福建省香蕉主产区不同环境土壤重金属含量特征

摘 要 通过对福建省香蕉主产区（漳州市）香蕉园采集74个0～20 cm土层的土壤样品进行分析，分别以福建省土壤环境背景值、GB 15618-1995《土壤环境质量标准》二级标准、NY/T 391-2000《绿色食品 产地环境技术条件》为参照标准，比较研究了丘陵山地、城镇周边、道路周边3种不同环境蕉园土壤Cd、Pb、As、Hg、Cr、Cu 6种重金属元素的含量特征、元素间的相关性。结果显示：福建省香蕉主产区丘陵山地、城镇周边、道路周边3种不同环境蕉园土壤，各种重金属含量有明显差异。3种不同环境蕉园土壤6种重金属元素之间的相关性发生了一定的变化。与福建省土壤环境背景值比较，Hg含量在所有的土壤中，Cd、Pb含量在城镇周边、道路周边蕉园土壤有明显的富集，As、Cr、Cu含量接近或低于福建省土壤环境背景值；3种不同环境蕉园土壤样品超标率Cd、Pb、Hg较为严重，As超标样本集中在道路周边蕉园土壤。6种重金属平均含量均符合国家土壤环境质量二级标准及NY/T 391-2000指标要求；但仍有部分样品超标，特别是Pb、Hg应引起重视。福建省香蕉主产区发展香蕉绿色食品生产适宜的产地依次为丘陵山地、城镇周边、道路周边的蕉园。

关键词 香蕉；土壤；重金属含量；比较分析

中图分类号 S668.1 文献标识码 A

土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分。随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质种类、数量的增加，土壤重金属污染日益严重[1]。由于重金属污染物在土壤中移动性差，滞留时间长，微生物难降解，并容易被作物富集吸收进入食物链，从而危害人体健康[2]。因此，对土壤中重金属（含非重金属元素As，下同）进行监测，是保证农产品质量、保障农业环境的重要环节。

香蕉（Musa spp.）是热带、南亚热带重要水果之一，也是全球贸易量最大的水果品种。福建省在发展优质香蕉产业方面有比较优势，香蕉为福建省的六大名果之一。漳州市是福建省香蕉种植的主产区，当前全市种植面积约2.5万hm2，年产量80多万t，分别占全省香蕉种植面积和产量的82%和90%以上。迄今，对各种作物产区土壤中重金属污染状况的调查监测及风险评价已有许多的报道[3-7]，但国内外就蕉园土壤中重金属研究甚少。本研究通过对漳州市蕉园不同环境土壤中的Cd、Pb、As、Hg、Cr、Cu等重金属含量的调查分析，以探明漳州市不同环境土壤蕉园土壤重金属含量特征，及人为因素和周边环境的差异对蕉园土壤中重金属含量差异的影响，旨在为指导漳州市发展香蕉绿色食品，推进香蕉产业的可持续发展提供科学的理论依据。

1 材料与方法

1.1 采集点布设

对土壤重金属污染来源的鉴别是准确、有效控制和治理污染源的前提，土壤重金属主要有自然来源和人为干扰输入两种途径，在各种人为因素中，则主要包括工业、农业和交通等来源引起的土壤重金属污染[8]。分析认为，3种环境蕉园土壤由于人为因素和周边环境的差异其污染源有所不同，丘陵山地土壤除受土壤本底值及施用肥料、农药的影响外，其他的污染源较少；而城镇周边土壤、道路周边土壤除受土壤本底值及施用肥料、农药的影响外，道路周边土壤还受到汽车尾气、轮胎磨损以及机械摩擦后重金属的扩散的污染，城镇周边土壤还受到居民生活垃圾及生活污水的污染。因此根据漳州市香蕉种植区域及蕉园环境的分布特点，在全市8个县（市、区）布设采集代表性蕉园土壤样品74个。其中：丘陵山地土壤（以“Ⅰ类”表示）20个、城镇周边土壤（50 m范围内，以“Ⅱ类”表示）26个、道路周边土壤（50 m范围内，以“Ⅲ类”表示）28个。

1.2 样品采集方法

香蕉施肥前或收获后，参照HJ/T l66-2004《土壤环境监测技术规范》，选择相对开阔平坦，避开田埂、地头、堆肥处、污染源等人为干扰明显的区域进行采样。每地块依据大小与地形特点，采用梅花形方法用土钻钻取0～20 cm土层采集10～15个点，每地块采集2～3个混合样，并用GPS记录中心点位置。采集的土壤按四分法取样，自然风干，剔除植物残体和沙砾，磨碎过100目筛，保存供检测备用。

1.3 样品检测方法

本次实验土壤样品丘陵山地土壤以赤红壤为主，城镇周边土壤、道路周边土壤以水稻土为主。土壤pH范围为4.2～5.6。为确保实验数据的准确性，每个样品做2个平行样，每组样品均带土壤标准参考样（GBW-07406 GSS-6）进行检测，检测方法如表1。

