李靜++王明銳++張雋嫻+汪淏+++姚晶晶+陶寧麗+路磊+易甜+樊銘勇
摘要:采用田間采樣和室內(nèi)分析相結(jié)合的方法,對(duì)湖北省武漢、宜昌、荊門、荊州、恩施州、十堰、咸寧和黃岡共8個(gè)地區(qū)的45個(gè)主要蔬菜生產(chǎn)基地的pH和6種重金屬(鎘、汞、砷、鉛、鉻、銅)含量進(jìn)行測(cè)定,再利用單項(xiàng)污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)方法,對(duì)土壤重金屬的污染狀況進(jìn)行分析。結(jié)果表明,45個(gè)土壤樣點(diǎn)pH范圍為4.59~8.42,42.2%樣點(diǎn)偏酸性;重金屬含量均在《NY/T 391-2013綠色食品 產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》限量標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi),適宜發(fā)展綠色食品;單項(xiàng)污染指數(shù)表明黃岡市Cr、Cu和荊州市Cr單項(xiàng)污染指數(shù)超過(guò)0.7,臨近警戒線;綜合污染指數(shù)表明黃岡市重金屬污染程度處于警戒線,其他地區(qū)均是安全的。
關(guān)鍵詞:蔬菜基地;土壤;重金屬污染;湖北省
中圖分類號(hào):X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):0439-8114(2016)24-6563-05
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.24.060
土壤是人類生產(chǎn)食物最基本的生產(chǎn)資料和人類活動(dòng)的基本場(chǎng)所。隨著現(xiàn)代工業(yè)和農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展、城市化進(jìn)程不斷加快和人類活動(dòng)的影響,重金屬通過(guò)各種途徑進(jìn)入土壤并累積吸附在土壤中。由于重金屬遷移程度小,在土壤中很難去除,通過(guò)蔬菜根部到植株中,嚴(yán)重影響品質(zhì),同時(shí)對(duì)人體健康帶來(lái)較大隱患。因此,深入了解重金屬污染對(duì)蔬菜的影響,提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全,減少重金屬對(duì)人類的危害十分必要[1]。
2000年初,對(duì)蔬菜產(chǎn)地重金屬污染狀況開(kāi)始了研究。自2004年實(shí)行食品質(zhì)量安全市場(chǎng)準(zhǔn)入制度以來(lái),人們對(duì)食品安全更加重視。農(nóng)業(yè)部門積極大力推進(jìn)“三品一標(biāo)”工作,將“三品一標(biāo)”認(rèn)證工作作為確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的重要抓手,開(kāi)展產(chǎn)地環(huán)境評(píng)價(jià)和產(chǎn)品認(rèn)證檢驗(yàn)工作。對(duì)“三品一標(biāo)”產(chǎn)地環(huán)境的評(píng)價(jià)工作,可以更進(jìn)一步掌控蔬菜基地的重金屬污染狀況。如吉林省采用單因子污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法,對(duì)龍井市近郊農(nóng)田土壤重金屬Cu、Zn、Pb、Cd含量進(jìn)行調(diào)查,重金屬污染程度為輕度污染,主要污染元素為Cd[2]。重慶市曾對(duì)永川區(qū)近郊蔬菜地土壤重金屬污染進(jìn)行調(diào)查,其主要污染元素為Pb;從綜合污染指數(shù)方面來(lái)看,土壤污染處于警戒級(jí)和輕污染級(jí)[3]。
近幾年來(lái),湖北省城鎮(zhèn)化的進(jìn)度加快,多地遭受重金屬污染比較嚴(yán)重,曾有黃石市和大冶市關(guān)于重金屬污染整治方面的報(bào)道[4,5]。但關(guān)于湖北省蔬菜基地重金屬污染的系統(tǒng)研究報(bào)道卻不多。2012年張媛媛等[6]對(duì)武漢市蔬菜基地重金屬污染現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查,選取武漢市江夏區(qū)、洪山區(qū)等地的24個(gè)蔬菜基地,分別對(duì)土壤的pH、EC、有機(jī)質(zhì)含量以及Cu、Zn、Cd和Pb 4種重金屬含量進(jìn)行調(diào)查和分析。結(jié)果顯示,24個(gè)采樣點(diǎn)的土壤重金屬含量均在《GB 15618-1995土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[7]限量標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi),為蔬菜安全生產(chǎn)基地,但同時(shí)也提出采取多種措施控制重金屬污染源,高度重視土壤酸化比較嚴(yán)重的部分蔬菜基地。
