上海市草莓主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬含量的環(huán)境質(zhì)量分析與評(píng)價(jià)

張麗勍，徐珊珊，2，宋麗麗，3，吳晨垚，2，段 可，高清華*

（1上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院林木果樹(shù)研究所，上海 201403；2臺(tái)州學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，臺(tái)州 318000；3甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，蘭州 730070）

上海市草莓主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬含量的環(huán)境質(zhì)量分析與評(píng)價(jià)

張麗勍1，徐珊珊1，2，宋麗麗1，3，吳晨垚1，2，段 可1，高清華1*

（1上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院林木果樹(shù)研究所，上海 201403；2臺(tái)州學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，臺(tái)州 318000；3甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，蘭州 730070）

為了解上海市草莓產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量狀況，以上海市草莓主要產(chǎn)區(qū)崇明、奉賢、浦東、青浦、金山5個(gè)區(qū)縣的草莓基地為調(diào)查對(duì)象，采樣分析了草莓基地的土壤重金屬鎘、鉛、砷、汞、鉻、銅、鋅含量，并評(píng)價(jià)了土壤環(huán)境質(zhì)量狀況。結(jié)果表明：被監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)土壤各項(xiàng)重金屬的含量平均值分別為鎘0.101 mg/kg、鉛16.111 mg/kg、砷7.972 mg/kg、汞0.123 mg/kg、鉻85.860 mg/kg、銅23.248 mg/kg、鋅115.329 mg/kg，均低于GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和HJ 332—2006《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的限量值。土壤中各項(xiàng)重金屬的單項(xiàng)污染指數(shù)均＜1，綜合污染指數(shù)為0.390，土壤未受到污染，屬于清潔水平，適宜發(fā)展草莓生產(chǎn)。但大部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)重金屬鉻、汞和鋅的含量均高于上海市農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境自然背景值，其中以鋅的平均含量最高，是上海地區(qū)土壤環(huán)境背景值的1.34倍，說(shuō)明上海市草莓主產(chǎn)區(qū)土壤中重金屬鉻、汞和鋅已經(jīng)產(chǎn)生了累積，其中鋅的累積尤為明顯，需及時(shí)采取有效措施加強(qiáng)污染監(jiān)測(cè)與控制。

草莓基地；土壤；重金屬；環(huán)境質(zhì)量

隨著工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，土壤環(huán)境污染已經(jīng)成為我國(guó)面臨的重要問(wèn)題之一［1］。由于土壤重金屬污染毒性高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，且不易在生物循環(huán)和能量交換中分解，因此受到格外關(guān)注［2］。大量研究表明，環(huán)境中重金屬的污染主要是由人為因素造成的［3-4］。在我國(guó)，土壤重金屬的污染主要是由人類的工業(yè)、農(nóng)業(yè)及采礦業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)造成的［5-6］。

草莓作為目前上海地區(qū)園藝作物中的特色優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，滬郊面積常年維持在2 700 hm2左右［7］。長(zhǎng)期以來(lái)，上海郊區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有施用農(nóng)家肥和商品有機(jī)肥的習(xí)慣，加之現(xiàn)代都市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥、農(nóng)藥的過(guò)量施用，這些投入品均給土壤環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全帶來(lái)隱患。土壤重金屬含量是草莓基地環(huán)境監(jiān)測(cè)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。土壤重金屬污染對(duì)草莓的生長(zhǎng)及一些生理指標(biāo)均有不同程度的影響［8］。如土壤中Cd含量的增加，會(huì)使得草莓葉片的生長(zhǎng)明顯受到抑制［9］。除此之外，重金屬在土壤中的自然凈化需要很長(zhǎng)的時(shí)間，表現(xiàn)為隱蔽性和不可逆性等特點(diǎn)。為了從源頭上解決重金屬污染的問(wèn)題，首先就要監(jiān)測(cè)草莓產(chǎn)地土壤環(huán)境中的重金屬污染水平，對(duì)可能存在的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)地評(píng)價(jià)分析，才能最終確保果品生產(chǎn)生態(tài)安全。

