平凉市菜田土壤重金属累积程度及同源相关性研究

秦志前 ，张军钱 ，田耿智 ，张艳丽

（1.甘肃省平凉市农业技术推广站，甘肃 平凉 744000；2.甘肃省平凉市农产品质量安全检测检验中心，甘肃 平凉 744000）

重金属在土壤中的积累、迁移不仅危害区域 生态安全，影响蔬菜生长发育，而且通过食物链进入人体，危害人体健康［1］。随着蔬菜质量安全问题的日益凸显，土壤重金属污染引起了科技界的广泛关注，国外学者提出了地累积指数法，并应用土壤重金属累积对重金属污染进行了较多的评价［2］，国内学者也进行了相关研究［3～8］，但分土类进行上述研究未见报道。为填补分土类土壤重金属累积评价研究的空白，为平凉市现有蔬菜产地土壤利用方向提供指导，平凉市农业技术推广站开展了平凉市蔬菜产地分土类重金属累积程度及同源相关性研究，现将结果报道如下。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

平凉市位于甘肃省东部，属陇东、陇中黄土高原地貌［9］，地处东经105°21′～107°51′，北纬34°54′～35°46′，总面积1.11万km2。年降水量479.3～627.6mm，年平均气温8.5℃，年日照总时数2 135.8～2 445.7 h。黄绵土、黑垆土、新积土面积总计占全市总土壤面积的75.4%，其中黑垆土占10.2%，黄绵土占59.6%，新积土占5.6%［10］。

1.2 样品采集

根据中华人民共和国农业部《农田土壤环境质量监测技术规范》（NY/T395-2000）和中华人民共和国环境保护行业标准《土壤环境监测技术规范》（HJ/T166-2004） 进行土壤样点布置与采集［11～12］，采样深度为土壤耕作层（0～20 cm）。2004—2011年先后在全市7个县（区）蔬菜基地获取土壤样本147点（次），其中黑垆土30点（次）、新积土72点（次）、黄绵土34点（次）、灰褐土3点（次）、红粘土4点（次）、潮土4点（次）。土样经室内自然风干后在玛瑙研钵中研磨，过100目尼龙网筛，充分混合均匀后装入纸样袋待测。

1.3 检测方法

用石墨炉原子吸收分光光度法（GB/T17141-1997）测 定 镉 （Cd）、 铅 （Pb）， 用 冷 原 子 吸 收 法（GB/T17136-1997）测定汞（Hg），用火焰原子吸收分光光度计法（GB/T17137-1997）测定铬（Cr），用硼氢化钾-硝酸银分光光度法（GB/T17135-1997）测定砷（As），用森林土壤pH测定法（GB/T7859-87）测定pH，其它测试项目参考相关标准。

1.4 数据处理

采用Excel2003软件和SPSS 10.0统计软件进行检测数据统计分析。

1.5 评价方法

1.5.1 污染因子及评价土类 选择中毒性比较强的重金属Cd、As、Hg、Pb、Cr作为土壤特征污染因子［5，13～14］。评价土类选择黄绵土、黑垆土、新积土3个主要土类，灰褐土、潮土、红粘土由于样点比较少，评价结果有待进一步研究。

1.5.2 评价标准与方法 选用《土壤环境质量标准》（GB15618—1995）二级标准作为平凉市蔬菜产地土壤重金属评价指标（表1）［15］。

表1 土壤环境质量标准

1.5.3 地累积指数法 德国科学家Muller于1979年提出，将土壤重金属累计污染程度划分为7级（表2），计算公式如下。

式中，Igeo（i）是某一种重金属地累积指数，Igeo是重金属综合地累积指数，Cn是元素n在土壤表层（耕层）中的含量，Bn为土壤中该元素地球化学背景值，以甘肃省土壤地球化学背景值为参照标准（表3），1.5是背景值校正系数［2］。

表2 地累积指数污染评价标准

表3 甘肃省土壤地球化学背景值A层监测结果 mg/kg

2 结果与分析

2.1 重金属含量及分布范围

由表4可知，平凉市蔬菜产地土壤的5种重金属含量的平均值均未超过《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）一级标准限值，但其中有3个样点的含量超过国家土壤环境一级标准，低于二级标准限值，即泾川县窑店乡公主村（黑垆土）、泾川县高平镇三十里铺村（黑垆土）As含量分别为17.600、20.200mg/kg，静宁县仁大镇深沟村（黄绵土）Cd含量为0.511 mg/kg。同时可以看出，As、Hg、Pb、Cr、Cd的变异系数加权平均值分别为30.72%、93.94%、47.72%、28.36%、60.84%，Hg的变异系数最大，Cr的变异系数最小，说明Hg、Cd分布不均匀，其它重金属分布相对均匀。

