孟 敏，楊林生，韋炳干，李海蓉，虞江萍

(1.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所陸地表層格局與模擬院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101；2.中國科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100049)

20世紀(jì)90年代以來，隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快，工業(yè)污染物排放、含重金屬農(nóng)藥化肥的使用以及采用污水灌溉等導(dǎo)致農(nóng)田重金屬累積和超標(biāo)等環(huán)境問題日益凸顯，已經(jīng)引起了社會(huì)各界的高度關(guān)注[1]。作為農(nóng)田質(zhì)量的一個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，農(nóng)田重金屬含量狀況越來越受到廣泛關(guān)注[2]。我國設(shè)施農(nóng)業(yè)自20世紀(jì)80年代以來發(fā)展迅速，2010年我國設(shè)施園藝面積達(dá)362萬hm2，其中，設(shè)施蔬菜面積為335萬hm2，占設(shè)施園藝總面積的90%以上，到2012年我國設(shè)施園藝面積已達(dá)386萬hm2，設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)凈產(chǎn)值達(dá)5 800多億元[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年北京市設(shè)施蔬菜和食用菌播種面積為34 113 hm2，占設(shè)施農(nóng)業(yè)總播種面積的83.2%[4]。我國設(shè)施農(nóng)業(yè)栽培常處于半封閉狀態(tài)，具有氣溫高、濕度大、蒸發(fā)量大、無雨水淋洗、無沉降、復(fù)種指數(shù)高、施肥量(尤其是有機(jī)肥)較大等特點(diǎn)，導(dǎo)致設(shè)施土壤理化性質(zhì)和生物學(xué)性狀發(fā)生重大變化，主要表現(xiàn)為土壤酸化、鹽漬化，養(yǎng)分不平衡及過量累積，以及重金屬累積等[5-6]。已有研究表明，設(shè)施栽培土壤中重金屬呈明顯累積趨勢，且含量顯著高于露地栽培土壤[7-8]。設(shè)施菜地已經(jīng)成為繼工礦/污灌菜地之后重金屬累積較嚴(yán)重的菜地類型，應(yīng)該引起足夠重視[9]。

近年來，雖然關(guān)于設(shè)施農(nóng)田土壤中重金屬的研究報(bào)道較多，但各研究區(qū)域較小，且分布較為分散，不能綜合反映我國設(shè)施農(nóng)田土壤重金屬污染的現(xiàn)狀。因此，筆者收集了1997年以來全國關(guān)于設(shè)施農(nóng)田重金屬研究的數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計(jì)分析，闡述了不同地區(qū)設(shè)施農(nóng)田土壤中重金屬污染現(xiàn)狀及空間分布特征，并探討設(shè)施農(nóng)田土壤重金屬的主要來源，以期為我國設(shè)施農(nóng)田土壤重金屬防控和農(nóng)田質(zhì)量安全提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)主要檢索自中國知網(wǎng)(1997—2017年)、維普(1997—2017年)和Web of Science(1997—2017年)等數(shù)據(jù)庫中關(guān)于我國設(shè)施農(nóng)田重金屬污染研究的文獻(xiàn)。共收集全國31個(gè)地區(qū)的數(shù)據(jù)，包括不同種植年限和不同土層重金屬含量和分布數(shù)據(jù)。收集的所有數(shù)據(jù)的分析方法均符合中國環(huán)境保護(hù)部規(guī)定方法或美國環(huán)境保護(hù)局(USEPA)推薦方法，數(shù)據(jù)來源真實(shí)可靠。符合正態(tài)分布的重金屬含量數(shù)據(jù)采用算術(shù)平均值描述；符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布的重金屬含量數(shù)據(jù)采用幾何平均值描述；采用單因素方差分析(one-way ANOVA)檢驗(yàn)差異顯著性。采用Excel 2007和SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

