方 勇

（金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 金華 321007）

土壤重金屬特別是有毒重金屬污染是評價(jià)無公害生產(chǎn)基地安全性的重要指標(biāo)之一[1]。近年來，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，大棚設(shè)施栽培已成為浙中地區(qū)果蔬生產(chǎn)的主要模式和農(nóng)業(yè)增效的重要渠道，其土壤質(zhì)量安全與否直接關(guān)系著人們的身體健康。已有研究表明[2-3]，重金屬元素在土壤中的含量和分布受土壤利用類型的影響很大，特別是設(shè)施土壤由于生產(chǎn)環(huán)境的封閉性和物料的高投入性等，不僅會造成設(shè)施土壤中污染重金屬含量的急劇增加，而且將直接影響設(shè)施果蔬產(chǎn)品的品質(zhì)和安全性，因此對設(shè)施土壤的重金屬污染現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查和評價(jià)，具有非常重要的意義。目前，相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和人員對浙中地區(qū)設(shè)施栽培土壤重金屬污染狀況等尚缺乏全面系統(tǒng)的調(diào)查，對土壤重金屬含量變化及其引起的環(huán)境安全評價(jià)的研究還相對較少，這也在一定程度上限制了該地區(qū)綠色無公害果蔬產(chǎn)品的生產(chǎn)與發(fā)展。為了能更好地安全利用城市周邊的土地和可持續(xù)發(fā)展菜地農(nóng)業(yè)，試驗(yàn)分析了不同設(shè)施栽培年限的土壤重金屬含量變化規(guī)律和污染現(xiàn)狀，為該區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量的預(yù)警與綜合治理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為保障設(shè)施栽培農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和市民健康提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

選取浙東前賈村不同棚齡的設(shè)施大棚土壤污染重金屬（鉻 Cr、鉛 Pb、銅 Cu、鎘 Cd）為研究對象。該區(qū)域位于浙江省的中部，為亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明。地勢南北高，中部低。中部為義烏江和武義江沿岸及其支流下游的沖積平原，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要以設(shè)施蔬菜栽培為主，全年設(shè)施蔬菜覆種面積達(dá)6 400 hm2，年產(chǎn)量24萬t，年產(chǎn)值近4億元。土壤以砂壤土為主。

2 材料與方法

2.1 土壤樣品采集與處理

按農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量-無公害蔬菜產(chǎn)地環(huán)境要求的采樣原則進(jìn)行[4]，于2010年5月取得不同栽培年限的土壤混合樣品29個，其中露天4個，棚齡2 a的3個、5 a的4個、8 a的4個、≥10 a的14個。用不銹鋼土鉆采集0～20 cm耕層土壤，每個點(diǎn)采集10個樣品，組成1個土壤混合樣品。土樣經(jīng)自然風(fēng)干，木棒粗磨，過2mm孔徑尼龍篩，去除雜物，取均勻土樣400 g用瑪瑙研缽研磨，過0.149mm孔徑尼龍篩，裝瓶待測。

2.2 測定項(xiàng)目與方法

按土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB15618-1995）要求，主要測定土壤重金屬Pb、Cd、Cr和Cu的含量及土壤pH值。土壤重金屬元素（總Pb、總Cd、總Cr和總Cu）全量分析采用火焰原子吸收分光光度法，先用HNO3-HClO4-HF消化法制樣，TAS-968型原子吸收分光光度計(jì)（北京普析通用有限公司）測定；pH值采用（水土比3∶1）電位法，PHS-3C型酸度計(jì)（北京華瑞博遠(yuǎn)科技發(fā)展有限公司）測定。加國家標(biāo)準(zhǔn)土樣GSS-4控制分析質(zhì)量。

2.3 土壤重金屬污染現(xiàn)狀評價(jià)

土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)和分級標(biāo)準(zhǔn)，按國家無公害農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量-無公害蔬菜產(chǎn)地環(huán)境要求[4]中的二級標(biāo)準(zhǔn)以及中國綠色食品發(fā)展中心《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境狀況評價(jià)綱要》（施行）（1994）的規(guī)定進(jìn)行評價(jià)分級。土壤重金屬污染評價(jià)采用單因子污染指數(shù)[5]和綜合污染指數(shù)法[6]進(jìn)行。

3 結(jié)果與評價(jià)

