上海松江“浦南”地区设施菜地土壤重金属含量及其风险评价

上海松江“浦南”地区设施菜地土壤重金属含量及其风险评价侯鹏程
【摘要】选取上海市松江区“浦南”典型设施菜地为研究对象,研究土壤重金属含量,并采用单项污染指数及尼梅罗综合污染指数法来评价该地区设施菜地的土壤重金属污染风险.结果表明,研究区设施菜地耕层土壤中Cu,Pb,Cd,Cr,As五种重金属含量均出现不同程度的累积,除Cd含量超标外,其余4种重金属含量未超标;各重金属含量因种植年限不同而存在差异,在种植第3年出现峰值.较之露地种植,研究区设施菜地各剖面中Cu,Pb,Cd,Cr,As含量均较高,5种重金属中,除Cd外,其余4种重金属含量均随着剖面深度增加呈现下降趋势,主要富集在0～20 cm土层中,而Cd主要富集在40 ～60 cm土层中,因此应重视Cd在土壤剖面的富集及迁移.研究区设施菜地耕层土壤中Cu,Pb,Cd,Cr,As五种重金属含量单项指数Pi为Cd＞ Cu＞ Pb ＞ Cr＞ As,Pb、Cr、As仍处于清洁水平,随着种植年限增加,Cu含量处于尚清洁水平,而研究区土壤已经受到Cd污染,并且随着种植年限增加,污染风险不断加大.【期刊名称】《浙江农业学报》
【年(卷),期】2014(026)006
【总页数】6页(P1609-1614)
【关键词】设施菜地;土壤重金属;风险评价;上海市
【作者】侯鹏程
【作者单位】上海农林职业技术学院,上海201600
【正文语种】中文
【中图分类】X825
设施菜地作为一种高效蔬菜生产方式在菜地栽培中所占比重越来越大［1－2］，
是当今许多城市菜篮子的主要来源。

大量研究表明［3－6］，设施菜地由于其独
特的栽培方法，长期处于高温高湿高蒸发环境下，缺乏雨水淋洗，会导致区域土壤出现次生盐渍化、土壤酸化、养分不平衡等诸多问题，长期发展严重影响蔬菜品质。

近年来，随着工业化、城市化进程的加快，人类活动对设施菜地的影响越来越大。

设施菜地中土壤重金属含量也出现累积趋势，严重威胁设施菜地安全［7－9］。

李树辉等［10］研究山东寿光设施菜地时，发现耕层土壤中存在重金属累积现象;
周凯等［11］通过研究河南新乡市郊区大棚设施菜地土壤，发现该地区设施菜地
土壤重金属处于高风险状态。

但已有的研究中对于经济发达地区设施菜地的土壤重金属变化研究较少。

近年来，上海市土壤重金属富集及土壤环境污染问题凸显，对该地区的土壤质量带来了严峻的挑战［12－14］。

本研究以上海市重要设施菜地
区域——松江“浦南”地区为研究对象，研究该地区设施菜地土壤重金属分布现状，并对该地区设施菜地土壤重金属污染风险进行评价。

1 材料与方法
1．1 研究区概况
松江“浦南”地区位于长江三角洲内，30°54'～31°10'N，121°01'～121°21'E，地处上海市西南松江区黄浦江以南范围，东与闵行区接壤，南与金山区毗邻，西北与青浦区相连，东南与奉贤区交界，共有三镇一区(叶榭、新浜、泖港及五厍现代
农业示范区)。

该地属亚热带北缘，气候温和，四季分明，日照充分，无霜期长，光、热、水同季，对各种作物生长均十分有利。

年平均气温15.4℃，极端最高气
温39.1℃，极端最低气温－10.5℃，平均日照2 047.3 h，无霜期230 d。

1．2 土壤采集方法
2013年7月底选取上海市松江区“浦南”地区叶榭、新浜、泖港、五厍园区代表性设施菜地20个园艺场，按照不同种植年限(1，3，5)分别采集土壤样品，“S”形采样法在蔬菜收获后采集0～20 cm耕层土壤样品，同一棚龄选取5个重复样;
并按照0～20，20～40，40～60，60～80，80～100 cm进行分层土壤剖面取样;由于露地栽培土壤成土母质和地下水等自然条件与设施菜地相同，因此以同样的方法在各种植区取露地栽培的耕层和剖面土样。

共采集310个土壤样品，样品风干
后研磨过筛保存、供试。

1．3 土壤性质的测定分析
土壤样品中总铜、总铅含量参照 GB/T 17141—1997，采用火焰原子吸收分光光
度法测定;总镉含量参照GB/T 17141—1997，采用石墨炉原子吸收分光光度法测定;总砷含量参照GB/T 17134—1997，采用二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法
测定;总铬含量参照 GB/T 17137—1997，采用火焰原子吸收分光光度法测定。

