蔬菜基地土壤、蔬菜重金属赋存水平的时空变化分析

赵超凡 黄晓岚 杨志敏 陈玉成

蔬菜基地土壤、蔬菜重金属赋存水平的时空变化分析

赵超凡 黄晓岚 杨志敏 陈玉成

对重庆市9 个蔬菜基地土壤、蔬菜样品中的Hg、Cd、Pb、As含量进行了监测分析。结果发现，土壤样品中Hg、Cd、Pb、As平均质量比为0.240、0.357、23.377、19.159 mg/kg，重金属污染指数为Cd＞Hg＞As＞Pb，土壤重金属污染程度差异为城区≈近郊区＞远郊区。蔬菜样品除个别瓢儿白Hg略有超标外，其余重金属都符合质量安全标准。与同区域1999年数据相比，基地土壤酸化明显，土壤As、Hg、Pb、Cd综合污染指数全部提高，单项指数Hg、Cd提高最多。蔬菜重金属含量有提高，其中以Pb、Cd、As提升最为明显。

土壤；蔬菜；重金属；评价

重庆市多个蔬菜基地分布在交通相对便利的城市郊区，面临着城市工业、生活的潜在污染威胁，也面临着农业生产本身高复种指数、高化学品投入的密集种植方式的污染威胁。蔬菜基地土壤所承载、聚集的化学物质也随之增加。其中，重金属容易在土壤中富集并通过农产品进入食物链，从而影响人体健康。越来越多研究显示，一般农产品中的重金属主要来自土壤。重庆市曾于直辖之初调查分析多个蔬菜基地土壤、蔬菜中Hg、Cd、Pb、As的污染状况[1]，但时隔14 年来，重庆市经济及建设高速发展，对生态环境质量也产生着巨大的影响，原有蔬菜基地重金属发展趋势如何？因此，选取与1999年相同蔬菜基地，对其土壤和常规蔬菜进行了采样、分析及评价，以期了解重庆市蔬菜基地土壤、蔬菜重金属含量现状及时空变化情况，为重庆市蔬菜基地及农产品安全管理提供依据。

1 材料与方法

1.1 采样与分析

选取涪陵、万州、黔江、璧山、九龙坡、北碚、潼南、铜梁、武隆的蔬菜基地，共取代表性土样65 个，蔬菜样47 个。

Cd、Pb采用王水-高氯酸（V/V=2/1）原子吸收分光光度法；As采用二乙基二硫代氨基甲酸银比色法；Hg用冷原子吸收分光光度法。

1.2 评价方法

1.2.1 评价标准

评价采用《绿色食品标准》(NY/T 391—2000)中土壤重金属的质量比限值（表1，同1999年的文献）；食品重金属限量卫生标准（表2）。

表1 旱地土壤中重金属的质量比限值 单位：mg/kg

表2 蔬菜重金属评价标准 单位：mg/kg

1.2.2 评价方法

采用指数法对检测结果进行统计分析和评价。单项污染指数法采用[2]：

式中，Pi为土壤环境中污染物i的单项污染指数；Ci为土壤环境中污染物i的实测数据；Si为污染物i的标准值。

综合污染指数法采用[2]：

式中，P综为综合污染指数（综合反映各污染物对土壤的不同作用）；(Pimax)2为土壤所有污染物中最大单项污染指数平方为土壤所有单项污染指数的平均值平方。

1.2.3 土壤质量分级标准

土壤质量分级标准[3]见表3。

2 结果与分析

2.1 蔬菜基地土壤重金属含量

重庆市9 区县蔬菜基地土壤重金属分析结果见表4。土样中Hg、Cd、Pb、As质量比分别为0.05～0.53、0.11～0.57、13.31～47.78、8.54～42.33 mg/kg，平均值分别为0.240、0.357、23.377、19.159 mg/kg，标准差分别为0.107、0.089、5.652、7.537，变异系数分别为0.487、0.451、0.242、0.293，就重金属均值Hg、Pb、As 均未超过绿色食品生产要求。变异系数是反映样品变异程度的一个统计量，能在一定程度上反映样品的来源和受人影响的程度。从变异系数大小角度来看，Hg＞Cd＞As＞Pb，这主要与Hg、Cd 土壤背景值较低，相对于As、Pb对农业种植、“三废”排放等人为活动更为敏感，受点源污染的可能性更大[4]。

