辽宁植烟土壤重金属含量和农药残留量调查与评价

黄五星，白晓婷，许自成*，邵惠芳，王龙宪，焦敬华

(1.河南农业大学 烟草学院，河南 郑州 450002； 2.辽宁省烟草公司，辽宁 沈阳 110041)

辽宁植烟土壤重金属含量和农药残留量调查与评价

黄五星1，白晓婷1，许自成1*，邵惠芳1，王龙宪2，焦敬华2

(1.河南农业大学 烟草学院，河南 郑州 450002； 2.辽宁省烟草公司，辽宁 沈阳 110041)

为了解辽宁植烟土壤重金属污染和农药残留状况，对辽宁省10个植烟县(市)土壤的As、Hg、Pb、Cd、Cr、Cu和Ni 7种重金属含量及六六六(HCH)和滴滴涕(DDT)2种农药残留量进行了测定与污染评价。结果表明，无论辽宁植烟区整体还是各个县(市)，土壤重金属Cr、Ni、Cu、As含量均达到国家土壤环境质量一级标准，Hg含量均达到国家土壤环境质量二级标准；Cd、Pb含量整体分别达到国家土壤环境质量二级、一级标准，仅个别地区处于一级、二级标准。无论辽宁植烟区整体还是各个县(市)，土壤HCH和DDT残留量均达到国家土壤环境质量一级标准。土壤中As、Hg、Pb、Cd、Cr、Cu、Ni及HCH、DDT的污染指数均小于1，重金属的内梅罗综合污染指数为0.60，农药的内梅罗综合污染指数为0.042，两者均小于0.7。可见，辽宁植烟土壤处于清洁水平，适合无公害农产品生产。

土壤； 重金属； 农药； 污染评价； 辽宁

随着工农业生产的迅猛发展，土壤污染越来越严重。土壤污染的人为来源主要包括矿山的开采、金属的冶炼、工业三废的排放以及农药、化肥和饲料添加剂的大量使用等[1-3]。其中，重金属和农药在土壤中滞留时间长且不易被自然降解。土壤一旦被污染不仅会对植物和土壤微生物产生毒害，导致作物减产，同时通过食物链传递也会给动物和人类健康带来威胁[4-6]。

辽宁省素有东北烤烟发源地之称，烟叶种植历史悠久。其气候特点为冬长夏短，春秋季较短，四季分明。独特的气候特点使辽宁省烟叶具有自己的特色，即外观质量好、烟气细腻、刺激性小、杂气少、劲头适中、配伍性强，作为优质填充料得到众多烟草工业公司的一致好评[7-8]。随着人们生活水平的提高和环境污染尤其是农田重金属和农药残留的加重，烟叶安全性日益受到人们的关注，无公害烟叶生产成为烟草农业研究的热点[9-10]。但目前，尚无针对辽宁烟区土壤污染状况的研究报道。为此，对辽宁植烟土壤重金属含量和农药残留量进行调查与评价，以期为该区无公害烟叶生产及规模化开发提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 样品采集

在辽宁省铁岭市的西丰县、开原市、昌图县，阜新市的阜新、彰武、阜蒙3县及宽甸县、凤城市、建平县和北票市10个植烟县(市)，选取66个采样点，采样点涵盖了辽宁省主要土壤类型、地形特点和耕作栽培制度，具有普遍性和代表性。在定位的采样点以梅花形选取5个样点进行取样。每个样点去掉表层土(2～4 cm)后，垂直挖耕层土壤并取剖面土壤，然后混合均匀，四分法收集2 kg的混合样品。

1.2 测定项目及方法

土壤中As含量采用硼氢化钾-硝酸银分光光度法(GB/T 17135—1997)测定，汞含量采用冷原子吸收分光光度法(GB/T 17136—1997)测定，Pb和Cd含量采用石墨炉原子吸收分光光度法(GB/T 17141—1997)测定，Cr含量采用火焰原子吸收分光光度法(GB/T 17137—1997)测定，Cu含量采用火焰原子吸收分光光度法(GB/T 17138—1997)测定，Ni含量采用火焰原子吸收分光光度法(GB/T 17139—1997)测定；六六六(HCH)和滴滴涕(DDT)含量采用气相色谱法(GB/T 14550—2003)测定。

1.3 评价方法

土壤污染评价采用目前国内外普遍采用的单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法[11-12]。

