湖北省主要蔬菜基地的重金屬污染現狀及評價

李靜++王明銳++張雋嫻+汪淏+++姚晶晶+陶寧麗+路磊+易甜+樊銘勇

摘要：采用田間采樣和室內分析相結合的方法，對湖北省武漢、宜昌、荊門、荊州、恩施州、十堰、咸寧和黃岡共8個地區的45個主要蔬菜生產基地的pH和6種重金屬（鎘、汞、砷、鉛、鉻、銅）含量進行測定，再利用單項污染指數和綜合污染指數評價方法，對土壤重金屬的污染狀況進行分析。結果表明，45個土壤樣點pH范圍為4.59～8.42，42.2%樣點偏酸性；重金屬含量均在《NY/T 391-2013綠色食品 產地環境質量標準》限量標準以內，適宜發展綠色食品；單項污染指數表明黃岡市Cr、Cu和荊州市Cr單項污染指數超過0.7，臨近警戒線；綜合污染指數表明黃岡市重金屬污染程度處于警戒線，其他地區均是安全的。

關鍵詞：蔬菜基地；土壤；重金屬污染；湖北省

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）24-6563-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.24.060

土壤是人類生產食物最基本的生產資料和人類活動的基本場所。隨著現代工業和農業的迅速發展、城市化進程不斷加快和人類活動的影響，重金屬通過各種途徑進入土壤并累積吸附在土壤中。由于重金屬遷移程度小，在土壤中很難去除，通過蔬菜根部到植株中，嚴重影響品質，同時對人體健康帶來較大隱患。因此，深入了解重金屬污染對蔬菜的影響，提高農產品質量安全，減少重金屬對人類的危害十分必要[1]。

2000年初，對蔬菜產地重金屬污染狀況開始了研究。自2004年實行食品質量安全市場準入制度以來，人們對食品安全更加重視。農業部門積極大力推進“三品一標”工作，將“三品一標”認證工作作為確保農產品質量安全的重要抓手，開展產地環境評價和產品認證檢驗工作。對“三品一標”產地環境的評價工作，可以更進一步掌控蔬菜基地的重金屬污染狀況。如吉林省采用單因子污染指數法和綜合污染指數法，對龍井市近郊農田土壤重金屬Cu、Zn、Pb、Cd含量進行調查，重金屬污染程度為輕度污染，主要污染元素為Cd[2]。重慶市曾對永川區近郊蔬菜地土壤重金屬污染進行調查，其主要污染元素為Pb；從綜合污染指數方面來看，土壤污染處于警戒級和輕污染級[3]。

近幾年來，湖北省城鎮化的進度加快，多地遭受重金屬污染比較嚴重，曾有黃石市和大冶市關于重金屬污染整治方面的報道[4，5]。但關于湖北省蔬菜基地重金屬污染的系統研究報道卻不多。2012年張媛媛等[6]對武漢市蔬菜基地重金屬污染現狀進行了調查，選取武漢市江夏區、洪山區等地的24個蔬菜基地，分別對土壤的pH、EC、有機質含量以及Cu、Zn、Cd和Pb 4種重金屬含量進行調查和分析。結果顯示，24個采樣點的土壤重金屬含量均在《GB 15618-1995土壤環境質量標準》[7]限量標準以內，為蔬菜安全生產基地，但同時也提出采取多種措施控制重金屬污染源，高度重視土壤酸化比較嚴重的部分蔬菜基地。

湖北省是蔬菜種植大省，為保障蔬菜質量安全，各級政府大力推進“三品一標”產品認證。本研究以湖北省武漢、宜昌、荊門、荊州、恩施州、十堰、咸寧和黃岡8個地區的45個主要綠色食品蔬菜基地為調查樣點，通過實地采集土壤樣品，測定土壤pH和重金屬元素（Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu）含量，分析并評價了8個地區蔬菜基地土壤重金屬的污染現狀，旨在為保障湖北省蔬菜基地的土壤安全和防治等提供一定參考依據。由于《GB 15618-1995土壤環境質量標準》的污染限量要求比較寬泛，可能會放松對土壤重金屬的污染預警。為了與目前高品質的食品安全要求相適應，同時采用《NY/T 391-2013綠色食品產地環境質量》[8]標準對6種重金屬含量進行評價。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

根據《HJ/T 166-2004土壤環境監測技術規范》[9]標準布設監測點并采集0～20 cm耕層土壤，每個蔬菜生產基地采集3個不同位置、不同點數的土樣，即每個基地抽取3份土樣，共采集土壤樣品135份。采集的土壤樣品經自然風干后，研磨過100目尼龍篩后混勻，保存于采樣袋中，待測。