1.2 數(shù)據(jù)分布情況

共收集全國各地31個(gè)地區(qū)的數(shù)據(jù)[5-34]，按照農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃和數(shù)據(jù)分布情況，將其分為3個(gè)區(qū)域：南部地區(qū)，包括上海、安徽、江蘇、浙江、湖北、云南和河南7個(gè)省(直轄市)；北部地區(qū)，包括北京、河北、天津、遼寧、吉林、黑龍江、山東和山西(部分地區(qū))8個(gè)省(直轄市)；西北部地區(qū)，主要包括陜西、山西(部分地區(qū))、內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏、青海和西藏7個(gè)省(自治區(qū))。

1.3 重金屬污染評(píng)價(jià)方法

地累積指數(shù)(Igeo)是由德國科學(xué)家Muller于1969年提出的[35]，是一個(gè)基于重金屬總濃度與背景值的關(guān)系研究水環(huán)境沉積物中重金屬的定量指標(biāo)，現(xiàn)在也常用于土壤重金屬污染評(píng)價(jià)，計(jì)算公式為

Igeo=log2Cn/(1.5×Bn)。

(1)

式(1)中，Cn為沉積物中元素n含量，mg·kg-1；Bn為黏質(zhì)沉積巖中該元素的地球化學(xué)背景值，mg·kg-1；1.5是考慮了各地巖石差異可能引起的變動(dòng)而選取的系數(shù)。地累積指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1地累積指數(shù)(Igeo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

Table1Gradingstandardsforgeo-accumulationindex

Igeo分級(jí)污染程度≤0 Ⅰ無>0～1Ⅱ輕度>1～2Ⅲ中度>2～3Ⅳ中強(qiáng)>3～4Ⅴ強(qiáng)>4～5Ⅵ較強(qiáng)>5 Ⅶ極強(qiáng)

通常在地累積指數(shù)計(jì)算中，元素的地球化學(xué)背景值選取工業(yè)化前全球沉積物重金屬的平均背景值作為參考，由于不同地球化學(xué)背景可能造成各地重金屬污染程度不同，故選擇各省(直轄市、自治區(qū))土壤重金屬含量背景值作為Bn[36]330-386。

2 結(jié)果與分析

2.1 設(shè)施農(nóng)田土壤重金屬含量

由表2可知，我國設(shè)施農(nóng)田Cd、Pb和Hg平均含量以南部地區(qū)為最高，比北部地區(qū)分別高42.5%、10.8%和100.0%，比西北部地區(qū)分別高137.5%、40.7%和15.8%；As、Cu、Zn和Cr平均含量均以北部地區(qū)為最高，其比南部地區(qū)分別高24.3%、13.2%、46.4%和13.9%，比西北部地區(qū)分別高38.9%、30.8%、20.9%和21.4%；而Ni平均含量則以西北部地區(qū)為最高，其比南部和北部地區(qū)分別高43.2%和12.9%。大部分設(shè)施農(nóng)田種植蔬菜，故將數(shù)據(jù)與HJ/T 333—2006《溫室蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行比較，結(jié)果顯示Cd、Cu、Zn、Pb、Hg超標(biāo)率分別為37.5%、8.1%、5.9%、18.8%和20.0%，其余元素未出現(xiàn)超標(biāo)情況。其中，Cd含量超標(biāo)最嚴(yán)重，南部、北部和西北部地區(qū)超標(biāo)率分別為41.7%、54.5%和11.1%，Pb超標(biāo)率分別為33.3%、18.2%和0，Hg超標(biāo)率分別為29.8%、20.0%和0，Cu超標(biāo)率分別為12.5%、10.0%和0，Zn僅在北部地區(qū)出現(xiàn)超標(biāo)，超標(biāo)率為11.1%。

表2不同地區(qū)設(shè)施農(nóng)田重金屬含量統(tǒng)計(jì)

