天水市武山縣蔬菜大棚土壤重金屬含量分析與評價

張喜平 呂莉莉 王小軍 卜虎虎 楊志奇 柴小琴

摘要：為了解武山縣蔬菜大棚土壤重金屬污染情況，從天水市武山縣8個鎮(zhèn)的蔬菜大棚中采集48份土壤樣品，結(jié)合國家土壤重金屬評價標準，應(yīng)用單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法對其重金屬（Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、As、Hg）含量進行分析評價。結(jié)果表明，天水市武山縣蔬菜大棚土壤狀況總體處于安全范圍，與甘肅省背景值比較，7種重金屬元素均出現(xiàn)不同程度的積累，局部點位Cu、Cd元素存在一定程度的超標，潛在生態(tài)風(fēng)險水平為中—強度，Hg對潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)的貢獻為76.8%，是潛在的致險因子。

關(guān)鍵詞：武山縣;蔬菜大棚;土壤;重金屬;含量;評價

中圖分類號：X53? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1001-1463（2022）02-0063-05

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2022.02.016

Analysis and Evaluation of Heavy Metal Content in Vegetable Greenhouse Soil in Wushan County，Tianshui City

ZHANG Xiping， LV Lili， WANG Xiaojun， BU Huhu， YANG Zhiqi， CHAI Xiaoqin

（Tianshui Institute of Agricultural Sciences， Tianshui Gansu 741000， China）

Abstract：To understand the content of heavy metals in the soil of vegetable greenhouses in Wushan county， 48 soil samples were collected from vegetable greenhouses in 8 towns of Wushan county， Tianshui city. The contents of heavy metals （Ni， Cu， Zn， Cd， Pb， As， Hg） were analyzed and evaluated by single factor pollution index， Nemerow comprehensive pollution index and potential ecological risk index. The results showed that the soil condition of vegetable greenhouse in Wushan county of Tianshui city was generally in a safe range， and compared with the background value of Gansu province， seven kinds of heavy metal elements were accumulated in different degrees; Cu and Cd elements at local points exceeded the standard to a certain extent， and the potential ecological risk level was medium-intensity. Hg contributed 76.8% to the potential ecological risk index， which was a potential risk factor.

Key words：Wushan county;Vegetable greenhouse;Soil;Heavy metal;Content;Evaluation

天水市自然資源優(yōu)越，氣候特征適宜蔬菜的生長[1 ]。武山縣是天水市的蔬菜種植大縣，種植歷史悠久，是甘肅省首批無公害蔬菜生產(chǎn)示范基地縣，也是黃土高原夏秋蔬菜重點區(qū)域基地縣，蔬菜種植面積2.67萬hm2左右，總產(chǎn)量130萬t，產(chǎn)值24億元，蔬菜產(chǎn)業(yè)已成為增加農(nóng)民收入精準脫貧的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一[2 ]。大棚種植蔬菜不受季節(jié)、空間、地域限制，有較高的經(jīng)濟效益，可滿足一年四季人們對新鮮蔬菜的需求。目前，武山縣的蔬菜供應(yīng)主要以大棚種植為主，但農(nóng)民為了提高蔬菜產(chǎn)量，增加效益，大量施用化肥和農(nóng)藥等，污染了大棚蔬菜種植的土壤。重金屬含量超標會改變土壤性質(zhì)，不僅抑制作物的正常生長發(fā)育、影響產(chǎn)量和品質(zhì)，而且可通過“土壤-植物-人體”食物鏈進入人體從而危害人類健康[3 - 5 ]。因此，了解設(shè)施蔬菜土壤重金屬含量的狀況，對指導(dǎo)蔬菜的安全生產(chǎn)具有重要的理論與現(xiàn)實意? ? 義[6 ]。我們對天水市蔬菜主產(chǎn)區(qū)武山縣蔬菜大棚開展調(diào)查研究，對重金屬污染狀況進行了綜合評價，以期為蔬菜大棚土壤重金屬污染監(jiān)測、防止、控制和治理提供參考。

1? ?材料與方法

1.1? ?研究區(qū)域概況

武山縣位于甘肅省東南部、天水市西北部的渭河上游，海拔1 365～3 120 m，屬溫帶大陸性半濕潤季風(fēng)氣候，冬無嚴寒，夏無酷暑，年平均氣溫9.6 ℃，降水量500 mm[7 - 9 ]。光照充足，水資源豐富，土層深厚，適宜多種蔬菜及品種生長。