1．4 统计分析
采用SPSS 12.0软件进行统计、分析，显著性水平取P＜0.05。

1．5 污染评级方法与标准
采用单项污染指数及尼梅罗综合污染指数法来评价设施菜地土壤重金属质量及重金属风险［14］。

其中，单项污染指数计算公式为:
Pi=Ci/Si
式中，Pi代表单项污染指数，Ci代表污染物实测数据，而Si为《温室蔬菜产地环境质量评价标准》(HJ 333—2006)中的污染物限值。

尼梅罗综合污染指数计算公式为:
其中，P综为综合污染指数，为所有单项污染指数的均值，Pmax为最大污染指数。

依据温室菜地产地环境质量评价标准(表1)，对研究区设施菜地土壤重金属含量进
行分级评价。

表1 环境质量等级划定标准Table 1 The classification standard of environmental level等级划分 P综和Pi 污染等级1≤0.7清洁2 0.7～1.0 尚清
洁3＞1.0超标
2 结果与分析
2．1 设施菜地土壤耕层重金属含量
从表2可以看出，研究区设施菜地不同重金属含量与露地相比均存在一定差异。

随着种植年限延长，土壤中Cu含量分别为露地栽培的1.1，1.4和1.3倍，在种
植第3年达到峰值，但均低于《土壤环境质量标准》二级［14］，说明该地区Cu 含量未出现超标现象。

随着种植年限延长，土壤中Pb含量分别为露地栽培的1.3，1.6和1.4倍，同样在种植年限为第3年达到峰值，均低于《温室菜地产地环境质量评价标准》中50 mg·kg－1的限值要求，表明该地区设施菜地土壤重金属Pb
未超标。

各种植年限的土壤中Cd含量分别为 0.42，0.77 和0.61 mg·kg－1，均高于《温室菜地产地环境质量评价标准》中0.30 mg·kg－1的限量要求，而露地
栽培土壤中的Cd含量仅为0.21 mg·kg－1，可见，研究区设施菜地重金属Cd已出现富集现象，且含量超标，随着种植年限增加，土壤中的Cd含量分别为露地栽培的2.1，3.7和2.9倍，同样在种植第3年达到峰值。

随着种植年限增加，土壤
中的Cr含量分别为露地栽培的1.2，1.4和1.2倍，可见，设施菜地Cr也出现富
集现象，但其含量值尚未超标。

各种植年限土壤中的As含量同样出现累积现象，且同样以第3年的含量最高，但均未超标。

相比露地种植，设施菜地土壤样品中Cu，Pb，Cd，Cr，As含量均出现累积，这与田应兵等［15］研究江汉平原城郊菜地土壤、周文鳞等［16］研究南京江北地
区菜地土壤重金属含量变化的结果相同，这可能是由于设施菜地长期大量施肥，导致土壤耕层重金属含量显著高于露地栽培。

在5种重金属元素中，除Cd含量有所
超标外，其余4种重金属含量均未出现超标现象，这与丁爱芳等［17］在南京城
郊零散菜地的研究中发现Cd是研究区主要污染因子的结论一致，这可能是由于该地长期施用磷肥和猪粪，而其中均含有较高含量的镉，因此导致Cd大量累积。

随着种植年限的增加，重金属 Cu，Pb，Cd，Cr，As含量均表现为在种植第3年达到峰值，之后逐渐下降，这与李廷轩［4］在山东寿光的研究结果一致。

这可能是由于设施菜地在初期会投入各种肥料，导致盐分及重金属在生产初期快速累积，但当盐分达到一定程度后，植物生长会受到抑制，农户便开始采取相应的措施，如翻耕、揭棚及闲置等措施，从而使得盐分含量有所下降，这一过程的年限大多为3～4年。

因此，土壤重金属含量在第3年达到最高值，之后逐渐下降。

表2 土壤耕层重金属含量分布(mg·kg－1)Table 2 Heavy metal content in different soils注:CK为露地栽培土壤;同列数据后无相同小写字母的表示差异显著(P＜0.05)。

种植年限Cu Pb Cd Cr As 1 34.21±7.21 c 23.43±1.31 c
0.42±0.03 c 67.23±±0.03 d 7.14±0.83 d 11.01 c 7.42±0.83 c 3 43.88±8.31
a 28.87±3.21 a 0.77±0.04 a 77.47±14.02 a 9.67±3.42 a 5 41.12±9.44 b
25.21b±2.31 b 0.61±0.07 b 69.51±13.04 b 8.12±1.41 b CK 31.31±1.21 d 18.31±0.71 d 0.21±0.03 d 57.18
2．2 设施菜地土壤剖面重金属含量变化
设施菜地相比于露地栽培对土壤的扰动较大，因此许多研究都表明［4，17－19］设施菜地重金属土壤中会出现迁移差异，在不同剖面含量变化较大。

本研究中Cu，Pb，Cd，Cr，As含量随剖面的变化图分别如图1—图5所示。

从图1可以看出，随着剖面加深，设施菜地各剖面土壤Cu含量逐步下降，但均高于露地栽培土壤中的含量，这与山东寿光设施菜地Cu含量的变化一致［4］。

如图2所示，土壤中Pb的含量在18.91～23.88 mg·kg－1，各剖面含量均高于
露地栽培含量，并且Pb的含量同样随着剖面深度增加呈现下降趋势，在0～20
cm耕层范围内达到最高，并在表面各层土壤中出现Pb累积。

