王素萍　张贵友　杜雷　黄翔　洪娟　姜利　练志诚　张利红　叶莉霞　陈钢　李培根

摘要：为系统了解武汉市黄陂区典型农田土壤重金属的污染水平及生态风险，采集并分析了364个代表性农田土壤表层样品中的8种重金属元素（As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Hg），采用单因子污染指数和内梅罗综合污染指数评价该地区土壤农田重金属污染状况。结果表明，黄陂区农田土壤90%以上处于清洁水平，存在的污染主要为Cd污染，7.69%的农田土壤处于Cd污染状态，3.02%以下的农田土壤处于Cu和Ni的污染状态，未发现农田土壤受到As、Cr、Pb、Hg和Zn的污染。

关键词：农田土壤;重金属;污染评价;武汉市城郊

中图分类号： X53;X131.3 文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2020） 16-0030-04

DOI： 10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.16.006

中国城市化和工业化进程不断加快，越来越多的污染物被排放到环境中，加上为追求高产造成的农用化学品的过量施用，均可导致重金属元素在土壤中不断积累[1]。由于重金属元素在土壤中具有易富集和迁移的特性，不仅影响作物的生长发育和粮食安全[2，3]，而且还会通过食物链进入动物体内，最终进入人体，在人体内积累，导致一系列的慢性病、畸形甚至癌症的发生[4-8]，目前发生的“镉大米”“镉小麦”等一些餐桌上的问题也不断提醒着人们，土壤重金属污染已经严重影响到了人类的饮食安全，进而影响到了人体的健康[9]。

市郊农田土壤是城市生态环境的重要组成部分，是城市鲜活农产品的重要来源，同时也是城市及工业“三废”物质排放的汇聚地，随着加速发展的城市化进程，近郊农田土壤资源快速萎缩、农业集约化程度不断提高、土壤利用强度日益加大，化肥、农药等农化产品过量施用导致有害物质在土壤中积累的现象相当普遍。因此，研究市郊农田的土壤重金属积累特征对于保障城市农产品健康安全供应、促进城市的可持续发展具有重要价值。

有学者对北京、天津、上海、长沙、杭州、重庆、广州、海口等地的菜地土壤重金属污染状况进行了一系列的调查研究[10-18]，而有关武汉市土壤重金属分布特征与污染评价的研究有限，且主要集中于湖泊沉积物、工业区土壤及主城区土壤[19-23]，鲜有针对城郊农田土壤重金属含量的研究[24-6]。本研究以武汉市黄陂区为研究区域，对该区域农田土壤重金属污染状况进行调查和分析，采用单因子污染指数评价法和内梅罗综合污染指数法综合评价该区域农田土壤的重金属潜在生态风险，为该区域农田土壤重金属的污染防控和农业生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

黄陂区位于武汉市中心城区北部，地理位置为N 30°41'-31°22'，E 114°9'-114°37'。南北长 104km，东西宽55km，总面积为2261 km2，属亚热带季风气候，具有光照充足、雨量充沛等优点，是武汉市面积最大和人口最多的一个新城区[27]。

1.2样品米集

参照《土壤环境监测技术规范》进行网格法布局，同时兼顾区域内行政村农田种植面积，采集0～20cm的耕作层土壤。采用多点混合采样法，即在样点周围50 m范围内采集5个土壤样品，充分混合后采用四分法留取1kg左右，共采集土壤样品364个。用聚乙烯塑料袋包装带回实验室风干，剔除其中的植物残根、石块及杂物，用玛瑙研钵研磨并过100目筛，装袋密封后备用。

1.3样品测定

土壤样品采用微波消解法（硝酸-氢氟酸-双氧水）进行预处理，即称取0.2g左右土壤样品于50mL具盖聚四氟乙烯消解管中，依次加入6mL硝酸、2mL氢氟酸和1mL双氧水，放入微波消解儀（Sineo Jupiter-8）消解，消解液用ICP-OES （ThermoiCAP 6300）测定 As、Cd、Cr、Pb、Cu、Zn、Ni 的含量，用原子荧光光度计（普析通用PF31）测定Hg的含量。分析方法准确度和精准度采用国家土壤标准物质GSS-5和平行样品进行控制，数据处理用Excel和SPSS 19.0处理。