1.3.1 单因子污染指数法 单因子污染指数计算公式为：Pi=Ci/Si。式中，Pi为土壤中重金属(农药)i的单因子污染指数，Ci为土壤中重金属(农药)i的实测含量，Si为重金属(农药)i的污染评价标准。土壤重金属和农药污染的评价标准较多，其中农田常以《国家土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)中的二级标准(为保障农业生产，维护人体健康的土壤限制值)作为土壤污染的评价标准，辽宁植烟土壤pH值大多数在6.5～7.5，因此为了便于计算与分析，本研究采用《国家土壤环境质量标准》二级标准中pH值为6.5～7.5的污染评价标准值。基于单因子污染指数的土壤污染评价等级见表1。

表1 土壤污染评价分级标准

1.4 数据处理

试验数据均采用统计软件SPSS 13.0进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 辽宁植烟土壤重金属含量分析

由表2可知，辽宁植烟土壤重金属Cr平均含量为47.26 mg/kg，达到国家土壤环境质量一级标准；变异系数为37.18%，除阜新、阜蒙县外，其余8个县(市)Cr含量变化幅度较小，但10个县(市)Cr含量均达到国家土壤环境质量一级标准。Ni平均含量为18.94 mg/kg，达到国家土壤环境质量一级标准；变异系数为42.13%，除阜蒙县外，其他9个县(市)Ni含量变化幅度较小，但10个县(市)Ni含量均达到国家土壤环境质量一级标准。Cu平均含量为19.03 mg/kg，达到国家土壤环境质量一级标准；变异系数为38.57%，10个县(市)Cu含量变化幅度较大，但均达到国家土壤环境质量一级标准。As平均含量为11.48 mg/kg，达到国家土壤环境质量一级标准；变异系数为24.30%，10个县(市)As平均含量变化幅度较小，均达到国家土壤环境质量一级标准。Cd平均含量为0.22 mg/kg，达到国家土壤环境质量二级标准；变异系数为27.27%，10个县(市)Cd含量变化幅度较小，西丰县、开原市、彰武县均达到国家土壤环境质量一级标准，其余7个县(市)均达到国家土壤环境质量二级标准。 Hg平均含量为0.22 mg/kg，达到国家土壤环境质量二级标准；变异系数为72.73%，10个县(市)Hg含量变化幅度很大，均达到国家土壤环境质量二级标准。Pb平均含量为30.77 mg/kg，达到国家土壤环境质量一级标准；变异系数为31.10%，除建平县、北票市外，其余8个县(市)Pb含量变化幅度较小，其中阜蒙县、凤城市Pb含量达到国家土壤环境质量一级标准，其余8个县(市)Pb含量均达到国家土壤环境质量二级标准。综上，无论辽宁植烟区整体还是各个县(市)，土壤重金属Cr、Ni、Cu、As含量均达到国家土壤环境质量一级标准，Hg含量均达到国家土壤环境质量二级标准；Cd、Pb含量整体分别达到国家土壤环境质量二级、一级标准，仅个别区域处于一级、二级标准。

表2 辽宁植烟土壤重金属含量 mg/kg

2.2 辽宁植烟土壤农药残留量分析

由表3可知，辽宁植烟土壤中HCH平均残留量为4.64 μg/kg，最大值为11.51 μg/kg，10个县(市)HCH含量均达到国家土壤环境质量一级标准。土壤中DDT平均残留量为12.59 μg/kg，10个县(市)DDT含量也均达到国家土壤环境质量一级标准。

表3 辽宁植烟土壤农药残留量 μg/kg

注：HCHS=α-HCH+β-HCH+γ-HCH+δ-HCH； DDXS=p,p′-DDE+o,p′-DDT+p,p′-DDD+p,p′-DDT。

HCH各同分异构体中β-HCH(1.15 μg/kg)、γ-HCH(1.52 μg/kg)和δ-HCH(1.18 μg/kg)含量高于α-HCH(0.78 μg/kg)。DDT各同分异构体中p,p′-DDE(4.86 μg/kg)和p,p′-DDT(5.30 μg/kg)含量高于其他的同分异构体。综上，无论辽宁植烟区整体还是各个县(市)，土壤HCH和DDT残留量均达到国家土壤环境质量一级标准。