表4 平凉市各土类土壤重金属含量及特征

2.2 地累积指数评价

根据公式（1）、（2），以表3背景值标准，得到各样点土壤重金属地累积指数（表5），并按土类得出平凉市各土类土壤重金属地累积指数（表6），按累积程度得出平凉市不同土类的土壤重金属累积程度分布结果（表7）和平凉市不同土类土壤不同重金属累积轻度以上样点（表8）。

由表6可知，平凉市不同土类土壤重金属地累积指数的趋势黑垆土为Igeo（Pb）＞Igeo（Cr）＞Igeo（As）＞Igeo（Hg）＞Igeo（Cd）， 新积土为Igeo（Pb）＞Igeo（C）r＞Igeo（Hg）＞Igeo（As）＞Igeo（Cd）， 黄绵土为Igeo（Pb）＞Igeo（Cd）＞Igeo（Cr）＞Igeo（As）＞Igeo（Hg）， 灰褐土为 Igeo（Cd） ＞Igeo（C）r＞Igeo（As） ＞Igeo（Pb）＞Igeo（Hg）， 红粘土为Igeo（Cd）＞Igeo（Pb）＞Igeo（Hg）＞Igeo（As）＞Igeo（Cr），潮土为Igeo（Hg）＞Igeo（Pb）＞Igeo（Cr）＞ Igeo（As）＞ Igeo（Cd）。

由表7、表8可知，各土类不同重金属累积为0级，即无积累的有77个样点（次），占样点总数的52.4%；1级轻度累积有49个样点（次），占样点总数的33.3%；2级中度累积有14个样点（次），占样点总数的9.5%；3级重度积累有7个样点（次），占样点总数的4.8%。重金属累积由大到小的趋势为Pb、Hg、Cd、As、Cr。其中土壤Pb、Hg的积累比较明显，达到重度累积的样点7个，占总样点数的4.8%；其余重金属均属轻度累积或无累积。从综合地累积指数结果可知，平凉市蔬菜产地土壤只有1个新积土样点（次）的综合地累积指数达到1级，属轻度累积，其余146个样点（次）综合地累积指数均小于零，属无累积状态，说明平凉市蔬菜产地土壤重金属累积总体上处于安全水平。

表6 平凉市各土类土壤重金属地累积指数

表7 平凉市不同土类土壤重金属累积程度分布结果

表8 各土类不同重金属累积轻度以上样点数 个

2.3 土壤重金属污染同源相关性

对147个样点（次）土壤的5种重金属含量应用SPSS 10.0软件进行了相关性分析，结果（表9）表明，Hg与其它元素之间无相关关系，与其它重金属不同源，累积过程和来源途径是单独和独立的；As与Pb、Cr、Cd存在极显著相关关系，说明As与Pb、Cr、Cd存在高度的同源性；Pb与As、Cr、Cd存在极显著相关性，说明它们之间也存在高度的同源性；Cr与As、Pb极显著相关，高度同源；Cd与As、Pb存在极显著相关，高度同源；Cd与Cr没有相关性，不同源。

表9 土壤重金属元素含量相关分析①

3 结论

1） 平凉市蔬菜产地不同土类的As、Hg、Pb、Cr、Cd含量平均值分别为9.957、0.038、32.162、65.983、0.119mg/kg，均未超过《国家土壤环境质量标准》（GB15618-1995）一级标准限值； As、Hg、Pb、Cr、Cd的变异系数平均值分别为30.72%、93.94%、47.72%、28.36%、60.84%。其中Hg、Cd分布不均匀，As、Pb、Cr分布相对均匀。新积土有1个样点（次）综合地累积指数为0.058，属轻度累积，其余146个样点（次）综合地累积指数均小于零，属无累积状态，As、Hg、Pb、Cr、Cd地累积指数平均值分别为-1.155、-1.415、-0.519、-1.194、-0.856，Pb、Hg、Cd的积累比较明显。

2）Hg与其它元素之间没有相关关系，与其它重金属不同源，累积过程和来源途径是单独和独立的；Cd与Cr没有相关性，不同源；As与Pb、Cr、Cd极显著相关，存在高度的同源性；Pb与As、Cr、Cd极显著相关，也存在高度的同源性；Cr与As、Pb极显著相关，高度同源；Cd与As、Pb极显著相关，也高度同源。

［1］ 范栓喜，甘卓亭，李美娟，等.土壤重金属污染评价方法进展［J］. 中国农学通报，2010，26（17）：310-315.

［2］ TIPPING E， RIEUWERTS J， Pan G et al.The solidsolution partitioning of heavymetal （Cu，Zn，Cd，Pb）in upland soil of England and Wales［J］.Environment Pollution，2003，125（2）：213-225.

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［13］ 甘肃省环境保护厅.甘肃省土壤污染状况调查报告［R］.2010.

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