2.2 蔬菜基地蔬菜重金属含量

蔬菜重金属分析结果显示（表5），萝卜、瓢儿白样品的Cd、Pb均值分别为0.04、0.10 mg/kg和0.05、0.14 mg/ kg，未超标。萝卜、瓢儿白样品中Hg、As检出率分别为30.4 %、26.7 %和29.1 %、33.3 %，未超标。武隆、璧山萝卜样品中均有1 个样品的Hg含量略高于标准，璧山瓢儿白样品中有1 个样品的Hg含量高于标准。究其原因，土壤已有一定水平的Hg，土壤酸化（表6），使得更多的Hg呈交换态，利于蔬菜吸收。

2.3 土壤、蔬菜重金属含量的时空差异

2.3.1 蔬菜基地土壤酸度变化

1999年和2012年调查结果对比显示，蔬菜基地土壤近年酸化明显（表6）。其中九龙坡、璧山、涪陵最为严重。土壤酸化不但能够导致土壤盐基离子与养分的淋失，造成土壤保蓄能力下降，进而降低生产能力，还能大大增加土壤中重金属的危害程度[4-6]。1999年和2012年各蔬菜基地综合污染指数的变化，除了与土壤自身所聚集的重金属量增加以外，与土壤酸化有密切联系。

2.3.2 蔬菜基地土壤重金属时空变化

对比1999年与2012年9 区县蔬菜基地土壤的污染指数（图1～图5），绝大部分Hg、Pb污染指数都有小幅度增加；Cd、As污染指数全部上升；综合污染指数都有较大提升。除铜梁、万州有所减轻外，其余区县Hg污染指数都有不同程度的增加，其中武隆、璧山增加最多。涪陵和万州的Cd污染指数提升最多，指数分别由0.12 升至1.65、0.06 升至1.27。除铜梁、武隆、九龙坡外，其余区县Pb污染指数都有所提高，但都未超过标准。所有区县As污染指数都有较大幅度提升，其中以涪陵提升最多。Cd、Hg污染指数是重金属综合污染指数提高的最主要原因。重庆直辖以来，城镇化、工业化加快，自2006年以来，全市GDP年均增长15.2 %，城市、经济的快速发展给环境带来了巨大压力。伴随城市扩张，城市距离原郊区的蔬菜基地越来越近，这就可能使得由外部环境进入到农田土壤中重金属越来越多。从农业产业角度看，农药、化肥长期施用，蔬菜基地高强度的耕种负荷则可能是促使土壤重金属积累量提高的直接原因。

据统计，采集土样中近郊区（璧山、九龙坡、北碚）Hg、Cd、Pb、As质量比分别为0.14～0.43、0.11～0.57、13.58～34.75、8.54～38.84 mg/kg，标准差分别为0.24、0.31、5.78、7.54，变异系数分别为0.31、0.17、0.30、0.25；远郊区（潼南、铜梁、武隆）Hg、Cd、Pb、As质量比分别为0.10～0.53、0.15～0.49、13.31～29.63、10.79～28.32 mg/kg，标准差分别为0.26、0.34、5.52、6.71，变异系数分别为0.37、0.28、0.45、0.22；城区（涪陵、万州、黔江）Hg、Cd、Pb、As质量比分别为0.05～0.38、0.29～0.55、13.33～47.78、10.69～42.33 mg/kg，标准差分别为0.24、0.40、6.07、7.38，变异系数分别为0.35、0.27、0.32、0.45。蔬菜基地土壤污染程度差异为城区≈近郊区＞远郊区（图6），与1999年调查结果较为相符[1]。这是因为城区和近郊区的蔬菜基地承担着各区域和主城区蔬菜供应任务，其任务量决定了这两部分蔬菜基地的耕植强度、含重金属农用化学品用量都要大于远郊区蔬菜基地；其次，城市是蔬菜基地主要重金属来源之一，从城市汇入蔬菜城区与近郊区区县蔬菜基地土壤的重金属也要大于远郊区的蔬菜基地。这就从空间上造成了蔬菜基地土壤重金属含量的不同。