Table2Statisticsofheavymetalscontentofgreenhousesoilsindifferentareas

重金屬地區(qū)樣本數(shù)分布類型w/(mg·kg-1)算術(shù)平均值算術(shù)標(biāo)準(zhǔn)差幾何平均值最大值最小值標(biāo)準(zhǔn)值1)As南部地區(qū)608正態(tài)分布9.54a5.678.6122.205.3730北部地區(qū)431正態(tài)分布11.86a4.6611.2222.947.2225西北部地區(qū)231近似正態(tài)分布8.54a6.013.3513.330.0920Cd南部地區(qū)738正態(tài)分布0.57a0.690.332.470.050.30北部地區(qū)502正態(tài)分布0.40ab0.250.310.980.040.30西北部地區(qū)427正態(tài)分布0.24b0.110.220.420.110.40Cu南部地區(qū)613正態(tài)分布36.63a13.1034.2451.3118.2450北部地區(qū)359近似正態(tài)分布41.48a24.4537.51107.8924.46100西北部地區(qū)337正態(tài)分布31.72a7.6630.9744.6324.10100Zn南部地區(qū)274正態(tài)分布72.24a24.7868.86114.4043.70200北部地區(qū)339對(duì)數(shù)正態(tài)分布118.6970.15105.76a293.9848.99250西北部地區(qū)323對(duì)數(shù)正態(tài)分布96.7256.1287.45a196.1064.33300Cr南部地區(qū)626正態(tài)分布59.76a21.6854.9791.4619.85150北部地區(qū)514正態(tài)分布68.04a24.3264.39120.8537.23200西北部地區(qū)251正態(tài)分布56.04a39.8927.88122.610.42250Ni南部地區(qū)154正態(tài)分布22.34a7.4621.2229.3812.1940北部地區(qū)298正態(tài)分布28.32ab4.7028.0137.7022.8050西北部地區(qū)216正態(tài)分布31.98b3.1931.8535.5328.5960Pb南部地區(qū)738對(duì)數(shù)正態(tài)分布40.3234.6530.42a138.405.4450北部地區(qū)472對(duì)數(shù)正態(tài)分布33.0324.1527.46a90.1814.5350西北部地區(qū)397正態(tài)分布21.62a11.0513.2939.570.1550Hg南部地區(qū)235正態(tài)分布0.22a0.270.130.610.050.25北部地區(qū)193近似正態(tài)分布0.11a0.110.070.310.020.30西北部地區(qū)126對(duì)數(shù)正態(tài)分布0.190.030.19a0.210.170.35

不同地區(qū)重金屬含量平均值后字母不同表示各地區(qū)間差異顯著(P<0.05)。1)HJ/T 333—2006《溫室蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》。

2.2 設(shè)施農(nóng)田土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

地累積指數(shù)法同時(shí)考慮了人為因素和土壤環(huán)境地球化學(xué)背景值對(duì)重金屬富集的影響，該方法最初應(yīng)用于沉積物中重金屬含量評(píng)價(jià)，后來也廣泛應(yīng)用于土壤環(huán)境中重金屬含量評(píng)估，是目前國內(nèi)外土壤環(huán)境評(píng)價(jià)中廣泛采用的方法[37]。不同地區(qū)設(shè)施農(nóng)田重金屬地累積指數(shù)見表3。

表3不同地區(qū)設(shè)施農(nóng)田重金屬地累積指數(shù)

Table3Thegeo-accumulationindexofheavymetalsingreenhousesoilsindifferentareas

重金屬地累積指數(shù)南部地區(qū)北部地區(qū)西北部地區(qū)平均值最大值最小值平均值最大值最小值平均值最大值最小值A(chǔ)s-0.660.57-1.06-0.330.64-1.03-0.64-0.50-0.80Cd1.054.55-1.810.742.12-2.40-0.121.22-3.04Cu-0.040.86-0.64-0.080.54-0.72-0.310.30-1.16Zn-0.570.28-1.69-0.031.71-0.88-0.290.93-1.25Cr-0.453.31-2.70-0.330.91-1.22-1.00-0.33-2.50Ni-1.39-0.77-2.42-0.330.01-0.59-0.60-0.40-0.89Pb-0.131.96-2.90-0.201.47-1.26-0.221.30-1.49Hg0.200.49-0.220.372.91-1.141.452.370.53

