我国设施农田土壤重金属污染评价与空间分布特征-北极星环境修复网

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本文收集了1997 年以来我国设施农田土壤重金属研究文献的数据并对其进行统计分析，评价我国设施农田土壤重金属污染现状及空间分布。

结果表明我国设施农田土壤重金属含量呈现一定的空间分布规律，南部地区土壤Cd、Pb 和Hg 含量最高，北部地区土壤As、Cu、Zn 和Cr 含量最高，西北部地区土壤Ni含量最高。与HJ/T 333-2006《温室蔬菜产地环境质量评价标准》相比，设施农田土壤Cd 含量超标最严重，其在南部、北部和西北部地区的超标率分别为41.7%、54.5%和11.1%；其次是Pb，在3 大区域的超标率分别为33.3%、18.2%和0。地累积指数评价结果显示我国设施农田土壤Cd 污染最严重，其次为Hg 污染。另外，随种植年限的延长，设施农田土壤重金属累积明显，且土壤重金属的累积量随土层加深呈下降趋势。就重金属的来源而言，我国设施农田土壤重金属来源以肥料，尤其是畜禽粪便有机肥为主。

前言

20 世纪90 年代以来，随着工业化和城市化进程的加快，工业污染物排放、含重金属农药化肥的使用以及采用污水灌溉等导致农田重金属累积和超标等环境问题日益凸显，已经引起了社会各界的高度关注。作为农田质量的一个重要评价指标，农田重金属含量状况越来越受到广泛关注。我国设施农业自20 世纪80 年代以来发展迅速，2010 年我国设施园艺面积达362万hm²，其中，设施蔬菜面积为335 万hm²，占设施园艺总面积的90%以上，到2012 年我国设施园艺面积已达386 万hm²，设施园艺产业净产值达5800 多亿元。据统计，2015 年北京市设施蔬菜和食用菌播种面积为34113 hm²，占设施农业总播种面积的83.2%。

我国设施农业栽培常处于半封闭状态，具有气温高、湿度大、蒸发量大、无雨水淋洗、无沉降、复种指数高、施肥量(尤其是有机肥)较大等特点，导致设施土壤理化性质和生物学性状发生重大变化，主要表现为土壤酸化、盐渍化，养分不平衡及过量累积，以及重金属累积等。已有研究表明，设施栽培土壤中重金属呈明显累积趋势，且含量显著高于露地栽培土壤。设施菜地已经成为继工矿/污灌菜地之后重金属累积较严重的菜地类型，应该引起足够重视。

近年来，虽然关于设施农田土壤中重金属的研究报道较多，但各研究区域较小，且分布较为分散，不能综合反映我国设施农田土壤重金属污染的现状。因此，笔者收集了1997 年以来全国关于设施农田重金属研究的数据，通过统计分析，阐述了不同地区设施农田土壤中重金属污染现状及空间分布特征，并探讨设施农田土壤重金属的主要来源，以期为我国设施农田土壤重金属防控和农田质量安全提供科学依据。

1 研究方法

1.1数据来源

相关统计数据主要检索自中国知网(1997—2017 年)、维普(1997—2017 年)和Web of Science(1997—2017 年)等数据库中关于我国设施农田重金属污染研究的文献。共收集全国31 个地区的数据，包括不同种植年限和不同土层重金属含量和分布数据。收集的所有数据的分析方法均符合中国环境保护部规定方法或美国环境保护局(USEPA)推荐方法，数据来源真实可靠。符合正态分布的重金属含量数据采用算术平均值描述；符合对数正态分布的重金属含量数据采用几何平均值描述；采用单因素方差分析(one-way ANOVA)检验差异显著性。采用Excel 2007 和SPSS 19.0 软件进行数据统计分析。

1.2 数据分布情况

共收集全国各地31 个地区的数据，按照农业气候区划和数据分布情况，将其分为3 个区域：南部地区，包括上海、安徽、江苏、浙江、湖北、云南和河南7 个省(直辖市)；北部地区，包括北京、河北、天津、辽宁、吉林、黑龙江、山东和山西(部分地区)8 个省(直辖市)；西北部地区，主要包括陕西、山西(部分地区)、内蒙古、甘肃、宁夏、青海和西藏7 个省(自治区)。

1.3 重金属污染评价方法

地累积指数(Igeo)是由德国科学家Muller于1969 年提出的，是一个基于重金属总浓度与背景值的关系研究水环境沉积物中重金属的定量指标，现在也常用于土壤重金属污染评价，计算公式为

通常在地累积指数计算中，元素的地球化学背景值选取工业化前全球沉积物重金属的平均背景值作为参考，由于不同地球化学背景可能造成各地重金属污染程度不同，故选择各省(直辖市、自治区)土壤重金属含量背景值作为Bn。

2 结果与分析

2.1设施农田土壤重金属含量

由表 2 可知，我国设施农田Cd、Pb 和Hg 平均含量以南部地区为最高，比北部地区分别高42.5%、10.8%和100.0%，比西北部地区分别高137.5%、40.7%和15.8%；As、Cu、Zn 和Cr 平均含量均以北部地区为最高，其比南部地区分别高24.3%、13.2%、46.4%和13.9%，比西北部地区分别高38.9%、30.8%、20.9%和21.4%；而Ni 平均含量则以西北部地区为最高，其比南部和北部地区分别高43.2%和12.9%。大部分设施农田种植蔬菜，故将数据与HJ/T 333—2006《温室蔬菜产地环境质量评价标准》进行比较，结果显示Cd、Cu、Zn、Pb、Hg 超标率分别为37.5%、8.1%、5.9%、18.8%和20.0%，其余元素未出现超标情况。其中，Cd 含量超标最严重，南部、北部和西北部地区超标率分别为41.7%、54.5%和11.1%，Pb 超标率分别为33.3%、18.2%和0，Hg 超标率分别为29.8%、20.0%和0，Cu 超标率分别为12.5%、10.0%和0，Zn 仅在北部地区出现超标，超标率为11.1%。