中牟設(shè)施菜地土壤重金屬As、Hg、Pb、Cd、Cr污染評價

袁遠(yuǎn) 張金輝 劉珂 楊錚 何禹龍 王吉慶

摘 要：為明確中牟設(shè)施菜地土壤重金屬污染情況，測定中牟設(shè)施蔬菜土壤重金屬As、Hg、Pb、Cd、Cr的含量，采用單因子和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)對設(shè)施菜地土壤重金屬污染狀況進(jìn)行評價。結(jié)果表明：土壤重金屬As、Hg、Pb、Cd、Cr的平均含量分別為12.95、0.82、16.82、0.25、28.18 mg/kg，Hg超標(biāo)2.34倍。Hg污染最為嚴(yán)重，內(nèi)梅羅綜合指數(shù)為3.04，達(dá)到重度污染水平，As、Cd、Pb的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)分別為0.85、0.84和0.83，均為尚清潔水平，Cr的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)0.15，為清潔水平。

關(guān)鍵詞：設(shè)施菜地土壤;重金屬;污染指數(shù)

中圖分類號：X825文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）07-0109-03

Pollution and Assessment of Soil Heavy Metal As， Hg ，Pb， Cd， Cr

in Greenhouse Vegetable Fields of Zhongmu

YUAN Yuan ZHANG Jinhui LIU Ke YANG Zheng HE Yulong WANG Jiqing

（Henan Agricultural University，Zhengzhou Henan 450002）

Abstract： In order to explore the extnet of heavy metals pollution in greenhouse soil of Zhongmu， the concentrations of heavy metals As、Hg、Pb、Cd、Cr were measured. The single-factor and Nemerow comprehensive pollution index were used to evaluate the heavy metal pollution. The results show that the average content of heavy metals As， Hg， Pb， Cd， and Cr in the soil are 12.95， 0.82， 16.82， 0.25， 28.18 mg/kg， respectively， Hg exceeded the standard by 2.34 times. Hg pollution is the most serious， the Nemeiro composite index is 3.04， reaching a severe pollution level. The Nemerow composite index of As， Cd， and Pb is 0.85， 0.84， and 0.83， respectively， which are all at a clean level. The Nemeiro composite index of Cr is 0.15 as a clean level.

Keywords： greenhouse soil;heavy metals;pollution index

中國是設(shè)施栽培面積最大的國家，設(shè)施蔬菜種植占設(shè)施栽培的95%[1]。已有不少學(xué)者針對不同地區(qū)進(jìn)行了設(shè)施土壤重金屬污染的研究。楊磊對鄭州市城郊菜地重金屬污染進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)主要污染物為Cd[2];周凱發(fā)現(xiàn)新鄉(xiāng)市郊大棚菜地Cd污染最嚴(yán)重[3];李蓮芳通過研究發(fā)現(xiàn)山東省設(shè)施菜地土壤中Cr含量高于露天菜地[4];李蓮芳還和其他研究者利用電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)檢測重金屬含量，以揭示吉林省設(shè)施土壤及相應(yīng)蔬菜中重金屬的累積特征[5];索琳娜等對北京市菜地以重金屬為主要指標(biāo)的土壤環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行分析，并采用單項(xiàng)和綜合污染指數(shù)法進(jìn)行評價[6];郭畔等采用原子吸收分光光度法和原子熒光法測定沈陽新民設(shè)施菜地土壤中的重金屬污染情況[1]。

河南省是蔬菜大省，設(shè)施蔬菜種植面積逐年上升。中牟縣是河南省設(shè)施蔬菜重要產(chǎn)地，但對其設(shè)施菜地土壤重金屬污染的研究較少，本文以中牟縣設(shè)施菜田為例對設(shè)施菜田的土壤重金屬Hg、Cd、Pb、As、Cr進(jìn)行評價分析，為中牟縣設(shè)施菜地重金屬污染研究和治理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 研究區(qū)概況

中牟縣土壤多為亞砂土和粉砂土，屬于典型的中緯度暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均日照2 366 h，年平均氣溫14.2 ℃，全縣年均降水量616 mm，全年農(nóng)耕期一般為309 d，蔬菜水果等以大棚種植為主。

1.2 土樣采集

土樣采集所在地為鄭州市中牟縣官渡鎮(zhèn)（114.09°E，34°73′N）設(shè)施菜田，采樣時間為2018年8月。利用不銹鋼土鉆采集設(shè)施菜田內(nèi)0～20 cm土壤，將現(xiàn)場采集的設(shè)施菜田樣品混勻，然后用四分法均勻縮分至約100 g，共采集20個土樣，每個土樣3～5個子樣。

1.3 測試方法

參考《土壤和沉積物 汞、砷、硒、鉍、銻的測定 微波消解/原子熒光法》（HJ 680—2013）、《土壤質(zhì)量 鉛、鎘的測定 石墨爐原子吸收分光光度法》（GB/T 17141—1997）、《土壤 總鉻的測定 火焰原子吸收分光光度法》（HJ 491—2009）中的方法進(jìn)行測試。

1.4 土壤重金屬污染評價方法

采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)對設(shè)施菜田重金屬污染狀況進(jìn)行評價。

