江西省各地区蔬菜种植地的土壤重金属含量调查_钟志清.pdf

96环境科学与资源利用2023 年第 3 期（总第 167 期）江西省各地区蔬菜种植地的土壤重金属含量调查钟志清1，杨慧娟1，付青霞1，邱受亮1，钱坤1*，于艳红2（1.江西中医药大学药学院，江西南昌，330003；2.江西科技师范大学化学化工学院，江西南昌，330013）摘 要：目的：为了了解江西各地区蔬菜种植地的土壤重金属污染状况，笔者选择了江西省铅山县、峡江县、崇仁县、南昌县和赣县 5 个研究区的蔬菜种植地，对铜、锌、砷、镉、汞、铅 6 种重金属进行风险评价。方法：采用原子吸收分光光度法或原子荧光法测定铜、锌、砷、镉、汞、铅 6 种重金属含量；综合运用单因子污染指数法、综合污染指数法和潜在生态风险指数法对江西省 5 个蔬菜种植地区 6 种重金属的污染状况和生态风险进行研究。结果：5 个研究区的 6 种重金属污染级别处于安全等级；生态污染水平处于轻微级别。结论：5 个蔬菜种植地的 6 种重金属离子浓度在污染风险筛选值范围之内。关键字：蔬菜种植地；污染状况；重金属离子中图分类号：X508 文献标志码：A 文章编号：1008-3103（2023）03-0096-05Investigation on the Content of Heavy Metals in Soil of Vegetable Planting Areas in Jiangxi ProvinceZhongZhi-qing1，YangHui-juan1，FuQing-xia1，QiuShou-liang1，QianKun1*，YuYan-hong2（1.CollegeofPharmacy，JiangxiUniversityofChineseMedicine，NanchangJiangxi330003，China；2.CollegeofChemistryandChemicalEngineering，JiangxiScienceandTechnologyNormalUniversity，NanchangJiangxi330013，China）Abstract：Objective：Inordertoknowheavymetalspollutionsituationinvegetableplantingsoil，fivevegetableplantingareasinJiangxiProvincewereselectedtoevaluatetheriskofCu2+，Zn2+，As2+，Cd2+，Hg2+andPb2+heavymetalions，includingQianshanCounty，XiajiangCounty，ChongrenCounty，NanchangCounty，GanxianCounty.Methods Soilsampleswerecollectedaccordingtonationalenvironmentalstandards.TheconcentrationofCu2+，Zn2+，As2+，Cd2+，Hg2+andPb2+ionsweredeterminedbyatomicabsorptionspectrophotometryoratomicfluorescencespectrometry.Singlefactorpollutionindexmethod，comprehensivepollutionindexmethodandpotentialecologicalriskindexmethodwereusedtostudythepollutionsituationofCu2+，Zn2+，As2+，Cd2+，Hg2+andPb2+ions.Results：Singlefactorpollutionindexmethod，comprehensivepollutionindexmethodandcomprehensivepotentialecologicalriskindexmethodwereadoptedtoanalysistheheavymetalspollutionsituationandecologicalriskofsixheavymetalsinfivevegetableplantingareasinJiangxiProvince.Theresultsshowedtheheavymetalpollutionsituationinfivevegetableplantingareaswereinthesafetylevel，andtheecologicalpollutionlevelwasslight.Conclusion：ThemetalionsofCu2+，Zn2+，As2+，Cd2+，Hg2+andPb2+infivevegetableplantingareaswerewithinthereasonablerangeofnationalriskscreeningvalue.Keywords：pegetableplantingarea；pollutionsituation；heavymetalions基金项目：江西省中医药管理局科技计划（2021A328）；江西省大学生创新创业项目（202210412169；S202110412031）；江西省 2022 年度研究生创新专项资金项目（YC2022-s856）；中药炮制技术传承创新团体（CXTD22003）。作者简介：钟志清（2001），本科，从事药物化学和环境研究；通讯作者：钱坤（1979），副教授，硕士研究生导师，从事药物化学和环境研究。0 引言在工业“三废”和汽车尾气排放、农药施肥等影响下，我国蔬菜种植地土壤中重金属污染问题日益突出，这不仅污染了土壤-植物系统，降低了蔬菜产品的DOI:10.14127/ki.jiangxihuagong.2023.03.018972023 年 6 月江西省各地区蔬菜种植地的土壤重金属含量调查质量，而且对人类生命和健康造成了直接或间接的威胁1。据统计，近 50 年来，排放到全球环境中的 Cr 约 2.2万 吨、Cu 约 93.9 万 吨、Pb 约 78.3 万 吨、Zn 约 135 万吨，其中大部分进入土壤，致使各地土壤出现不同程度的污染2。重金属污染在无机土壤污染物中更为明显，主要原因是重金属不能被土壤微生物分解，而且易于积累，会通过食物链在人体内蓄积，严重危害人体健康3。例如，汞元素以甲基汞的形式存在，容易被植物吸收并且通过食物链在生物体内逐级富集。土壤重金属污染主要有铜、锌、砷、镉、汞、铅等元素，砷虽不属于重金属元素，但因其行为、来源及危害都与重金属元素相似，故通常列入重金属元素进行讨论。近年来，“菜篮子”基地污染问题日益引起人们的重视。蔬菜安全问题是“菜篮子”工程的重要内容，研究种植地土壤重金属污染是否严重对其具有重要意义。江西省南昌市环境监测站对南昌市某些县区蔬菜种植区土壤中的重金属污染程度进行了调查，发现在新建区、安义县和南昌县的 3 个蔬菜基地中 Cd、Hg 元素为土壤中重金属的主要生态危害因子，并提出应将 Cd、Hg 元素作为优先控制的污染元素，加强防控和治理4。江西省是农业大省，位于长江中下游南岸，属于亚热带季风性湿润气候，雨量丰沛，全省年均降水量为13411940mm，冬暖夏热，无霜期长，耕地土壤资源多样，全年均适合种植蔬菜，且可种植的蔬菜品种丰富多样5。随着城镇化和工业化的不断加快，工业污染对种植地区土壤的污染加剧，加之不少菜农盲目追求产量、高额的利润，不合理使用农药、化肥等，使蔬菜种植地土壤重金属污染越来越严重，影响作物生长，进而引起食物污染。笔者将测定江西省 5 个蔬菜种植区的土壤中 Cu、Zn、As、Cd、Hg 和Pb6 种重金属的含量，通过与土壤环境质量-农用地土壤污染风险管控标准（试行）（GB 156182018）6、温室蔬菜产地环境质量评价标准（HJ 3332006）7的规定值进行对比，分析重金属污染情况，评价其污染程度，为江西省各地区蔬菜种植基地根据土壤重金属污染实际情况提出相关建议及合理的防治措施，为环境保护及江西省农业的可持续发展提供科学依据。1 研究方法1.1 检测仪器SP-3520AA 原子吸收分光分度计（上海光谱）、AFS-8500 原子荧光光度计（海光）、pH 酸度计（pHB-4，雷磁）。1.2 检测点的选择与样品采集依据农田土壤环境质量监测技术规范（NY/T3952012）8，结合各地区的地形地貌、土壤类型和土地利用方式等因素，笔者选择面积较大、连续种植多年的蔬菜种植地，采用网格式布点法布置采样点，在每个采样点采集相应的浅层土壤样品，采样深度为 20cm，每个点采集 2100g，共采集 225 个土壤样品。