菜地重金属含量与其生态风险
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本文作者：禹红红胡学玉作者单位：中国地质大学环境学院
材料与方法
1样品采集、处理与分析
采样区域位于湖北省武汉市郊东西湖区设施蔬菜种植地.土壤类型主要为潮土和黄棕壤.该地区温室大棚棚龄在5~10年之间，每个大棚长约36m，宽6m.主要施肥方式为硫酸钾型复合肥（15-15-15）1500kghm-2a-1，主要种植作物为莴苣、番茄、黄瓜、辣椒、苦瓜、瓠子、茄子、豆角以及一些叶菜类蔬菜.选取有代表性的温室大棚60个，每个温室均采用棋盘式布点法采集混合样，采样深度为0~20cm.土壤样品经风干、研磨后过0.149mm筛，置于白色广口玻璃瓶保存备用.样品经HNO3-HClO4-HF消煮后，用原子吸收分光光度法（AA-7003，北京东西分析仪器有限公司）测定铬（Cr）、Pb、Cd的全量，元素Hg和As的全量采用原子荧光光度法（AFS230E，北京科创海光仪器有限公司）进行测定[11].采用国家标准参比物质GBW07403(GSS-3)进行分析质量控制.
2土壤重金属污染现状评价
评价方法：按照《土壤环境监测技术规范》[12]进行现状评价.重金属污染单因子指数法，其数学表达式为：Pi=Ci/Si.式中：Pi—土壤污染物i的污染指数；Ci—土壤污染物i的实测浓度；Si—污染物i的评价标准.当Pi≤1，非污染；1<Pi≤2，轻度污染；2<Pi≤3，中度污染；Pi>3，重污染.2）内梅罗综合污染指数法：为全面反映各重金属对土壤的不同作用，突出高浓度重金属元素对环境质量的影响，采用内梅罗（N.L.Nemeiow）综合污染指数法。评价标准：选用国家环境保护总局颁布的《温室蔬菜产地环境质量评价标准》（HJ333-2006）[13]作为评价标准（表1）.
1980年瑞典科学家Hakanson应用沉积学原理，提出了土壤和沉积物潜在生态风险指数（RI）评价方法[14].该方法不仅考虑了土壤重金属含量，而且将重金属的生态效应、环境效应与毒理学联系在一起，采用具有可比的、等价属性指数分级法进行评价.潜在生态风险指数涉及到单项污染系数、重金属毒性响应系数以及潜在生态危害单项系数。
4数据分析方法
数据处理统计均在Excel软件和SPSS数据统计软件上进行.
结果与讨论
1土壤重金属含量和累积程度
由表3数据可知，研究区不同采样点设施蔬菜栽培地土壤中重金属含量变化较大，尤其是Cr和Pb表现最为明显.与湖北省土壤元素背景值比较，调查区土壤重金属含量的累积程度具有Cd>Hg>Pb>Cr>As的特征.其中，土壤Cd元素含量的平均累积程度达到湖北省土壤背景值的9.41倍，研究区100%的采样点Cd含量超过背景值，最大超标倍数达12.42倍；Hg元素含量的平均累积程度达湖北省土壤背景值的2.36倍，90%采样点的Hg含量超过背景值，最大超标倍数达7.45倍.其余3种元素Cr、Pb和As均未超出背景值（图1），表明土壤中Cd、Hg受到人为污染明显.这可能与高度集约化的农业生产模式有关，包括化肥、农药、农膜的大量使用等，设施栽培地土壤重金属的累积有可能对农产品质量安全构成威胁.
2土壤重金属污染现状
以《温室蔬菜产地环境质量评价标准》（HJ333-2006）中的土壤环境质量指标限值为评价标准，在评价结果中，单项污染指数值表现为Cd>Hg>Cr>Pb>As的特征，其中Cd的单因子污染指数平均值达到3.57，最大值为4.71.根据污染等级划分标准，Cd的样本超标率达到100%，其中，中度污染样点数占12%，重度污染样点数达88%.研究区Hg的平均单项污染指数为0.5，最高污染指数为1.58，15%的样点数达轻度污染状态.其它3种重金属As、Cr、Pb的单项污染指数都在0.2以下，尚未构成污染.根据内梅罗综合污染指数评价标准，研究区8.3%的采样点属轻度污染水平，36.7%的采样点属中度污染，51.7%的采样点达到重度污染，仅有3.3%的样点在清洁范围内（图2）.Cd元素是污染发生的主要贡献因子.从以上分析可以看出，武汉市郊东西湖区设施基地土壤属于以Cd为主的重污染区.这可能与人们长期大量施用磷肥有关，由于在磷矿中含有痕量的Cd，从而导致成品肥料的Cd污染[11].不使用污水灌溉和不施用重金属含量高的肥料，是控制当地温室土壤重金属含量的重要措施之一.
3土壤重金属潜在生态风险
研究区域土壤As、Hg、Cr、Cd、Pb的Eri平均值及变化范围分别为0.02（0~0.29）、19.93（0~63.01）、0.20（0.02~0.36）、106.97（33.2~141.21）、0.54（0~1.38）.在研究区范围内，不同重金属潜在生态风险大小的顺序依次为Cd>Hg>Pb>Cr>As，其中88%的采样点重金属Cd达到强生态风险，余下12%的采样点Cd为中等生态风险.对Hg元素而言，只有15%的采样点达到中等生态风险.重金属Cr、As、Pb的生态风险均较低.研究区不同采样点多种重金属的综合潜在生态风险指数（RI）变化范围为54.82~189.14，其中，81.8%的采样点其RI均低于150，属于轻微生态风险范畴，其余18.2%采样点均为中等生态风险水平（图3）从生态危害贡献因子Eri/RI（图4）可以看出，土壤中重金属元素Cd和Hg对综合生态风险RI的贡献率最大，分别为0.84和0.16，其余均为0，说明Cd是最主要的潜在生态风险因子，其次是Hg，这可能与Cd和Hg的污染程度和毒性响应系数有关.无论是从上述对武汉市郊设施土壤重金属含量的分析，还是对多个重金属的潜在生态风险评价，武汉市设施土壤的污染问题都应引起当地农民和农业部门的关注.
对武汉市郊部分设施蔬菜地土壤5种重金属（As、Hg、Cr、Cd、Pb）的含量累积污染现状调查和潜在的生态风险分析发现：1）研究区土壤中As、Hg、Cr、Cd、Pb的平均含量分别为0.06、0.15、19.85、1.07、5.44mg/kg，其中Cd和Hg含量平均累积程度分别达到湖北省土壤背景值的9.41和2.36倍.2）研究区污染现状分析表明，不同重金属的污染状况具有Cd>Hg>Cr>Pb>As特征，其中Cd单因子污染超标率达到100%；Hg单因子污染超标率达到15%；综合污染指数分析结果显示有36.7%和51.7%的采样点分别属中度污染级别和重污染级别，Cd是该研究区域重金属主要污染贡献因子，这可能与人们长期大量施用含有痕量Cd的磷肥有关.3）潜在生态风险分析结果表明，在研究区域内不同采样点综合潜在生态风险指数（RI）变化范围为54.82~189.14，其中81.8%采样点属于低生态风险，18.2%样点达到中生态风险.由生态危害贡献因子分析，Cd是最主要的潜在生态风险因子，其次是Hg元素.4）无论是基于上述对武汉市郊设施土壤重金属含量的分析，还是多个重金属的潜在生态风险评价，武汉市设施土壤的污染问题都应引起当地农民和农业部门的关注.