上海在土壤重金屬方面也開(kāi)展了大量的研究工作，但這些研究主要偏重于交通區(qū)、工業(yè)區(qū)及遠(yuǎn)郊農(nóng)業(yè)土壤（公園、公路沿線兩側(cè)及農(nóng)田和果園種植基地的土壤重金屬）［10-14］。目前，針對(duì)草莓種植基地土壤重金屬污染狀況及土壤安全的研究較少。本研究以上海草莓主產(chǎn)區(qū)：青浦、金山、奉賢、崇明和浦東5個(gè)區(qū)縣的13個(gè)草莓基地作為研究對(duì)象，對(duì)其土壤環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行調(diào)查和評(píng)價(jià)，以期為保障草莓安全生產(chǎn)、提高草莓產(chǎn)區(qū)土壤環(huán)境安全水平提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 土壤樣品的采集

2013—2015年對(duì)上海市草莓基地進(jìn)行抽樣，重點(diǎn)選取上海市崇明縣、奉賢區(qū)、浦東區(qū)、青浦區(qū)、金山區(qū)5個(gè)區(qū)作為土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)抽樣區(qū)域。根據(jù)土壤環(huán)境檢測(cè)技術(shù)規(guī)范，為了保證土壤樣品的代表性，采用S法均勻隨機(jī)選取10個(gè)采樣點(diǎn)，采集0—20 cm耕作層的土壤樣本，將采集到的土壤樣品均勻混合，用四分法取1 kg作為一個(gè)土壤樣品，為防止樣品污染，樣品保存處理過(guò)程中避免使用金屬制品。本次監(jiān)測(cè)共采集土壤樣品120個(gè)。

1．2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及分析方法

土壤的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要為重金屬（鎘、鉛、砷、汞、鉻、銅、鋅）以及pH，具體檢測(cè)方法見(jiàn)表1。

表1 草莓基地土壤檢測(cè)項(xiàng)目及檢測(cè)方法Table 1 Test items and methods of strawberry base soil

1．3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法

土壤環(huán)境質(zhì)量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和HJ 332—2006《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（表2）。

評(píng)價(jià)模式在單項(xiàng)污染指數(shù)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，采用內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法對(duì)上海市草莓基地土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)［15］。數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS 16.0等軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

單項(xiàng)污染指數(shù)法采用公式：Pi＝Ci/Si，式中：Pi為土壤污染物i的污染指數(shù)；Ci為土壤污染物i的實(shí)測(cè)值；Si為土壤污染物i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。Pi≤1未污染，Pi＞1污染。Pi為土壤中污染物i的單項(xiàng)污染指數(shù)；Ci為土壤中污染物i的實(shí)測(cè)數(shù)值；Si為土壤污染物i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。Pi＜1，表示土壤未受污染物i污染；Pi＞1，表示土壤受污染，Pi越大，受污染程度越重。

表2 參照評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Reference evaluation standardmg·kg－1

表3 土壤環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指數(shù)等級(jí)劃分Table 3 Comprehensive evaluation index grade of soil environmental quality

2 結(jié)果與分析

2．1 草莓主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬含量水平

根據(jù)草莓主產(chǎn)區(qū)土壤的監(jiān)測(cè)結(jié)果，所有項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)值全部低于GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和HJ 332—2006《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的限量值。各區(qū)草莓基地的土壤平均值、單項(xiàng)污染物含量范圍和變異系數(shù)見(jiàn)表4。各區(qū)污染物含量水平差異較大，土壤污染物含量的變異系數(shù)在2%—61%。不同行政區(qū)的土壤污染物變異系數(shù)為奉賢區(qū)＞浦東區(qū)＞崇明縣＞金山區(qū)＞青浦區(qū)。

表4 上海市5個(gè)區(qū)草莓基地土壤重金屬含量與變異特征Table 4 Heavy metals content in soil and its variation characteristics of strawberry bases in 5 districts of Shanghai

從表5可以看出，土壤中各項(xiàng)重金屬的含量范圍為鎘0.050—0.160 mg/kg、鉛10.860—23.640 mg/kg、砷3.420—9.650 mg/kg、汞0.050—0.220 mg/kg、鉻62.890—108.270 mg/kg、銅15.180—27.700 mg/kg、鋅88.10—187.220 mg/kg。重金屬含量的平均值與上海地區(qū)土壤環(huán)境背景值［16］相比，除鉻、汞和鋅的含量高于背景值外，其他均低于背景值，其中以鋅的平均含量最高，是上海地區(qū)土壤環(huán)境背景值的1.34倍。鋅的最大監(jiān)測(cè)值為187.220 mg/kg，為土壤環(huán)境背景值的2.17倍。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，目前上海市草莓主產(chǎn)區(qū)土壤中重金屬鉻、汞和鋅已經(jīng)產(chǎn)生了累積，且鋅的累積已十分明顯。

