摘 要
通过实地调查、采样分析，研究了XX主要设施栽培区土壤重金属(Cu、Zn、Pb、Cd)含量情况，并参照标准对此做出评价。结果表明，以国家二级标准为评价标准，草坝设施土壤除Pb外，其它Cu、Zn、Cd三种重金属都有不同程度的污染，其中，Cd的含量范围是0.977～0.681mg/kg，污染率100%；Cu的含量范围是134.333～63.967.mg/kg，污染率55%；Zn的含量范围是346.667～169.167mg/kg, 污染率64%。土壤中平均单项污染指数由高到低依次为Cd>Zn>Cu>Pb，指数分别为2.950，1.078，0.951，0.074。从整体看，以云南省土壤背景值为标准，草坝设施土壤重金属综合污染指数是3.071，为重度污染，以国家二级标准为评价标准，则综合污染指数是2.271，为中度污染。
关键词：设施土壤；重金属污染；评价
I
ABSTRACT
Abstract: By means of field survey , the content of heavy metal (Pb ,Cd ,Cu and Zn) accumulation in greenhouse-soils were studied and the polluted extents were evaluated according to the corresponding national standards. The results show that, with the national secondary standard for evaluation standard, CaoBa facilities in the soil, other Cu and Pb, Zn Cd three kinds of heavy metal pollution of different level, among them, the content of Cd range is from 0.977 to 0.681 mg/kg, the rate of pollution 100%; The content of Cu range is 134.333 63.967 mg/kg, the rate of pollution 55%; The content of Zn range is from 346.667 to 169.167 mg/kg, the rate of pollution by 64%. The soil pollution index average single from high to low in turn for Cd>Zn>Cu>Pb, were 2.950, 1.078, 0.951, 0.074. From the whole look, Yunnan province background value for the standard, soil CaoBa facilities soil heavy metal pollution index is 3.071, the comprehensive for severe pollution, with the national secondary standard for evaluation standard, the comprehensive pollution index is 2.271, for moderate pollution.
Key words: greenhouse-soil；heavy metal pollution；evaluation
II
目 录
1.前言···························································································································· 1 1.1研究现状················································································································· 1 1.2研究意义················································································································· 3 2.材料与方法················································································································ 3 2.1采样区状况············································································································· 3 2.2土壤样品采集与处理····························································································· 3 2.3分析方法················································································································· 3 2.4评价标准················································································································· 4 3.