陳智虎，王 濟(jì)，陸曉輝，蘇琪嬌

(貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550001)

貴陽(yáng)市近郊菜地土壤中汞分布特征研究

陳智虎，王 濟(jì)，陸曉輝，蘇琪嬌

(貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550001)

為了解貴陽(yáng)市近郊菜地土壤中汞分布特征，對(duì)貴陽(yáng)市近郊菜地土壤進(jìn)行調(diào)查，共采集了貴陽(yáng)市近郊12個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)蔬菜基地的77個(gè)土壤樣本，測(cè)定了土壤中汞的含量，并運(yùn)用地質(zhì)累計(jì)指數(shù)方法對(duì)土壤中汞的污染程度進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，貴陽(yáng)市近郊菜地所有采樣點(diǎn)的土壤中汞含量絕大部分超過(guò)背景值。有44個(gè)樣本的地質(zhì)累積指數(shù)在1～2，有5個(gè)樣本的地質(zhì)累積指數(shù)大于2，貴陽(yáng)市近郊菜地土壤受汞的污染程度總體來(lái)說(shuō)是中度污染，而在石板鎮(zhèn)、青巖鎮(zhèn)和牛場(chǎng)鄉(xiāng)等地方出現(xiàn)了中度污染向強(qiáng)污染變化的情況。

近郊菜地；土壤; 汞；分布特征；貴陽(yáng)市

近年來(lái)，隨著貴州經(jīng)濟(jì)和工業(yè)化的迅猛發(fā)展，工業(yè)活動(dòng)中產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣的排放量不斷增加，金屬礦物的開(kāi)采等活動(dòng)，使耕地受到不同程度的污染[1]。土壤受到重金屬的污染，一方面影響土壤的正常功能，破壞土壤生物活性[2]，另一方面農(nóng)作物質(zhì)量也受到影響，進(jìn)而影響人類身體健康[3]。研究發(fā)現(xiàn)，貴陽(yáng)市潛在生態(tài)危害綜合指數(shù)為RI=90.86，重金屬污染為輕度[4]。土壤重金屬中，鎘和汞污染比較突出[5-6]。汞及汞的化合物對(duì)人體的損害與進(jìn)入人體內(nèi)的汞量、汞的形態(tài)及化合物的種類有關(guān)。相關(guān)研究表明，有機(jī)汞的毒性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無(wú)機(jī)汞[7-8]，其中食用蔬菜是人體攝入汞的重要來(lái)源之一[9]。通過(guò)對(duì)貴陽(yáng)市近郊菜地土壤中汞元素的含量進(jìn)行調(diào)查和分析，一方面了解其在貴陽(yáng)市不同地區(qū)的含量和分布特征，為土壤環(huán)境污染做出評(píng)價(jià)，另一方面對(duì)土壤環(huán)境狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，盡量避免在汞含量超標(biāo)的地方種植蔬菜之類的產(chǎn)品，改為種植一些園藝、林木或草坪之類的綠化植物，進(jìn)而防止重金屬通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，危害人體健康[10-11]。汞在自然環(huán)境中是稀有的分散元素，含量較少，廣泛的分布在演示、土壤、大氣、水體和生物中，總體來(lái)說(shuō)，在貴陽(yáng)表層土壤汞含量的均值還是處于正常水平的范圍[12]。

1 樣本采集和處理

1.1樣本采集

貴陽(yáng)市地處東經(jīng)106°07′～107°16′，北緯26°11′～27°22′，土地面積占全省的4.56%。在以往的研究顯示，貴州省的土壤重金屬污染呈上升的趨勢(shì)，已經(jīng)嚴(yán)重危及到人們的身體健康，很多地方土壤重金屬的含量已經(jīng)明顯高于限量值要求[13]。貴陽(yáng)市轄南明區(qū)、云巖區(qū)、白云區(qū)、花溪區(qū)、烏當(dāng)區(qū)、觀山湖區(qū)、清鎮(zhèn)市、開(kāi)陽(yáng)縣、修文縣和息烽縣等地區(qū)，本研究主要選擇貴陽(yáng)市近郊的觀山湖區(qū)、花溪區(qū)、烏當(dāng)區(qū)和白云區(qū)的蔬菜基地作為研究區(qū)域。

