海南檳榔園土壤重金屬含量分布與評價

譚業華*,魏建和,陳 珍,高微微 (.中國醫學科學院藥用植物研究所海南分所,海南 萬寧 57533；.中國醫學科學院藥用植物研究所,北京 0093)

海南檳榔園土壤重金屬含量分布與評價

譚業華1*,魏建和2,陳 珍1,高微微2(1.中國醫學科學院藥用植物研究所海南分所,海南 萬寧 571533；2.中國醫學科學院藥用植物研究所,北京 100193)

運用常規分析方法,測定海南不同地區和不同種植年限檳榔園土壤銅、鉛、總砷和總汞含量.采用污染指數分析法,評價檳榔園土壤重金屬環境污染狀況.結果表明,除翰林樣區檳榔園區土壤列為Ⅱ級“警戒”土壤質量等級外,其他土壤銅[(18.68±14.25)mg/kg]、鉛[(25.27±7.83)mg/kg]、總砷[(2.89±2.43)mg/kg]和總汞[(0.08±0.07)mg/kg]含量均未超出國家一級土壤環境質量標準.不同地區間,檳榔土壤銅、鉛和總坤含量差異顯著;不同種植年限間,檳榔土壤銅、鉛、總坤和總汞含量差異十分顯著.

海南；檳榔；土壤；重金屬元素；土壤環境質量

銅、鉛、砷和汞是土壤中較普遍的污染物[1-2],也是農業生產中化肥和農藥等化工產品所造成的次生污染物.這類重金屬可通過地表水系及土壤-植物系統,直接危及人類健康,因此被列為我國食品質量安全的重要衛生指標[3].檳榔(Areca catechu L)系我國四大“南藥”之首,2008年度海南檳榔種植面積已達6.28萬hm2[4],檳榔土壤重金屬元素分布狀況值得關注.本試驗將考察海南四大自然區的五大檳榔主產區不同種植年限的檳榔種植地土壤重金屬元素分布狀況,如變異度、不同土壤類型的差異性、不同地區的差異性和不同種植年限的差異性,并以此對該區土壤環境質量、污染狀況進行評價.

1 材料與方法

1.1 研究區概況

選擇海南檳榔主產地—定安縣翰林、屯昌縣中坤、萬寧市興隆、三亞市南田和三亞市南濱作為研究樣區,各區基本概況詳見表1.

1.2 樣品采集

在研究區中,選擇土壤類型、檳榔生產管理和檳榔植株生長態勢等具有代表性的檳榔園.供試土壤分別設置根區土壤(距樹頭 30cm的土壤)、園區土壤和對照區土壤(檳榔園周邊相鄰的空置露地).土壤采樣深度為耕層下 0～20cm,采樣方法為S形多點取樣組成混合土樣.

平均每個樣區采集3～4個混合土樣,每個混合土樣由9個采樣點的混合土壤組成,用四分法刪除多余部分,只保留1kg土樣供前處理及測樣.

表1 各研究區概況Table 1 Overview of research areas

1.3 測定方法

土壤重金屬銅采用火焰原子吸收分光光度法測定(GB/T17138-1997)[5],鉛采用KI-MIBK萃取火焰原子吸收分光光度法測定(GB/T17140-1997)[6],總砷采用二乙基二硫代氨基甲酸銀分光光度法測定(NY/T1121.11-2006)[7],總汞采用氫化物發生原子熒光法測定(NY/T1121.10-2006)[8].具體分析測試工作委托海南省農墾中心測試站承擔.

1.4 評估方法與標準

土壤變異系數(CV)可用以表示土壤各肥力指標的離散程度,其大小受隨機性因素如施肥、耕作措施和土地利用方式等的影響.CV＜15%為弱變異性,CV 10%～75%為中等變異性,CV＞75%為強變異性[9].

本試驗采用國家土壤環境質量標準(GB15618-1995)中的二級標準[10](表2)和中國綠色食品發展中心推薦的土壤污染分級標準[11](表3),運用污染指數評價法[12],對檳榔土壤重金屬元素含量測定結果進行統計分析和評估.單因子污染指數計算公式:

式中: Ii為污染物單項污染指數; Ci為污染物實測值; Si為污染物評估標準值.