结果与分析················································································································ 6 3.1土壤重金属含量····································································································· 6 3.2土壤重金属污染评价····························································································· 7 4.讨论···························································································································· 9 5.结论·························································································································· 10 5.1土壤重金属含量··································································································· 10 5.2土壤重金属污染评价··························································································· 10 5.3土壤重金属污染情况··························································································· 10 参考文献····················································································································· 11 致谢····························································································································· 13
III
1.前言
1.1 研究现状
重金属最早的研究是在1948年Lees较为系统地研究了重金属对土壤硝化作用的抑制作用开始，该研究领域逐渐形成，在近50年里得到迅速的拓展,并成为土壤科学、环境科学和生物科学交叉的研究热点[1]。如我国李志博[2]等通过对浙江富阳某乡整个乡内采集土壤样品进行研究，发现冶炼活动已经使得研究区菜地土壤重金属 Cu、Zn、Pb、Cd的含量远远超过了中国土壤环境质量一级和二级标准；林玉锁[3]等通过对国内外相关文献中关于中国菜地土壤重金属研究文献的统计分析，初步明确了中国菜地土壤重金属的平均含量分别为 As 8.03 mg/kg、Cd 0.28 mg/kg、Cr 49.79 mg/kg、Cu 29.97 mg/kg、Hg 0.12 mg/kg、Pb 29.52 mg/kg、Zn 99.86 mg/kg，工矿污灌菜地中As、Cd、Hg、Zn 含量的超标较为严重，设施菜地的 Cu、Cr 含量超标较为突出。
目前国内外关于设施土壤的研究主要集中在土壤酸化、养分积累、盐渍化、生物种群等方面，而有关设施土壤重金属含量分析的研究甚少，只有一些关于蔬菜大棚土壤中某几个重金属元素含量随利用年限变化趋势的报道[4]，如据杜惠玲[5]等报道，陕西省大棚土壤有效态Cu、Zn、Fe等含量均高于临近值，Cr、Cd、Pb虽然未超标，但随着大棚利用年限的增加呈递增趋势。李德成[6]等初步揭示了江苏盐城地区蔬菜大棚土壤中重金属元素As、Cd、Co、Cu等含量及其随大棚利用年限的变化趋势。
1.2 研究意义
近年来，设施栽培作为一项提高蔬菜、花卉等作物产量的有效途径，在我国迅猛发展起来。作为云南主要设施园艺蔬菜产地之一的蒙自市草坝镇，全镇18000多亩反季节蔬菜基地及其它以钢混大棚为主的设施种植示范基地，为我省的农业发展起到了重要作用。但是由于草坝比邻的个旧市是我国著称于世的“锡都”，许多矿区在采矿、选矿、冶炼的过程中不仅产生废气、废水、废渣，还有大量的砷、镉、铜等伴生矿，其中在采矿活动中任意堆放的废渣、废石、废土经溶蚀、淋滤、降雨后产生的有毒、有害物质，通过大气转移，降雨等途径最终进入到土壤中，可能造成严重的土壤重金属污染[7]。加上设施栽培条件下施化肥、有机肥的量远远高于露天大田，长期大量施用肥料也可能使设施土壤重金属元素含量偏
1
高。
由于重金属污染危害周期长、污染范围广、持续时间长、污染隐蔽，而且具有生物不可降解性和相对稳定性，使得重金属易在土壤中积累并可能通过食物链不断地在生物体内富集，甚至可转化为毒害性更大的甲基化合物， 对食物链中某些生物产生毒害，最终在人体内蓄积而危害人体健康[8]。据WHO等的研究，重金属在人体内的过量累积可诱发心血管、肾、神经和骨骼等器官病变，严重者甚至会致癌[9]。