湖北省是蔬菜種植大省,為保障蔬菜質(zhì)量安全,各級(jí)政府大力推進(jìn)“三品一標(biāo)”產(chǎn)品認(rèn)證。本研究以湖北省武漢、宜昌、荊門、荊州、恩施州、十堰、咸寧和黃岡8個(gè)地區(qū)的45個(gè)主要綠色食品蔬菜基地為調(diào)查樣點(diǎn),通過(guò)實(shí)地采集土壤樣品,測(cè)定土壤pH和重金屬元素(Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu)含量,分析并評(píng)價(jià)了8個(gè)地區(qū)蔬菜基地土壤重金屬的污染現(xiàn)狀,旨在為保障湖北省蔬菜基地的土壤安全和防治等提供一定參考依據(jù)。由于《GB 15618-1995土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的污染限量要求比較寬泛,可能會(huì)放松對(duì)土壤重金屬的污染預(yù)警。為了與目前高品質(zhì)的食品安全要求相適應(yīng),同時(shí)采用《NY/T 391-2013綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》[8]標(biāo)準(zhǔn)對(duì)6種重金屬含量進(jìn)行評(píng)價(jià)。
1 材料與方法
1.1 樣品采集與處理
根據(jù)《HJ/T 166-2004土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》[9]標(biāo)準(zhǔn)布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)并采集0~20 cm耕層土壤,每個(gè)蔬菜生產(chǎn)基地采集3個(gè)不同位置、不同點(diǎn)數(shù)的土樣,即每個(gè)基地抽取3份土樣,共采集土壤樣品135份。采集的土壤樣品經(jīng)自然風(fēng)干后,研磨過(guò)100目尼龍篩后混勻,保存于采樣袋中,待測(cè)。
1.2 樣品分析方法
土壤浸提后采用電位法測(cè)定土壤pH(PHS-3C型酸度計(jì));土壤鎘、鉛的測(cè)定方法采取石墨爐原子吸收分光光度法(GB/T 17141-1997)[10];汞的測(cè)定方法采用原子熒光法(GB/T 22105.1-2008)[11];砷的測(cè)定方法采用原子熒光法(GB/T 22105.2-2008)[12];鉻的測(cè)定方法采用火焰原子吸收分光光度法(HJ 491-2009)[13];銅的測(cè)定方法采用火焰原子吸收分光光度法(GB/T 17138-1997)[14]。
1.3 土壤重金屬含量評(píng)價(jià)
以《NY/T 391-2013綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》標(biāo)準(zhǔn)中的旱田土壤環(huán)境質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)值作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表1),采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)羅梅(Nemerow)綜合污染指數(shù)法[15]對(duì)土壤污染現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)。
單因子污染指數(shù)的計(jì)算公式為:Pi=Ci/Si
式中,Pi為土壤中第i種污染物的環(huán)境質(zhì)量指數(shù);Ci為第i種污染物的實(shí)際濃度;Si為第i種污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。
式中,P綜為土壤重金屬的綜合污染指數(shù);Pimax為測(cè)定點(diǎn)的單項(xiàng)污染指數(shù)中的最大值;Pave為測(cè)定點(diǎn)的所有污染物單項(xiàng)污染指數(shù)的平均值。
