大棚内外土壤重金属空间分布比较分析

王海宝+李海云+杨茂军

摘要：为了解聊城市郊土壤重金属含量，采用高压密封消解法进行预处理，利用火焰原子吸收分光光度计对大棚内、外不同土层5种重金属的空间分布进行研究。结果表明，棚内外5种土壤重金属含量由高到低依次为Fe、Mn、Cr、Cu、Cd，变化范围依次为7 333.90～7 729.93、630.66～780.21、214.27～247.38、27.63～44.08、0～0.36 μg/g。除第3土层镉和第5土层锰两个位点外，其余位点同一层次棚内各重金属含量均大于棚外土壤，棚内、外土壤重金属单因子污染指数均小于1，耕层土壤的单因子污染指数由大到小依次为PCr>PCu>PCd>PFe>PMn。该地区土壤重金属污染风险程度较低，符合农作物种植要求。

关键词：大棚；土壤重金属；污染指数；空间分布

中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2018）02-0045-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.02.012

Abstract： In order to demonstrate the content of soil heavy metals in Liaocheng suburbs， sealed digestion method under high pressure and flame atomic absorption spectrophotometer were used to study the spatial distribution of heavy metals from different soil layers in and out of greenhouse. The results showed that soil heavy metals content gradually decreased in sequence of Fe，Mn，Cr，Cu，Cd，both in greenhouse and out of greenhouse，and content ranges were respectively 7 333.90～7 729.93，630.66～780.21，214.27～247.38，27.63～44.08，0～0.36 μg/g. At the same soil depth， heavy metal content inside of greenhouse was much higher than outside except cadmium at third soil layer and manganese at fifth soil layer. But the single factor indice of soil heavy metals pollution were all less than 1，and the single factor pollution index descended as PCr>PCu>PCd>PFe>PMn. The risk of soil heavy metal pollution in Liaocheng suburb was lower than standard， which showed that the soil was safe in crop cultivation.

Key words： greenhouse； soil heavy metals； pollution index； spatial distribution

土壤是人类不可或缺的不可再生资源，同时也是人类环境非常重要的组成部分。土壤环境质量关系到广大人民群众的“菜篮子”、“米袋子”和“水缸子”的安全。土壤重金属污染是指由于人类的活动导致土壤中重金属含量增加，已超出土壤的容纳与自净能力，使得土壤中重金属含量高于正常范围，进而造成土壤生态环境恶化的一种现象。镉、铬、锰等大部分重金属都有一定毒性，一旦进入土壤，还能被微生物甲基化增加其毒性[1]。重金属污染不仅能引起土壤组成、结构与功能的变化，还能抑制作物根系生长及叶片的光合作用，使作物减产甚至绝收[2，3]。随着工业、城市污染的加剧及农药化学物质种类与数量使用的增加，重金属污染事件频发，造成的土壤污染日益严重，污染程度与范围逐年加大。目前中国受镉、砷、铬和铅等重金属污染的耕地面积近2 000万hm2，约占耕地总面积的1/5，镉米、血铅等重金属污染事件越来越多，土壤重金属污染已成为倍受关注的公共问题之一[4，5]。

对于土壤重金属的研究多集中在大型种植园区及矿区附近[6-8]，对于复种指数较高的菜地研究较少[9]。本研究从快速、准确、安全、灵敏等方面考虑，选用高压消解罐对聊城市郊大棚内、外土样进行预处理，采用火焰原子吸收光谱法测定土壤中的重金属含量，进而了解周边土壤重金属含量近况，为土壤栽培措施的制定及当地环境监测分析工作提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

采用随机五点取样法，在聊城市郊大棚内、外0～10、10～20、20～30、30～40、40～50、50～60、60～70 cm耕层土壤处取样（依次以数字1-7代表上述7个土层），自然干燥研磨后过0.15 mm筛备用。

药品主要包括硝酸、氢氟酸、高氯酸，均为优级纯。

1.2 方法

1.2.1 重金属含量的测定 采用“硝酸-氢氟酸-高氯酸”三酸体系及密封高壓消解法进行前处理[10，11]，利用火焰原子吸收分光光度计测定重金属含量。

1.2.2 标准曲线的绘制 对标准曲线进行线性回归，Fe、Mn、Cr、Cu、Cd回归方程分别为y=0.025 0x+0.082 7（r=0.989 2）、y=0.113 5x+0.007 3（r=0.999 9）、y=0.010 0x-8.7E-19（r=1.000 0）、y=0.068 3x+0.001 4（r=0.999 7）、y=0.159 3x+0.001 4（r=0.998 8），表明重金属标准溶液吸光度值与其浓度呈线性相关。endprint