由表3可知，南部地區(qū)Cd、Hg地累積指數(shù)平均值分別為1.05和0.20，分別顯示中度污染和輕度污染，其余元素地累積指數(shù)平均值均小于0，顯示無污染。南部地區(qū)Cd地累積指數(shù)顯示無污染、輕度污染、中度污染和中強(qiáng)污染的點(diǎn)位數(shù)分別占總點(diǎn)位數(shù)的33.3%、33.3%、22.2%和11.2%；與南部地區(qū)相似，北部地區(qū)Cd、Hg地累積指數(shù)分別為0.74和0.37，均屬輕度污染狀態(tài)，其余元素地累積指數(shù)均小于0，Cd無污染、輕度污染、中度污染和中強(qiáng)污染的點(diǎn)位數(shù)分別占總點(diǎn)位數(shù)的10.0%、40.0%、40.0%和10.0%。西北部地區(qū)Hg地累積指數(shù)平均值為1.45，達(dá)中度污染，但西北部地區(qū)Hg含量數(shù)據(jù)較少，無法全面地反映整體污染狀況，評(píng)價(jià)結(jié)果可能存在較大偏差；其余7種重金屬元素的地累積指數(shù)平均值均小于0，但個(gè)別地區(qū)Cd、Cu、Zn和Pb最大地累積指數(shù)大于0，說明西北部地區(qū)個(gè)別區(qū)域存在污染現(xiàn)象。從評(píng)價(jià)結(jié)果來看，我國設(shè)施農(nóng)田重金屬污染最嚴(yán)重的是Cd污染，其次為Hg污染，此外，Cu污染也應(yīng)引起重視。

2.3 設(shè)施農(nóng)田土壤重金屬累積趨勢

南部、北部和西北部3大區(qū)域不同年限設(shè)施農(nóng)田重金屬含量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表4)表明除南部地區(qū)Pb以外，經(jīng)過>10 a種植時(shí)間各區(qū)域土壤重金屬含量均呈現(xiàn)不同程度的增加，其中，Cd含量增幅最大。南部、北部和西北部地區(qū)>10 a種植時(shí)間土壤Cd平均含量比<3 a種植時(shí)間土壤分別增加103.8%、123.1%和110.7%；而土壤Cu含量分別增加50.0%、36.1%和61.1%，土壤Zn含量分別增加31.0%、23.2%和50.1%。從不同地區(qū)來看，種植時(shí)間>10 a時(shí)，南部地區(qū)土壤As含量增加105.6%，而北部和西北部地區(qū)僅分別增加8.4%和3.8%；南部和西北部地區(qū)Ni含量分別增加63.5%和40.4%，而北部地區(qū)僅增加7.8%。西北部地區(qū)Cr含量增加56.1%，南部和北部地區(qū)分別增加12.6%和7.6%。此外，南部地區(qū)Pb含量出現(xiàn)隨年限增加而降低的情況，這可能是由于南部部分地區(qū)土壤Pb背景值較高[3,27]。3大地區(qū)土壤在種植3～6 a時(shí)重金屬含量增幅較大，這主要是由于當(dāng)種植3～6 a時(shí)，重金屬元素累積到限制作物正常生長的臨界濃度時(shí)，農(nóng)戶便會(huì)采取一些措施來減少損失，如揭棚、翻耕甚至休耕等，待土壤條件稍有改善再進(jìn)行種植，所以導(dǎo)致種植年限>6 a后，重金屬累積速率有所下降[8,19]。

表4不同年限設(shè)施農(nóng)田土壤重金屬含量

Table4Heavymetalscontentsingreenhousesoilsunderdifferentplantingyears

區(qū)域種植年限/aw/(mg·kg-1)AsCdCuZnCrNiPb南部地區(qū)<33.410.2636.1335.9885.097.9824.283～65.670.4448.2349.0189.4914.0321.65>6～105.400.4255.5642.7095.5013.6820.36>107.010.5354.2047.1295.7713.0515.85北部地區(qū)<310.020.2625.6582.9050.5225.0015.243～610.220.4228.4486.8351.0725.3215.47>6～1010.640.4532.0894.7053.3526.4116.37>1010.860.5834.90102.1554.3826.9518.18西北部地區(qū)<312.890.2829.1962.2031.5927.1726.543～612.210.2937.3283.4544.9835.9129.46>6～1012.820.4041.7290.3646.9237.8029.99>1013.380.5947.0393.3549.3238.1531.93

