蘇琪嬌，王 濟(jì)，陸曉輝，戴凌駿

(1.貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550001；2.貴州省山地資源與環(huán)境遙感應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽 550001)

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城市近郊菜地土壤和蔬菜重金屬含量分析與研究

蘇琪嬌1,2，王 濟(jì)1*，陸曉輝1，戴凌駿1

(1.貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550001；2.貴州省山地資源與環(huán)境遙感應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽 550001)

為了解城市近郊菜地土壤、蔬菜中Zn、Cd、Pb、Cu含量間的關(guān)系，選取貴陽市花溪區(qū)為研究區(qū)，采集研究區(qū)菜地土壤樣本46個(gè)，蔬菜樣本22個(gè)，分別測(cè)出土壤、蔬菜中重金屬Zn、Cd、Pb、Cu的含量。結(jié)果表明：1)菜地土壤、蔬菜中4種重金屬含量偏離均值，空間分布差異較大；2)菜地土壤中Zn、Cd元素來源可能相同；蔬菜中Cu與Zn元素相關(guān)性達(dá)極顯著水平，Cu與Pb元素相關(guān)性達(dá)顯著水平；3)蔬菜中的Zn、Cu主要來源于土壤；4)菜地土壤中4種重金屬出現(xiàn)了不同程度的污染，其中受Zn元素影響較為明顯。蔬菜受Cd、Pb元素污染相對(duì)嚴(yán)重。

土壤；蔬菜；重金屬含量

0 引言

土壤中的重金屬在蔬菜生長(zhǎng)過程中進(jìn)入蔬菜，最后通過食物鏈進(jìn)入人體，對(duì)人們產(chǎn)生潛在的健康危險(xiǎn)[1]。目前，有些地區(qū)已研究發(fā)現(xiàn)城市近郊土壤和蔬菜受到了重金屬的污染[2-5]。對(duì)貴陽市土壤研究發(fā)現(xiàn)：該地區(qū)土壤已經(jīng)遭受不同程度重金屬污染，而污染最嚴(yán)重的重金屬為Cr和Hg[6]，其中永樂鄉(xiāng)等地出現(xiàn)砷由無污染向中度污染變化的趨勢(shì)[7]。近年來關(guān)于重金屬的相關(guān)研究多側(cè)重于污染問題，而對(duì)重金屬元素之間的相關(guān)性分析較少。城市近郊是整個(gè)城市的食物來源地之一，蔬菜問題不僅是食品安全問題，它與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)和諧有著密不可分的關(guān)系，因此對(duì)城市近郊菜地土壤與蔬菜中重金屬含量的研究具有一定的重要性。

通過選擇以種植蔬菜為主的花溪區(qū)為研究區(qū)域，以該區(qū)域的菜地土壤和蔬菜為研究對(duì)象，結(jié)合3S技術(shù)中的GPS的優(yōu)勢(shì)[8]。研究菜地土壤及蔬菜中重金屬Zn、Cd、Pb、Cu的含量，分析各重金屬含量之間的相關(guān)性，土壤與蔬菜中各重金屬之間的關(guān)系；并采用單因子污染指數(shù)對(duì)菜地土壤重金屬進(jìn)行污染評(píng)價(jià)，以《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量(GB2762-2012)》為依據(jù)，分析蔬菜重金屬含量超標(biāo)情況。

1 材料與方法

1.1 區(qū)域概況

花溪區(qū)位于貴陽市南郊，離市中心17km。該區(qū)屬于高原季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，雨量充沛，年平均降水量為1 178.3mm，年平均溫度為14.9℃。土壤類型以水稻土、黃壤、石灰土為主。土地利用類型以林地、耕地、草地為主，其中耕地面積占總面積的30%以上。2015年花溪區(qū)蔬菜種植面積達(dá)168.60km2，比上年增長(zhǎng)4.1%。蔬菜產(chǎn)量達(dá)405 865t，比2014年增長(zhǎng)4.0%。貴陽市蔬菜基地主要布局在花溪青巖、燕樓、湖潮等，沿思潛河流域的花溪青巖、黔陶建10km2(主要品種為瓜果類、姜、蔥類和豆類)蔬菜基地。花溪在貴陽市蔬菜區(qū)域布局中具有重要地位。因此，對(duì)花溪區(qū)菜地土壤和蔬菜重金屬的研究對(duì)保障貴陽市400多萬人口的食物安全有著重要的意義。研究區(qū)地理位置如圖1所示。