單因子污染指數(shù)法常用于評(píng)價(jià)土壤被某一重金屬的污染程度。而綜合污染指數(shù)法是一種兼極值的綜合評(píng)價(jià)方法,既考慮了單項(xiàng)元素的作用,又突出污染最嚴(yán)重元素的重要性,可以評(píng)定每一個(gè)測(cè)試點(diǎn)的土壤綜合污染水平。根據(jù)內(nèi)梅羅污染綜合指數(shù)法,將土壤的污染情況劃分為 5個(gè)等級(jí),污染等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。
2 結(jié)果與分析
2.1 不同地區(qū)蔬菜基地土壤pH和重金屬含量比較
湖北省武漢、宜昌、荊門、荊州、恩施州、十堰、咸寧和黃岡8個(gè)地區(qū)的45個(gè)主要蔬菜基地土壤的pH分布情況如圖1所示。由圖1可以看出,pH分布范圍為4.59~8.42。在45個(gè)蔬菜基地中,19個(gè)基地pH<6.5,呈酸性;12個(gè)基地6.5
如表3所示,湖北省8個(gè)地區(qū)的蔬菜基地土壤重金屬含量均沒(méi)有超出綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(NY/T 391-2013)對(duì)旱田土壤環(huán)境質(zhì)量的要求。參照湖北省土壤背景值[16](未受人類污染影響的自然環(huán)境中化學(xué)元素和化合物的含量),45個(gè)基地中有6個(gè)基地的Hg、As和Pb含量超出湖北省土壤背景值,其中Hg的累積最明顯,宜昌市有3個(gè)基地、黃岡市有1個(gè)基地Hg含量超出背景值;另外荊州市有1個(gè)基地的Pb含量超出了背景值,恩施州有1個(gè)基地的As含量超出背景值;但總體來(lái)說(shuō),超標(biāo)率都不超過(guò)20%。被調(diào)查的所有基地重金屬Cd、Cr和Cu含量均低于土壤背景值,無(wú)明顯累積;武漢、荊門、十堰和咸寧被調(diào)查的蔬菜基地6種重金屬含量均低于土壤背景值。
2.2 不同地區(qū)蔬菜基地重金屬的含量差異
如表4所示,宜昌和十堰市蔬菜基地的Cd含量平均值最高,荊州市的最低;黃岡市蔬菜基地的Hg平均含量最高,是荊門市的3.8倍;恩施州土壤As含量高,是十堰市的2.6倍;黃岡市的Pb平均含量最高,咸寧市的最低;黃岡市的Cr平均含量最高,比恩施州的高出28.84 mg/kg;黃岡市蔬菜基地的Cu平均含量最高,咸寧市的最低。但相同市區(qū)不同取樣地點(diǎn)的重金屬含量差異比較大,如黃岡市編號(hào)為J44基地的Cd含量是J45的3.6倍,而J45基地的As含量是J44的3.2倍。
2.3 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)結(jié)果
2.3.1 單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià) 湖北省各地區(qū)蔬菜基地土壤中Cd、Hg、As、Pb、Cr和Cu 6種重金屬元素的單因子污染指數(shù)和評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可以看出,湖北省8個(gè)地區(qū)45個(gè)被調(diào)查的基地上述6種重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)均小于1,說(shuō)明8個(gè)地區(qū)蔬菜基地的Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu含量均未超標(biāo)。但荊州地區(qū)的Cr和黃岡地區(qū)的Cr、Cu的單項(xiàng)污染指數(shù)均超過(guò)0.7,表明這兩個(gè)地區(qū)的Cr、Cu污染處于警戒線級(jí)別,需要及時(shí)預(yù)防。
2.3.2 綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià) 僅使用單因子污染指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)不能反映土壤的整體污染情況。而綜合污染指數(shù)法是一種兼極值的綜合評(píng)價(jià)方法,可以評(píng)定土壤綜合污染水平。從表5還可以看出,湖北省8個(gè)地區(qū)的綜合污染指數(shù)均小于1,根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可以判斷這些地區(qū)的蔬菜基地污染水平處于尚清潔狀態(tài)。但是黃岡市的土壤綜合污染指數(shù)大于0.7,表明該地區(qū)的蔬菜基地污染水平雖然處于尚清潔狀態(tài),但重金屬污染達(dá)到了警戒線。
3 結(jié)論與討論
3.1 結(jié)論