1.2? ?樣品的采集

采樣點主要延河谷川道（渭河武山段、大南河、榜沙河、漳河、山丹河）及省國道周邊鴛鴦鎮(zhèn)、灘歌鎮(zhèn)、山丹鎮(zhèn)、城關(guān)鎮(zhèn)、洛門鎮(zhèn)、四門鎮(zhèn)、樺林鎮(zhèn)、龍臺鎮(zhèn)等8個鎮(zhèn)典型大棚蔬菜基地分布。按照“等量”和“多點混合”的原則，采取隨機分塊5點對角線法取樣[10 ]，結(jié)合大棚蔬菜種植種類，以大棚為樣點，每樣點選擇3個子樣點。子樣點確定后，將表土刮去，用土鉆垂直地面采樣，采樣深度為0～20 cm。采集3個相同樣點（大棚）的土層土樣，分別混合再按四分法分出1份混合樣，樣重1 kg左右。采樣時用GPS記錄點位信息。

1.3? ?樣品的處理與測定

共采集土樣46份。將采集的土壤樣品裝入樣品袋，用寫好標簽內(nèi)外各1張，注明地點、時間、深度、編號、茬口或種植品種及種植年限。運回實驗室在室溫下自然風(fēng)干，風(fēng)干后用研缽磨碎，過100目尼龍篩，然后準確稱取0.500 0 g用于測定土壤中的重金屬含量。用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）及熒光光譜儀測定Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、As、Hg的含量[11 ]。

1.4? ?評價標準與方法

1.4.1? ? 評價標準? ? 土壤評價標準采用GB5618- 1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》中的二級標準和甘肅省土壤背景值[12 ]。

1.4.2? ? 評價方法

單因子污染指數(shù)法。這種方法能夠表明某一個污染物對土壤的污染程度，單因子污染指數(shù)的計算公式如下：

式中，Pi為污染物i的項污染指數(shù)，ci為污染物i的實測濃度（mg/kg），si為污染物i的評價標準（mg/kg），風(fēng)險篩選值（選用pH > 7.5的限值）見表1，單因子污染等級標準見表2。

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法[14 ]。內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法的計算公式如下：

式中P為采樣點綜合污染指數(shù)，ave（Pi）為采樣點i單項污染指數(shù)的平均值;max（P）為采樣點i單項污染指數(shù)的最大值。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法的分級標準見表2。

潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法。是一種應(yīng)用相對廣泛的評價沉積物重（類）金屬潛在生態(tài)風(fēng)險的一種定量方法 [15 ]，計算公式為：

式中，RI為重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)，E為單一重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險因子，C為土壤重金屬的實測含量，C為甘肅省土壤背景參考值，為不同金屬生物毒性響應(yīng)因子。評價分級標準見表3。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?武山縣蔬菜大棚土壤重金屬含量的統(tǒng)計性描述

從表4可以看出，武山縣8個鎮(zhèn)蔬菜大棚土壤重金屬含量相差較大，變異系數(shù)為6.59% ～ 85.42%。7種重金屬元素空間變異性排序為 Hg > Cu > Cd > Zn > As > Ni > Pb。根據(jù)Wilding 對變異程度的分類，Ni、Pb、As（8.54%、6.59%、9.23%）為弱變異，Zn、Cd（28.76%、35.47%）為中等變異，Cu、Hg（64.43%、85.42%）為高度變異。各元素含量的最大值均超過了甘肅省土壤背景值，但Cd和Cu元素的最大值分別達到二級標準的1.2和1.8倍。7種重金屬元素的平均值均低于二級標準值，與甘肅省土壤背景值比較，除As與Ni外，Cu、Zn、Cd、Pb、Hg 5種元素的平均值均超過甘肅省土壤背景值，分別是背景值的1.6、1.4、2.4、1.2、8.4倍。

