中牟设施菜地土壤重金属As、Hg、Pb、Cd、Cr污染评价

袁远 张金辉 刘珂 杨铮 何禹龙 王吉庆

摘 要：为明确中牟设施菜地土壤重金属污染情况，测定中牟设施蔬菜土壤重金属As、Hg、Pb、Cd、Cr的含量，采用单因子和内梅罗综合污染指数对设施菜地土壤重金属污染状况进行评价。结果表明：土壤重金属As、Hg、Pb、Cd、Cr的平均含量分别为12.95、0.82、16.82、0.25、28.18 mg/kg，Hg超标2.34倍。Hg污染最为严重，内梅罗综合指数为3.04，达到重度污染水平，As、Cd、Pb的内梅罗综合指数分别为0.85、0.84和0.83，均为尚清洁水平，Cr的内梅罗综合指数0.15，为清洁水平。

关键词：设施菜地土壤;重金属;污染指数

中图分类号：X825文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）07-0109-03

Pollution and Assessment of Soil Heavy Metal As， Hg ，Pb， Cd， Cr

in Greenhouse Vegetable Fields of Zhongmu

YUAN Yuan ZHANG Jinhui LIU Ke YANG Zheng HE Yulong WANG Jiqing

（Henan Agricultural University，Zhengzhou Henan 450002）

Abstract： In order to explore the extnet of heavy metals pollution in greenhouse soil of Zhongmu， the concentrations of heavy metals As、Hg、Pb、Cd、Cr were measured. The single-factor and Nemerow comprehensive pollution index were used to evaluate the heavy metal pollution. The results show that the average content of heavy metals As， Hg， Pb， Cd， and Cr in the soil are 12.95， 0.82， 16.82， 0.25， 28.18 mg/kg， respectively， Hg exceeded the standard by 2.34 times. Hg pollution is the most serious， the Nemeiro composite index is 3.04， reaching a severe pollution level. The Nemerow composite index of As， Cd， and Pb is 0.85， 0.84， and 0.83， respectively， which are all at a clean level. The Nemeiro composite index of Cr is 0.15 as a clean level.

Keywords： greenhouse soil;heavy metals;pollution index

中國是设施栽培面积最大的国家，设施蔬菜种植占设施栽培的95%[1]。已有不少学者针对不同地区进行了设施土壤重金属污染的研究。杨磊对郑州市城郊菜地重金属污染进行研究发现主要污染物为Cd[2];周凯发现新乡市郊大棚菜地Cd污染最严重[3];李莲芳通过研究发现山东省设施菜地土壤中Cr含量高于露天菜地[4];李莲芳还和其他研究者利用电感耦合等离子体质谱技术检测重金属含量，以揭示吉林省设施土壤及相应蔬菜中重金属的累积特征[5];索琳娜等对北京市菜地以重金属为主要指标的土壤环境质量进行分析，并采用单项和综合污染指数法进行评价[6];郭畔等采用原子吸收分光光度法和原子荧光法测定沈阳新民设施菜地土壤中的重金属污染情况[1]。

河南省是蔬菜大省，设施蔬菜种植面积逐年上升。中牟县是河南省设施蔬菜重要产地，但对其设施菜地土壤重金属污染的研究较少，本文以中牟县设施菜田为例对设施菜田的土壤重金属Hg、Cd、Pb、As、Cr进行评价分析，为中牟县设施菜地重金属污染研究和治理提供基础数据。

1 实验材料与实验方法

1.1 研究区概况

中牟县土壤多为亚砂土和粉砂土，属于典型的中纬度暖温带大陆性季风气候，年平均日照2 366 h，年平均气温14.2 ℃，全县年均降水量616 mm，全年农耕期一般为309 d，蔬菜水果等以大棚种植为主。

1.2 土样采集

土样采集所在地为郑州市中牟县官渡镇（114.09°E，34°73′N）设施菜田，采样时间为2018年8月。利用不锈钢土钻采集设施菜田内0～20 cm土壤，将现场采集的设施菜田样品混匀，然后用四分法均匀缩分至约100 g，共采集20个土样，每个土样3～5个子样。

1.3 测试方法

参考《土壤和沉积物 汞、砷、硒、铋、锑的测定 微波消解/原子荧光法》（HJ 680—2013）、《土壤质量 铅、镉的测定 石墨炉原子吸收分光光度法》（GB/T 17141—1997）、《土壤 总铬的测定 火焰原子吸收分光光度法》（HJ 491—2009）中的方法进行测试。

1.4 土壤重金属污染评价方法

采用单因子污染指数法和内梅罗综合指数对设施菜田重金属污染状况进行评价。

1.4.1 单因子污染指数与内梅罗综合评价指数。单因子污染指数与内梅罗综合评价指数法公式[7]如式（1）和式（2）所示：

[Pi=Ci/Si ]                                     （1）

[P综=（Piave）2+（Pimax）22]                          （2）

式（1）中：[Pi]表示单因子污染指数;[Ci]表示[i]污染物的实测值;[Si]表示[i]污染物的标准限值，其采用《温室蔬菜产地环境质量评价标准》（HJ/T 333—2006）中几种重金属的指标限值。