2.4 設(shè)施農(nóng)田土壤重金屬垂直分布特征

不同地區(qū)設(shè)施農(nóng)田土層重金屬含量的垂直分布特征見表5。由表5可知，各地區(qū)土壤重金屬含量隨土壤深度增加而下降，但個(gè)別土壤出現(xiàn)不減反增的情況。南部、北部和西北部地區(qū)>20～40 cm土層與表層(0～20 cm)相比，Cd含量分別降低43.3%、78.6%和33.3%，Cr含量分別降低41.0%、9.7%和1.5%，As含量分別降低34.4%、5.1%和26.7%，Pb含量分別降低5.8%、8.1%和4.7%。與>20～40 cm土層相比，南部、北部地區(qū)>40～60 cm土層Cd含量分別降低25.0%和33.3%；南部地區(qū)As、Cr和Pb含量分別降低14.3%、15.3%和10.8%，而北部地區(qū)As、Cr和Pb含量反而升高15.7%、7.0%和0.8%；與>40～60 cm土層相比，南部地區(qū)>60～80 cm土層Cd、As、Cr和Pb含量分別降低38.6%、61.1%、25.5%和24.1%。

3 討論

3.1 分區(qū)的合理性和數(shù)據(jù)有效性問題

筆者充分收集了近20 a來我國設(shè)施農(nóng)田重金屬的研究結(jié)果并對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。收集過程中，華南地區(qū)廣東、廣西和福建等地以及西南地區(qū)四川、重慶和貴州等地均未見相關(guān)研究，且我國設(shè)施農(nóng)業(yè)分布呈現(xiàn)明顯的區(qū)域化特點(diǎn)，主要集中在環(huán)渤海灣及黃淮海地區(qū)、長江中下游地區(qū)以及西北地區(qū)[38]。故參考農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃，并同時(shí)考慮文獻(xiàn)中不同研究地區(qū)土壤pH值，將收集到的數(shù)據(jù)分為南部、北部和西北部3大區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。關(guān)于數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性方面，雖然收集的時(shí)間尺度較長，但對(duì)設(shè)施農(nóng)田重金屬的研究多集中在近10 a，樣品的分析方法業(yè)已規(guī)范，檢測精度相對(duì)較高，且在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析過程中剔除了異常值?？紤]到數(shù)據(jù)分布的不均勻性，對(duì)樣點(diǎn)較為集中的區(qū)域，只保留最新的研究數(shù)據(jù)，以提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方面，既統(tǒng)計(jì)了各個(gè)地區(qū)多個(gè)點(diǎn)位土壤重金屬含量的平均值，也統(tǒng)計(jì)了區(qū)域的最大值和最小值，但以平均值評(píng)價(jià)各地區(qū)設(shè)施農(nóng)田重金屬污染水平可能存在一定偏差。

表5設(shè)施農(nóng)田不同土層各重金屬含量的分布

Table5Distributionofheavymetalsindifferentgreenhousesoillayers

區(qū)域土層深度/cmw/(mg·kg-1)CdAsCrPb南部地區(qū)0～201.348.0080.5017.25>20～400.765.2547.5016.25>40～600.574.5040.2514.50>60～800.351.7530.0011.00北部地區(qū)0～200.568.2737.2318.48>20～400.127.8533.6316.98>40～600.089.0835.9917.12西北部地區(qū)0～200.3622.8271.1635.21>20～400.2416.7270.0733.56