1.4 重金属污染评价 采用国家《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618-2018）农用地土壤污染风险筛选值为评价基准，应用单因子污染指数评价法和内梅罗综合污染指数法对农田土壤重金属污染程度进行评价，评价标准见表1和表2。

1.4.1 单因子污染指数评价法 单因子污染指数是土壤环境质量评价的常见指标，公式为Pi=Ci/Si，其中，Pi指土壤中污染物f的单项污染指数;指污染物i的实测值;Si指污染物;的评价标准。Pi>1表示土壤受到污染;Pi≤1表示土壤未受污染;Pi越大，表明土壤受污染程度越严重，13表示土壤受重度污染。

1.4.2 内梅罗综合污染指数法 内梅罗综合污染指数法是目前常用的另一种土壤环境质量评价方法，在进行环境质量评价以及土壤污染程度的比较上具有较强实用性，使得不同污染物间或不同地域间环境质量的比较成为可能。该公式为P综=√（P2 + P2imax）/2，P综指土壤污染综合指数;P指各污染物污染指数的算术平均值;Pimax指各污染物中最大污染指数。P综≤0.7表示安全;0.73表示重度污染。

2 结果与分析

2.1 黄陂区农田土壤重金属含量状况

黄陂区364个米样点土壤中各重金属含量如表3所示，不同样点土壤重金属含量变化范围较大，A3、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Hg取的含量范围分别为 0.52～16.72 mg/kg、0.01 ～3.28 mg/kg、11.13～119.52mg/kg、7.02～159.36 mg/kg、3.32～77.67 mg/kg、2.95～37.38 mg/kg、16.79～156.77 mg/kg、0.01 ～2.23 mg/kg，变异系数分别为46.64%、209.23%、41.26%、55.28%、41.46%、50.21%、36.87%和153.64%，可见Cd和Hg的变异系数较高，表明Cd和Hg含量在黄陂区的分布差异较尚。

将不同采样点农田土壤中各重金属的含量与湖北省土壤背景值对比发现，5.49%的样点土壤中As的含量高于湖北省土壤背景值，14.29%的样点土壤中Cd的含量高于湖北省土壤背景值，1.92%的样点土壤中Cr的含量高于湖北省土壤背景值，40.93%的样点土壤中Cu的含量高于湖北省土壤背景值，7.69%的样点土壤中Ni的含量高于湖北省土壤背景值，3.85%的样点土壤中Pb的含量高于湖北省土壤背景值，10.99%的样点土壤中Zn的含量高于湖北省土壤背景值，65.11%的样点土壤中Hg的含量高于湖北省土壤背景值，表明各重金属在黄陂区农田土壤中均有一定程度的积累，且Cu和Hg在土壤中的积累范围较广。

2.2单因子污染指数评价法

以农用地土壤污染风险筛选值为评价基准，对黄陂区采样点土壤环境质量进行评价，结果如表4所不。黄陂区农田土壤中AS、Cr、Hg、Pb、Zn均处于未受污染状态，其余3种元素Cd、Cu、Ni有着不同程度的污染，其中，Cd污染程度最严重，有7.69%的土壤样点存在Cd污染，2.20%的样点达中度污染水平，1.92%的样点达到了重度污染水平，黄陂区约有3.02%和0.55%的土壤分别存在Cu和Ni的轻度污染状况。总体表明，Cd污染在黄陂区应该引起重视，其他重金属的污染较轻。

2.3 内梅罗综合污染指数评价法

以农用地土壤污染风险筛选值作为评价基准值，采用内梅罗综合污染指数法对样点土壤进行评价，结果见表5。表明黄陂区大部分地区的土壤处于警戒线以下，达95.88%，有2.20%的土壤样点处于轻度污染水平，0.55%的土壤样点处于中度污染水平，1.37%的土壤样点处于重度污染水平。评价结果表明黄陂区大部分土壤处于安全水平，对农业生产影响较小，通过对小范围污染指数较高的土壤进行土壤改良，减少高重金属含量肥料的使用来降低土壤中重金属含量，可以显著降低黄陂区的土壤重金属污染水平。