如图3所示，Cd的含量在0.41～0.78 mg·kg－1，各层含量均高于露地栽培土壤含量。

但与Cu，Pb不同，Cd在土壤剖面中的最高值出现在40～60 cm，这与李廷轩［4］在山东寿光的研究结果一致。

由于Cd移动性较强，随着淋洗作用，导
致其在土壤耕层中迁移速率高于其他重金属，在一定范围内随着土层加深，其积累量有增加趋势。

图1 土壤Cu含量剖面变化Fig．1 Cu content in the soil profile
图2 土壤Pb含量剖面变化Fig．2 Pb content in the soil profile
图3 土壤Cd含量剖面变化Fig．3 Cd content in the soil profile
如图4所示，土壤各剖面中 Cr的含量在62.31 ～76.78 mg·kg－1，各剖面含量
均高于露地菜地土壤含量。

由于当地过量施用磷肥，而Cr在磷肥中含量较高，这可能是导致设施菜地剖面Cr含量较高的一个主要因素。

随着剖面深度增加，各土层中的Cr含量呈现下降趋势。

从图5可以看出，各剖面土壤As含量均高于露地栽培，且同样随着剖面深度增加含量下降。

总体来看，研究区设施菜地各剖面中Cu，Pb，Cd，Cr，As含量均高于露地栽培，且各种重金属在土壤剖面中均出现不同程度的累积。

这可能是由于设施菜地土壤高复种、高产出，而且环境相对封闭，农民为追求较高的经济效益，常过量施肥，加剧了设施菜地各层土壤重金属的累积;加之棚室内部的温度和湿度较高，导致较强
的淋溶作用，使得Cd在设施菜地中的迁移速率大大加强。

因此设施菜地在注重高产出的同时，应加强对其土壤质量的保护。

图4 土壤Cr含量剖面变化Fig．4 Cr content in the soil profile
图5 土壤As含量剖面变化Fig．5 As content in the soil profile
2．3 设施菜地土壤重金属污染评价
采用单项污染指数及尼梅罗综合污染指数法对耕层土壤的重金属数据进行分析，结果如图6及表3所示。

就单项指数来分析，研究区设施菜地耕层土壤中5种重金
属含量Pi从高到低为:Cd＞Cu＞Pb＞Cr＞As，Cd的 Pi值显著高于其余4种重金属元素(图6)。

图6 设施菜地种植5 a后5种重金属单项污染指数Fig．6 The indexes of five heavy metals in greenhouse vegetable after 5 a cultivation
从表3可以看出，Pb，Cr，As的 Pi值均小于0.7，表明该地区设施菜地中重金属Pb，Cr，As含量仍处于清洁水平;而Cu除在种植第1年小于0.7以外，第3，第
5年均高于0.7，但低于1.0，表明该地区Cu在种植第一年尚处于清洁水平，但随着种植年限增加，Cu开始出现一定程度的污染，但仍处于尚清洁水平;而Cd的Pi 值均高于1.0，平均值为2.01，表明研究区土壤已经受到Cd污染。

从种植年限来看，第3年的污染指数最高，种植年限为1年的设施菜地土壤处于尚清洁水平，
而种植3～5年的设施菜地土壤则出现超标现象，随着种植年限增加，设施菜地土壤的污染风险也不断增加。

表3 设施菜地土壤耕层重金属含量评价Table 3 The contents and evaluation
of heavy metals in greenhouse soils种植年限 PCu PPb PCd PCr PAs P综等级1 0.68 0.46 1.41 0.52 0.30 0.77尚清洁3 0.87 0.57 2.57 0.46 0.39 1.14 超标5 0.82 0.50 2.03 0.38 0.32 1.03超标
3 结论与建议
(1)上海松江“浦南”地区设施菜地耕层土壤中 Cu，Pb，Cd，Cr，As的含量均出现了不同程度的累积，除Cd含量超标外，其他4种重金属含量尚未超标;各重金
属含量随着种植年限不同存在差异，但均在种植第3年出现峰值。

(2)研究区设施菜地各剖面中 Cu，Pb，Cd，Cr，As含量均高于露地栽培;除Cd外，其余4种重金属含量均随着剖面深度增加出现下降趋势，而且主要富集在0～20
cm土层中，而Cd则主要富集在40～60 cm土层中，因此应当重视Cd在土壤剖面的迁移。

(3)研究区设施菜地耕层土壤中5种重金属含量的Pi值依次为Cd＞Cu＞Pb＞Cr＞As，其中，Pb，Cr，As仍处于清洁水平，Cu处于尚清洁水平，Cd已达到污染水平;若不采取相应措施，随着种植年限增加，研究区设施地土壤的污染风险将持续
增加。

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