农家菜地重金属潜在风险

20世纪80年代以来，随着中国工农业的快速发展、城市化进程不断加快，交通运输、工业排放、化肥农药施用和大气沉降等造成的土壤重金属污染越来越严重[1~4]，一些原属于偏远地区农村菜地逐渐转变为城市近郊地,甚至被工业企业包围,受污染影响的土壤重金属含量显著偏高[5]。菜地土壤中的重金属不仅影响和改变土壤生态功能，而且通过蔬菜的富集和积累间接危害人类健康[6]。随着鄱阳湖生态经济圈的建设，湖区的工农业获得快速发展的同时也带来了较多的环境问题,其中重金属污染就是一个重要方面，区域内的农家菜地土壤也受到了不同程度的重金属污染[7]，由于农家蔬菜大部分供农家自给，因此农家菜地土壤的重金属污染将间接威胁鄱阳湖附近500多万农民的身体健康。近些年，国内外学者对蔬菜地土壤重金属的污染状况进行较多研究，已经取得较好的研究结果和结论。研究对象主要集中在对较发达城市郊区蔬菜地土壤[5,8~10]，但对发展落后的湖区菜地土壤重金属的污染研究较少[6],尤其是广大的偏远农村。徐明星等[11]分析不同经济指标对长江三角洲土壤累积影响表明，土壤重金属与经济发展形式和水平有很强的相关性；楚纯洁等[12]调查不同级别城镇土壤重金属污染状况，不仅仅大中城市，甚至是一些小型城镇的生态风险也较大。随着社会主义新农村的大力建设，广大的偏远农村人口基数增大，城镇化率提高，经济快速发展，加上乡镇企业的大力新办，区域菜地土重金属污染面临重大压力。本文以环鄱阳湖区农家菜地土壤为研究对象，在野外土壤调查、采样和重金属含量分析的基础上，利用潜在生态风险指数法，对土壤重金属潜在生态风险进行评价，继而对重金属和环湖区9个社会经济指标间进行灰色关联度分析探讨重金属的污染来源，旨在为治理鄱阳湖区农家菜地土壤重金属污染问题和保障人体健康提供依据。

1材料与方法

1.1研究区域介绍和样品采集

本研究中讨论的区域仅指环鄱阳湖湖区,包括南昌、进贤、九江、湖口、德安、星子、永修、都昌、鄱阳、余干10个行政县(图1),总面积达20781km2,占江西全省土地面积的13%，农业人口536.7万人，占全省的12.29%。湖区属亚热带湿润气候,年平均气温17.3℃,年平均水温18℃,多年平均降水量l620mm。于2010年3月份，采集鄱阳湖区周边九江、星子、德安、永修、南昌、进贤、余干、鄱阳、都昌、湖口10个县（市）的具有代表性的农家菜地土壤，根据每个县农村地区蔬菜种植面积大小、人口及经济状况分别布设8~10个点，共采集92个样品。为保证土壤样品的代表性，每个样点按梅花形布设5个分样点，5个分样点均采集表层（0~20cm）土壤并充分混合作为一个样品，然后按“四分法”获得1kg左右土壤样品。

1.2样品处理与重金属分析方法

先将采集来的土壤样品置于干燥通风处自然风干，用木棍碾碎，剔除植物残体、石块及其他杂质，用玛瑙研钵研磨，过100目筛，贮存备用。样品采用三酸(HF-HNO3-HClO4)消解法消解。采用ICP-AES原子吸收光谱仪测定Cd、Cr、Pb、Cu、Zn5种重金属元素的含量。分析过程所用试剂均为优级纯，所用水均为Milli-Q超纯水器产生的去离子水。

1.3潜在生态风险评价方法

1980年瑞典科学家LarsHakanson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[13]。本方法是一种应用较为广泛的重金属污染评价方法之一，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，其公式为:RI=∑i=1nEir(1)Eir=Tir×Cif(2)Cif=Ci表层/Cin(3)式（1）~（3）中，RI为某一采样点土壤重金属综合潜在生态风险指数；Eir为潜在生态风险单项系数；Tir为某一种金属的毒性响应系数，采用Hakanson指定的标准化重金属毒性系数为评价依据（TriZn=1＜TriCr=2＜TriCu=TriPb=5＜TriCd=30）；Cif为单项污染系数；Ci表层为土壤表层重金属i的浓度实测值；Cin为土壤重金属i的参比浓度值。根据Eir和RI的大小，将土壤重金属的潜在生态风险状况进行分级[14](表1)。

2结果与讨论

2.1农家菜地土壤重金属含量分布特征

由表2分析可得，与国家土壤II级标准相比较，Cd在鄱阳湖区各采样点超标严重，超标率达到90%，除南昌菜地土Zn和湖口菜地土Cu超标外，其余均未超标；5种重金属的变异系数由大到小的顺序是Cd＞Cu＞Cr＞Zn＞Pb,其中Cd变异系数最大，为52.5%，总体上5种重金属变异系数相差不大,表明环鄱阳湖区农家菜地土中重金属含量空间分布均匀。通过研究重金属元素之间的相关性可以推测重金属的来源是否相同。若它们之间存在相关性,则它们的来源可能相同,否则来源可能不同[15]。利用SPSS17.0统计软件对环鄱阳湖区菜地土中重金属含量作Pearson相关分析,计算出Zn、Cu、Pb、Cd、Cr之间的相关系数,见表3。重金属含量相关性分析结果表明：环鄱阳湖区菜地土中Cr-Zn、Cr-Pb呈极显著的正相关关系,相关系数分别为0.844、0.812；Cu-Zn、Pb-Zn呈显著正相关关系,相关系数分别为0.556、0.599；Pb-Cu、Cr-Cu、Cr与其他4种重金属没有相关关系。除Cd和Cu、Cr外,其余Zn、Pb、Cu、Cd、和Cr均存在不同程度的相关性,表明环鄱阳湖区农家菜地土壤中这5种重金属存在不同程度的复合污染或污染具有同源性。

2.2农家菜地土壤重金属潜在生态风险评价

在应用Hakanson提出的潜在生态风险指数评价重金属污染时，所选择的参比值对最终评定结果有很大影响，本文选择《土壤环境质量标准》GB15618-1995作为比较基准。根据上述（1~3）式计算，得到鄱阳湖区农家菜地土壤重金属的潜在生态风险系数以及潜在生态风险综合指数（表4）。从潜在生态风险单项系数的角度来看，在鄱阳湖区10个县（市）中，各种重金属平均生态风险大小的顺序依次为：Cd＞Cu＞Pb＞Zn＞Cr。其中以Cd的生态风险为最大，九江、德安、南昌、进贤、都昌等5个县（市）Cd的潜在生态风险单项系数超过100，达到重度生态风险，永修和湖口的潜在生态风险单项系数大于40，达到中度生态风险，其他地区属于轻微风险。根据环鄱阳湖各地区的总生态风险程度，结合ArcGIS软件的空间分析工具做出环湖区各地区重金属的空间分异图（图2），环鄱阳湖区农家菜地土壤总体上属于轻微污染，风险指数空间分异明显，除都昌外，工业较发达地区重金属潜在风险较高于工业落后偏僻地区。其中生态风险最大的是进贤和都昌，生态风险指数高达126.83和126.54；生态风险指数最低的是鄱阳，仅为8.35。另外，分析发现：环湖区生态总风险主要是Cd的贡献造成的，Cd的潜在风险占总风险的66.53%~97.30%，其次为Cu，其他重金属贡献很小。