此次采集的樣本主要來(lái)自于貴陽(yáng)市周邊的幾個(gè)蔬菜基地，這些蔬菜基地主要為貴陽(yáng)市的4個(gè)區(qū)的居民提供蔬菜等農(nóng)作物。本研究采用的具體采樣方法：首先通過(guò)地圖確定貴陽(yáng)市周邊的蔬菜基地分布所在的具體鄉(xiāng)鎮(zhèn)名稱，布點(diǎn)原則以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位進(jìn)行采樣點(diǎn)的劃分，確定每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)中的蔬菜基地所在的具體村名。本研究的范圍為貴陽(yáng)市近郊的蔬菜基地，土壤采樣分布見(jiàn)圖1。此次共采集土壤樣品77個(gè)，涵蓋鄉(xiāng)鎮(zhèn)12個(gè)。

采集樣品的時(shí)間安排在農(nóng)作物收獲后或播種施肥前，單個(gè)樣品的采集選用蛇形采樣法(又稱S形取樣法)，對(duì)菜地土壤表層0～10 cm的土壤進(jìn)行采集[14]，每10 m2采集1個(gè)土壤混合樣品，每個(gè)樣本采集區(qū)采集子樣品數(shù)超過(guò)10個(gè)，混合均勻后按四分法獲1 kg左右的樣品，編號(hào)并記錄其經(jīng)緯度與高程值，采樣過(guò)程中使用木制材料，避免使用金屬工具，以防止對(duì)樣品的污染。將取回的土壤樣品于試驗(yàn)室內(nèi)自然風(fēng)干，剔除雜質(zhì)。用木棍碾碎后過(guò)2 mm篩以備檢測(cè)其pH值,使用陶瓷研缽將其磨碎，過(guò)0.149 mm篩以備檢測(cè)汞的含量，將以上2種樣品分別保存于自封袋中備用。

圖1 貴陽(yáng)市近郊菜地土壤采樣點(diǎn)分布示意圖Fig.1 Distribution of sampling sites in the suburbanvegetable soil of Guiyang city

1.2樣本處理方法

準(zhǔn)確稱取約0.300 0 g的土壤樣品于50 mL的比色管中，加入5 mL王水(VHCl∶VHNO3=1∶1)，搖勻后置于水浴中煮沸2 h，冷卻后加入去離子水定容至50 mL，用試管取10 mL溶液，放于離心機(jī)中離心，通過(guò)ICP-MS(Inductively coupled plasma mass spectrometry)測(cè)定其汞元素的含量。測(cè)定結(jié)果采用空白樣和加標(biāo)回收樣進(jìn)行質(zhì)量控制,土壤標(biāo)樣分析精度由國(guó)家地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07404(GSSO4)進(jìn)行控制[15]。經(jīng)測(cè)定，測(cè)得的實(shí)測(cè)值符合試驗(yàn)要求。

1.3評(píng)價(jià)方法

本研究在對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)，不僅要考慮采樣點(diǎn)的自然地質(zhì)過(guò)程對(duì)土壤背景值造成的影響，還要考慮人為活動(dòng)對(duì)重金屬污染的影響，因此采用地質(zhì)累積指數(shù)(Igeo)法進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)。其表達(dá)公式如下：

(1)