表5 上海市草莓主產(chǎn)地土壤重金屬含量統(tǒng)計(jì)Table 5 Statistic of heavy metals in the main production areas of strawberry in Shanghai

2．2 草莓主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬的環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

以GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和HJ 332—2006《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中最嚴(yán)格的指標(biāo)對(duì)基地土壤污染物含量分別進(jìn)行單項(xiàng)污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)。

2.2.1 單項(xiàng)污染指數(shù)評(píng)價(jià)

從表6可以看出，上海市草莓主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬污染指數(shù)采用單項(xiàng)污染指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，各項(xiàng)重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)均小于1，說(shuō)明被監(jiān)測(cè)區(qū)域土壤未受到污染，各項(xiàng)重金屬的單項(xiàng)污染指數(shù)平均值由高到低為：鋅（0.443）＞鉻（0.422）＞鎘（0.371）＞砷（0.251）＞汞（0.234）＞銅（0.230）＞鉛（0.195）。從被監(jiān)測(cè)區(qū)域分布情況看，奉賢區(qū)土壤環(huán)境中重金屬砷，青浦區(qū)土壤環(huán)境中重金屬汞和鎘，金山區(qū)土壤環(huán)境中重金屬鉛、鉻和銅，崇明縣土壤環(huán)境中重金屬鋅的單項(xiàng)污染指數(shù)較高。其中，崇明縣有1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的重金屬鋅含量較高，最大值為187.22 mg/kg，鋅單項(xiàng)污染指數(shù)為0.749，已接近閾值。

2.2.2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)

通過(guò)分析可以得出（表6），上海市草莓主產(chǎn)區(qū)基地土壤重金屬綜合污染指數(shù)為0.390。各區(qū)縣綜合污染指數(shù)介于0.355—0.440，其中崇明縣的綜合污染指數(shù)最高為0.440，浦東區(qū)最低為0.355；其他區(qū)綜合污染指數(shù)為：金山區(qū)（0.407）＞青浦區(qū)（0.375）＞奉賢區(qū)（0.372）。結(jié)合各項(xiàng)重金屬的單項(xiàng)污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)進(jìn)行上海市草莓主產(chǎn)區(qū)基地土壤環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)，所有被監(jiān)測(cè)的草莓生產(chǎn)基地綜合污染指數(shù)均未超過(guò)1，表明被監(jiān)測(cè)區(qū)域草莓基地土壤環(huán)境均屬清潔范圍。

表6 上海草莓主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬污染評(píng)價(jià)Table 6 Evaluation of heavy metal contents in the main production areas of strawberry in Shanghai

3 結(jié)論與討論

對(duì)上海市草莓主產(chǎn)區(qū)的120個(gè)土壤樣品中重金屬鎘、鉛、砷、汞、鉻、銅、鋅的含量進(jìn)行了研究分析，并對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：（1）監(jiān)測(cè)區(qū)域范圍內(nèi)土壤重金屬鎘、鉛、砷、汞、鉻、銅、鋅的平均含量均低于GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》及HJ 332—2006《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的限量值。（2）上海市草莓主產(chǎn)區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量總體情況優(yōu)良，但重金屬鉻、汞和鋅的含量均高于上海地區(qū)土壤環(huán)境背景值，其中以鋅的平均含量最高，是上海地區(qū)土壤環(huán)境背景值的1.34倍。崇明縣有1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的鋅含量為187.220 mg/kg，鋅單項(xiàng)污染指數(shù)為0.749，已接近閾值。說(shuō)明重金屬鉻、汞和鋅已經(jīng)在土壤中產(chǎn)生了累積，土壤環(huán)境質(zhì)量不容忽視。

綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，青浦、金山、奉賢、崇明、浦東5區(qū)縣的土壤環(huán)境質(zhì)量均處于清潔水平，但大部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)重金屬的含量高于上海地區(qū)土壤環(huán)境背景值，表明監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤中產(chǎn)生了重金屬累積，應(yīng)適當(dāng)采取措施改善土壤質(zhì)量，加強(qiáng)污染源的監(jiān)控與防范。