2.3 辽宁植烟土壤重金属和农药污染评价

从表4可以看出，辽宁植烟土壤中As、Hg、Pb、Cd、Cr、Cu、Ni及HCH、DDT的污染指数均小于1，说明土壤未受到上述任何重金属和农药的污染；P均小于0.7，说明土壤总体处于清洁水平。

表4 辽宁植烟土壤重金属和农药污染指数

3 结论与讨论

本研究表明，无论辽宁植烟区整体还是各个县(市)，土壤重金属Cr、Ni、Cu、As含量均达到国家土壤环境质量一级标准，Hg含量均达到国家土壤环境质量二级标准；Cd、Pb含量整体分别达到国家土壤环境质量二级、一级标准，仅个别地区处于一级、二级标准。无论辽宁植烟区整体还是各个县(市)，土壤HCH和DDT残留量均达到国家土壤环境质量一级标准。土壤中As、Hg、Pb、Cd、Cr、Cu、Ni及HCH、DDT的污染指数均小于1，重金属的内梅罗综合污染指数为0.60，农药的内梅罗综合指污染数为0.042，说明辽宁植烟土壤处于清洁水平，土壤质量对环境和植物不会造成危害和污染，适合无公害农产品生产。

HCH和DDT在植烟土壤含量较低可能与其在土壤中的的迁移规律有关。舒卫先等[13]研究发现，0～10 cm土层，随着土层深度的增加，HCH和DDT含量逐渐增大；而当土层深度超过10 cm时，随着土层深度的增加，HCH和DDT含量逐渐降低。

HCH具有4种异构体，即α-HCH、β-HCH、γ-HCH、δ-HCH，辽宁植烟土壤β-HCH含量在HCH总量中比例较高。这是由于β-HCH具有良好的对称性，化学和物理性质较其他异构体稳定，难于降解，同时其他异构体亦可转化成为β-HCH，以达到最稳定状态[14]。而DDT降解的最终产物主要是脱氯物DDE，故土壤中的优势残留物是p,p′-DDE。当DDE/DDT的比值大于1时，表明p,p′-DDT已经长期降解，残留物的形态已转化为p,p′-DDE[15]。通过计算DDE/DDT比值，可以看出，辽宁植烟土壤中的DDT来源于20世纪80年代DDT禁用前的使用，目前绝大部分已降解。

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Investigation and Assessment of Heavy Metal Content and Pesticide Residue in Tobacco-growing Soil in Liaoning

HUANG Wuxing1,BAI Xiaoting1,XU Zicheng1*,SHAO Huifang1,WANG Longxian2,JIAO Jinghua2

(1.College of Tobacco Science,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China;2.Tobacco Company of Liaoning Province,Shenyang 110041,China)

In order to investigate the situation of heavy metal contamination and pesticide residue in tobacco-growing soils in Liaoning province,the contents of As,Hg,Pb,Cd,Cr,Cu,Ni,HCH and DDT were measured in soils from 10 counties(cities) in Liaoning,and evaluated.The results showed that whether the whole tobacco-growing area or the each county(city),the contents of Cr,Ni ,Cu,As all reached the first standard of national soil environmental quality,Hg content all reached the second standard of national soil environmental quality; the contents of Cd ,Pb reached the second,first standard of national soil environmental quality respectively,for the whole tobacco-growing area,only which in individual area reached the first,second standard of national soil environmental quality respectively.Whether the whole tobacco-growing area or the each county(city),the residues of HCH and DDT all reached the first standard of national soil environmental quality.The single factor pollution indexes of As,Hg,Pb,Cd,Cr,Cu,Ni,HCH and DDT were all less than 1,the Nemerow comprehensive pollution indexes of heavy metals,pesticide were 0.60,0.042,respectively.These results suggested that the tobacco-growing soils in Liaoning were clean,and the soils were suitable for the production of nuisanceless agricultural products.

soil; heavy metal; pesticide; pollution assessment； Liaoning

2015-07-10

辽宁省烟草公司重大科技攻关项目(LNYC201001)；国家自然科学基金项目(31200393)

黄五星(1982-),男，河南平顶山人，副教授，博士，主要从事烟草品质生态与质量评价研究。 E-mail:hwxwhu@gmail.com

*通讯作者：许自成(1964-)，男，河南汝南人，教授，博士，主要从事烟草品质生态与质量评价研究。 E-mail:zichengxu@126.com

X53；S481.8

A

1004-3268(2016)01-0057-04