式中：Cn為樣品中元素n的濃度；Bn為背景濃度[16]；1.5為修正指數(shù)，通常用來(lái)表征沉積特征、巖石地質(zhì)及其他影響。

地質(zhì)累積指數(shù)可以分為幾個(gè)級(jí)別[17]，分級(jí)指標(biāo)如表1所示

表1 地質(zhì)累積指數(shù)分級(jí)指標(biāo)Table 1 The different classes of Igeo

2 結(jié)果與分析

2.1貴陽(yáng)市研究區(qū)土壤中汞含量特征

通過(guò)對(duì)采集來(lái)的樣品進(jìn)行分析，得到貴陽(yáng)市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤中汞含量，見(jiàn)表2。從表2可以看出，汞元素在研究區(qū)的變異系數(shù)都不是太大，只是在黨武鄉(xiāng)、金竹鎮(zhèn)、牛場(chǎng)鄉(xiāng)、麥架鎮(zhèn)等地的變異系數(shù)高于其他地方，分別為47.668%、48.646%、34.193%、34.025%。汞元素變異系數(shù)偏高，一方面說(shuō)明汞含量在各個(gè)地方有很大差異，另一方面說(shuō)明人為活動(dòng)對(duì)土壤的影響較大。將所得的結(jié)果與基線值[18]相比，各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的汞含量平均質(zhì)量濃度均超過(guò)基線值。整體而言，汞元素在研究區(qū)的菜地土壤中含量較高。

表2 貴陽(yáng)市近郊菜地各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤中汞含量統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistics data of Hg in the suburban vegetable soil of Guiyang city

2.2貴陽(yáng)市研究區(qū)汞含量分布特征

貴陽(yáng)市近郊菜地各行政區(qū)土壤中汞含量見(jiàn)表3。由表3可知，汞元素在白云區(qū)、觀山湖區(qū)、花溪區(qū)、烏當(dāng)區(qū)的含量范圍分別是0.121 8～0.432 6 mg·kg-1，0.111 7～0.284 8 mg·kg-1，0.068 4～0.419 1 mg·kg-1，0.085 8～0.340 4 mg·kg-1；各行政區(qū)的平均含量分別為0.024 1 mg·kg-1，0.021 7 mg·kg-1，0.024 1 mg·kg-1，0.022 5 mg·kg-1。白云區(qū)和花溪區(qū)的平均含量要高于觀山湖區(qū)和烏當(dāng)區(qū)。

表3 貴陽(yáng)市各行政區(qū)土壤中汞含量統(tǒng)計(jì)表Table 3 Statistics data of Hg in different administrative region of Guiyang

3 貴陽(yáng)市近郊菜地土壤中汞的環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

將所有的樣品采用地質(zhì)累積指數(shù)法環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，采集的77個(gè)樣本中有6.49%的樣本地質(zhì)累積指數(shù)小于0，有29.87%的樣本的地質(zhì)累積指數(shù)在0～1，有57.14%的樣本地質(zhì)累積指數(shù)在1～2，有6.49%的樣本地質(zhì)累計(jì)指數(shù)大于2，說(shuō)明貴陽(yáng)市近郊菜地土壤受汞的污染程度總體來(lái)說(shuō)是中度污染，但是還是有個(gè)別地方出現(xiàn)了中度污染向強(qiáng)污染變化的情況。

對(duì)采樣點(diǎn)運(yùn)用克里金插值方法進(jìn)行插值處理，預(yù)測(cè)貴陽(yáng)市近郊菜地土壤中汞的地質(zhì)累積指數(shù)分布情況，根據(jù)插值的結(jié)果與采集的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，插值結(jié)果是符合要求的，如圖3所示，顏色越淺的地質(zhì)累積指數(shù)的數(shù)值越大。絕大部分采樣點(diǎn)的地質(zhì)累積指數(shù)呈現(xiàn)的污染程度是中度污染，有少數(shù)幾個(gè)采樣點(diǎn)出現(xiàn)中度污染向強(qiáng)度污染變化的情況，這些點(diǎn)主要分布在青巖鎮(zhèn)、牛場(chǎng)鄉(xiāng)、石板鎮(zhèn)、燕樓鎮(zhèn)等地。

圖2 貴陽(yáng)市近郊菜地土壤中汞的地質(zhì)累積指數(shù)Fig.2 The Igeo for Hg in the suburbanvegetable soil of Guiyang