上海草莓主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬含量水平雖低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但部分重金屬已經(jīng)在土壤中產(chǎn)生了累積，存在潛在的生態(tài)污染風(fēng)險(xiǎn)。本研究發(fā)現(xiàn)，重金屬鋅的污染和累積范圍最廣，這除了可能受到城市交通及工業(yè)“三廢”污染影響外，還與含鋅量較高的有機(jī)肥大量施用有關(guān)［18］。此外，垃圾填埋過(guò)程中的滲透液，飼料中添加劑的應(yīng)用都會(huì)成為土壤的污染源。

上海農(nóng)業(yè)屬都市型農(nóng)業(yè)，農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值僅占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的1.2%，但是郊區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及土壤環(huán)境質(zhì)量卻直接影響農(nóng)產(chǎn)品的安全［19］。上海城市化的不斷加快，造成工業(yè)廢物及生活垃圾的大量排放；農(nóng)民在種植過(guò)程中由于缺乏科學(xué)指導(dǎo)，施用大量農(nóng)藥及化肥，這些都使得上海土壤重金屬污染狀況日趨嚴(yán)重。因此，應(yīng)及時(shí)采取有效措施加強(qiáng)污染監(jiān)測(cè)與控制，科學(xué)指導(dǎo)施肥方式，改善調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步改良草莓生產(chǎn)基地的土壤質(zhì)量。這對(duì)提高農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量，保障人民身體健康，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

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（責(zé)任編輯：閆其濤）

Environmental quality analysis and evaluation of heavy metal content in soil of strawberry main production area in Shanghai

ZHANG Li-qing1，XU Shan-shan1，2，SONG Li-li1，3，WU Chen-yao1，2，DUAN Ke1，GAO Qing-hua1*
（1Forest＆Fruit Research Institute，Shanghai Academy of Agriculture Sciences，Shanghai 201403，China；2College of Life Sciences，Taizhou University，Taizhou 318000，China；3College of Agriculture，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China）

In order to comprehend the soil environmental quality of strawberry base in Shanghai，the contents of heavy metals including cadmium，lead，arsenic，mercury，chromium，copper and zinc in the soil of strawberry base were sampled and analyzed，and the quality of soil environment was evaluated，taking strawberry bases in the strawberry main production areas of Chongming，F(xiàn)engxian，Pudong，Qingpu，Jinshan as the research objects.The results showed that the average contents of Cd，Pb，As，Hg，Cr，Cu and Zn in the soil of five districts is 0.101 mg/kg，16.111 mg/kg，7.972 mg/kg，0.123 mg/kg，85.860 mg/kg，23.248 mg/kg，115.329 mg/kg，respectively，which were all below the limit value in GB 15618—1995“environmental quality standard for soils”and HJ 332—2006“farmland environmental quality evaluation standards for edible agricultural products”.The single contamination index of soil heavy metal was below 1 and the comprehensive contamination index was 0.390.The soil was not contaminated and at the clean level，indicating that the soil was suitable for strawberry production.But the heavy metal content in most monitored areas was higher than Shanghai soil environmental background value.The average content of zinc was the highest，which was 1.34 times of the background value of soil environment in Shanghai.These results demonstrated that heavy metals Cr，Hg and Zn had been accumulated in in the soil of these monitored areas，especially the accumulation of zinc.The government needs to take effectivemeasures to strengthen the pollution monitoring and control.

Strawberry base；Soil；Heavy metal；Environment quality

S151.9

A

1000-3924（2016）06-113-05

2015-06-09

上海市科委重點(diǎn)科技項(xiàng)目（12391901400）和基礎(chǔ)研究重點(diǎn)項(xiàng)目（14JC1405400）；農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)專項(xiàng)（201003064-5）；上海市市級(jí)農(nóng)口系統(tǒng)青年人才成長(zhǎng)計(jì)劃［滬農(nóng)青字（2014）第1-28號(hào)］；上海市科委自然科學(xué)基金（14ZR1436800）

張麗勍（1985—），女，博士，助理研究員，主要從事草莓抗病育種及其栽培生理研究。E-mail：zlq1985-345＠163.com

*通信作者，E-mail：qhgao20338＠sina.com