1.4.1 單因子污染指數(shù)與內(nèi)梅羅綜合評價指數(shù)。單因子污染指數(shù)與內(nèi)梅羅綜合評價指數(shù)法公式[7]如式（1）和式（2）所示：

[Pi=Ci/Si ]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

[P綜=（Piave）2+（Pimax）22]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式（1）中：[Pi]表示單因子污染指數(shù);[Ci]表示[i]污染物的實(shí)測值;[Si]表示[i]污染物的標(biāo)準(zhǔn)限值，其采用《溫室蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)》（HJ/T 333—2006）中幾種重金屬的指標(biāo)限值。

式（2）中：[P綜]表示內(nèi)梅羅綜合指數(shù);[Piave]表示平均單項(xiàng)污染指數(shù);[Pimax]表示最大單項(xiàng)污染指數(shù)。

1.4.2 單因子污染指數(shù)與內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評價分級。單因子土壤污染程度指數(shù)[Pi]≤1無污染、1<[Pi]≤2輕微污染、2<[Pi]≤3輕度污染、3<[Pi]≤5中度污染、[Pi]>5重度污染。內(nèi)梅羅綜合指數(shù)污染等級評價表見表1。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

2.1 土壤重金屬元素含量分析

根據(jù)測試結(jié)果，對土壤中重金屬含量做散點(diǎn)圖，見圖1。

由圖1可知，Hg的含量波動性最大，且無明顯的變化規(guī)律，然后是Pb、Cr和Cd，As的波動最小。Hg的含量為0.36～1.07 mg/kg，主要集中在0.50～0.90 mg/kg，超標(biāo)率100%，最高超標(biāo)倍數(shù)3.57，平均值為0.82 mg/kg，平均值超標(biāo)倍數(shù)為2.34;As的含量為11.30～20.60 mg/kg，超標(biāo)率5%，最高超標(biāo)倍數(shù)1.03，平均值為12.95 mg/kg，不超標(biāo);Pb的含量為4.90～56.00 mg/kg，超標(biāo)率15%，最高超標(biāo)倍數(shù)1.12，平均值為16.82 mg/kg，不超標(biāo);Cd含量為0.16～0.30 mg/kg，平均值為0.25 mg/kg，不超標(biāo);Cr含量為12.60～39.00 mg/kg，平均值為28.18 mg/kg，不超標(biāo)。Hg的污染情況最嚴(yán)重，需要引起重視。As的超標(biāo)可能與某特定農(nóng)戶的生產(chǎn)習(xí)慣有關(guān)，不具有普遍代表性。

2.2 土壤重金屬污染評價

將重金屬含量數(shù)據(jù)代入單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅污染指數(shù)公式，得到各種重金屬的單因子污染指數(shù)值和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)值，結(jié)果見表2。

由計(jì)算得出的重金屬的單因子污染指數(shù)值可知，該地區(qū)Hg的單因子污染指數(shù)[Pi]全部高于1，有20%樣本達(dá)到輕微污染、60%樣本達(dá)到輕度污染、20%樣本中度污染，[Pi]均值為2.42，對應(yīng)中度污染水平;Pb有85%的樣本無污染、15%的樣本輕微污染，[Pi]均值為0.34，對應(yīng)無污染;As有95%的樣本無污染、5%的樣本輕微污染，[Pi]均值為0.63，對應(yīng)無污染;Cd和Cr樣品均不超標(biāo)、均值分別為0.65和0.12，對應(yīng)無污染。從出現(xiàn)超標(biāo)樣品的三種重金屬來看，污染程度的嚴(yán)重性排序?yàn)镠g>Pb>As。

由計(jì)算出的重金屬的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)可知，與表1對照，Hg的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)為3.04，達(dá)到Ⅴ級重度污染;As、Cd、Pb的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)分別為0.85、0.84和0.83，均為Ⅱ級尚清潔水平，但應(yīng)引起警戒;Cr的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)為0.15，為Ⅰ級清潔。

由單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，中牟設(shè)施菜田土壤中Hg過量積累，存在污染蔬菜從而影響人體健康的風(fēng)險，在今后的設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)采取積極的措施降低其污染風(fēng)險。土壤中的Hg主要來源有含汞廢水排放、肥料、農(nóng)藥、燃煤和生活廢棄物堆積[8]，采樣點(diǎn)為設(shè)施菜田，造成Hg超標(biāo)的主要原因是肥料和農(nóng)藥使用。在進(jìn)行設(shè)施蔬菜生產(chǎn)活動時，需要考慮控制Hg污染，合理施用農(nóng)藥和化肥，少用或禁用Hg含量較高的肥料和農(nóng)藥。

3 結(jié)論

①Hg的單因子污染指數(shù)均值為2.42，中度污染;Pb的單因子污染指數(shù)均值為0.34，無污染;As的單因子污染指數(shù)均值為0.63，無污染;Cd和Cr單因子污染指數(shù)均值分別為0.65和0.12，無污染。

②Hg的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)為3.04，達(dá)到重度污染水平;As、Cd、Pb的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)分別為0.85、0.84和0.83，均為尚清潔水平;Cr的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)為0.15，為清潔水平。在取樣點(diǎn)附近無工礦企業(yè)，因此研究區(qū)域的土壤重金屬的污染來源可能來自化肥及有機(jī)肥料的施用，應(yīng)從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)入手進(jìn)行限制。

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