1.3 数据处理

利用公式w=（ρ-ρ1）×25.00/m，计算重金属含量，式中，ρ为土壤消解液中重金属含量，ρ1为空白溶液重金属含量，m为称取土壤样品质量。采用单因子污染指数进行评价，Pi=Ci/Si[12]，式中，Pi为重金属i的单因子污染指数，Ci为实测值，Si为标准值。

2 结果与分析

2.1 土壤重金属含量分析

由表1可见，棚内、外5种重金属含量按Fe、Mn、Cr、Cu、Cd的顺序依次降低，变化范围依次为7 333.90～7 729.93、630.66～780.21、214.27～247.38、27.63～44.08、0～0.36 μg/g。各重金属含量在不同土层差异较大。Fe、Cu、Cd、Cr金属含量与土壤环境质量标准（GB15618-1995）[13]相比均未超标。

棚内、外土壤Fe含量均随土层加深而增大，各土层间差异不显著，同一土层棚内含量高于棚外，棚内第4土层含Fe量最高，棚外第1土层最低；棚内土壤Mn含量第1、第4土层显著高于其他土层，第5土层显著低于其他土层，第2土层与第6土层、第3土层与第7土层间差异不显著。棚外土壤Mn含量第5土层显著高于其他土层，第1、第2、第4、第6土层间差异不显著，第3、第7土层显著低于其他土层。除第5土层外，其他土层棚外Mn含量均低于棚内。与土壤环境质量标准[13]相比，棚内有4个土层Mn含量稍高于标准值，但均未达到污染水平，可能与温室内施用微肥较多，空间相对封闭有关，棚外各土层锰含量均低于标准值；棚内土壤Cr含量随土壤深度增加呈降低趋势，第1、第2土层间差异不显著，第3至第6土层间差异不显著，第7土层显著低于其他土层。棚外土壤Cr含量第1至第6土层间差异不显著，第7土层显著低于第5、第6土层。棚内土壤Cu含量随土壤深度增加呈递减趋势，同一土层Cu含量棚内高于棚外，棚内第1、第2土层显著高于其他土层，第3至第7土层间差异不显著。棚外土壤Cu含量第1土层显著高于其他土层，第2至第7土层之间差异不显著。棚内土壤Cd含量第6土层显著高于其他土层，第5、第7土层间差异不显著，第1、第2、第3、第4土层间除第3与第4土层外差异均显著。棚外土壤Cd含量第3土层显著高于其他土层，第2土层含量最低，第5、第6土层间差异不显著，其他土层间差异显著。除第3土层棚外镉含量高于棚内，其他土层棚内含量均高于棚外。

2.2 单因子污染指数分析

据土壤重金属实测值Ci及土壤环境质量标准值Si计算污染指数（Pi）。Pi<1表示未受污染，Pi>1表示已受污染。由表2可知，土壤重金属Fe、Mn、Cr、Cu、Cd污染指数均小于1，棚内各层土壤污染指数普遍大于棚外。棚内、外耕层土壤（0～30 cm）污染指数平均值大小排列依次为PCr>PCu>PCd>PFe>PMn（耕层污染指数是0～30 cm的平均值，不是7层的平均值）。

3 小结与讨论

重金属是土壤环境中一种主要的、持久性的污染物质，进入环境后对动植物和人类都有巨大危害[14，15]。重金属主要通过废气、废水、废渣进入土壤，其中来源于工业生产、汽车尾气排放及污灌引起的土壤污染日益严重，自20世纪60年代至今，中国污灌面积迅速扩大，以北方旱作地区污灌最为普遍，约占全国污灌面积的90%以上，污灌导致土壤重金属Cd、As、Cu等含量的增加[16-18]，因此，农田土壤重金属含量除受土壤本身特性的影响外，周边环境条件及栽培管理措施对土壤重金属含量的影响也很大，而保护地内外也存在较大的差异，尤其蔬菜保护地复种指数高，较大的化肥、农药施用量造成土壤重金属累积，且化肥中的重金属通常具有较高可溶性，易被作物吸收，因而危害更大。因此，须提高警惕加大对土壤重金属的监测和治理力度，避免污水灌溉，减少农药的使用量，多施绿肥等有机肥，从源头着手，控制重金属进入土壤的传播途径。本研究结果表明，该地区土壤重金属污染风险程度较低，符合农作物种植要求。

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