著（P＝0.107＞0.05）。

2.2.2 設施蔬菜樣品重金屬含量相關性分析 對蔬菜6種重金屬含量進行相關性分析可知，Cr含量與Pb，As和Zn顯著相關，P值分別是0.019，0.031和0.025；Cd含量與Pb，As和Zn極顯著相關；Pb與Cd，As，Zn相關性極顯著，與Cr相關性顯著；As與Cd，Pb，和Zn極顯著相關，與Cr顯著相關；Cu含量僅與Zn含量極顯著相關；Zn含量與Cd，Pb，Cu和As含量極顯著相關，與Cr顯著相關。

表5 4個設施蔬菜取樣研究區域蔬菜6種重金屬含量 mg/kg

3 討論

取樣研究的4個蔬菜主產區土壤只有青縣Cd環境質量等級為二級（尚清潔），其他區域不同重金屬環境質量等級均為一級（清潔）；綜合質量指數大小為滄州青縣＞石家莊藁城＞保定定州＞邯鄲永年，4個區域均屬于一級（清潔）。抽樣研究在相應區域蔬菜集中區隨機取樣，不能概括取樣取區域的全部實際情況，對于大面積土壤污染調查監測需要多部門互相配合，并結合遙感、地理信息和定位系統循序漸進摸清土壤污染狀況底數[13]。

土壤重金屬含量與蔬菜重金屬含量沒有直接關系，經過“一對一”取樣調查、檢測、分析可知，調查區域中滄州青縣土壤重金屬含量超標點位，由于種植羊角脆、甜瓜、黃瓜等蔬菜，蔬菜重金屬含量并沒有超標；而邯鄲永年蔬菜超標點位土壤未超標，因此，土壤重金屬指標超標與產出蔬菜重金屬含量沒有直接關系，這與HOUBA等[14]研究結果基本相同，農業安全生產不能只根據農田污染狀況直接推斷，研究不同生態種植區域內農資源頭輸入控制、農藝綜合管理習慣、種植作物、蔬菜種類、品種、重金屬吸收特性及植物吸收重金屬與可浸提重金屬之間的關系[15-24]等因素，對產出農產品重金屬含量的影響具有重要意義。

土壤中重金屬含量的相關性研究較多，由于土壤類型、成土母質等因素影響，研究結果有所不同，本研究中，Pb含量與Cr和As相關性極顯著、與Cd相關性顯著的結論與曹素珍[25]研究結論中的鉛與與砷、銅、汞、鋅的濃度密切相關一致；Hg含量與6種其他重金屬含量相關均不顯著，與許興斌等[26]研究結論相同。農產品中重金屬含量的相關性研究可參考借鑒的結論較少。

不同區域土壤和蔬菜重金屬含量特征差異性有助于農產品追溯系統的研究和利用。

4 結論

本研究調查和檢測分析數據顯示，河北4個設施蔬菜縣域土壤重金屬含量在石家莊、滄州、保定3個取樣研究區域Cd含量都出現超標現象，Cr，Cd，Cu，Zn，Hg，As這 6 種元素累積現象突出，累積順序為 Cd＞Zn＞Hg＞As＞Cr＞Cu，其中，Cd 和 Zn所有取樣點土壤含量均高于背景值。環境質量綜合質量指數大小順序為滄州青縣＞石家莊藁城＞保定定州＞邯鄲永年，4個區域均屬于一級（清潔），青縣Cd單項環境質量等級為二級（尚清潔）。4個區域蔬菜取樣檢測結果顯示，石家莊藁城和邯鄲永年取樣蔬菜出現Cr含量超標。

“一對一”取樣土壤—蔬菜樣品檢測重金屬含量，土壤和農產品重金屬超標無論是超標區域還是超標金屬種類都不同，重金屬含量超標土壤產出的農產品不一定超標，農產品超標其生長土壤不一定超標，由此可見，監測土壤的重金屬污染狀況、研究種植蔬菜品種吸收特性和農藝管理方式對于農產品重金屬含量是否安全同等重要，摸清不同區域土壤污染狀況底數、研究植物對不同重金屬吸收特性、控制源頭農資污染物輸入是污染土壤治理修復和農產品安全生產的有效途徑。

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