1.4 评价标准

分别以（见表2）福建省土壤环境背景值[9]、GB 15618-1995《土壤环境质量标准》二级标准及NY/T 391-2000《绿色食品 产地环境技术条件》作为参照标准进行评价。

2 结果与分析

2.1 重金属的含量特征

由表3可知，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类各种重金属元素含量有所差异，Cd、Pb、Hg均为Ⅲ类>Ⅱ类>Ⅰ类；As为Ⅲ类>Ⅰ类>Ⅱ类；Cr为Ⅰ类>Ⅱ类>Ⅲ类；Cu为Ⅰ类>Ⅲ类>Ⅱ类。表4 T测验表明，Pb在Ⅰ类与Ⅱ类、Ⅰ类与Ⅲ类间t值分别为-5.672、-5.498（p<0.05），差异显著；Cd、Hg在Ⅰ类与Ⅱ类间t值分别为-0.930、-0.600（p>0.05），差异不显著，而在Ⅰ类与Ⅲ类间t值分别为-2.126、-2.581（p<0.05），差异显著；As在Ⅰ类与Ⅱ类、Ⅰ类与Ⅲ类间t值分别为1.907、2.098（p>0.05）差异不显著，在Ⅱ类与Ⅲ类间t值为-3.289（p<0.05），差异显著；Cr、Cu在Ⅰ类与Ⅱ类、Ⅰ类与Ⅲ类、Ⅱ类与Ⅲ类间t值分别为1.194、1.320、0.329；1.182、0.182、-1.203（p>0.05），差异不显著。

2.2 重金属含量的超标状况分析

2.2.1 与福建省土壤环境背景值比较 平均含量：Hg在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类，Pb在Ⅱ、Ⅲ类均超标。样品超标率：Cd、Hg为Ⅲ类>Ⅱ类>Ⅰ类，Pb为Ⅱ类>Ⅲ类>Ⅰ类，Cu为Ⅲ类>Ⅰ类>Ⅱ类，As超标样本仅出现在Ⅲ类，Cr仅在Ⅰ类有个别样本超标。

2.2.2 与GB 15618-1995二级标准比较 6种重金属平均含量均符合国家土壤环境质量二级标准。在74个实验土壤中Cd、Hg超标率为2.7%、8.1%，Hg在Ⅰ类为5.0%，Cd在Ⅱ类为3.8%，Cd、Hg在Ⅲ类分别为3.6%、17.9%（表5）。

2.2.3 与NY/T 391-2000比较 各种重金属平均含量均符合香蕉绿色食品产地土壤环境质量的要求。样品超标率：Pb在Ⅰ、Ⅲ类中分别为10.0%、53.6%，Cd在Ⅱ、Ⅲ类中分别为3.8%、3.6%，Hg在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类中分别为15.0%、7.7%、35.7%（表5）。2.3 土壤重金属元素间的含量相关性

重金属间的相关性可以对其来源和环境行为进行一些推测。表6显示，Ⅰ类，Pb、Hg有显著性正相关，其他重金属元素的相关性不显著。Ⅱ类，Cd与As、Cr有极显著性正相关，Cr与As有显著性正相关，As与Hg为显著性负相关。Ⅲ类，Pb与Cd、Cr、Cu有显著性正相关，与As为极显著性负相关；Hg与As为显著性负相关，与Cr为显著性正相关。说明漳州市蕉园土壤因人为因素和环境条件的改变，重金属污染源也随之改变，对重金属元素间的关系也产生了一定的影响。

3 讨论

3.1 土壤重金属含量与福建省土壤环境背景值比较

（1）Pb：Ⅰ类与Ⅱ类、Ⅰ类与Ⅲ类间T检验结果表明t值分别为-5.672、-5.498（p<0.05），存在显著差异。由表3、表5可知Pb平均值Ⅲ类>Ⅱ类>Ⅰ类，超标率为Ⅱ类>Ⅲ类>Ⅰ类。其中Ⅱ类、Ⅲ类平均值是土壤背景值的1.53和1.66倍，超标率达到84.6%、75.0%，均明显高于Ⅰ类。相关的污染评价结果表明[10]，漳州蕉园土壤Pb污染等级为轻度污染，说明Ⅱ、Ⅲ类蕉园土壤中Pb出现明显富集。多项研究[8，11-16]均表明，道路交通是土壤铅污染的主要来源，生活垃圾中Pb来源广泛，污水灌溉在缓解农业灌溉用水的同时也使城市边缘区土壤重金属出现累积。这与本研究结果一致。同时Pb在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类中变异系数都最低，说明Pb相对其他元素受到的点源污染较少，分布相对均匀。分析认为污染主要来自道路交通及居民生活垃圾及生活污水。