多因子綜合污染指數計算公式:

式中:P為綜合污染指數; Ia為各單項污染指數(Ii)的平均值;Imax為各單項污染指數中的最大值.

表2 土壤環境質量標準Table 2 Soil Environmental Quality Standard

表3 土壤質量等級劃分標準Table 3 Classification of soil quality standards

2 結果與分析

2.1 不同類型檳榔土壤重金屬元素的特性

由表4可知,無論何種類型的檳榔土壤,總體上重金屬元素銅、鉛、總砷和總汞含量都不超一級土壤環境質量標準.根區和園區土壤的鉛及園區土壤的總汞屬于中等程度變異,變異系數相對較小,根區和園區土壤的銅和總砷及其根區土壤的總汞屬于強變異性,變異系數較大,分布不均勻.特別是根區土壤的總汞,個別地區采樣點的檳榔根區土壤中總汞含量(0.4mg/ kg)超出了國家二級標準值(汞≤0.30mg/kg),即超出了保障農業生產,維護人體健康的土壤限制值.

表4 不同類型土壤重金屬元素的統計分析Table 4 Statistical analysis of heavy metal elements between different types of soil

2.2 不同地區的檳榔土壤重金屬元素的差異性

不同地區的檳榔土壤重金屬元素的方差分析見表5.由表5可知,檳榔土壤銅含量地區比較:翰林樣區極顯著地大于中坤、南濱、興隆和南田樣區.檳榔土壤鉛含量地區比較,興隆樣區極顯著地大于南濱、翰林、南田和中坤樣區.檳榔土壤總砷含量地區比較:南濱樣區顯著地大于南田樣區,極顯著地大于興隆和中坤樣區.翰林樣區顯著地大于南田樣區和興隆樣區,極顯著地大于中坤樣區.檳榔土壤中的總汞含量地區差異不顯著.

2.3 不同種植年限的檳榔土壤重金屬元素的差異性

不同種植年限的檳榔土壤重金屬元素的方差分析見表6.由表6可知,重金屬銅、鉛、總砷和總汞不同種植年限間的含量變化都呈現出波浪狀,銅的峰值依高到低分別為10a、18a和32a;鉛分別為21a、10a和13a;總砷分別為21a、10a和18a;總汞分別為15a、21a和25a.

2.4 檳榔土壤重金屬元素的質量評價

依據國家土壤環境質量標準(GB15618-1995)中的二級標準,分別計算檳榔土壤重金屬元素的單因子污染指數和多因子綜合污染指數.具體環境質量污染指數見表7.

表5 不同地區的檳榔土壤重金屬元素的方差分析(mg/kg)Table 5 Variance analysis of soil heavy metals in Areca catechu plantations between different regions(mg/kg)

表6 不同種植年限的檳榔土壤重金屬元素的方差分析(mg/kg)Table 6 Variance analysis of soil heavy metals in Areca catechu plantations between different years of cultivation (mg/kg)

表7 檳榔土壤重金屬元素環境質量污染指數Table 7 Pollution index of environment quality of soil heavy metal in Areca catechu plantations

由表7可知,從海南總體上分析:無論何種區域的檳榔土壤重金屬元素銅、鉛、總砷和總汞的單因子污染指數和綜合污染指數都＜0.7,均屬于Ⅰ級“安全”土壤質量等級,處于“清潔”環境水平.但從地區分類上分析,地處海南東北自然區的翰林樣區檳榔園區土壤的綜合污染指數為0.707,被列為Ⅱ級“警戒”土壤質量等級,處于“尚清潔”環境水平.翰林樣區檳榔根區和園區土壤重金屬元素銅的單因子污染指數分別為0.903和0.937,屬于Ⅱ級“警戒”土壤質量等級,處于“尚清潔”環境水平.說明銅是檳榔土壤主要的環境安全隱患.