2.2? ?武山縣蔬菜大棚土壤重金屬污染評價

表5表明，重金屬的單因子污染指數(shù)平均值依次為：As > Cd > Cu > Zn > Ni > Pb > Hg。其中Cu、Cd元素輕微污染分別占樣本總量的2.3%、4.5%，說明武山縣蔬菜大棚土壤中存在一定程度的Cu 和Cd污染。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)平均值為0.470，其中內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)中度污染和輕微污染點位數(shù)均為2.3%，表明武山縣蔬菜大棚土壤受到一定程度的重金屬污染。結(jié)合樣點重金屬含量分析，渭河入武山的樺林鎮(zhèn)屬于中度污染，在大棚蔬菜種植年限長、交通便捷，人口較為稠密的渭河干流河谷區(qū)的鴛鴦鎮(zhèn)、山丹鎮(zhèn)、洛門鎮(zhèn)處于安全警戒或輕度污染程度。

2.3? ?武山縣蔬菜大棚土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險評價

武山縣8個鎮(zhèn)蔬菜大棚土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險評價結(jié)果（表6）表明，潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)平均值由大到小依次為Hg、Cd、As、Cu、Pb、Ni、Zn。其中Ni、Cu、Zn、Pb、As等5種元素均處于輕微生態(tài)風(fēng)險水平，Cd元素大部分（75%）點位數(shù)處于中等生態(tài)風(fēng)險水平;Hg元素11.4%點位數(shù)處于中等生態(tài)風(fēng)險水平，20.5%點位數(shù)處于強生態(tài)風(fēng)險水平，29.5%點位數(shù)處于很強生態(tài)風(fēng)險水平，38.6%點位數(shù)處于極強生態(tài)風(fēng)險水平。潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)（RI）平均值為438.9，其中輕微生態(tài)風(fēng)險水平點位數(shù)占4.5%，中等生態(tài)風(fēng)險水平點位數(shù)占36.4%，強生態(tài)風(fēng)險水平點位數(shù)占36.4%，很強生態(tài)風(fēng)險水平點位數(shù)占22.7%，表明武山縣蔬菜大棚土壤重金屬主要處于中—強度生態(tài)風(fēng)險水平。結(jié)合樣點重金屬含量分析，中—強度等級生態(tài)風(fēng)險程度主要分布在人口較為集中、蔬菜種植歷史悠久的鄉(xiāng)鎮(zhèn)（洛門鎮(zhèn)、城關(guān)鎮(zhèn)、鴛鴦鎮(zhèn)），說明生態(tài)風(fēng)險強的區(qū)域主要受人為因素的影響。Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、As、Hg 7種重金屬對潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)的貢獻率分別為1.1%、1.9%、0.3%、16.4%、1.4%、2.2%和76.8%，其中Hg對潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)的貢獻率最高，即Hg是潛在的致險因子。

3? ?結(jié)論與討論

武山縣蔬菜大棚土壤中7種重金屬元素的平均值均低于國家二級標準值，但Cd和Cu的最大值分別達到二級標準的1.2和1.8倍，存在局部超標情況，即Cd和Cu為是武山縣蔬菜大棚土壤的重要污染源。除As與Ni元素外，Cu、Zn、Cd、Pb、Hg 5種元素的平均值均超過甘肅省土壤背景值，表現(xiàn)不同程度的富集效應(yīng)，說明蔬菜大棚土壤重金屬聚集趨勢明顯。7種重金屬元素單因子污染指數(shù)平均值均小于1，內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)平均值為0.470，表明武山縣蔬菜大棚土壤總體狀況安全。潛在生態(tài)風(fēng)險評價表明，武山縣蔬菜大棚土壤重金屬處于中—強度生態(tài)風(fēng)險水平，生態(tài)風(fēng)險強的區(qū)域主要分布在人口較為集中種植歷史悠久的鄉(xiāng)鎮(zhèn)（洛門鎮(zhèn)、城關(guān)鎮(zhèn)、鴛鴦鎮(zhèn)），Hg對潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)的貢獻率最高，為76.8%，是潛在的致險因子。

武山縣局部蔬菜大棚土壤中存在重金屬元素Cd和Cu超標的現(xiàn)象，可能與農(nóng)民不合理施用農(nóng)藥、化肥以及雞糞和豬糞等有關(guān)，農(nóng)民長期的不良種植習(xí)慣及人為活動會增加該區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險。在今后的大棚蔬菜生產(chǎn)過程中，應(yīng)該加強無公害蔬菜安全生產(chǎn)的宣傳[16 ]，規(guī)范施用肥料和農(nóng)藥，盡量減少使用傳統(tǒng)塑料、地膜，嚴格控制農(nóng)藥、化肥以及畜禽糞便的使用量，使用生物有機肥，降低重金屬元素對環(huán)境的污染。

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