3.2 我國設(shè)施農(nóng)田重金屬污染空間分布特征

從收集到的數(shù)據(jù)可看出，我國設(shè)施農(nóng)田土壤重金屬含量呈現(xiàn)一定的空間分布特征，南部地區(qū)土壤Cd、Pb和Hg平均含量最高，北部地區(qū)As、Cu、Zn和Cr平均含量最高，而西北部地區(qū)Ni平均含量則最高。地累積指數(shù)表明南部地區(qū)土壤Cd和Hg為中度污染和輕度污染，北部地區(qū)土壤Cd、Hg均為輕度污染，而西北部地區(qū)土壤Hg為中度污染，其余元素的平均地累積指數(shù)均顯示無污染；此污染趨勢與不同地區(qū)設(shè)施農(nóng)田土壤重金屬含量水平所顯示的結(jié)果基本一致，曾希柏等[9]對(duì)我國菜地重金屬的研究也表明Cd、Hg污染較嚴(yán)重。設(shè)施農(nóng)田土壤Cu、Zn和Pb含量與種植年限呈顯著正相關(guān)關(guān)系[39]，但是不同重金屬元素累積速率有所差異，其中Cu和Zn累積速率最快，Cr、Pb次之，而Cd累積速率最慢，這與賈月慧等[33]對(duì)北京郊區(qū)設(shè)施菜地的研究結(jié)果一致。隨土層深度的增加，各地區(qū)土壤重金屬含量整體呈下降趨勢，但南部地區(qū)幾種重金屬含量隨土層加深而下降的趨勢大于北部、西北部地區(qū)(表5)。李樹輝[5]對(duì)山東壽光的研究表明，不同土層中重金屬As、Cd、Cu、Zn、Cr和Ni含量隨種植年限的延長均有不同程度的增加，侯鵬程[19]對(duì)上海松江地區(qū)的研究也得出類似結(jié)論。由此可見，重金屬在設(shè)施農(nóng)田中均存在累積特性，且存在由表層向下遷移的趨勢。已有研究表明土壤pH值降低，重金屬溶解度則顯著升高[40]，因此，隨灌溉水向下遷移的淋溶趨勢也就越大[34]。同時(shí)，施用有機(jī)肥也可導(dǎo)致重金屬活性增強(qiáng)而加速重金屬的遷移[41]。此外，干濕交替、淹水和溫度升高也可導(dǎo)致重金屬隨溶解性有機(jī)質(zhì)(DOM)的淋濾作用增強(qiáng)[42]。由此可見，土壤酸化、高溫環(huán)境、頻繁灌溉以及土壤有機(jī)質(zhì)累積等因素均可導(dǎo)致設(shè)施菜地土壤重金屬向下層遷移。

3.3 關(guān)于我國設(shè)施農(nóng)田土壤重金屬污染來源的探討

研究表明設(shè)施農(nóng)田土壤重金屬含量與肥料的施用有密切關(guān)系[7,9,22]。薛延豐等[13]對(duì)江蘇沿海地區(qū)的研究認(rèn)為Cd、Cu和Zn與有機(jī)質(zhì)、速效氮和速效磷可能具有相似的來源。李樹輝[5]對(duì)吉林四平、甘肅武威的研究表明有機(jī)肥和化肥的施用可能是導(dǎo)致設(shè)施農(nóng)田土壤Cd、Zn、Cr、Cu和Pb等累積的重要原因，但氮肥和鉀肥對(duì)土壤重金屬累積的影響較小[43]。任順榮等[44]通過定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)長期施用尿素未顯著提高土壤Cd、Cr、As和Hg含量，氮磷鉀肥料配施和氮磷肥料配施兩種處理之間土壤Cr、Hg和As含量不存在顯著差異，但磷肥能夠顯著增加土壤Cd含量[45]。由此可見，施用磷肥可能是土壤Cd累積的主要來源。有機(jī)肥中重金屬含量遠(yuǎn)高于化肥[44]，而不同種類有機(jī)肥中重金屬含量也有所差異，以畜禽糞便為主要原料的商品有機(jī)肥中Cu、Zn含量高于以造紙廢棄物、腐植酸和作物秸稈等為原料的商品有機(jī)肥[46]。王美等[43]報(bào)道施用有機(jī)肥的土壤Cu、Zn、Pb和Cd含量比不施用有機(jī)肥的土壤增加0.08～13.98、0～26.5、1.63～5.31和0～0.34 mg·kg-1。畜禽糞便已經(jīng)成為最主要的基肥之一，農(nóng)戶為追求高產(chǎn)會(huì)施入大量有機(jī)肥[7,13,32]，加之，設(shè)施農(nóng)田復(fù)種指數(shù)高，導(dǎo)致肥料投入量更大[47]。由此可見，施用有機(jī)肥能加大土壤污染風(fēng)險(xiǎn)，造成土壤重金屬，尤其是Cu、Zn的累積，這可能是我國設(shè)施農(nóng)田土壤重金屬的最主要來源。尤其是北部地區(qū)的山東、河北等省是我國設(shè)施農(nóng)田比較發(fā)達(dá)的地區(qū)，設(shè)施大棚集約化程度高，種植年限長，農(nóng)業(yè)投入品總量大，導(dǎo)致土壤中As、Cu、Zn和Cr含量較高。