通過(guò)對(duì)湖北省武漢、宜昌、荊門、荊州、恩施州、十堰、咸寧和黃岡8個(gè)地區(qū)的45個(gè)主要綠色食品蔬菜生產(chǎn)基地進(jìn)行田間采樣和室內(nèi)分析,試驗(yàn)結(jié)論如下:
1)所調(diào)查的45個(gè)基地pH<6.5有19個(gè),占42.2%,6.5
2)武漢、荊門、十堰和咸寧地區(qū)被調(diào)查的蔬菜基地6種重金屬含量均低于土壤背景值。另外4個(gè)地區(qū)有6個(gè)基地的Hg、As和Pb含量超出湖北省土壤背景值,其中Hg的累積最明顯,表現(xiàn)為宜昌市的3個(gè)基地、黃岡市的1個(gè)基地Hg含量超出背景值。但總體來(lái)說(shuō),超標(biāo)率都低于20%。
3)不同地區(qū)蔬菜基地重金屬的含量差異比較大。黃岡市蔬菜基地的Hg平均含量是荊門市的3.8倍,Cr平均含量比恩施州的高出28.84 mg/kg;相同市區(qū)不同取樣地點(diǎn)的重金屬含量差異也比較大,如黃岡市2個(gè)蔬菜基地的Cd和As含量差異達(dá)到了3倍以上。
4)單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明,湖北省8個(gè)地區(qū)的Cd、Hg、As、Pb、Cr和Cu 6種重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)雖然均小于1,含量未超標(biāo),但黃岡Cr、Cu和荊州Cr的單項(xiàng)污染指數(shù)均超過(guò)0.7,表明這兩個(gè)地區(qū)的Cr、Cu污染臨近警戒線。
5)綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明,黃岡市的重金屬綜合污染指數(shù)大于0.7,土壤等級(jí)為2級(jí),臨近警戒線。其他地區(qū)的土壤重金屬綜合污染指數(shù)均小于0.7,土壤等級(jí)為1級(jí),均處于安全狀態(tài)。
3.2 討論
所調(diào)查的湖北省45個(gè)蔬菜基地中有19個(gè)基地土壤pH小于6.5,占比42.2%,接近50%,一般造成土壤酸化的原因有3個(gè)方面:①降水量大而且集中,淋溶作用強(qiáng)烈,鈣、鎂、鉀等堿性鹽基大量流失;②施石灰、燒火糞、施有機(jī)肥等傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)措施的缺失,使耕地土壤養(yǎng)分失衡;③長(zhǎng)期大量施用化肥是造成土壤酸化的重要原因。Singh等[17]認(rèn)為土壤重金屬含量與土壤pH大小有關(guān),pH越小,重金屬被解吸的越多,活性越強(qiáng),越容易被植物吸收,因此土壤酸化會(huì)導(dǎo)致重金屬向植物體內(nèi)遷移和累積。應(yīng)結(jié)合不同蔬菜對(duì)土壤pH不同要求采取合適措施改良土壤的酸堿性,例如對(duì)于酸性土壤,可增施熟石灰、草木灰等[18]來(lái)中和土壤的酸性;對(duì)于堿性土壤,可施用沸石[19]和燃煤煙氣脫硫副產(chǎn)物[20]等減少土壤的堿性,并且每年應(yīng)對(duì)土壤pH進(jìn)行跟蹤調(diào)查。
8個(gè)地區(qū)蔬菜基地重金屬Cd、Hg、As、Pb、Cr和Cu含量均沒(méi)有超出綠色食品環(huán)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)的限量值,適合發(fā)展綠色食品。但是根據(jù)湖北省土壤背景值的要求,有個(gè)別蔬菜基地的重金屬超標(biāo),特別是宜昌市有3個(gè)基地的Hg超標(biāo)。由于土壤中重金屬的來(lái)源是多途徑的,根據(jù)該地區(qū)所處的環(huán)境推測(cè)原因主要有:①基地多處于山區(qū)地帶,地礦中含有一定量的重金屬元素,地質(zhì)背景的原因可能導(dǎo)致土壤重金屬含量超標(biāo);②該地區(qū)的蔬菜種植基地多屬于傳統(tǒng)蔬菜種植基地,常年施肥(肥料中含有一定量重金屬元素)使得土壤中重金屬含量增加。雖然Hg含量超標(biāo)率不到20%,但是還是要引起重視。
被調(diào)查的8個(gè)地區(qū)只有黃岡市的綜合污染指數(shù)達(dá)到2級(jí),處于警戒線,其他地區(qū)均處于安全狀態(tài)??赡茉蛴校孩僭摰貐^(qū)被調(diào)查的蔬菜基地太少,數(shù)據(jù)離散程度過(guò)大;②蔬菜基地位于山區(qū)地帶,地質(zhì)背景的原因可能導(dǎo)致土壤重金屬含量較高。由于綜合污染指數(shù)計(jì)算時(shí)只是依據(jù)pH分級(jí),沒(méi)有科學(xué)地細(xì)分,當(dāng)綜合污染指數(shù)大于0.7時(shí),酸性和堿性土壤對(duì)重金屬吸附水平差別較大,特別是土壤pH<6.5,P綜>0.7時(shí),重金屬活性將會(huì)大大增加,很容易吸附在土壤中最后被植物吸收;而另一方面不同植物可能對(duì)重金屬吸附水平也不同,故P綜>0.7時(shí),蔬菜中重金屬含量也不一定超標(biāo)。因此如何更加科學(xué)評(píng)價(jià)基地污染還需要做進(jìn)一步研究。