圖1 研究區(qū)地理位置圖Fig.1 The location of the study area

1.2 材料

1.2.1 土壤樣品采集

對(duì)研究區(qū)蔬菜基地和零散菜地進(jìn)行采樣。蔬菜基地土壤采樣方法：按照蔬菜基地的大小分為2個(gè)或3個(gè)采樣單元，選用蛇形采樣法在每個(gè)采樣單元內(nèi)采集10個(gè)子樣品，采樣深度為(0～20cm)，將10個(gè)子樣品充分混合后，挑出樣品中的雜物，按“四分法”棄至1kg左右作為該采樣點(diǎn)的樣品[9]。把樣品放入自封袋中，利用GPS測(cè)出相應(yīng)的地理信息，并在自封袋上記下采樣點(diǎn)編號(hào)、經(jīng)緯度、高程等相關(guān)信息。零散菜地土壤采集方法：由于零散蔬菜地有分布不均勻及面積大小不一、數(shù)目眾多等特點(diǎn)，采樣時(shí)需根據(jù)菜地面積大小進(jìn)行。只對(duì)菜地面積在200m2以上的零散菜地進(jìn)行采集，采集方法與蔬菜基地土壤采樣方法相同。在研究區(qū)域內(nèi)共采集46個(gè)土壤樣品，采樣分布如圖2(a)所示。

1.2.2 蔬菜樣品采集

采集蔬菜樣品時(shí)沒有區(qū)分蔬菜基地和零散菜地，對(duì)于一個(gè)采樣單元，隨機(jī)采取4個(gè)相同品種的子樣品，混合后裝入自封袋里，并在自封袋上記下采樣點(diǎn)編號(hào)、經(jīng)緯度、高程等相關(guān)信息。共采集22個(gè)蔬菜樣品，分別為大蒜、香菜、蓮花白、生菜、韭菜、菠菜、芹菜、魚腥草、蠶豆、豌豆、小瓜11種類型，其中有16個(gè)蔬菜樣本與土壤樣本的位置相對(duì)應(yīng)。采樣點(diǎn)空間分布如圖2(b)所示。

1.3 分析測(cè)試方法

1.3.1 樣品處理

土壤樣品處理：將樣本帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，充分混合后，用“四分法”把樣品分為兩份，一份入庫保存，一份進(jìn)行研磨。研磨的樣本再用“四分法”分成兩份，對(duì)其中的一份用研缽或木棒進(jìn)行研壓，磨細(xì)之后過60目尼龍篩(孔徑為0.25mm)為測(cè)土壤pH值備用；另一份磨細(xì)之后過100目尼龍篩(孔徑為0.149mm)為土壤重金屬含量分析用。

(a)土壤樣點(diǎn)分布圖 (b)蔬菜樣點(diǎn)分布圖圖2 樣點(diǎn)分布圖Fig.2 The location of soil samples (a), and the location of vegetable samples (b)

蔬菜樣品處理：摘除蔬菜不可食部分，清洗蔬菜可食部分2～3遍，再放入烘干器里，設(shè)置溫度為60℃，烘12h之后磨細(xì)，過40目篩(孔徑為0.425mm)放入自封袋里待測(cè)[10]。

1.3.2 分析測(cè)試方法

Zn、Cd、Pb、Cu含量測(cè)定采用“HCl-HNO3-HF-HClO3”消解體系，以上4種元素的含量使用美國(guó)Perkins-Elmer公司生產(chǎn)的原子吸收光譜儀AA-800測(cè)定[11]。為保證測(cè)定結(jié)果的可靠度，抽取20%樣品進(jìn)行平行雙樣測(cè)定，采用國(guó)家土壤標(biāo)準(zhǔn)土壤物質(zhì)GSS-1，GSS-2進(jìn)行控制，結(jié)果符合質(zhì)量控制要求。