檳榔根區土壤總汞的變異系數 112.5%與園區土壤總汞的變異系數 28.6%相差太大,在一定程度上反映了檳榔土壤中汞元素的遷移流動性不強,根區土壤總汞含量中有較大比例的外源“總汞”.檳榔根區土壤總汞最大值0.4mg/kg(超出國家土壤環境質量二級標準值≤0.3mg/kg)可能是由于檳榔生產管理中長期定位在檳榔樹頭根區施用化肥所造成的.應引起高度重視:一方面規范檳榔栽培技術措施,增施有機肥和農家肥,少施化肥.另一方面研發高效低殘留檳榔“專用肥”.

3 結論

3.1 海南檳榔土壤銅[(18.68±14.25)mg/kg]、鉛[(25.27±7.83)mg/kg]、總砷[(2.89±2.43)mg/kg]和總汞[(0.08±0.07)mg/kg]含量均屬于一級土壤環境質量標準.

3.2 根區和園區土壤的鉛及園區土壤的總汞屬于中等程度變異,變異系數相對較小,但根區和園區土壤的銅和總砷及其根區土壤的總汞屬于強變異性,變異系數較大,分布不均勻.

3.3 翰林樣區檳榔土壤銅含量最高(46mg/kg),并極顯著地高于其他地區.銅是檳榔土壤主要環境安全隱患.

[1] 謝小進,康建成,閆國東,等.黃浦江中上游地區農用土壤重金屬含量特征分析 [J]. 中國環境科學, 2010,30(8):1110-1117.

[2] 朱文轉,夏北成,江學頂,等.惠州市土壤重金屬污染景觀空間格局特征研究 [J]. 中國環境科學, 2009,29(8):885-894.

[3] 張 沖、王紀陽、趙小虎,等.土壤改良劑對南方酸性菜園土重金屬汞、砷有效態含量的影響 [J]. 廣東農業科學, 2007,11: 52-54.

[4] 海南省統計局.海南統計年鑒-2009 [M]. 北京:中國統計出版社, 2009:258-271.

[5] GB/T17138-1997 土壤質量 銅、鋅的測定 火焰原子吸收分光光度法 [S].

[6] GB/T17140-1997 土壤質量 鉛、鎘的測定 KI-MIBK萃取火焰原子吸收分光光度法 [S].

[7] NY/T 1121.11-2006 土壤檢測 第 11部分:土壤總砷的測定[S].

[8] NY/T1121.10-2006 土壤檢測 第 10部分:土壤總汞的測定[S].

[9] 張定煌,林森馨,萬國富,等.中山民眾鎮菜園土壤肥力調查與評價 [J]. 廣東農業科學, 2009,7:97-100.

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Distribution and evaluation of heavy metal contents in the soil of Areca catechu plantations in Hainan.

TAN Ye-hua1*, WEI Jian-he2, CHEN Zhen1, GAO Wei-wei2(1.Hainan Branch of Institute of Medicinal Plant, Chinese Academy of Medical cience, Wanning 571533, China；2.Institute of Medicinal Plant, Chinese Academy of Medical Science, Beijing 100193, China). China Environmental Science, 2011,31(5)：815～819

The soil copper, lead, total arsenic, and total mercury of Areca catechu plantations in Hainan between the different regions and different years of cultivation was measured by conventional analysis methods. Soil heavy metal pollution of Areca catechu plantations was evaluated using pollution index analysis. Soil Cu [(18.68±14.25)mg/kg], lead [(25.27±7.83)mg/kg], total arsenic [(2.89±2.43)mg/kg] and total mercury [(0.08± 0.07)mg/kg] content was within the standards, listed as the first level of soil environmental quality standards, but garden soil of Areca catechu in Hanlin sample plot were listed as grade Ⅱ "alert" level of soil quality. The soil copper, lead, and total arsenic in Areca catechu plantations were very significant difference between different regions. The soil copper, lead, total arsenic and total mercury in Areca catechu plantations were very significant difference between different years of cultivation.

Hainan；Areca catechu；soil；heavy metal；the soil quality

X825

A

1000-6923(2011)05-0815-05

2010-09-06

“十一五”國家科技支撐計劃項目(2006BAI09B03-2, 2007BA-127B03)

* 責任作者, 副研究員, tyh13078950896@yahoo.com.cn

譚業華(1959-),男,海南瓊海人,副研究員,主要從事藥用植物栽培研究.發表論文20余篇.