本研究以蒙自草坝地区为研究对象，通过单因子指数法和罗梅指数法对设施土壤重金属含量进行分析和评价，为草坝设施栽培提供一个参考标准，让人们掌握一定的蔬菜生产土壤环境情况，对于降低蔬菜重金属含量、提高蔬菜质量、确保无公害蔬菜的生产、保障人们的饮食安全，促进蔬菜可持续发展等都有重要意义。
2
2.材料与方法
2.1 采样区状况
素有“天然温室”美称的草坝镇位于蒙自县西北部，是滇南中心城市的“菜篮子”、“米袋子”，土地面积136.9平方公里。近年来，草坝镇大力发展现代设施农业，取得了较好的经济效益。但是由于其比邻的个旧市是我国著称于世的“锡都”，许多矿区在采矿、选矿、冶炼的过程中不仅产生废气、废水、废渣，还有大量的砷、镉、铜等伴生矿，其中废气及其采矿活动中任意堆放的废渣、废石、废土中的有毒、有害物质经溶蚀、淋滤、降雨后，通过大气转移，降雨等途径最终进入到土壤中，有可能使这个地区的设施土壤受到污染。
2.2 土壤样品采集与处理
研究区域为蒙自设施蔬菜发展比较集中的草坝，用DPS定位系统进行定位，按照棚龄大小选取具有代表性的4个片区的12个点进行样品采集。采集样品按照采集的先后顺序编号为1～12，其中棚龄1～5号为5年、6号为4年、7～11号为2年、12号为陆地土壤。每点取4～5点混合，采样深度为0至20 cm。土壤混合均匀后按四分法获取1 kg左右的样品装入封口塑料袋，然后将采集的样品进行自然风干、压碎，除去异物，再用木棒碾碎，将植物根系、石块等侵入物挑出，然后进行研磨，过100目筛，用信封装好，用于重金含量测定及PH测定。
2.3 分析方法
2.3.1 测定方法
土壤中全量铜、锌的测定[10]：用酸溶法对样品进行分解，再用AAS法测定溶液中铜、锌的含量（土壤样品必要时经硝酸或双氧水预处理，除去碳酸盐或有机质，继续用硫酸——氢氟酸分解样品，再用硝酸——硫酸——高氯酸溶解残留物，定容稀释得到待测液，再用原子吸收分光度计测定含量）；土壤中铅、镉的测定用王水——高氯酸消煮——原子吸收光谱法 [11]：土壤样品经王水——高氯酸消化处理使矿物和有机质分解，土壤中的铅、镉以离子形态存在于消解液中，两种元素因含量较低，以碘化钾——甲基异丁酮萃取富集后，用原子吸收光谱法测定。
各元素用原子吸收光谱法测定时的波长、灵敏度、检出限等参数参照下表1。
3
表1 原子吸收分光光度计各元素参数
参数名称
最适浓度范围（μg·ml-1） 灵敏度（μg·ml-1·1%） 检测限（μg·ml-1） 波长（nm）
空气-乙炔火焰条件
Cu 0.2-10 0.1 0.001 324.7 氧化型
Cd 0.05-2 0.04 0.001 228.8 氧化型
Pb 0.05-2 0.7 0.001 283.3 氧化型
Zn 0.05-2 0.02 0.001 213.8 氧化型
2.3.2 统计方法
数据采用Excel和DPS v7.05进行数据的处理。 2.3.3 重金属污染评价方法
本文用中国绿色食品发展中心推荐的单因子污染指数法和综合污染指数法进行现状评价[14]，两种方法如下： (1) 单因子污染指数法[12]
计算公式：Pi=ci/si
式中pi为土壤中污染物i的环境质量指数；ci为污染物i的实测数据；si为污染物i的评价标准。环境质量指数是无量纲数，表示污染物在环境中实际浓度超过评价标准的程度，即超标倍数。 (2) 内梅罗指数法[13]
计算公式为：P＝[(Pijmax2+Pijave2)/2]1/2
式中P为第j个样点的综合指数，Pijmax为第j个样点中所有评价污染物中单项污染指数的最大值；Pijave为第j样点中所评价污染物单项污染指数的平均值。一般综合污染指数小于或者等于1表示未受污染，大于1则表示已受污染，计算出的综合污染指数的值越大表示所受的污染越严重。
2.4 评价标准
本文采用国家土壤环境质量二级标准（GB15618-1995）[15]结合云南省土壤自然背景值作为评价标准，对比说明草坝地区设施土壤重金属的环境质量状况，评价标准的pH值经测定范围是6.5～7.5，见下表2。
表2 国家土壤环境质量二级标准及云南省土壤自然背景值（mg/kg） 重金属 7.5 背景值
Cu 50 100 100 47.2
Cd 0.3 0.3 1.0 0.2
Pb 250 300 350 42.4
Zn 200 250 300 93.8
4
土壤分级标准采用国家环境质量标准（GB15618-1995）的分级标准，见下表3。
表3 土壤评价等级划分标准
单项污染指数
＜1 1.0～2.0 2.0～3.0 3.0～5.0 >5
污染等级 非污染 轻微污染 轻度污染 中度污染 重污染
内梅罗污染指数
≤0.7 0.7～1.0 1.0～2.0 2.0～3.0 >3.0
污染等级 清洁(安全) 尚清洁(警戒限) 轻度污染 中度污染 重污染
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3.结果与分析
3.1 土壤重金属含量
表4 土壤重金属含量(mg/kg)
采样点区域 草坝一村
土壤样品编号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 露地（CK）
重金属含量
Pb 31.179 50.681 42.024 29.110 22.778 15.718 8.909 12.470 8.253 11.752 11.738 65.795
Cd 0.904 0.960 0.907 0.904 0.977 0.904 0.681 0.879 0.894 0.828 0.900 0.918
