牛佳田，汪群慧，郭欽奎，于 泳，李 奕，黃昌盛，李發(fā)生

（1.哈爾濱工業(yè)大學市政與環(huán)境學院，哈爾濱 150087；2.佳木斯大學生命科學學院，黑龍江 佳木斯 154007；3.佳木斯質量檢驗檢測中心，黑龍江 佳木斯 154004；4.佳木斯環(huán)保局環(huán)境檢測站，黑龍江 佳木斯 154004；5.佳木斯勘察設計研究院基礎地理信息中心，黑龍江 佳木斯 154004；6.中國環(huán)境科學研究院，北京 100012）

土壤質量決定著農業(yè)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境質量，重金屬可通過多種途徑進入土壤并積累，降低農產品產量與品質，并在食物鏈中富集，對土壤具有潛在的生態(tài)危害。重金屬含量是評價土壤環(huán)境質量的重要指標，土壤重金屬污染問題是當前農業(yè)環(huán)境保護領域研究的熱點[1-3]。

中國的谷物生產中玉米產量位居第二位。近年來，隨著畜牧業(yè)發(fā)展和玉米加工業(yè)規(guī)模擴大，中國的玉米消費呈現(xiàn)剛性增長態(tài)勢，玉米生產事關中國糧食安全、對國民經濟又好又快發(fā)展具有重要意義。集賢縣位于三江平原西南端，地理坐標為46.5°～47.7°N，130.6°～131.2°E，地處中溫帶亞濕潤氣候區(qū)，大陸性季風氣候，年均氣溫4.0℃、大于10℃有效積溫2742℃，年平均降水量為506.6 mm，年日照時數(shù)2605 h。該縣土壤包括暗棕壤、白漿土、黑土、水稻土、草甸土、沼澤土、泥炭土共7個類別，以草甸土（44%）、黑土（32.6%）、暗棕壤（21.6%）為主。土壤肥力高，熱、溫、水農業(yè)資源適合玉米栽培種植（見彩版Ⅰ）。

該縣行政區(qū)劃面積2283.4 km2，耕地130000 hm2，是玉米生產大縣。據(jù)統(tǒng)計，2010年集賢縣的玉米種植面積80100 hm2，總產量680000 t，約占糧食總產80%，2008～2015年中國優(yōu)勢農產品布局規(guī)劃中集賢縣入選東北春玉米主產縣[4]。

本研究對集賢縣農田土壤重金屬進行采樣、檢測和空間分析，研究這一地區(qū)土壤重金屬的含量特點和分布規(guī)律，以期為當?shù)赜衩谉o公害生產提供幫助。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與檢測方法

依據(jù)集賢縣自然環(huán)境特征和農業(yè)生產基本情況，設定采樣方案，并于2005年8月間在樣點采集土壤樣品共156個。采樣時采用梅花多點（5～12點）取樣，采樣深度0～20 cm，依照《農田土壤環(huán)境質量監(jiān)測技術規(guī)范（NY/T395-2000）》進行樣品預處理和檢測。土壤中全量Hg采用原子熒光法；全量Pb采用石墨爐原子吸收分光光度法；全量Cr、Cu采用火焰原子吸收分光光度法。分析測定中，均加入國家標準土壤標樣（GSS-1）進行分析質量控制，分析結果符合質量控制要求。

1.2 數(shù)據(jù)處理

借助Excel 2010、SPSS 18.0和DPS 7.0軟件對數(shù)據(jù)進行處理及基本統(tǒng)計學分析:包括計算4種重金屬的平均值、最大值、最小值、標準差、變異系數(shù)、偏度系數(shù)和峰度系數(shù)等指數(shù)。并對4種重金屬做相關性分析，探索其內在的聯(lián)系。對數(shù)據(jù)進行聚類分析，比較不同區(qū)域重金屬污染程度的相近度，并對照當?shù)赝寥乐亟饘俦尘爸捣治銎淅鄯e的特點[5]。

1.3 地統(tǒng)計學與空間分析

利用arc gis9.3軟件所帶的地統(tǒng)計學插件計算半方差函數(shù)中塊金值、偏基臺值、基臺值、基底效應、變程等參數(shù)；確定空間分布建模中各參數(shù)值[6-10]，進行重金屬空間分布特征研究并出圖。

表1 三江平原-集賢縣農田土壤五種重金屬檢測基本統(tǒng)計學Table 1 Five kinds of heavy metals detection basic statistics of farmland soil in Jixian country