參考文獻(xiàn):
[1] 趙軍蘭,張浩波,趙國(guó)虎,等.蘭州市安寧區(qū)蔬菜地土壤酸度及重金屬的測(cè)定和評(píng)價(jià)[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2012,47(2):115-119.
[2] 金成俊,金明姬,元燦熙,等.龍井市近郊農(nóng)田土壤重金屬污染評(píng)價(jià)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,39(33):20433-20434.
[3] 鄭耀星,阮永明,張黎蕾.永川區(qū)近郊蔬菜地土壤重金屬污染調(diào)查與評(píng)價(jià)[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,40(19):167-170.
[4] 湖北黃石整治重金屬污染[J].黃金科學(xué)技術(shù),2011(4):58.
[5] 李 麗.關(guān)于重金屬污染防治法律對(duì)策的探析—以大冶市為例[J].湖北師范學(xué)院學(xué)報(bào)(哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版),2012,32(6):97-99.
[6] 張媛媛,朱林耀,王孝琴,等.武漢市蔬菜基地重金屬污染現(xiàn)狀調(diào)查[J].長(zhǎng)江蔬菜,2012(24):83-86.
[7] GB 15618-1995,土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].
[8] NY/T 391-2013,綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量[S].
[9] HJ/T 166-2004,土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].
[10] GB/T 17141-1997,土壤質(zhì)量鉛、鎘的測(cè)定石墨爐原子吸收分光光度法[S].
[11] GB/T 22105.1-2008,土壤質(zhì)量總汞、總砷、總鉛的測(cè)定原子熒光法第1部分:土壤中總汞的測(cè)定[S].
[12] GB/T 22105.2-2008,土壤質(zhì)量總汞、總砷、總鉛的測(cè)定原子熒光法第2部分:土壤中總砷的測(cè)定[S].
[13] HJ 491-2009,土壤總鉻的測(cè)定火焰原子吸收分光光度法[S].
[14] GB/T 17138-1997,土壤質(zhì)量銅、鋅的測(cè)定火焰原子吸收分光光度法[S].
[15] 向仲香.成都市近郊蔬菜基地土壤重金屬污染現(xiàn)狀評(píng)價(jià)——以2個(gè)蔬菜基地為例[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2013(16):212-214.
[16] 黃 敏,楊海舟,余 萃,等.武漢市土壤重金屬積累特征及其污染評(píng)價(jià)[J].水土保持學(xué)報(bào),2010,24(4):135-139.
[17] SINGH B R,KRISTEN M. Cadmium uptake by barley as affected by Cd sources and pH levels[J].Geoderma,1998,84:185-194.
[18] 王 寧,李久玉,徐仁扣.土壤酸化及酸性土壤的改良和管理[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào),2007,13(23):48-51.
[19] 李長(zhǎng)洪,李華興,張新明.天然沸石對(duì)土壤及養(yǎng)分有效性的影響[J].土壤與環(huán)境,2000,9(2):163-165.
[20] 李躍進(jìn),烏力更,蘆永興,等.燃煤煙氣脫硫副產(chǎn)物改良?jí)A化土壤田間試驗(yàn)研究[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào),2004,19(S1):10-15.