Cu 81.933 74.167 72.500 76.000 63.967 101.933 110.167 109.633 114.933 134.333 106.200 83.667
Zn 346.667 322.533 316.167 294.267 287.167 271.800 239.200 260.167 211.500 169.167 244.967 182.700
马街村
衣三则
马街村 大落旧
所采集四个片区的设施土壤重金属含量见上图表4，从表中计算出各片区重金属含量的变化范围及均值：草坝一村Pb的含量范围为22.778～50.681mg/kg，均值为35.154 mg/kg；马街村的含量范围为8.909～15.718 mg/kg，均值为10.960mg/kg；衣三则的含量范围为8.253～12.470 mg/kg，均值为10.825 mg/kg；四个片区Pb的含量均未超出国家二级标准和云南省土壤背景值。Cd的含量范围草坝一村的为0.904～0.977mg/kg，均值为0.930mg/kg，超出国家二级标准3.101倍，超出云南省背景值4.652倍；马街村的含量范围为0.681～0.904mg/kg，均值为0.826 mg/kg，超出国家二级标准2.754倍，超出云南省土壤背景值4.132倍；衣三则的含量范围为8.253～12.470 mg/kg，均值为0.867mg/kg，分别超出国家二级标准和云南省背景值2.890倍、4.335倍；Cu的含量范围草坝一村的为63.967mg/kg～81.933mg/kg，均值为73.713mg/kg，超出云南省背景值1.562倍而未超出国家二级标准。马街村的含量范围为101.933～110.167mg/kg，均值为109.011mg/kg，超出国家二级标准1.090倍，超出云南省土壤背景值2.310倍。马衣则的平均含量超过国家二级标准1.196倍，超过土壤背景值2.535倍；Zn的含量范围草坝一村的是287.167～346.667mg/kg，均值为313.360mg/kg，分别超出国家二级标准和云南省土壤背景值1.045倍，3.341倍；马街村的含量范围为239.200～271.800mg/kg，均值为240.833mg/kg，未超
6
过国家二级标准和云南省土壤背景值，衣三则的含量也未超过国家二级标准及土壤背景值。
表中从年限上看除Cu含量随年限增加而减少外，其它三种元素都随年限的增加而增加，且不同片区及不同点的的重金属含量有一定的差异。
3.2 重金属的污染程度评价
表5 设施土壤重金属污染指数
采样点区域 草坝一村 马街村 衣三则 马街村 大落旧
土壤样品编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
露地（CK）
重金属含量
Ppb 0.104 0.169 0.140 0.097 0.076 0.052 0.030 0.042 0.028 0.039 0.039 0.219
Pcd 3.013 3.200 3.022 3.013 3.256 3.013 2.269 2.929 2.980 2.760 2.999 3.060
Pcu 0.819 0.742 0.725 0.760 0.640 1.019 1.102 1.096 1.149 1.343 1.062 0.837
Pzn 1.387 1.290 1.265 1.177 1.149 1.087 0.957 1.041 0.846 0.677 0.980 0.731
P综 2.329 2.377 2.332 2.317 2.482 2.325 1.795 2.262 2.293 2.156 2.294 2.327
表6 整体土壤重金属污染评价指数
项目
Ppb
以云南省土壤背景值为评价标准 以国家二级标准为评价标准
0.598 0.085
单一评价指数 Pcd 3.689 2.951
Pcu 2.014 0.951
Pzn 2.873 1.078
综合污染指数
P综 3.071 2.271
上表5是以国家二级标准为标准的的污染指数和评价等级，表6是整体污染指数评价等级。从不同片区的单项污染指数看，草坝一村Pb的指数范围为0.076～0.169，均值为0.117，未达到污染水平；镉的污染指数范围为3.013～3.256，均值为3.101，达到了重度污染水平；锌的污染指数范围为1.149～1.387，均值为1.254，达到轻度污染水平；Cu的污染指数范围为0.640～0.819，均值为0.737未达到污染水平。马街村的单项污染指数范围及平均值，Pb的指数范围为0.030～0.052，均值为0.040，未达到污染水平；Cd的指数范围为3.013～3.299，均值为2.760，达到中度污染水平；Cu的指数范围为1.019～1.102，均值为1.061，达到中度污染水平；Zn的指数范围为0.957～1.087，均值为1.008，达到轻度污染水平。衣三则的单项污染指数，Pb的指数范围为0.028～0.042，
7
均值为0.036，未达到污染水平；Cd的指数范围为2.760～2.980，均值为2.890，达到中度污染水平；Cu的指数范围为1.096～1.343，均值为1.196，达到轻度污染水平；Zn的指数范围为0.677～1.041，均值为0.855，未达到污染水平。
从综合污染指数看，草坝一村的指数范围为2.317～2.482，均值为2.367，达到中度污染水平；马街村的指数范围为1.795～2.325，均值为2.318，是中度污染水平；衣三则的指数范围为2.156～2.293，均值为2.237，也是中度污染水平。
