蔬菜溫室長(zhǎng)期種植下土壤重金屬累積風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

　　摘要：利用中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)曲周實(shí)驗(yàn)站有機(jī)種植長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，比較了有機(jī)種植（ORG）、無公害種植（LOW）和常規(guī)種植（CON）3種不同種植模式下土壤中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、As、Ni7種重金屬含量的差異，并采用單因子指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合累積指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法分別對(duì)土壤中重金屬的累積風(fēng)險(xiǎn)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：經(jīng)過15a的種植，與2002年的初始值相比，3種種植模式下土壤重金屬均有明顯的累積。其中土壤中Cd累積較為明顯，分別提高了312.50%、175.00%、100.00%，有機(jī)和無公害種植模式下土壤Cd含量超過了溫室蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，其他重金屬含量雖也有一定程度累積，但均未超標(biāo)。以初始值為參考，評(píng)價(jià)結(jié)果表明，3種種植模式下土壤重金屬累積指數(shù)表現(xiàn)為ORG>LOW>CON，有機(jī)種植存在較高的土壤重金屬累積風(fēng)險(xiǎn)。以溫室蔬菜產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn)值為參比值，可以看出經(jīng)過15a的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，各個(gè)重金屬元素均未造成生態(tài)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)，3種種植模式的綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)也都屬輕微生態(tài)危害程度，但相比較而言，3種種植模式生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)表現(xiàn)為ORG>LOW>CON，因此應(yīng)加強(qiáng)有機(jī)農(nóng)場(chǎng)有機(jī)肥質(zhì)量監(jiān)控，以確保有機(jī)農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展。

　　關(guān)鍵詞：土壤重金屬；累積風(fēng)險(xiǎn)；污染評(píng)價(jià)；有機(jī)種植；長(zhǎng)期定位試驗(yàn)

　　目前重金屬對(duì)土壤環(huán)境的污染已經(jīng)引起國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注，根據(jù)《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，我國(guó)農(nóng)田土壤點(diǎn)位超標(biāo)率為19.4%，以Cd、Ni和Cu等重金屬污染最為突出。造成土壤重金屬污染有很多來源，其中施肥是農(nóng)田重金屬污染的主要原因之一。Zhou等[1]研究了22年施肥和耕作對(duì)紅壤中重金屬積累的影響，結(jié)果表明：施用有機(jī)肥會(huì)顯著增加土壤中Cu、Zn、Cd的積累，其中Cd甚至超過了國(guó)家土壤標(biāo)準(zhǔn)的3倍；王美等[2]對(duì)肥料中重金屬的含量狀況以及施肥對(duì)土壤重金屬累積影響的研究進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)分析和總結(jié)，研究表明，有機(jī)肥中的重金屬含量高于化肥，施用有機(jī)肥比不施肥提高了土壤Cu、Zn、Pb、Cd的含量。由此可見，施用有機(jī)肥對(duì)土壤重金屬的污染值得深入研究。設(shè)施農(nóng)業(yè)一般施用有機(jī)肥量都比較大，因此其造成的土壤重金屬污染問題尤為顯著。Zhang等[3]對(duì)北京通州的設(shè)施蔬菜土壤中Cu、Cd的蓄積狀況進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果表明，設(shè)施蔬菜土壤中Cu、Cd濃度明顯增加，部分土壤樣品超過了我國(guó)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)農(nóng)田環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；茹淑華等[4]分析了設(shè)施蔬菜土壤中重金屬含量的差異，結(jié)果表明，設(shè)施蔬菜土壤中Cd、As、Cu和Zn平均含量均顯著高于露地蔬菜，且隨著種植年限增加，蔬菜土壤中Cd、Pb和Hg含量均呈明顯上升趨勢(shì)。

　　1材料與方法

　　1.1試驗(yàn)地概況

　　本試驗(yàn)為有機(jī)蔬菜溫室長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，于2002年3月在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)曲周實(shí)驗(yàn)站（36°52′N，115°01′E）進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)站位于河北省邯鄲市曲周縣北部，屬溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，光、熱、水等氣候資源比較豐富，但受季風(fēng)的強(qiáng)烈影響，冬春寒冷干燥，夏季溫暖多雨，屬一年兩熟種植區(qū)。年均降水量604mm。原始土壤為鹽化潮褐土，試驗(yàn)前為多年菜田。溫室分為3種不同種植模式：有機(jī)種植（ORG）、無公害種植（LOW）和常規(guī)種植（CON），3種蔬菜種植模式分別在3個(gè)溫室進(jìn)行。每個(gè)溫室東西長(zhǎng)52m，南北寬7m，鋼架結(jié)構(gòu)，占地面積約0.04hm2。每個(gè)溫室內(nèi)人工平分為3個(gè)小區(qū)，各溫室3個(gè)小區(qū)之間處理均相同，進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。試驗(yàn)前土壤重金屬含量及pH值見表1。

　　1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

　　長(zhǎng)期定位試驗(yàn)已連續(xù)進(jìn)行了15a，主要種植作物為春季番茄（3—7月）和秋冬季黃瓜（9月—次年1月）。試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理：（1）有機(jī)種植（ORG）：只施用有機(jī)肥（EM堆肥和干雞糞），不施用化肥，有機(jī)肥施用量達(dá)到25t·hm-2·a-1；病蟲害防治以人工防治和物理防治為主。（2）無公害種植（LOW）：以有機(jī)肥（EM堆肥和干雞糞）為主，施用量為15t·hm-2·a-1，少量施用化肥，化肥施用量為400kg·hm-2；病蟲害防治以生物防治為主，病蟲害嚴(yán)重時(shí)使用低毒低殘留的化學(xué)農(nóng)藥進(jìn)行防治。