表3 土壤质量分级标准

表4 不同区县蔬菜基地土壤重金属监测结果 单位：mg/kg

分析结果还显示（图1～图5），2012年所采土样重金属污染程度几乎均为Cd＞Hg＞As＞Pb。各区县蔬菜基地自身地理情况（海拔高度、丘陵或山地等）、规模、主要蔬菜种类，影响了农业种植模式（复种情况、灌溉方式）、施用化肥、农药的种类及用量，造成了重金属在土壤中的富集速率的不同。

表5 重庆市蔬菜基地蔬菜重金属监测结果 单位：mg/kg

表6 蔬菜基地土壤pH值时空对比

2.3.3 蔬菜重金属含量变化

对比常规蔬菜萝卜、瓢儿白重金属含量（表7），发现相比1989年和1999年，2012年所采样品Hg、Cd、Pb、As含量都有增加，其中， Pb、Cd、As含量增加最为明显。这可能与土壤重金属含量增加、农用药剂的使用、城市距离种植区越来越近有一定联系。

图1 蔬菜基地Hg污染指数对比

图2 蔬菜基地Cd污染指数对比

图3 蔬菜基地Pb污染指数对比

图4 蔬菜基地As污染指数对比

图5 蔬菜基地4种重金属综合污染指数对比

经过调查分析，笔者发现重庆市蔬菜基地污染日趋严重，为适应农业可持续发展需要，建议从以下几个方面入手进行防治：严格控制农药和化肥的使用，制定农药、化肥使用技术规范；严格控制“三废”排放，大力度削减硫排放量；提倡使用微生物肥料，以降低重金属在土壤中的富集。

图6 城区、近郊区、远郊区蔬菜基地Hg、Cd、Pb、As含量对比图

表7 重庆市蔬菜重金属质量比的时间变化比较 单位：µg/kg

3 结论

重庆市蔬菜基采集样点中，土壤样品Hg、Cd、Pb、As平均质量比分别为0.240、0.357、23.377、19.159 mg/kg；萝卜、瓢儿白样品Hg、Cd、Pb、As平均质量比分别为0.01、0.04、0.10、0.10 mg/kg和0.04、0.05、0.14、0.19 mg/kg。

用综合污染指数法评价样点土壤，基本达到警戒级，个别为轻污染级，单项污染指数为Cd＞Hg＞As＞Pb，部分样点Cd、Hg污染指数超过标准；蔬菜样品全部达标。

蔬菜基地土壤酸化明显；土壤重金属综合污染指数全部提高，单项污染指数Hg、Cd提升最多；蔬菜重金属含量都有所提升，其中萝卜Cd、As含量提高较多，瓢儿白As含量提升较多。

蔬菜基地土壤污染程度差异基本呈现为城区≈近郊区＞远郊区。

[1] 陈玉成，赵中金，孙彭寿，等.重庆市土壤-蔬菜系统中重金属的分布特征及其化学调控研究[J].农业环境科学学报，2003, 22(1): 44-47.

[2] 沈群超，沈开杰，陆宏，等.慈溪市主要蔬菜产区重金属污染调查及评价[J].浙江农业学报，2013，25(1): 152-155.

[3] 陈惠芳，李艳，吴豪翔，等.富阳市不同类型农田土壤重金属变异特征及风险评价[J].生态与农村环境学报，2013，29(2):164-169.

[4] 张晓玲.土壤酸化成因与改良管理技术研究[J].安徽农业科学，2011，39(35): 21 729-21 731.

[5] 许学宏，纪从亮.江苏蔬菜产地土壤重金属污染现状调查与评价[J].农村生态环境， 2005，21(1): 35-37.

[6] 李士杏.重庆紫色土酸化现状及机理研究[D].重庆:西南农业大学，2003.

X825

A

2095-6444（2014）02-0060-05

陈玉成，西南大学三峡库区生态环境教育部重点实验室、西南大学资源环境学院教授；杨志敏，西南大学三峡库区生态环境教育部重点实验室、西南大学资源环境学院、重庆市农业资源与环境重点实验室副教授；赵超凡、黄晓岚，西南大学三峡库区生态环境教育部重点实验室、西南大学资源环境学院。