采集的土壤样品剔除动植物残留体、石块、植物根茎等杂质，风干、研磨、过筛后置于贴有标签的聚乙烯密封袋内封装。1.3 土壤金属离子浓度测定检测参考以下国家标准：土壤质量 总汞、总砷、总铅的测定原子荧光法（GB/T 221052008）9-11、土壤质量-铜、锌的测定-火焰原子吸收分光光度法（HJ4912019）12、土壤质量-铅、镉的测定-石墨炉原子吸收分光光度法（GB/T 171411997）13。1.4 评价方法1.4.1 评价标准5 个研究区重金属含量采用国内常用的 3 种土壤污染指数法进行评价。依据土壤环境质量-农用地土壤污染风险管控标准（试行）（GB 156182018）的土壤污染风险筛选值，对研究区土壤的重金属限量标准。温室蔬菜产地环境质量评价标准（HJ 3332006）的土壤环境质量评价指标限值，蔬菜种植研究地区土壤重金属含量的评价标准，如表 1 所示。表 1 6 种重金属的土壤污染风险筛选值重金属污染物（mg kg-1）CuZnAsCdHgPbGB156182018（5.5pH 6.5）50200400.31.890HJ3332006（5.5pH 6.5）50200300.30.25501.4.2 评价方法单因子指数法是常用的一种土壤环境现状评价方法，可直观反映土壤中每种重金属的污染情况，其计算公式如下。PCSiii=式中：Pi为单项污染指数；Ci为调查土壤中污染物的实测浓度；Si为污染物的评价标准值。根据 Pi的大小，土壤污染程度可划分为四级。Pi 1 时，研究982023 年第 3 期（总第 167 期）区土壤重金属属于未污染水平；当 1 Pi 2 时，研究区土壤重金属属于轻微污染水平；当 2 Pi 3时，研究区土壤重金属属于轻度污染水平；当 3 Pi 5 时，研究区土壤重金属属于中度污染水平；当Pi 5 时，研究区土壤重金属属于重度污染水平。综合污染指数法是通过用单因子污染指数求得综合污染指数，该方法能综合测定土壤中多种重金属的污染水平，可对其进行全面而综合的反映，也突出了污染最严重的重金属对土壤造成的危害，其计算公式如下。P=P+P/2Nave2max2()式中：PN为内梅罗综合指数；Pave为单因子污染指数中的平均值；Pmax为单因子污染指数中的最大值。根据 PN的大小，土壤污染程度可划分为五级。当 PN 0.7时，研究区土壤的重金属处在清洁（安全）范围内；当0.7 PN 1.0 时，研究区土壤的重金属处在尚清洁（警戒线）范围内；当 1 PN 2.0 时，研究区土壤的重金属处在轻度污染范围内；当 2 PN 3.0 时，研究区土壤的重金属处在中度污染范围内；当 PN 3 时，研究区土壤的重金属处在重污染范围内。表 2 土壤重金属污染评价等级标准单因子污染指数内梅罗综合污染指数Pi污染分级PN污染分级 1清洁 0.7安全1 Pi 2轻微污染0.7 PN 1警戒2 Pi 3轻度污染1 PN 2轻度污染3 Pi 5中度污染2 PN 3中度污染5重度污染 3重度污染潜在生态风险指数法可以反映蔬菜种植地中各种重金属元素的潜在生态危害水平。其计算公式为：RI=Erii=1n=Trii=1nP ir式中：RI为综合生态风险指数，E ir为单一污染物的潜在生态风险系数，T ir为单一污染物的毒性响应参数，P ir各种所测重金属的单因子指数评价值，根据目前已有研究成果，6 种重金属的毒性系数分别为Cu=Pb=5、Zn=1、As=10、Cd=30、Hg=4014-16。P ir为各种所测重金属的单因子指数值。根据 E ir的大小，潜在生态风险程度可划分为五级，如表 3 所示。当生态风险程度为 E ir 40 时，研究区土壤重金属污染水平属于轻微污染水平；当 40 E ir 80 时，研究区土壤重金属污染水平属于中等污染水平；当 80 E ir 160 时，研究区土壤重金属污染水平属于强污染水平；当80 E ir 1600 时，研究区土壤污染水平属于很强污染水平；当 E ir 320 时，研究区土壤重金属污染水平属于极强污染水平。表 3 潜在生态风险指数等级标准潜在生态风险指数E irRI潜在生态风险程度 40 150轻微40 E ir 80150 RI 300中等80 E ir 160300 RI 600强80 E ir 1600 600很强 320极强2 结果与分析2.1 土壤重金属含量的统计分析pH 值是判断土壤是否污染的重要理化指标之一，它不仅可以反映土壤的酸碱程度，而且与土壤中重金属元素的含量是否超过标准含量也有着密不可分的联系，同时影响着农作物生长17。