3.1 不同棚齡設(shè)施土壤重金屬含量的變化

不同棚齡（0～8 a）與設(shè)施土壤重金屬含量之間存在一定的相關(guān)性（見表1）。不同棚齡設(shè)施土壤重金屬Cr、Pb、Cu含量與當(dāng)年新建大棚土壤相比有顯著的增加。其中，2 a棚齡的土壤重金屬Cr平均含量比新建大棚土壤增加0.06倍，且隨著棚齡的增加，重金屬Cr含量逐年遞增，其平均含量與棚齡相關(guān)系數(shù)為0.899 8（n=4），且由2 a棚齡的27.616 mg/kg，增加到8 a棚齡的33.644 mg/kg，增加了0.22倍，平均以1.205 6mg/（kg·a）的速度增加。2 a棚齡的土壤重金屬Pb平均含量比新建大棚土壤增加0.45倍，且隨著棚齡的增加，重金屬Pb含量逐年遞增，由2 a棚齡的58.134 mg/kg，增加到8 a棚齡的68.385 mg/kg，其平均含量與棚齡相關(guān)系數(shù)為0.809 2（n=4），平均以2.050 2 mg/（kg·a）的速度增加。2 a棚齡的土壤重金屬Cu平均含量比新建大棚土壤增加0.44倍，且隨著棚齡的增加，重金屬Cu含量逐年遞增，由2 a棚齡的31.684 mg/kg，增加到8 a棚齡的69.509 mg/kg，其平均含量與棚齡相關(guān)系數(shù)為0.996 7（n=4），平均以7.565mg/（kg·a）的速度增加。究其原因，可能與該地區(qū)農(nóng)民習(xí)慣連年大量施用未經(jīng)堆制腐熟的規(guī)模養(yǎng)殖畜禽糞和磷類化肥等有關(guān)。但是，10 a及以上棚齡的土壤重金屬Cr、Pb、Cu含量比棚齡8 a的有所降低。

土壤污染重金屬含量超過超標(biāo)將會影響土壤-植物－動物生態(tài)系統(tǒng)的安全。對照國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)可以發(fā)現(xiàn)，棚齡為5、8 a和≥10 a的設(shè)施土壤Cu含量存在不同程度的超標(biāo)現(xiàn)象，且超標(biāo)率分別達(dá)33.33%、50.00%和28.57%，其他均在二級標(biāo)準(zhǔn)的上限范圍內(nèi)。變異系數(shù)作為反映統(tǒng)計(jì)數(shù)波動特征的參數(shù)，在一定程度上也可描述某一元素污染現(xiàn)狀的特征。由表 1 可知，Cr、Pb、Cu、Cd 的平均變異系數(shù)分別為 0.203、0.422、0.487 和 0.254，其中2 a棚齡中Cu的變異系數(shù)最高達(dá)0.913。這說明該區(qū)域內(nèi)的Cu和Pb元素分布不均勻，區(qū)域變幅大，可見Cu和Pb元素在土壤中積累的情況受人為輸入等因素的影響相對較大。

3.2 不同棚齡設(shè)施土壤質(zhì)量評價(jià)

采用《無公害蔬菜產(chǎn)地環(huán)境要求》所列污染物含量限值，對29個土壤樣品中Cr、Pb、Cd和Cu進(jìn)行了單項(xiàng)和綜合污染指數(shù)法計(jì)算與評價(jià)，結(jié)果見表2。

（1）0～2 a棚齡土壤樣品的各元素單項(xiàng)污染指數(shù)均小于1，綜合污染指數(shù)均小于0.7，評價(jià)等級為1級，完全處于清潔水平。但棚齡2 a的土壤各元素平均單項(xiàng)污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)均比新建大棚的有明顯增加，其中棚齡2 a的平均綜合污染指數(shù)達(dá)0.587，比新建大棚的提高24.1%，可見設(shè)施栽培導(dǎo)致污染重金屬積累。

表1 不同棚齡設(shè)施土壤的重金屬含量現(xiàn)狀

表2 土壤的單項(xiàng)污染和綜合污染指數(shù)

（2）5 a棚齡的4個土壤樣品的各元素單項(xiàng)污染指數(shù)平均值均小于1，但有1個土壤樣品中Cu的單項(xiàng)污染指數(shù)大于1，占樣品總數(shù)的25%；雖然各點(diǎn)綜合污染指數(shù)均小于1，但是均比2 a棚齡的高，且其中有1個樣品已接近污染警戒點(diǎn)；3個土壤樣品已達(dá)輕度污染警戒點(diǎn)（2級），占分析樣品的75%。