2 結(jié)果與分析

2.1 菜地土壤重金屬含量分析

2.1.1 統(tǒng)計(jì)分析

菜地土壤中4種重金屬平均含量分別是Zn：248.069mg/kg，Cd：0.244mg/kg，Pb：31.598mg/kg，Cu：36.767mg/kg(如表1所示，表中的背景值指的是貴陽市土壤背景值[6])。土壤中的微量金屬主要來自于母質(zhì)，而且它們?cè)谄骄可暇哂幸欢ǖ囊恢滦訹12]?？傮w樣本中各采樣點(diǎn)的平均變異程度是由變異系數(shù)來反映的，研究區(qū)內(nèi)重金屬含量的變異大小，可以反映該區(qū)域內(nèi)重金屬元素的污染程度和分布差異[13]?；ㄏ獏^(qū)菜地土壤中Zn、Cd、Pb、Cu的變異系數(shù)分別是0.625、0.922、2.117、1.853(如表1所示)，4種重金屬的變異系數(shù)較大，表明土壤重金屬含量偏離均值的程度較大，即它們的含量在空間分布上有很大的差異。

表1 菜地土壤重金屬含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.1.2 相關(guān)系數(shù)分析

土壤重金屬含量之間的相關(guān)性與母質(zhì)有很大關(guān)系[14]，研究土壤中重金屬的相關(guān)性可以推測(cè)重金屬來源是否相同，若重金屬含量有顯著的相關(guān)性，說明其來源相同的可能性較大，反之則來源相同的可能性較小[15]。計(jì)算研究區(qū)表層土壤重金屬含量之間的Pearson相關(guān)系數(shù)(表2)。當(dāng)n=46時(shí)，ra=0.05=0.291，ra=0.01=0.376。研究表明：Zn與Cd元素相關(guān)性達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，表明Zn與Cd元素具有相同來源的可能性較大，土壤中其余重金屬之間相關(guān)性較差。Zn與Cd元素顯著相關(guān)是因?yàn)榈厍蛏蠜]有單獨(dú)的Cd礦，Cd礦常與Zn礦共生，一般以CdS和CdCO3的形式存在Zn礦中[16]。

2.1.3 菜地土壤重金屬環(huán)境評(píng)價(jià)

用單因子污染指數(shù)法評(píng)價(jià)研究區(qū)菜地土壤重金屬Zn、Cu、Pb、Cu污染情況，采用貴陽市重金屬Zn、Cu、Pb、Cu背景值及土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值為依據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。國(guó)家《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618-2008)。如表3所示。

表2 菜地土壤中重金屬含量之間的Pearson相關(guān)系數(shù)

*相關(guān)性達(dá)顯著水平(P<0.05)；**相關(guān)性達(dá)極顯著水平(P<0.01)

表3 土壤環(huán)境質(zhì)量第二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值 (mg/kg)

目前我國(guó)還沒有規(guī)定土壤重金屬元素污染評(píng)價(jià)的統(tǒng)一分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，采用寧曉波等在《貴陽花溪區(qū)石灰林地土壤重金屬含量特征及其污染評(píng)價(jià)》文中提出的單因子污染指數(shù)法分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[17]。