从整体污染指数看，四种重金属单项污染指数，以云南省土壤背景值为评价标准，草坝地区的Cu、Zn、Pb、Cd四种重金属分别达到了中度污染水平、中度污染水平、轻度污染水平、重度污染水平，而综合污染则达到了重度污染水平。若以国家二级标准为评价标准，则单项污染指数，Pb和Cu没受到污染，其余的Zn、Cd分别为轻度污染水平和中度污染水平，综合污染指数为中度污染水平。从分析中可以看出草坝地区的Cd和Zn污染较为严重，而其它几种也达到了需要引起重视的程度。
8
段永蒽[4]等在研究设施土壤重金属污染物累积的影响因素时指出云南省设施土壤重金属综合污染指数均大于1.00 ，设施土壤己经开始受到污染，其中以Cd的污染程度较严重。设施土壤表层重金属元素除了Pb以外，其余 7 元素 Hg、 Cr、Cu、Cd、Zn、Ni、As的平均含量均高露天大田对照，其中尤以 Cu 、Cd的增加最为显著，分别比对照高出1.31倍和1.02倍。在高砚芳[16]等太湖地区温室土壤重金属污染状况调查及评价一文中也指出该地区温室土壤Cu、Zn、Pb、Cd四种重金属元素全量都高于江苏省元素背景值，其中以Cu和Cd的污染指数最高。本文研究与上述研究中Cd的污染程度最严重相一致，而与所有的设施土壤重金属综合污染指数均大于1.00及Cu和Cd的污染指数最高有所偏差，本文研究的Pb的指数小于1.00，Zn的指数要比铜的要高。四种重金属中除铅外，其它三种都超出国家二级标准和云南省土壤背景值，而平均值铜和锌元素都超过陆地土壤，分别高出1.279倍、1.341倍。
本研究与对比研究出现的偏差可能原因是：铅主要通过大气沉降污染土壤，设施土壤因受覆盖物的阻拦，所以含量比陆地土壤要低没有达到污染水平。锌含量比其它研究值高可能与农药、化肥、塑料薄膜等农用化学品以及有机肥料的施用有关，因为有机肥中也常含有一定量的重金属，如据刘荣乐等[17]对中国8省(市)商品有机肥的调查结果，有机肥中各种重金属均出现了不同程度的超标；卢东等[18]对华东典型地区农业土壤重金属含量的调查结果，施用鸡粪等有机肥的农业土壤中，Cu、Zn含量明显高于施用化肥的土壤。此外，农用薄膜生产应用的热稳定剂中往往含有 Cd 和 Pb，在大量使用塑料薄膜的温室大棚和保护地中，如果不及时清除残留在土壤中的薄膜（或农膜），亦可能会使其中的重金属进入土壤并形成累积。
另外，在本研究的数据分析中，除Cu外，其它几种元素的平均值都随棚龄的增加而增加，据调查，该地区大棚前两年为土壤改造期，会施用部分微量元素（包括铜元素在内），而后会减少，积累于土壤中的铜又逐渐被植物吸收，故含量逐渐下降，与本研究结果相符合。其它元素则随棚龄的增加而逐渐累积，造成土壤重金属污染。此外在所测元素中各元素在各点及各片区的含量有所差异，可能和各片区的成土母质及其施用农家肥、化肥等的量不同有关。
9
5.1 土壤重金属的含量状况
土壤重金属Cu、Zn、Pb、Cd的含量范围分别为134.333～63.967.mg/kg、346.667～169.167mg/kg、8.253～65.795mg/kg、0.977～0.681mg/kg；平均值分别为95.070、269.418、25.384、0.885，与国家二级标准相比镉超出2.950倍，锌超出1.077倍；与云南省土壤背景值相比镉超出4.275倍，铜超出2.014倍，锌超出2.872倍。可见土壤中镉和锌的污染较为严重。
5.2 土壤重金属评价状况
以国家二级标准评价单项重金属元素中除了铅没超标以外，其它三种重金属都有不同程度的污染。其中镉、铜、锌的污染率分别为100%、55%、64%，综合污染率到达100%；以云南省土壤背景值评价污染程度及污染率都要比国家二级标准高，铅有18%受到轻度污染，镉和锌的污染率都为100%，铜只有1%没受到污染；从整体污染情况看，以国家二级标准为评价标准则为中度污染，以云南省土壤背景值为标准，则草坝设施土壤重金属以达到重度污染水平。
5.3 土壤重金属污染情况
从土壤重金属的含量状况和土壤重金属评价状况分析，铅含量未达到污染水平，但露地重金属含量明显高于设施重金属含量，加上依据云南省土壤背景值评价铅有8%受到轻度污染，说明个旧矿区对草坝设施蔬菜的种植已有一定影响。综合分析，草坝设施土壤重金属含量的污染水平已经达到了需要引起重视的程度，除了要做好个旧矿区废水废气的排放外，还要合理施用农药、化肥及其有机肥等含重金属的肥料，及时清除地里的残留薄膜。
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12
13
摘 要
通过实地调查、采样分析，研究了XX主要设施栽培区土壤重金属(Cu、Zn、Pb、Cd)含量情况，并参照标准对此做出评价。结果表明，以国家二级标准为评价标准，草坝设施土壤除Pb外，其它Cu、Zn、Cd三种重金属都有不同程度的污染，其中，Cd的含量范围是0.977～0.681mg/kg，污染率100%；Cu的含量范围是134.333～63.967.mg/kg，污染率55%；Zn的含量范围是346.667～169.167mg/kg, 污染率64%。土壤中平均单项污染指数由高到低依次为Cd>Zn>Cu>Pb，指数分别为2.950，1.078，0.951，0.074。从整体看，以云南省土壤背景值为标准，草坝设施土壤重金属综合污染指数是3.071，为重度污染，以国家二级标准为评价标准，则综合污染指数是2.271，为中度污染。
关键词：设施土壤；重金属污染；评价
I
ABSTRACT