（3）8 a棚齡土壤樣品的綜合污染指數(shù)分別為0.752、0.908、0.756和1.066，這說明有25%大棚土壤已經(jīng)達(dá)輕度污染（3級），75%大棚土壤已經(jīng)達(dá)到輕度污染警戒點(diǎn)（2級）。且土壤Cu的單項(xiàng)污染指數(shù)大于1的占50%，其他元素的單項(xiàng)污染指數(shù)均小于1。

（4）栽培年限≥10 a的14個土壤樣品中，綜合污染指數(shù)≤0.7的土壤樣品7個（1級）占50%；達(dá)到輕度污染警戒點(diǎn)（2級）的土壤樣品3個，占21.4%；已輕度污染（3級）的土壤樣品4個，占28.6%。且土壤Cu的單項(xiàng)污染指數(shù)大于1的占28.6%，其他元素的單項(xiàng)污染指數(shù)均小于1。

4 結(jié)論與討論

（1）已有研究表明[7-8]，施用規(guī)?；B(yǎng)殖畜禽糞能顯著增加土壤Cu、Cd、Cr和Pb的含量。特別是在畜禽飼養(yǎng)中，Cu被作為復(fù)合飼料的添加劑（含Cu 150～250 mg/kg）以改善食物的轉(zhuǎn)化率和促進(jìn)畜禽生長，因此畜禽糞便中Cu也成為農(nóng)業(yè)土壤中Cu污染的一個重要來源[9]。而李秀蘭等[2-3]研究成果也進(jìn)一步表明，重金屬元素在土壤中的含量和分布受土壤利用類型的影響很大，往往不同的土壤利用類型下其管理方式也不同，這就造成現(xiàn)代高投入農(nóng)業(yè)土壤中元素分布的不均一性和多變性增加。而設(shè)施土壤由于其栽培環(huán)境的封閉性等原因，大量的多年施用規(guī)模化經(jīng)營生產(chǎn)的畜禽糞等含有重金屬元素的有機(jī)肥料和化學(xué)肥料，且重金屬元素不易遷移、難降解，勢必造成重金屬元素的積累。

（2）研究測定評價(jià)結(jié)果表明，設(shè)施土壤重金屬（Cr、Pb、Cu）含量隨棚齡（0～8 a）增加而遞增，且兩者之間呈顯著的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)0.899 8、0.809 2和0.996 7；而Cd含量變化沒有明顯的規(guī)律性。特別是土壤Cu含量累積極明顯，平均以7.565 mg/（kg·a）的速度增加，這直接導(dǎo)致在29個設(shè)施土壤分析樣品中有9個樣品的土壤Cu含量超標(biāo)，占24.1%，而其他元素含量雖有所遞增，但均沒有超過國家《無公害蔬菜產(chǎn)地環(huán)境要求》所列污染物含量的上限值。

（3）研究測評價(jià)結(jié)果表明，棚齡0～2 a的設(shè)施土壤均清潔未現(xiàn)污染；而棚齡5 a的設(shè)施土壤有75%呈現(xiàn)重金屬污染達(dá)警戒限水平（2級）；而棚齡8 a設(shè)施土壤100%都達(dá)到或超過了污染警戒限水平，其中有25%大棚土壤已經(jīng)達(dá)輕度污染（3級）；綜合污染指數(shù)比5 a棚齡的高0.1?？梢?，在目前的栽培管理?xiàng)l件下，設(shè)施栽培土壤的清潔使用臨界年限可能在5 a以內(nèi)。建議對連續(xù)5 a及以上設(shè)施土壤采取切實(shí)可行的修復(fù)或抑制措施，以保障食品的生態(tài)安全。

（4）研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)，棚齡10 a及以上的土壤的重金屬污染指數(shù)有所降低，這主要是由于當(dāng)?shù)夭糠植宿r(nóng)曾經(jīng)在2008至2009年，分別對一些種植年限比較長的大棚進(jìn)行灌水治理和施用石灰氮處理，這可能是導(dǎo)致耕層（0～20 cm）重金屬污染指數(shù)降低的原因之一；并且據(jù)報(bào)道[8-9]，畜禽糞等有機(jī)肥料經(jīng)堆制腐熟后也可以降低有毒重金屬的危害。因此，建議在設(shè)施栽培中盡量使用經(jīng)堆制腐熟的畜禽糞等有機(jī)肥料，并適時(shí)采取灌水治理、施用石灰氮、植物修復(fù)等措施，以保證設(shè)施栽培土壤環(huán)境的生態(tài)安全。

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