3讨论

将测定结果与湖北省土壤背景值进行比较，并以农用地土壤污染风险筛选值作为基准值评价重金属的单因子污染指数和内梅罗综合污染指数可知，本研究在所调查的黄陂区农田土壤中均发现了一定含量的重金属，有40.93%和65.11%的样点土壤中Cu和Hg的含量超过湖北省土壤背景值，且这两种重金属污染在黄陂区农田土壤中分布最广，As、Cr、Pb和Zn的含量较低，处于未受该4种重金属污染水平，但是Cd、Cu和Ni的含量在部分样点达到了污染水平，以Cd的污染指数最高，有7.69%的土壤样点存在Cd污染，其中有2.20%的样点达中度污染水平，1.92%的样点达重度污染水平，黄陂区约有3.02%和0.55%的土壤分别存在Cu和Ni的轻度污染状况，总體表明，Cd是污染的主要贡献因子。

有研究表明，磷肥原料中含有Cd等重金属，以及磷肥生产中容易出现重金属污染情况[28]，因此磷肥中常含有一定量的重金属元素，黄陂区农田土壤中Cd的高含量和高分布性可能与农户长期过量施用磷肥有关[29]，不使用污水灌溉和控制磷肥的过量施用可有效控制当地农田土壤的重金属含量的累积，可通过土壤改良降低其他重金属元素的含量，改善当地土壤状况。

4 小结

对武汉市黄陂区农田土壤中8种重金属（As、Cd、Cr、Pb、Hg、Ni、Cu、Zn）的含量测定分析及污染指数评价分析，得出如下结论。

1）黄破区农田土壤中As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn和Hg 的平均含量分别为 6.33、0.13、42.68、29.34、23.71、13.77、57.97 和 0.14 mg/kg，有 40.93% 和 65.11% 的样点土壤中Cu和Hg的含量超过湖北省土壤背景值。

2）对黄陂区农田土壤单因子污染指数评价表明，Cd的单因子污染指数最高，有7.69%的土壤存在Cd污染现象，其中，3.57%的土壤处于Cd轻度污染水平，2.20%和1.92%的土壤分别处于Cd中度污染和重度污染水平，3.02%和0.55%的土壤分别受Cu和Ni的轻度污染，未发现农田土壤受As、Cr、Pb、Hg和Zn的污染;内梅罗综合污染指数评价表明，处于重金属轻度污染水平、中度污染水平和重度污染水平的农田土壤分别占2.20%、0.55%和1.37%，Cd污染为主要贡献因子。

参考文献：

[1] HU X F， WU H X， IIU X， et al. Impact of urbanization on Shang-hai's soil environmental quality [J]. Pedosphere，2004， 14（2） ： 151-158.

[2]MICOC， RECATALA L， PERIS M， et al. Assessing heavy metalsources in agricultural soils of an European Mediterranean area bymultivariate analysis [J]. Chemosphere，2006，65（5）：863-872.

[3]SUN C Y，LIU J S， WANG Y，et al. Multivariate and geostatisticalanalyses of the spatial distribution and sources of heavy melals in ag-ricullural soil in Dehui， Northeast China [J]. Chemosphere， 2013，92（5）：517-523.

[4]PAPAZOGLOU E G， SERELIS K G， BOURANIS D L. Impact ofhigh cadmium and nickel soil concentration on selected physiologi-cal parameters of Arundo donax L. [J]. European journal of soil biol-ogy，2007，43（4）：207-215.

[5]冯德福.砷污染与防治[J].沈阳教育学院学报（社会科学版），2000，2（2）：110-112.

[6]朱凤鸣，刘芳，邹学贤.昆明西郊镉污染对人体健康的影响[J].中国卫生检验杂志，2002（5） ：603-604.

[7]曾咏梅，毛昆明，李永梅.土壤中镉污染的危害及其防治对策[J].云南农业大学学报，2005，20（3）： 360-365.

[8]张汉池，张继军，刘峰.铬的危害与防治[J].内蒙古石油化工，2004（1）：72-73.