因此，在土壤中重金属元素污染风险评价需要对采集的土壤样品进行pH 值检测。经检测，5 个研究区土壤 pH 值范围均在 66.5 之间。依据土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）（GB 156182018），当土壤的 pH 值处于 5.56.5 时，6 种重金属的土壤风险筛 选 值 分 别 为 Cu50mgkg-1，Zn200mgkg-1，As40mgkg-1，Cd0.3mg kg-1，Hg1.8mg kg-1和 Pb90mg kg-1。依据温室蔬菜产地环境质量评价标准（HJ 3332006），6 种重金属土壤环境质量评价指标限值分别为 Cu50mg kg-1，Zn200mg kg-1，As30mg kg-1，Cd0.3mg kg-1，Hg0.25mg kg-1和 Pb50mg kg-1。5 个研究区的 6 种土壤重金属元素含量的检测值列于表 4 之中。在 5 个研究区的土壤中，铜元素含量大小次序：南昌县峡江县铅山县崇仁县赣县；锌元素含量大小次序：峡江县南昌县铅山县赣县崇仁县；砷元素含量大小次序：峡江县南昌县铅山县崇仁县赣县；镉元素含量大小次序：南昌县赣县铅山县崇仁县峡江县；汞元素含量大小次序：南昌县赣县崇仁县铅山县峡江县；铅元素含量大小次序：南昌县赣县崇仁县峡江县赣县。在 5个研究区中，南昌县土壤中的 Cu、Cd、Hg 和 Pb 元素含量相对于其他四个地区较高。由表 4 可知，5 个研究区的 6 种重金属污染程度都在国家标准所规定范围之内，说明这 5 个研究区的土壤992023 年 6 月江西省各地区蔬菜种植地的土壤重金属含量调查均未受到过多污染，土壤状况良好。表 4 不同研究区土壤重金属检测值研究地区 重金属最小值（mg kg-1）最大值（mg kg-1）平均值（mg kg-1）铅山县Cu31.0035.0033.00Zn46.0048.0047.00As8.7311.009.75Cd0.110.160.15Hg0.060.180.11Pb27.0034.0031.00峡江县Cu32.0034.5633.18Zn50.0062.0053.60As6.6517.7012.20Cd0.090.130.11Hg0.030.140.10Pb32.0039.0034.60崇仁县Cu18.0023.0020.01Zn24.0034.0030.67As5.115.745.43Cd0.080.170.13Hg0.130.180.16Pb30.935.3033.28南昌县Cu39.0044.0041.30Zn46.0051.5048.64As8.7012.409.96Cd0.200.240.22Hg0.140.210.18Pb41.0049.0046.00赣县Cu4.007.177.17Zn42.0044.6044.60As1.491.921.92Cd0.110.260.19Hg0.050.150.15Pb10.0010.8010.802.2 土壤中重金属元素污染风险评价5 个研究区的单因子污染指数、综合污染指数及综合污染等级列于表 5 之中。由表 5 可知，铅山县土壤重金属的单因子污染指数为 Cu Cd Pb As Zn Hg，单因子污染指数值位于 0.060.66；峡江县土壤重金属的单因子污染指数为 Cu Pb Cd As Zn Hg，单因子污染指数值位于 0.060.66；崇仁县土壤重金属的单因子污染指数为 Cd Cu Pb Zn As Hg，单因子污染指数值位于 0.090.43；南昌县土壤重金属的单因子污染指数为 Cd Pb Cu As Zn Hg，单因子污染指数值位于 0.10.51；赣县土壤重金属的单因子污染指数为 Cd Zn Cu Pb As Hg，单因子污染指数值位于 0.080.62。5个研究区的单因子污染指数值均小于 1，说明土壤重金属均属于未污染水平。其中，5 个研究区的 Cu、Cd 重金属相对于其他重金属单因子污染指数较高，原因可能是这两种金属离子随降雨流入土壤内，在土壤内富集；Hg 元素的单因子污染指数均小于其他重金属，可能的原因是蔬菜种植区远离垃圾存放地，甲基汞化合物没有漂移到蔬菜种植区。