博愛縣蔬菜種植基地灌溉水中重金屬特征研究

范俊玲 曾光 朱麗霞

（1.焦作大學(xué)，河南焦作 454003；2.大連醫(yī)科大學(xué)研究生院，遼寧大連 116044）

博愛縣蔬菜種植基地灌溉水中重金屬特征研究

范俊玲1曾光2朱麗霞1

（1.焦作大學(xué)，河南焦作 454003；2.大連醫(yī)科大學(xué)研究生院，遼寧大連 116044）

蔬菜種植是博愛縣的主要支柱產(chǎn)業(yè)，種植基地灌溉水質(zhì)量嚴(yán)重影響蔬菜的品質(zhì)。使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）對蔬菜種植基地灌溉水28個采樣點中11種重金屬的濃度進(jìn)行了測定，并利用Excel、SPSS等軟件對其污染特征和主要來源進(jìn)行了探討。結(jié)果顯示，地表水中Ni元素的超標(biāo)率達(dá)80%，污染源主要來自于丹河；地下水中Ni、Se元素的平均質(zhì)量濃度超過了生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)點位主要集中在地下水流向的補給區(qū)和徑流區(qū)。

蔬菜；灌溉水；重金屬；博愛縣

蔬菜是人們?nèi)粘Ｉ钪兄匾氖澄飦碓?，為人體提供維生素、必需的礦質(zhì)元素和膳食纖維素等多種營養(yǎng)成分，蔬菜品質(zhì)的好壞直接影響著人體健康。近年來，蔬菜的重金屬污染問題日益突出，影響蔬菜中重金屬含量的生態(tài)環(huán)境因素主要有土壤、灌溉水和大氣等[1-6]。論文對博愛縣主要溫室蔬菜和露地蔬菜產(chǎn)地的灌溉水中的重金屬進(jìn)行了檢測，對重金屬分布特征和來源進(jìn)行了分析，目的是確定博愛縣蔬菜產(chǎn)地灌溉水的環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，防止蔬菜重金屬污染，促進(jìn)蔬菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，同時也為當(dāng)?shù)卣贫ㄋ廴痉乐未胧┨峁┮罁?jù)。

1.研究區(qū)概況

博愛縣位于太行山南麓，河南省焦作市西北部。屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，熱量充裕，雨量充沛，無霜期較長。蔬菜生產(chǎn)面積已達(dá)20萬畝，日光溫棚5萬座，其中無公害蔬菜生產(chǎn)面積18萬畝，標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)田15萬畝，糧經(jīng)比例達(dá)到1:1.2。全縣蔬菜年總產(chǎn)量達(dá)15.8億公斤，年總產(chǎn)值20.7億元。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水占用水總量的60%，旱年占70%，灌溉用水主要是地表水和淺層地下水。

2.研究方法

利用Google衛(wèi)星地圖分析博愛蔬菜基地周圍環(huán)境后，按地下水的流向設(shè)定了23個地下水采樣點和5個地表水采樣點（圖1）。測定的指標(biāo)包括溫度、pH、EC、Eh、DO、Ni、As、V、Se、Zn、Cu、Co、Cr、Sb、Pb、Cd等。前五個指標(biāo)利用多參數(shù)水質(zhì)分析儀現(xiàn)場測定，11種重金屬使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）進(jìn)行測定，每個樣品做3個平行樣，取平均值為檢測結(jié)果，同時用純水做空白試驗。為了研究各種金屬元素的分布特征及其之間的相關(guān)性和污染來源，使用Excel、SPSS、Origin等軟件對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理和分析。

圖1 博愛縣蔬菜種植基地及其周邊采樣點分布

3.結(jié)果與討論

3.1 地表水重金屬含量

5組地表水樣品中11種重金屬元素的檢測結(jié)果如表1所示。結(jié)果表明，11種重金屬元素在5組地表水樣品中均有檢出，其中僅Ni元素的平均質(zhì)量濃度超過了地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[7]，超標(biāo)率為80%，其余重金屬元素均未超標(biāo)；從變異系數(shù)來看，Pb元素的波動最大，然后依次為Zn、Se、Cr、As、Cu、V、Cd、Sb、Ni、Co；11種重金屬的污染指數(shù)依次為Ni＞Se＞Cu＞Cr＞As＞Sb＞V＞Zn＞Pb＞Cd＞Co，而污染指數(shù)反映了地表水重金屬質(zhì)量濃度接近或超過標(biāo)準(zhǔn)值的水平，Ni為該研究區(qū)地表水超標(biāo)的重金屬元素。