[9]ZHAO H R， XIA B C， FAN C， et al. Human health risk from soilheavy metal contamination under different land uses near Da-haoshan Mine， Southern China [J]. Science of the tolal environ-ment ，2012，417-418：45-54.

[10]席晋峰，俞杏珍，周立祥，等.不同地区城郊用地土壤重金属含量特征的比较[J]. 土壤，2011，43（5） ：769-775.

[11]丛源，郑萍，陈岳龙，等.北京农田生态系统土壤重金属元素的生态风险评价[J].地质通报，2008，27（5）：681-688.

[12]李雪梅，王祖伟，邓小文.天津郊区菜田土壤重金属污染环境质量评价[J].天津师范大学学报（自然科学版），2005，25（1）： 69-72.

[13]王军，陈振楼，王初，等.上海崇明岛蔬菜地土壤重金属含量与生态风险预警评估[J].环境科学，2007，28（3）：647-653.

[14]李明德，汤海涛，汤睿，等.长沙市郊蔬菜土壤和蔬菜重金属污染状况调查及评价[J ].湖南农业科学，2005（3）： 34-36.

[15]徐玉裕，史坚，周侣艳，等.杭州地区农业土壤中重金属的分布特征及其环境意义[J].中国环境监测，2012，28（4） ：77-84.

[16]张大元.重庆市蔬菜基地土壤环境质量状况及对策措施[J].四川环境，2010，29（3）：57-61.

[17]魏秀国，何江华，陈俊坚，等.广州市蔬菜地土壤重金属污染状况调查及评价[J]. 土壤与环境，2002，11 （3）：252-254.

[18]何玉生，廖香俊，倪倩，等.海口市蔬菜基地土壤和蔬菜中重金屬的分布特征及污染评价[J]. 土壤通报，2015，46（3）：721-727.

[19]唐阵武，岳勇，程家丽，等.武汉市中小河流沉积物重金属污染特征及其生态风险[J].水土保持学报，2009，23（1） ： 132-136.

[20]张贝，李卫东，张传荣，等.武汉东湖高新技术开发区土壤重金属污染状况及影响因素[J].环境化学，2013，32（9）： 1714-1722.

[21]王凯，凌其聪.武汉市城市土壤重金属粒径分布特征[J].环境化学，2013（ 12）：2329-2335.

[22]WU S H，ZHOU S L，L1 X G. Determining the anthropogenic con-tribution of heavy metal accumulations around a typical industrialtown： Xushe， China [J]. Journal of geochemical exploration，2011，110（2）：92-97.

[23] 李晶，凌其聪，严莎，等.武汉市重工业区周缘环境中镉的分布及其危害性[J].长江流域资源与环境，2010， 19（10）：1219-1225.

[24]郭翠英，王素萍，陈钢，等.武汉市新城区菜地土壤重金属含量状况及污染评价[J].湖北农业科学，2017，56（1）：43-46.

[25]余忠，胡学玉，刘伟，等.武汉市城郊蔬菜种植区重金属积累特征及健康风险评价[J].环境科学研究，2014，27（8）：881-887.

[26]禹红红，胡学玉.武汉市郊区设施蔬菜地土壤重金属含量及其生态风险[J].应用与环境生物学报，2012，18（4） ：582-585.

[27]罗洋洋.武汉市黄陂区耕地质量空间分布特征研究[D].武汉：湖北大学，2013.

[28]NACKE H，GONCALVES A C，SCHWANTES D，et al. Availabilityof heavy metals （Cd， Pb， and Cr） in agriculture from commercialfertilizersa[J]. Archives of environmental contamination and toxicol-ogy，2013，64：537-544.

[29]高阳俊，张乃明.施用磷肥对环境的影响探讨[J].中国农学通报，2003，19（6）： 162-165.

收稿日期：2019-12-16

基金项目：湖北省技术创新重大项目（2018ABA099）

作者简介：王素萍（1985-），女，山东德州人，农艺师，硕士，主要从事养分资源管理与土壤环境监测的研究，（电话）13971613681（电子信箱）wspl2@163.com;通信作者，陈钢（1969-），女，正高级农艺师，博士，主要从事养分资源管理与新型肥料研发的研究。