式（2）中：[P综]表示内梅罗综合指数;[Piave]表示平均单项污染指数;[Pimax]表示最大单项污染指数。

1.4.2 单因子污染指数与内梅罗综合指数评价分级。单因子土壤污染程度指数[Pi]≤1无污染、1<[Pi]≤2轻微污染、2<[Pi]≤3轻度污染、3<[Pi]≤5中度污染、[Pi]>5重度污染。内梅罗综合指数污染等级评价表见表1。

2 实验结果与数据分析

2.1 土壤重金属元素含量分析

根据测试结果，对土壤中重金属含量做散点图，见图1。

由图1可知，Hg的含量波动性最大，且无明显的变化规律，然后是Pb、Cr和Cd，As的波动最小。Hg的含量为0.36～1.07 mg/kg，主要集中在0.50～0.90 mg/kg，超标率100%，最高超标倍数3.57，平均值为0.82 mg/kg，平均值超标倍数为2.34;As的含量为11.30～20.60 mg/kg，超标率5%，最高超标倍数1.03，平均值为12.95 mg/kg，不超标;Pb的含量为4.90～56.00 mg/kg，超标率15%，最高超标倍数1.12，平均值为16.82 mg/kg，不超标;Cd含量为0.16～0.30 mg/kg，平均值为0.25 mg/kg，不超标;Cr含量為12.60～39.00 mg/kg，平均值为28.18 mg/kg，不超标。Hg的污染情况最严重，需要引起重视。As的超标可能与某特定农户的生产习惯有关，不具有普遍代表性。

2.2 土壤重金属污染评价

将重金属含量数据代入单因子污染指数和内梅罗污染指数公式，得到各种重金属的单因子污染指数值和内梅罗综合污染指数值，结果见表2。

由计算得出的重金属的单因子污染指数值可知，该地区Hg的单因子污染指数[Pi]全部高于1，有20%样本达到轻微污染、60%样本达到轻度污染、20%样本中度污染，[Pi]均值为2.42，对应中度污染水平;Pb有85%的样本无污染、15%的样本轻微污染，[Pi]均值为0.34，对应无污染;As有95%的样本无污染、5%的样本轻微污染，[Pi]均值为0.63，对应无污染;Cd和Cr样品均不超标、均值分别为0.65和0.12，对应无污染。从出现超标样品的三种重金属来看，污染程度的严重性排序为Hg>Pb>As。

由计算出的重金属的内梅罗综合污染指数可知，与表1对照，Hg的内梅罗综合污染指数为3.04，达到Ⅴ级重度污染;As、Cd、Pb的内梅罗综合污染指数分别为0.85、0.84和0.83，均为Ⅱ级尚清洁水平，但应引起警戒;Cr的内梅罗综合污染指数为0.15，为Ⅰ级清洁。

由单因子污染指数和内梅罗综合污染指数，中牟设施菜田土壤中Hg过量积累，存在污染蔬菜从而影响人体健康的风险，在今后的设施农业生产中，应采取积极的措施降低其污染风险。土壤中的Hg主要来源有含汞废水排放、肥料、农药、燃煤和生活废弃物堆积[8]，采样点为设施菜田，造成Hg超标的主要原因是肥料和农药使用。在进行设施蔬菜生产活动时，需要考虑控制Hg污染，合理施用农药和化肥，少用或禁用Hg含量较高的肥料和农药。

3 结论

①Hg的单因子污染指数均值为2.42，中度污染;Pb的单因子污染指数均值为0.34，无污染;As的单因子污染指数均值为0.63，无污染;Cd和Cr单因子污染指数均值分别为0.65和0.12，无污染。

②Hg的内梅罗综合指数为3.04，达到重度污染水平;As、Cd、Pb的内梅罗综合指数分别为0.85、0.84和0.83，均为尚清洁水平;Cr的内梅罗综合指数为0.15，为清洁水平。在取样点附近无工矿企业，因此研究区域的土壤重金属的污染来源可能来自化肥及有机肥料的施用，应从农业生产入手进行限制。

参考文献：

[1]郭畔，宋雪英，刘伟健，等.沈阳市新民设施菜地土壤重金属污染特征分析[J].农业环境科学学报，2019（4）：835-844.

[2]杨磊，万红友.郑州市城郊菜地土壤重金属环境质量评价[J].河南农业科学，2011（12）：84-87.

[3]周凯，王智芳，马玲玲，等.新乡市郊区大棚菜地土壤重金属Pb、Cd、Cr和Hg污染评价[J].生态环境学报，2013（12）：1962-1968.

[4]李莲芳.山东寿光不同农业利用方式下土壤铅的累积特征[J].农业环境科学学报，2010（10）：1960-1965.

[5]李莲芳，朱昌雄，曾希柏，等.吉林四平设施土壤和蔬菜中重金属的累积特征[J].环境科学，2018（6）：2936-2943.

[6]索琳娜，刘宝存，赵同科，等.北京市菜地土壤重金属现状分析与评价[J].农业工程学报，2016（9）：179-186.

[7]魏婷婷，张龙冲，朵海瑞，等.豫北地区土壤重金属污染现状与潜在生态风险分析[J].河南农业大学学报，2010（4）：471-475.

[8]秦丽娟，赵有益，黎虹.兰州市设施菜地土壤重金属污染程度及污染源[J].甘肃农业大学学报，2019（3）：125-133.