（2）Cd、Hg：相关的污染评价表明[10]漳州蕉园土壤Cd、Hg污染等级为轻度污染，超标率均表现为Ⅲ类>Ⅱ类>Ⅰ类，但T检验表明Cd在Ⅰ类与Ⅱ类间t值为-0.930（p>0.05），差异不显著，说明Cd在Ⅰ类与Ⅱ类的污染来源比较接近。分析以为来自农业投入品，特别是肥料的可能比较大。国内外研究结果表明[16-18]，长期施用肥料，及污泥的施用可造成土壤中Hg、Cu、Pb、Cd 等重金属元素的明显富集；Cd在Ⅰ类与Ⅲ类间t值为-2.126（p<0.05），存在显著差异，说明道路交通对漳州市蕉园土壤有明显的Cd污染。这与前人的研究[8，11-15]交通污染Cd是突出的土壤污染物的结果一致。同时在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类中，Cd变异系数都最高，说明Cd相对其他元素受到的点源污染最多，分布不均匀，受到人为因素的干扰大，应加强人为污染的防控；Hg在三类土壤超标率均处于较高水平分别为45.0%、61.5%、67.8%，这说明三类环境土壤Hg均有明显的污染来源。生活垃圾是Hg污染的重要来源，任福民等[19]对北京生活垃圾重金属污染调查发现各类垃圾中Hg元素含量均超过土壤环境质量标准的最高允许限量。而福建香蕉主产区的Hg污染除了来自道路交通、生活垃圾及农业投入品的污染外，还可能与漳州市的地热资源较丰富，Hg易释放到空气中的原因有关。

（3）As、Cr、Cu：As平均含量在Ⅰ类与Ⅱ类、Ⅰ类与Ⅲ类间无显著差异，在Ⅱ类与Ⅲ类间差异显著。As平均含量Ⅰ、Ⅱ类均低于土壤环境背景值，Ⅲ类接近土壤环境背景值，处于警戒级；超标的样品仅出现在Ⅲ类，推测可能是道路交通对周边土壤（Ⅲ类）会带来一定As的污染，尚需进一步研究。Cr、Cu平均含量在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类间均无显著差异，Cr仅在Ⅰ类有5%样品的超标率，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类的平均含量均低于土壤环境背景值，说明漳州市蕉园土壤Cr含量基本处于自然生态环境范围内，未发生污染。Cu在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类中，虽然平均含量均低于土壤环境背景值，但在三类样品中均有不同程度的超标率，特别是Ⅰ和Ⅲ类，应引起重视。已有研究结果表明[20]，持续过量施肥，可能会引起土壤中Cu超过环境允许最大容量，已经有较明显的环境影响。而道路交通对周边土壤的Cu污染已经有较多研究[21-22]。邵学新等研究认为[8]如果土壤中重金属元素来源于交通污染，Pb与Cu的浓度应该具有较高的正相关性。这与本研究一致。因此认为，Cu的污染源可能主要来自道路交通和长期施用有机肥等农业投入品。

3.2 土壤重金属含量与NY/T 391-2000比较

虽然Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类各种重金属平均含量，均符合绿色食品产地土壤环境质量的要求，但有少数样品中存在重金属含量超标的问题。其中：Ⅰ类中Pb、Hg分别有10.0%、15.0%的样品超标，Ⅱ类中Cd、Pb、Hg分别有3.8%、57.7%、7.7%的样品超标，Ⅲ类中Cd、Pb、Hg分别有3.6%、53.6%、35.7%的样品超标。相关田间试验结果表明[23]，香蕉叶片对重金属的富集系数Cd>Hg>As>Cu>Pb，综合本研究认为Cd、Hg对香蕉安全生产的生态危害较大。因此，漳州市要发展香蕉绿色食品生产，Ⅰ类较为适宜，Ⅱ、Ⅲ类次之但是对Cd、Pb、Hg应进行重点监控。

4 结论

福建省香蕉主产区3种不同环境蕉园土壤重金属的含量，Cd、Pb、Hg为道路周边>城镇周边>丘陵山地，As为道路周边>丘陵山地>城镇周边，Cr为丘陵山地>城镇周边>道路周边，Cu为丘陵山地>道路周边>城镇周边。变异系数以Cd最高，Pb最低。重金属元素间的含量有一定的相关性。

与福建省土壤环境背景值比较，Hg含量在三类土壤中，Cd、Pb含量在城镇周边、道路周边土壤中有明显的富集，As、Cr、Cu含量接近或低于福建省土壤环境背景值。

与GB 15618-1995二级标准比较， 6种重金属平均含量均符合国家土壤环境质量二级标准；与NY/T 391-2000比较，6种重金属平均含量均符合绿色食品产地土壤环境质量的要求。福建省香蕉主产区发展香蕉绿色食品生产适宜的产地依次为丘陵山地、城镇周边、道路周边的蕉园。对Cd、Pb、Hg污染应进行重点防控。

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