由表 5 还可以知道，综合污染指数大小次序为崇仁县南昌县峡江县铅山县赣县，5 个研究区的土壤重金属的综合污染指数值范围为 0.450.63，均小于 0.7，根据内梅罗综合指数可以判断以上 5 个蔬菜种植区的污染等级均为安全；5 个蔬菜种植区的土壤环境总体保持良好。表 5 研究区的单因子污染指数、综合污染指数及综合污染等级研究地区单因子污染指数综合污染指数污染等级CuZnAsCdHgPb铅山县 0.660.20 0.24 0.50 0.060.340.51安全峡江县 0.66 0.27 0.31 0.37 0.060.380.53安全崇仁县 0.40 0.15 0.140.43 0.090.370.63安全南昌县 0.400.24 0.25 0.73 0.10 0.510.57安全赣县0.140.22 0.05 0.62 0.080.120.45安全2.3 土壤中重金属元素潜在污染风险评价根据在各地区蔬菜种植区所研究的 6 种重金属元素理化性质可知，土壤重金属污染可对农作物和人类健康造成不同程度的影响18。据此，评价土壤中重金属元素潜在污染风险水平具有积极的意义。经计算，5 个研究区的重金属潜在生态风险指数及等级评价列于表 6 之中。通过单因子潜在污染危害指数进行评价，6 种重金属元素在 5 个研究区土壤的潜在生态危害程度较轻。铅山县单因子潜在污染危害指数值位于 0.215.0，峡江县单因子潜在污染危害指数值位于 0.2711.1，崇仁县单因子潜在污染危害指数值位于 0.1512.9，南昌县单因子潜在污染危害指数值位于 0.2421.9，赣县单因子潜在污染危害指数值位于0.2218.6，5 个研究区单因子潜在污染危害指数值均小于 40，处于轻微生态危害水平。从综合潜在污染分析，5 个研究地区综合潜在污染指数的顺序为铅山县南昌县崇仁县峡江县赣县。综合污染指数值位于 23.8233.19，且 5 个研究区的综合潜在污染指数均小于 80。根据土壤重金属污染评价等级标准，这 5 个研究1002023 年第 3 期（总第 167 期）区的潜在生态风险程度都处于轻微水平，土壤条件较良好，土壤金属危害小，综合潜在生态危害指数较低。表 6 研究区重金属潜在生态风险指数及等级评价研究地区单因子潜在污染危害指数综合潜在污染指数污染等级CuZnAsCdHgPb铅山县 3.30 0.20 2.40 15.0 2.40 1.7025.00轻微峡江县 3.30 0.27 3.10 11.1 2.40 1.9022.07轻微崇仁县 2.00 0.15 1.40 12.9 3.60 1.8521.90轻微南昌县 2.00 0.24 2.50 21.9 4.00 2.5533.19轻微赣县0.70 0.22 0.50 18.6 3.20 0.6023.82轻微3 结论通过对江西省铅山县、峡江县、崇仁县、南昌县和赣县 5 个研究区的蔬菜种植地的重金属离子浓度的检测和分析，得出如下结论：5 个研究区的 6 种金属指标都正常，污染等级为安全。根据单因子污染指数可知，5 个研究区蔬菜种植地的土壤环境总体保持良好，单因子污染指数均小于 1，污染等级为清洁；根据内梅罗综合指数可以判断，5 个研究区的土壤的综合污染等级均为安全；根据 6 种重金属元素在 5 个研究区蔬菜种植地的综合潜在生态风险危害指数 RI 可知，研究区土壤中的潜在生态危害程度较轻，潜在污染指数均小于 40，处于轻微生态危害水平。综上分析，5 个研究区的蔬菜种植地的生态危害程度都较轻，但是 Cu、Cd 相对于其他重金属元素的污染程度较高，在蔬菜基地生态环境监管中应将Cu、Cd 作为优先控制的污染元素，加强防控和治理。同时，各地区应保持蔬菜种植地的良好土壤环境，坚持对农家有机肥的利用，提高土壤肥力；合理规划化肥和农药的施用，避免重金属离子的引入；利用微生物修复法吸附并富集重金属离子，降低土壤毒性；使用石灰等稳定剂减少蔬菜对土壤中重金属的吸收；学会大面积轮种小面积套种，对土壤进行高效合理利用。严格控制土壤重金属含量，保证人类饮食健康，提高生态环境质量，维护农业的可持续发展。参 考 文 献1 龙新宪，杨肖娥，倪吾钟.重金属污染土壤修复技术研究的现状与展望J.应用生态学报，2002（06）：757-762.2 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