評(píng)價(jià)結(jié)果如表4所示，以國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，清潔土壤樣品占總樣品的百分比大小排序?yàn)椋篊u(93.478%)>Pb(86.957%)>Zn(82.609%)=Cd(82.609%)。其中Zn達(dá)中度污染的樣品有2個(gè)，重度污染的樣品有6個(gè)；Cd達(dá)輕度污染的樣品有5個(gè)，中度污染的樣品有1個(gè)，重度污染的樣品2個(gè)；Pb達(dá)輕度污染的樣品有6個(gè)；Cu達(dá)中度污染的樣品有3個(gè)。以貴陽市土壤背景值為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，清潔土壤樣品占總樣品的百分比大小排序?yàn)椋篊d(80.435%)>Zn(78.261%)>Pb(69.565%)>Cu(45.652%)。其中其中Zn達(dá)中度污染的樣品有3個(gè)，中度污染的樣品有1個(gè)，重度污染的有6個(gè)；Cd達(dá)輕度污染的樣品有4個(gè)，中度污染的樣品有3個(gè)，重度污染的樣品有2個(gè)；Pb達(dá)輕度污染的樣品有14個(gè)；Cu達(dá)輕度污染的樣品有23個(gè)。表明研究區(qū)菜地土壤中4種重金屬出現(xiàn)了不同程度的污染，其中受Zn元素影響較為明顯。

表4 菜地土壤重金屬單因子污染指數(shù)法(Pi)評(píng)價(jià)結(jié)果表/%

2.2 蔬菜重金屬含量分析

2.2.1 統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)蔬菜中重金屬含量進(jìn)行分析表明：蔬菜中4中重金屬元素平均含量分別是Zn：28.079mg/kg，Cd：0.177mg/kg，Pb：0.161mg/kg，Cu：8.308mg/kg；變異系數(shù)分別是1.710，1.612，0.623，1.937(如表5所示)。表明蔬菜中重金屬含量偏離均值的程度較大，它們的含量在蔬菜中的分布有很大的差異。

2.2.2 相關(guān)性分析

計(jì)算蔬菜中各重金屬元素之間的Pearson相關(guān)系數(shù)(如表6所示)。表明蔬菜中各種重金屬之間存在一定的相關(guān)性。當(dāng)n=22時(shí)，ra=0.05=0.423，ra=0.01=0.492。研究表明，Cu與Zn元素之間達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，蔬菜中Cu含量的增加會(huì)導(dǎo)致Zn含量增加；Cu與Pb元素之間達(dá)到顯著水平(P<0.05)，蔬菜中的Cu含量增加，Pb元素也會(huì)隨之增加。

表5 蔬菜中重金屬含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表6 蔬菜重金屬含量之間的Pearson相關(guān)系數(shù)

*相關(guān)性達(dá)顯著水平(P<0.01)；**相關(guān)性達(dá)極顯著水平(P<0.01)

2.2.3 蔬菜安全評(píng)價(jià)

蔬菜安全評(píng)價(jià)采用《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量(GB2762-2012)》中限量值(如表5所示)。

研究區(qū)不同蔬菜中重金屬Cd，Pb平均含量與食品中污染物限量做比值分析，結(jié)果如圖3所示。研究區(qū)的香菜、生菜、韭菜、菠菜、芹菜、魚腥草、豌豆、小瓜中Cd含量均超標(biāo)，超標(biāo)率為72%，其中豌豆中Cd含量則為限量的2.3倍；香菜、菠菜、芹菜、小瓜中的Pb含量均超標(biāo)，超標(biāo)率為36%，其中菠菜中Pb含量為限量為的2.4倍。反映不同蔬菜對(duì)不同重金屬元素的吸收情況不一致，Pb在菠菜中的富集程度大于其他品種的蔬菜，而Cd在豌豆中的富集程度較高。

表7 食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量

圖3 蔬菜中Pb、Cd含量與食品中Pd、Cd限量比值圖Fig.3 Contents of Pb, Cd in the vegetables ratio limit the quantity of Pb ,Cd to the food

2.3 菜地土壤與蔬菜中各重金屬含量之間的相關(guān)性分析

研究區(qū)土壤重金屬與蔬菜重金屬含量相關(guān)性如表8所示。當(dāng)n=16時(shí)，ra=0.05=0.497，ra=0.01=0.623。結(jié)果表明土壤中Cb、Pb兩種重金屬含量分別與土壤中Cb、Pb含量呈負(fù)相關(guān)，而蔬菜中的Zn、Cu含量分別與土壤中Zn、Cu呈正相關(guān)。其中，蔬菜中的Zn、Cu含量與分別土壤中的Zn、Cu含量相關(guān)性達(dá)到到顯著水平(P<0.05)。表明隨著土壤中Cd、Pd含量增加，蔬菜中的Cd、Pd含量反而下降；蔬菜中的Zn、Cu主要來源與土壤。