2 結果與分析

2.1 土壤中重金屬含量的基本統(tǒng)計學和相關性分析

集賢縣農田土壤Hg含量范圍0.038～0.062 mg·kg-1，均值為0.048 mg·kg-1； Pb含量范圍16.3～20.1 mg·kg-1，均值為 18.7 mg·kg-1；Cr含量范圍40.5～50.2 mg·kg-1，均值為47.6 mg·kg-1；Cu含量范圍15.1～20.1 mg·kg-1，均值為16.9 mg·kg-1，4種元素變異系數(shù)介于7%～10%之間，為弱變異程度[11]。偏度系數(shù)和峰度系數(shù)及K-S檢驗得出:Hg為正態(tài)分布，其余3種為非正態(tài)分布。與當?shù)赝寥辣尘爸迪啾?，Hg有所累積，Pb、Cr、Cu含量均值低于當?shù)赝寥辣尘爸?與中華人民共和國《無公害食品大田作物產地環(huán)境條件（NY5332-2006）》的二級標準比較，4種重金屬元素含量遠低于該標準（見表1）。

研究土壤重金屬之間的含量相關性，可以推測重金屬的來源是否相同[12]。對4種重金屬元素進行相關性分析研究，Cr與Pb、Cu的相關系數(shù)為0.75、0.52，通過P＜0.01檢驗，呈顯著相關性。根據(jù)相關系數(shù)大小分析Cu、Cr、Pb為中等程度相關，相同來源性可能較大，可能地球化學同源。

2.2 土壤重金屬空間分布參數(shù)計算

運用Arc gis9.3地統(tǒng)計學插件生成重金屬分布趨勢圖表明，Hg從東至西呈西高東低曲線形，從南至北呈低高線形變化；Pb從東至西呈西低東高、倒曲線型，從南至北呈U型；Cr呈西低東高近似倒曲線型變化，從南至北呈曲線變化；Cu從東至西呈西端低東端高倒曲線型，從南至北呈線型。

塊金值通常表示由實驗誤差和小于實驗取樣尺度引起的變異?；_值通常表示系統(tǒng)內總的變異。塊金值與基臺值比值表示樣本間的變異特征，該值越小，系統(tǒng)空間相關性越強[13-14]。塊金值與基臺值比率稱為基底效應，表示重金屬元素的變異特征，該值大則表示重金屬元素富集更多是由隨機因素引起的。集賢縣農田土壤Hg基底效應值為50%，介于25%～75%之間，說明其具有中等空間自相關性。Hg的富集是由受氣候、土壤母質、地形地貌、植被、墾殖時間等自然因素影響和隨機因素（施肥、施藥等）共同作用的。Cu、Cr、Pb含量則主要與氣候、土壤母質、地形地貌、植被、墾殖時間等自然因素有關。

2.3 土壤重金屬空間分布特征格局

采用普通克里格和簡單克里格插值模式，輸入上述半方差函數(shù)模型的參數(shù)，進行4種重金屬元素空間分布研究，得出空間變異格局示意圖（彩版Ⅱ）。

集賢縣農田土壤Hg的高值區(qū)位于豐樂鎮(zhèn)，Pb的高值區(qū)位于福利鎮(zhèn)，Cr高值區(qū)位于福利鎮(zhèn)、興安鄉(xiāng)、永安鄉(xiāng)。Cu高值區(qū)位于東部興安鄉(xiāng)?？臻g分布圖顯示西部太平鎮(zhèn)土壤重金屬含量較低些，中部與西南部含量較高些。對比三江平原當?shù)赝寥乐亟饘俦尘爸担?種重金屬元素僅Hg略增加。

3 討論與結論

三江平原-集賢縣是農業(yè)大縣，主產玉米。農田土壤4種重金屬檢測結果顯示Cd、Hg的含量均值與當?shù)刂亟饘僭乇尘爸迪啾壬杂欣鄯e，其高值區(qū)位于研究區(qū)西南部與中部，這其中，福利鎮(zhèn)為縣政府所在地，人口多，交通發(fā)達，城鎮(zhèn)化和工業(yè)化程度高，可能是造成高值的原因。其它地區(qū)的人口分布不十分集中，可斷定所測4種重金屬含量差異主要由土壤母質、氣候、地形地貌等自然因素造成。作為玉米優(yōu)勢主產縣，玉米種植中通常用化肥做種肥，施肥量為二銨100～150 kg·hm-1、尿素100～150 kg·hm-1、硫酸鉀25～75 kg·hm-1。7月末追施尿素150～200 kg·hm-1。顯然，過量施肥對重金屬的累積應引起重視。今后種植過程要防止超量施用化肥與農藥。農業(yè)開發(fā)與生產中應注意可持續(xù)發(fā)展，突出搞好生態(tài)農業(yè)，嚴格控制和消除污染源出現(xiàn)，保持土壤環(huán)境質量優(yōu)質化，為開展綠色及無公害玉米生產提供保障。

該區(qū)域4種重金屬檢測結果與中華人民共和國《無公害食品大田作物產地環(huán)境條件（NY5332-2006）》的二級標準比較，4種重金屬元素含量遠低于該標準。集賢縣屬于三江平原玉米種植優(yōu)質潔凈區(qū)，符合主產地開展無公害玉米種植的所需條件，適合進行優(yōu)質玉米生產。

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