表1 地表水中重金屬元素測試結(jié)果

3.2 地下水重金屬含量

23組地下水樣品中重金屬檢測結(jié)果如表2所示。結(jié)果顯示，11種重金屬的平均質(zhì)量濃度范圍在0～20ug/ L之間，其中Ni、Se兩種元素的平均質(zhì)量濃度超過了生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[8]，超標(biāo)率分別為47.83%和13.04%的；從變異系數(shù)來看，Se和Pb的波動較大，然后依次為Zn、Cr、Sb、Cd、Cu、As、Co、Ni、V；11種重金屬的污染指數(shù)依次為Ni＞Se＞As＞Pb＞Cr＞Sb＞Zn＞Cd＞Cu，污染指數(shù)明顯大于其它重金屬元素的Ni、Se為該研究區(qū)地下水超標(biāo)的重金屬元素。

表2 地下水中重金屬元素測試結(jié)果

4.聚類分析和來源

為了分析重金屬含量特征11種重金屬來源[9]，應(yīng)用SPSS統(tǒng)計軟件對28組水樣進(jìn)行聚類分析，做出了分析樹型圖（圖2）。

圖2 28組水樣聚類分析樹型圖

圖2顯示，28組水樣中編號為26、27、25、24、28的5組水樣為第一類，編號為19、20的2組水樣為第二類，編號為14、16、13、18、12的5組水樣為第三類，其余16組水樣為第四類。

第一類為所采集的5組地表水水樣，結(jié)合圖1可知，28號水樣取自丹河上游，24號水樣取自丹河與沁河的交匯處附近，25、26、27號水樣取自丹河與沁河交匯后下游。5組水樣中重金屬元素含量有一定的相似性，且空間分布又有一定的特征，可作為一類去分析其重金屬元素的來源。由聚類分析的結(jié)果可知，地表水中高含量的Ni應(yīng)來自丹河，而不是沁河，24號水樣未超標(biāo)是沁河和丹河交匯后，將水中的Ni稀釋后的結(jié)果。

第二類的2組水樣都為地下水水樣，20號水樣取自沁河大堤附近施工地機井，19號水樣取自蔬菜大棚機井，從采樣點分布圖來看，這兩個點位距離較遠(yuǎn)，它們之所以在聚類分析后被歸為一類，是因為其水質(zhì)相近，原因可能有兩個：一是這兩處地下水中重金屬元素含量的天然背景值相近，二是20號水樣所處村莊排放的生活污水對地下水的影響與19號水樣所處大棚里施用的化肥對地下水的影響相當(dāng)。從上機處理后的結(jié)果看，這2組水樣均未出現(xiàn)超標(biāo)，且其重金屬元素含量均較低，說明這2組水樣受人為活動影響較小。

第三類的5組水樣都為地下水，且均取自地下水流向的徑流區(qū)，按地下水流向這5組水樣以編號13、12、14、16、18依次排列。從檢測結(jié)果看，12號水樣中Se含量明顯高于其余4組，濃度為16.15ug/L，超出生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值（10ug/L）；編號13、14、16、18水樣中Se含量分別為0.74ug/L、3.61ug/L、1.51ug/L、3.00ug/L，另外10種重金屬元素都較為接近?，F(xiàn)場采樣考察發(fā)現(xiàn)，采集12號水樣的地下水機井位于養(yǎng)豬場附近，其高含量的Se很可能是該機井附近的地下水受到養(yǎng)豬場的污水的影響所致。