Abstract: By means of field survey , the content of heavy metal (Pb ,Cd ,Cu and Zn) accumulation in greenhouse-soils were studied and the polluted extents were evaluated according to the corresponding national standards. The results show that, with the national secondary standard for evaluation standard, CaoBa facilities in the soil, other Cu and Pb, Zn Cd three kinds of heavy metal pollution of different level, among them, the content of Cd range is from 0.977 to 0.681 mg/kg, the rate of pollution 100%; The content of Cu range is 134.333 63.967 mg/kg, the rate of pollution 55%; The content of Zn range is from 346.667 to 169.167 mg/kg, the rate of pollution by 64%. The soil pollution index average single from high to low in turn for Cd>Zn>Cu>Pb, were 2.950, 1.078, 0.951, 0.074. From the whole look, Yunnan province background value for the standard, soil CaoBa facilities soil heavy metal pollution index is 3.071, the comprehensive for severe pollution, with the national secondary standard for evaluation standard, the comprehensive pollution index is 2.271, for moderate pollution.
Key words: greenhouse-soil；heavy metal pollution；evaluation
II
目 录
1.前言···························································································································· 1 1.1研究现状················································································································· 1 1.2研究意义················································································································· 3 2.材料与方法················································································································ 3 2.1采样区状况············································································································· 3 2.2土壤样品采集与处理····························································································· 3 2.3分析方法················································································································· 3 2.4评价标准················································································································· 4 3.结果与分析················································································································ 6 3.1土壤重金属含量····································································································· 6 3.2土壤重金属污染评价····························································································· 7 4.