　　2結(jié)果與分析

　　2.1有機(jī)種植土壤中重金屬含量

　　各試驗(yàn)地不同種植模式下土壤中7種常見重金屬的測(cè)定結(jié)果如表3所示。從表1可以看出，試驗(yàn)開始前，土壤中重金屬含量初始值均符合溫室蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，土壤環(huán)境質(zhì)量良好。經(jīng)過15a的種植，與初始值相比，3種種植模式下土壤重金屬均有明顯的累積，其中ORG和LOW種植下Cd超過了溫室蔬菜產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn)，有一定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，需引起重視。但其余重金屬含量都沒有超過溫室蔬菜產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn)，基本符合農(nóng)業(yè)用地標(biāo)準(zhǔn)。

　　2.2有機(jī)種植土壤中重金屬污染評(píng)價(jià)

　　2.2.1重金屬累積評(píng)價(jià)單因子指數(shù)法是目前國(guó)內(nèi)通用的一種重金屬污染評(píng)價(jià)方法[11]，單因子累積指數(shù)Pi≤1，污染等級(jí)為清潔；Pi>1為污染水平，且Pi越大，累積越嚴(yán)重。為全面反映各重金屬元素對(duì)土壤的不同作用，突出高濃度重金屬元素對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響，同時(shí)采用了內(nèi)梅羅綜合累積指數(shù)法[12]。內(nèi)梅羅綜合累積指數(shù)P≤0.7污染等級(jí)為安全，0.7<Ps1污染等級(jí)為警戒水平，1<Ps2污染等級(jí)屬于輕度累積，2<Ps3時(shí)達(dá)到中度累積，P越大累積越嚴(yán)重。

　　3討論

　　土壤重金屬含量的變化受成土母質(zhì)和人為資源輸入的影響極大，而且土壤重金屬是目前很受關(guān)注的土壤污染之一[14]，土壤中重金屬含量對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量有很大影響。目前重金屬已經(jīng)成為我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可忽視的重要污染物，重金屬含量的增加不但會(huì)造成土壤污染，影響農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與品質(zhì)，而且可通過食物鏈危害動(dòng)物和人類的生命健康[15]。本研究對(duì)重金屬的污染評(píng)價(jià)分為累積評(píng)價(jià)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)兩部分，累積評(píng)價(jià)是為了評(píng)估不同種植模式土壤中重金屬的累積程度，國(guó)內(nèi)已有很多研究報(bào)道了長(zhǎng)期施肥下會(huì)出現(xiàn)土壤重金屬元素的累積富集現(xiàn)象，而有機(jī)種植長(zhǎng)期大量施用有機(jī)肥是否也會(huì)存在類似的問題，值得我們關(guān)注和研究；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是為了評(píng)估試驗(yàn)地重金屬的污染風(fēng)險(xiǎn)，土壤重金屬會(huì)遷移到其他生態(tài)系統(tǒng)，通過污染食物、大氣和水環(huán)境間接影響環(huán)境質(zhì)量，對(duì)人類的生存和發(fā)展有著嚴(yán)重的威脅[13]，因此對(duì)土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)具有重大意義。

　　4結(jié)論

　　（1）從土壤各重金屬指標(biāo)的含量來看，3種種植模式土壤中Zn、Cd和Cr含量有顯著差異，基本表現(xiàn)為ORG>LOW>CON，其中Cd累積最為嚴(yán)重，在有機(jī)和無公害種植模式下超過了溫室蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，甚至在有機(jī)種植下還達(dá)到了重度累積，需引起重視。（2）與2002年土壤初始值相比，3種種植模式下土壤重金屬累積風(fēng)險(xiǎn)表現(xiàn)為ORG>LOW>CON，其中有機(jī)種植屬重度累積，而無公害和常規(guī)種植屬中度累積，因此有機(jī)種植會(huì)對(duì)土壤產(chǎn)生一定的重金屬累積風(fēng)險(xiǎn)。（3）以溫室蔬菜產(chǎn)地標(biāo)準(zhǔn)為參比值，經(jīng)過15a的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，3種種植模式下的各個(gè)重金屬元素均未造成生態(tài)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)，試驗(yàn)地沒有產(chǎn)生較大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，3種種植模式的綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)表現(xiàn)為ORG>LOW>CON，因此應(yīng)加強(qiáng)有機(jī)農(nóng)場(chǎng)有機(jī)肥質(zhì)量監(jiān)控，以確保有機(jī)農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]ZhouSW,LiuJ,XuMG,etal.Accumulation,availability,anduptakeofheavymetalsinaredsoilafter22-yearfertilizationandcropping[J].EnvironmentalScienceandPollutionResearch,2015,22（19）：15154-15163.

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　　[3]ZhangHZ,LiH,WangZ,etal.HeavymetalsingreenhousevegetablesoilsinBeijing：Accumulationcharacteristicsofcopperandcadmium[C]//InternationalConferenceonBiomedicalEngineeringandBiotech?nology.IEEE,2012：1499-1502.

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