第四類的16組水樣都為地下水，編號1～9以及編號22、23的11組樣品取自地下水流向上的補給區(qū)，編號10、11、15、17的4組樣品取自地下水流向上的徑流區(qū)，21號水樣取自地下水流向上的排泄區(qū)。從上機處理后的結(jié)果看，16組水樣出現(xiàn)重金屬元素Ni超標(biāo)的有11組，編號分別為1、2、3、4、6、7、9、11、15、22、23，所對應(yīng)重金屬元素Ni含量分別為30.64ug/L、23.64ug/L、21.22ug/L、21.79ug/L、29.83ug/L、21.65ug/L、26.80ug/L、21.01ug/L、22.80ug/L、25.76ug/L、21.00ug/L。顯然，1號、6號、9號、22號4組水樣Ni超標(biāo)嚴(yán)重。結(jié)合現(xiàn)場考察結(jié)果，1號水樣取自村莊家用空調(diào)所抽取的地下水，因此高濃度的Ni很可能受到空調(diào)的影響；6號水樣與丹河距離較近，受地表水影響較大；9號水樣的取樣點緊臨長濟(jì)高速，附近地表水容易受高速公路環(huán)境的影響，通過地表水和地下水之間的水力聯(lián)系影響地下水；22號水樣取自某西瓜地水井，水井附近的一條臭水溝很可能對這里的地下水造成一定的影響。分析整個地下水Ni超標(biāo)的水樣分布，主要集中在地下水流向上的補給區(qū)，受地下水補給區(qū)環(huán)境的影響，隨著地下水水體自身的降解過程以及其周圍環(huán)境的變化，其補給區(qū)和排泄區(qū)Ni均不超標(biāo)。結(jié)果顯示，編號為15、17水樣的重金屬元素Se出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，它們的Se含量分別為13.74ug/L、39.06ug/L。其中17號水樣的Se含量明顯高于生活飲用水衛(wèi)生質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)值10ug/L，出現(xiàn)嚴(yán)重超標(biāo)。現(xiàn)場考察發(fā)現(xiàn)17號水樣所采取的地點附近有垃圾堆放，所以該水樣中極高濃度的重金屬元素Se含量有可能來源于垃圾滲濾液。15號水樣所在地是扒莊，從采樣點分布圖來看，15號與17號采樣點相距較近，其超標(biāo)有可能是受17號地點地下水的影響。

5.結(jié)論

（1）博愛蔬菜種植基地5組地表水水樣所檢測的11種重金屬元素中，Ni元素超標(biāo)80%；23組地下水水樣中Ni和Se超標(biāo)，超標(biāo)率分別為47.83%、13.04%。

（2）地表水重金屬元素Ni超標(biāo)的空間分布特征為丹河上游較高，丹河與沁河交匯處得以稀釋降低而未超標(biāo)，之后，隨河水流向又出現(xiàn)超標(biāo)；地下水重金屬元素Ni超標(biāo)的空間分布主要集中在地下水流向上的補給區(qū)，地下水重金屬元素Se超標(biāo)主要集中在地下水流向上的徑流區(qū)。

（3）地表水中的Ni主要來源于丹河上游的污染。地下水中的Ni超標(biāo)有四方面原因：一是受Ni污染丹河的影響；二是蔬菜種植基地農(nóng)藥和化肥的施用；三是采樣點附近的環(huán)境，如高速公路、受污染的臭水溝等；四是受人類活動的影響，如1號的空調(diào)影響。地下水中超標(biāo)的Se來源有三個方面：一是垃圾滲濾液的影響，且其影響極大；二是養(yǎng)豬場的污水及糞便；三是農(nóng)藥和化肥的施用。

[1]秦麗娟，等.蘭州市葉菜類蔬菜中重金屬含量及健康風(fēng)險分析[J].甘肅科學(xué)學(xué)報，2013，25（2）：35-39.

[2]劉蘋，等.山東省蔬菜產(chǎn)地灌溉水重金屬環(huán)境質(zhì)量分析與評價[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（23）：12663-12665.

[3]Rai P K.Heavy metal pollution in aquatic ecosystems and its phytoremediationusingwetlandplants:anecosustainable approach［J］.International Journal of Phytoremediation，2008，10（2）:133-160.

[4]zevedoJS，SerafimA，CompanyR，etal.Biomarkersof exposure to metal contamination and lipid peroxidation in the benthicfishCathoropsspixiifromtwoestuariesinSouth America，Brazil［J］.Ecotoxicology，2009，18（8）:1001-1010.

[5]謝偉芳，等.南京某污灌區(qū)蔬菜中重金屬含量及健康風(fēng)險研究[J].廣州化工，2013，41（15）：158-161.

[6]張妍，等.黃河下游引黃灌區(qū)地下水重金屬分布及健康風(fēng)險評估[J].環(huán)境科學(xué)，2013，34（1）：121-128.

[7]GB3838-2002，地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

[8]GB5749-2006，生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[9]黃冠星，孫繼朝，張英，等.珠江三角洲污灌區(qū)地下水重金屬含量及其相互關(guān)系[J].吉林大學(xué)學(xué)報：地球科學(xué)版，2011，41（1）：228-234.

（責(zé)任編輯 陳永康）

X502

A

1008－7257（2015）02－0117－03

2014－10－19

范俊玲（1981-），女，河南虞城人，焦作大學(xué)化工與環(huán)境工程學(xué)院講師，碩士，主要從事環(huán)境保護(hù)方面的教學(xué)與研究工作。