表8 土壤、蔬菜各重金屬含量之間Pearson相關(guān)系數(shù)

*相關(guān)性達(dá)顯著水平(P<0.01)；**相關(guān)性達(dá)極顯著水平(P<0.01)

3 結(jié)論

1)菜地土壤重金屬含量偏離均值程度較大，在空間分布存在較大的差異；蔬菜中4種重金屬含量在空間上分布有一定的差異。

2)土壤中Zn與Cd元素之間顯著相關(guān)，有相同來源的可能性較大；蔬菜中Cu與 Zn、Cu與Pb之間呈顯著相關(guān)，來源相同的可能性較大；土壤與蔬菜中的Zn、Cu元素含量相關(guān)性達(dá)到顯著水平，其余元素之間的相關(guān)性較小。蔬菜中Zn、Cu元素主要來源于土壤，除此之外還來源于大氣沉降、污灌等。

3)菜地土壤中4種重金屬出現(xiàn)了不同程度的污染，其中受Zn元素影響較為明顯。蔬菜受Cd、Pb元素污染相對(duì)嚴(yán)重，如豌豆中Cd含量為中國(guó)食品安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限量的2.3倍，菠菜中Pb含量為2.4倍。

受地質(zhì)背景與人類活動(dòng)的影響導(dǎo)致重金屬含量在空間分布上存在一定的差異，不同重金屬之間的相關(guān)性進(jìn)一步影響它們含量在空間上分布，同時(shí)也影響著植株體中重金屬含量。城市近郊是食物的主要來源地之一，近郊土壤、蔬菜中重金屬含量關(guān)系著城市的發(fā)展。為了減少重金屬對(duì)城市近郊菜地的污染，可以采取一定的措施。首先減少種植對(duì)重金屬富集較高的蔬菜，比如菠菜，芹菜等；選擇種植區(qū)時(shí)盡量遠(yuǎn)離工廠等；此外可以在重金屬富集較高的地方進(jìn)行植物修復(fù)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)農(nóng)業(yè)。

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Analysis and study on heavy metal content in the suburban vegetable garden soil and vegetable

SU Qijiao1,2,WANG Ji1*,LU Xiaohui1,DAI Lingjun1

(1.School of Geographic and Environmental Sciences, Guizhou Normal University, Guiyang, Guizhou 550001, China;2. Guizhou Mountain Resources and Environmental Remote Sensing Application Laboratory, Guiyang, Guizhou 550001, China)

In order to determine the relationships among Zn, Cd, Pb and Cu contents in garden soil and vegetables in the suburbs, we collect 46 samples of garden soil samples and 22 samples of vegetables from Huaxi District of Guiyang city to measure the content of heavy metal Zn, Cd, Pb, and Cu in garden soil and vegetables. The results are as follows: 1) 4 kinds of heavy metal content are deviation from the mean and spatial distribution differences in garden soil and vegetables. 2) Zn and Cd in garden soil may have the same source. For vegetables, the correlation between Cu and Zn reaches a very significant level, and the levels of Cu and Pb are significant. 3) Zn and Cu of vegetables come mainly from garden soil. 4) 4 kinds of heavy metal contents in garden soil showed varying degrees of contamination, affected by Zn element of which is obvious. Vegetables polluted by Cd, Pb element is relatively severe.

soil; vegetable; heavy metal content

1004—5570(2016)06-0027-06

2016-07-25

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))；大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201310663015)聯(lián)合資助；貴州省社發(fā)項(xiàng)目(黔科合SY字[2012]3042)

蘇琪嬌(1991-)，女，研究方向：地理信息系統(tǒng)應(yīng)用，E-mail: feierjoy@foxmail.com.

*通訊作者：王 濟(jì)(1975-)，男，博士，教授，研究方向：土壤中重金屬污染，E-mail: wangji@gznu.edu.cn.

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