1.2 樣品分析方法

土壤浸提后采用電位法測定土壤pH（PHS-3C型酸度計）；土壤鎘、鉛的測定方法采取石墨爐原子吸收分光光度法（GB/T 17141-1997）[10]；汞的測定方法采用原子熒光法（GB/T 22105.1-2008）[11]；砷的測定方法采用原子熒光法（GB/T 22105.2-2008）[12]；鉻的測定方法采用火焰原子吸收分光光度法（HJ 491-2009）[13]；銅的測定方法采用火焰原子吸收分光光度法（GB/T 17138-1997）[14]。

1.3 土壤重金屬含量評價

以《NY/T 391-2013綠色食品產地環境質量》標準中的旱田土壤環境質量要求標準值作為評價標準（表1），采用單因子污染指數法和內羅梅（Nemerow）綜合污染指數法[15]對土壤污染現狀進行評價。

單因子污染指數的計算公式為：Pi=Ci/Si

式中，Pi為土壤中第i種污染物的環境質量指數；Ci為第i種污染物的實際濃度；Si為第i種污染物的評價標準值。

式中，P綜為土壤重金屬的綜合污染指數；Pimax為測定點的單項污染指數中的最大值；Pave為測定點的所有污染物單項污染指數的平均值。

單因子污染指數法常用于評價土壤被某一重金屬的污染程度。而綜合污染指數法是一種兼極值的綜合評價方法，既考慮了單項元素的作用，又突出污染最嚴重元素的重要性，可以評定每一個測試點的土壤綜合污染水平。根據內梅羅污染綜合指數法，將土壤的污染情況劃分為 5個等級，污染等級劃分標準如表2所示。

2 結果與分析

2.1 不同地區蔬菜基地土壤pH和重金屬含量比較

湖北省武漢、宜昌、荊門、荊州、恩施州、十堰、咸寧和黃岡8個地區的45個主要蔬菜基地土壤的pH分布情況如圖1所示。由圖1可以看出，pH分布范圍為4.59～8.42。在45個蔬菜基地中，19個基地pH<6.5，呈酸性；12個基地6.57.5的基地，呈弱堿性。由表3表明，武漢被調查的13個基地中，有8個基地土壤偏酸性，占比61.5%，另外5個基地土壤呈堿性，占比38.5%；宜昌被調查的12個基地土壤中，酸性土壤和中性土壤各占比50%；恩施州被調查的3個基地土壤均偏酸性；其他5個地區土壤大都呈中性或偏堿性?？偟膩碚f，各個地區pH差別比較大，有的同一個地區不同基地的pH也會差別比較大。

如表3所示，湖北省8個地區的蔬菜基地土壤重金屬含量均沒有超出綠色食品產地環境質量標準（NY/T 391-2013）對旱田土壤環境質量的要求。參照湖北省土壤背景值[16]（未受人類污染影響的自然環境中化學元素和化合物的含量），45個基地中有6個基地的Hg、As和Pb含量超出湖北省土壤背景值，其中Hg的累積最明顯，宜昌市有3個基地、黃岡市有1個基地Hg含量超出背景值；另外荊州市有1個基地的Pb含量超出了背景值，恩施州有1個基地的As含量超出背景值；但總體來說，超標率都不超過20%。被調查的所有基地重金屬Cd、Cr和Cu含量均低于土壤背景值，無明顯累積；武漢、荊門、十堰和咸寧被調查的蔬菜基地6種重金屬含量均低于土壤背景值。

2.2 不同地區蔬菜基地重金屬的含量差異

如表4所示，宜昌和十堰市蔬菜基地的Cd含量平均值最高，荊州市的最低；黃岡市蔬菜基地的Hg平均含量最高，是荊門市的3.8倍；恩施州土壤As含量高，是十堰市的2.6倍；黃岡市的Pb平均含量最高，咸寧市的最低；黃岡市的Cr平均含量最高，比恩施州的高出28.84 mg/kg；黃岡市蔬菜基地的Cu平均含量最高，咸寧市的最低。但相同市區不同取樣地點的重金屬含量差異比較大，如黃岡市編號為J44基地的Cd含量是J45的3.6倍，而J45基地的As含量是J44的3.2倍。

2.3 土壤重金屬污染評價結果

2.3.1 單因子污染指數評價 湖北省各地區蔬菜基地土壤中Cd、Hg、As、Pb、Cr和Cu 6種重金屬元素的單因子污染指數和評價結果見表5。由表5可以看出，湖北省8個地區45個被調查的基地上述6種重金屬單項污染指數均小于1，說明8個地區蔬菜基地的Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu含量均未超標。但荊州地區的Cr和黃岡地區的Cr、Cu的單項污染指數均超過0.7，表明這兩個地區的Cr、Cu污染處于警戒線級別，需要及時預防。

2.3.2 綜合污染指數評價 僅使用單因子污染指數法進行評價不能反映土壤的整體污染情況。而綜合污染指數法是一種兼極值的綜合評價方法，可以評定土壤綜合污染水平。從表5還可以看出，湖北省8個地區的綜合污染指數均小于1，根據土壤環境質量分級標準可以判斷這些地區的蔬菜基地污染水平處于尚清潔狀態。但是黃岡市的土壤綜合污染指數大于0.7，表明該地區的蔬菜基地污染水平雖然處于尚清潔狀態，但重金屬污染達到了警戒線。