圖3 汞的地質(zhì)累積指數(shù)Igeo預(yù)測(cè)分布圖Fig.3 Predicting the distribution of Igeo for Hg

4 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)貴陽(yáng)市近郊菜地土壤中汞的含量的調(diào)查與分析，揭示了貴陽(yáng)市近郊菜地土壤中汞元素在不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)、不同區(qū)之間的分布特征及其污染現(xiàn)狀。結(jié)論如下：

(1)貴陽(yáng)市近郊菜地土壤汞的含量不容樂(lè)觀，所有采樣點(diǎn)的土壤汞含量絕大部分超過(guò)基線值，只有少量采樣點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果在基線值以內(nèi)。

(2)從貴陽(yáng)市近郊菜地土壤中汞的地質(zhì)累積指數(shù)分布圖來(lái)看，絕大部分采樣點(diǎn)汞的污染程度為中度污染，有少數(shù)幾個(gè)采樣點(diǎn)出現(xiàn)中度污染向強(qiáng)污染變化的情況，這些點(diǎn)主要分布在石板鎮(zhèn)、青巖鎮(zhèn)和牛場(chǎng)鄉(xiāng)等地?？傮w來(lái)說(shuō)，貴陽(yáng)市近郊菜地土壤中汞的污染絕大部分是中度污染。

貴陽(yáng)市近郊菜地種植的蔬菜的土壤pH值集中在6.5～7.5，主要種植一些蔥蒜、茄子、白菜、萵苣等蔬菜種類，根據(jù)中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，將貴陽(yáng)市近郊菜地種植的蔬菜種類分為綠葉類、白菜類、茄果類、蔬菜類4類進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。從分析的結(jié)果來(lái)看，4類蔬菜中綠葉類蔬菜最容易受到污染；蔥蒜類蔬菜不容易受到污染。受污染容易程度平均水平表現(xiàn)為綠葉類蔬菜>白菜類蔬菜>茄果類蔬菜>蔥蒜類蔬菜。據(jù)此，應(yīng)對(duì)于種植綠葉類蔬菜的區(qū)域進(jìn)行定時(shí)污染監(jiān)測(cè)，在這些區(qū)域合理使用化肥和農(nóng)藥，嚴(yán)格做好蔬菜基地的規(guī)劃，做到土壤的合理安全有效利用，重視開(kāi)發(fā)高效低毒低殘留的化肥和農(nóng)藥。

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(責(zé)任編輯：朱秀英)

ResearchonmercurydistributioncharacteristicsofsoilsofsuburbvegetablefieldsinGuiyangcity

CHEN Zhihu， WANG Ji， LU Xiaohui， SU Qijiao

(School of Geographic and Environmental Sciences, Guizhou Normal University, Guiyang 550001, China)

A survey was conducted to detect the mercury distribution characteristics of soils of vegetable fields in the suburb of Guiyang city. 77 soil samples from 12 vegetable bases in 12 townships of Guiyang suburb were collected, and the content of mercury in the samples were determined. By adopting the geoaccumulation index method, the pollution indices were calculated to assess the mercury pollution extent. The results showed that the mercury content of most soil samples taken from the 12 suburb vegetable sampling sites was higher than the background value. The geological accumulation indexes of 44 samples ranged from 1 to 2, and that of five was higher than 2. Generally, the mercury pollution of soils of suburb vegetable fields is moderate in Guiyang, while there emerged tendencies of deterioration from moderate pollution to strong pollution in Shiban town, Qingyan town, and Niuchang township.

suburb vegetable fields; soil; mercury; distribution characteristics; Guiyang city

2015-12-19

國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAD14B02-6)；貴州省科學(xué)技術(shù)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(黔科合JZ字[2014]2012號(hào))

陳智虎(1989-)，男，貴州貴陽(yáng)人，碩士研究生，主要從事地理信息系統(tǒng)方面的研究。

王 濟(jì)(1975-)，男，貴州貴陽(yáng)人，教授，博士。

1000-2340(2016)06-0785-05

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