除肥料外，工業(yè)三廢的排放依舊是我國農(nóng)田土壤重要的污染源[48]。曾希柏等[9]認(rèn)為污泥/垃圾等固體廢棄物的農(nóng)業(yè)利用，是我國菜地土壤重金屬含量增高的一個(gè)重要原因。于彩蓮等[28]對(duì)哈爾濱蔬菜大棚的研究表明Cd超標(biāo)嚴(yán)重可能與采樣地長期污灌歷史有關(guān)。我國南部地區(qū)以及北部地區(qū)的遼寧、吉林等省經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)，采礦、冶煉和造紙等工業(yè)排放，以及歷史污灌等都造成農(nóng)田重金屬污染[49]，部分農(nóng)田改為設(shè)施農(nóng)田后，土壤重金屬污染仍存在。張小敏等[1]對(duì)我國農(nóng)田土壤重金屬分布特征的研究表明，南方地區(qū)由于工業(yè)活動(dòng)和礦區(qū)開采，導(dǎo)致土壤Cd累積明顯強(qiáng)于北方地區(qū)。另外，Pb的工業(yè)污染源主要來自大氣沉降，肥料中Pb含量較低，設(shè)施菜地長期處于覆膜狀態(tài)，大氣沉降對(duì)其影響相對(duì)較小[50]。

此外，含有Cd、Pb等重金屬元素的農(nóng)藥、薄膜等其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入品也會(huì)造成設(shè)施農(nóng)田土壤重金屬累積[9]。茹淑華等[32]對(duì)河北省設(shè)施菜地的研究發(fā)現(xiàn)，由于老棉田、經(jīng)濟(jì)作物田多年使用Hg、銅制劑和砷制劑等含重金屬的農(nóng)藥，改造為設(shè)施農(nóng)田后依然殘留大量重金屬污染物。此外，我國不同地區(qū)土壤的元素背景值不同，也是影響設(shè)施農(nóng)田重金屬污染分布特征的重要因素，如西部高原地區(qū)西藏和青海等土壤背景值普遍較高，可能是導(dǎo)致西北部地區(qū)設(shè)施農(nóng)田土壤Ni含量高于南部、北部地區(qū)的重要原因[36]330-386。

4 結(jié)論

通過對(duì)國內(nèi)外關(guān)于我國設(shè)施農(nóng)田重金屬研究文獻(xiàn)的分析統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)我國設(shè)施農(nóng)田重金屬呈現(xiàn)一定的空間分布特征，主要表現(xiàn)在以下方面：南部、北部和西北部3大地區(qū)設(shè)施農(nóng)田土壤重金屬含量及其分布規(guī)律各異，其中，Cd、Pb和Hg含量以南部地區(qū)為最高，與我國南部地區(qū)工業(yè)活動(dòng)頻繁且受到農(nóng)業(yè)投入品的影響有關(guān)；而As、Cu、Zn和Cr含量則以北部地區(qū)為最高，除受到工業(yè)活動(dòng)的影響外，近年來北部地區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，肥料(尤其是有機(jī)肥)施用量較大，可能也是造成這一現(xiàn)象的原因；Ni含量以西北部地區(qū)為最高，主要是由于西北部地區(qū)Ni的土壤背景值較高。我國設(shè)施農(nóng)田土壤重金屬含量隨種植年限的延長而呈現(xiàn)不同程度的增加，表明重金屬在設(shè)施農(nóng)田中有明顯累積，3大地區(qū)均以Cu、Zn的累積速率最快。設(shè)施農(nóng)田重金屬含量呈現(xiàn)隨土層加深而下降的趨勢。