3 結論與討論

3.1 結論

通過對湖北省武漢、宜昌、荊門、荊州、恩施州、十堰、咸寧和黃岡8個地區的45個主要綠色食品蔬菜生產基地進行田間采樣和室內分析，試驗結論如下：

1）所調查的45個基地pH<6.5有19個，占42.2%，6.57.5有14個，占31.1%。主要表現：恩施州基地pH<6.5占100%、武漢基地pH<6.5占61.5%、宜昌pH<6.5占50.0%。推測原因可能這些基地屬于傳統蔬菜種植基地，常年施肥導致土壤酸化相對嚴重。

2）武漢、荊門、十堰和咸寧地區被調查的蔬菜基地6種重金屬含量均低于土壤背景值。另外4個地區有6個基地的Hg、As和Pb含量超出湖北省土壤背景值，其中Hg的累積最明顯，表現為宜昌市的3個基地、黃岡市的1個基地Hg含量超出背景值。但總體來說，超標率都低于20%。

3）不同地區蔬菜基地重金屬的含量差異比較大。黃岡市蔬菜基地的Hg平均含量是荊門市的3.8倍，Cr平均含量比恩施州的高出28.84 mg/kg；相同市區不同取樣地點的重金屬含量差異也比較大，如黃岡市2個蔬菜基地的Cd和As含量差異達到了3倍以上。

4）單因子污染指數評價結果表明，湖北省8個地區的Cd、Hg、As、Pb、Cr和Cu 6種重金屬單項污染指數雖然均小于1，含量未超標，但黃岡Cr、Cu和荊州Cr的單項污染指數均超過0.7，表明這兩個地區的Cr、Cu污染臨近警戒線。

5）綜合污染指數評價結果表明，黃岡市的重金屬綜合污染指數大于0.7，土壤等級為2級，臨近警戒線。其他地區的土壤重金屬綜合污染指數均小于0.7，土壤等級為1級，均處于安全狀態。

3.2 討論

所調查的湖北省45個蔬菜基地中有19個基地土壤pH小于6.5，占比42.2%，接近50%，一般造成土壤酸化的原因有3個方面：①降水量大而且集中，淋溶作用強烈，鈣、鎂、鉀等堿性鹽基大量流失；②施石灰、燒火糞、施有機肥等傳統農業措施的缺失，使耕地土壤養分失衡；③長期大量施用化肥是造成土壤酸化的重要原因。Singh等[17]認為土壤重金屬含量與土壤pH大小有關，pH越小，重金屬被解吸的越多，活性越強，越容易被植物吸收，因此土壤酸化會導致重金屬向植物體內遷移和累積。應結合不同蔬菜對土壤pH不同要求采取合適措施改良土壤的酸堿性，例如對于酸性土壤，可增施熟石灰、草木灰等[18]來中和土壤的酸性；對于堿性土壤，可施用沸石[19]和燃煤煙氣脫硫副產物[20]等減少土壤的堿性，并且每年應對土壤pH進行跟蹤調查。

8個地區蔬菜基地重金屬Cd、Hg、As、Pb、Cr和Cu含量均沒有超出綠色食品環評標準的限量值，適合發展綠色食品。但是根據湖北省土壤背景值的要求，有個別蔬菜基地的重金屬超標，特別是宜昌市有3個基地的Hg超標。由于土壤中重金屬的來源是多途徑的，根據該地區所處的環境推測原因主要有：①基地多處于山區地帶，地礦中含有一定量的重金屬元素，地質背景的原因可能導致土壤重金屬含量超標；②該地區的蔬菜種植基地多屬于傳統蔬菜種植基地，常年施肥（肥料中含有一定量重金屬元素）使得土壤中重金屬含量增加。雖然Hg含量超標率不到20%，但是還是要引起重視。

被調查的8個地區只有黃岡市的綜合污染指數達到2級，處于警戒線，其他地區均處于安全狀態?？赡茉蛴校孩僭摰貐^被調查的蔬菜基地太少，數據離散程度過大；②蔬菜基地位于山區地帶，地質背景的原因可能導致土壤重金屬含量較高。由于綜合污染指數計算時只是依據pH分級，沒有科學地細分，當綜合污染指數大于0.7時，酸性和堿性土壤對重金屬吸附水平差別較大，特別是土壤pH<6.5，P綜>0.7時，重金屬活性將會大大增加，很容易吸附在土壤中最后被植物吸收；而另一方面不同植物可能對重金屬吸附水平也不同，故P綜>0.7時，蔬菜中重金屬含量也不一定超標。因此如何更加科學評價基地污染還需要做進一步研究。

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