讨论···························································································································· 9 5.结论·························································································································· 10 5.1土壤重金属含量··································································································· 10 5.2土壤重金属污染评价··························································································· 10 5.3土壤重金属污染情况··························································································· 10 参考文献····················································································································· 11 致谢····························································································································· 13
III
1.前言
1.1 研究现状
重金属最早的研究是在1948年Lees较为系统地研究了重金属对土壤硝化作用的抑制作用开始，该研究领域逐渐形成，在近50年里得到迅速的拓展,并成为土壤科学、环境科学和生物科学交叉的研究热点[1]。如我国李志博[2]等通过对浙江富阳某乡整个乡内采集土壤样品进行研究，发现冶炼活动已经使得研究区菜地土壤重金属 Cu、Zn、Pb、Cd的含量远远超过了中国土壤环境质量一级和二级标准；林玉锁[3]等通过对国内外相关文献中关于中国菜地土壤重金属研究文献的统计分析，初步明确了中国菜地土壤重金属的平均含量分别为 As 8.03 mg/kg、Cd 0.28 mg/kg、Cr 49.79 mg/kg、Cu 29.97 mg/kg、Hg 0.12 mg/kg、Pb 29.52 mg/kg、Zn 99.86 mg/kg，工矿污灌菜地中As、Cd、Hg、Zn 含量的超标较为严重，设施菜地的 Cu、Cr 含量超标较为突出。
目前国内外关于设施土壤的研究主要集中在土壤酸化、养分积累、盐渍化、生物种群等方面，而有关设施土壤重金属含量分析的研究甚少，只有一些关于蔬菜大棚土壤中某几个重金属元素含量随利用年限变化趋势的报道[4]，如据杜惠玲[5]等报道，陕西省大棚土壤有效态Cu、Zn、Fe等含量均高于临近值，Cr、Cd、Pb虽然未超标，但随着大棚利用年限的增加呈递增趋势。李德成[6]等初步揭示了江苏盐城地区蔬菜大棚土壤中重金属元素As、Cd、Co、Cu等含量及其随大棚利用年限的变化趋势。
1.2 研究意义
近年来，设施栽培作为一项提高蔬菜、花卉等作物产量的有效途径，在我国迅猛发展起来。作为云南主要设施园艺蔬菜产地之一的蒙自市草坝镇，全镇18000多亩反季节蔬菜基地及其它以钢混大棚为主的设施种植示范基地，为我省的农业发展起到了重要作用。但是由于草坝比邻的个旧市是我国著称于世的“锡都”，许多矿区在采矿、选矿、冶炼的过程中不仅产生废气、废水、废渣，还有大量的砷、镉、铜等伴生矿，其中在采矿活动中任意堆放的废渣、废石、废土经溶蚀、淋滤、降雨后产生的有毒、有害物质，通过大气转移，降雨等途径最终进入到土壤中，可能造成严重的土壤重金属污染[7]。加上设施栽培条件下施化肥、有机肥的量远远高于露天大田，长期大量施用肥料也可能使设施土壤重金属元素含量偏
1
高。
由于重金属污染危害周期长、污染范围广、持续时间长、污染隐蔽，而且具有生物不可降解性和相对稳定性，使得重金属易在土壤中积累并可能通过食物链不断地在生物体内富集，甚至可转化为毒害性更大的甲基化合物， 对食物链中某些生物产生毒害，最终在人体内蓄积而危害人体健康[8]。据WHO等的研究，重金属在人体内的过量累积可诱发心血管、肾、神经和骨骼等器官病变，严重者甚至会致癌[9]。
本研究以蒙自草坝地区为研究对象，通过单因子指数法和罗梅指数法对设施土壤重金属含量进行分析和评价，为草坝设施栽培提供一个参考标准，让人们掌握一定的蔬菜生产土壤环境情况，对于降低蔬菜重金属含量、提高蔬菜质量、确保无公害蔬菜的生产、保障人们的饮食安全，促进蔬菜可持续发展等都有重要意义。
2
2.材料与方法
2.1 采样区状况
素有“天然温室”美称的草坝镇位于蒙自县西北部，是滇南中心城市的“菜篮子”、“米袋子”，土地面积136.9平方公里。近年来，草坝镇大力发展现代设施农业，取得了较好的经济效益。但是由于其比邻的个旧市是我国著称于世的“锡都”，许多矿区在采矿、选矿、冶炼的过程中不仅产生废气、废水、废渣，还有大量的砷、镉、铜等伴生矿，其中废气及其采矿活动中任意堆放的废渣、废石、废土中的有毒、有害物质经溶蚀、淋滤、降雨后，通过大气转移，降雨等途径最终进入到土壤中，有可能使这个地区的设施土壤受到污染。
2.2 土壤样品采集与处理
研究区域为蒙自设施蔬菜发展比较集中的草坝，用DPS定位系统进行定位，按照棚龄大小选取具有代表性的4个片区的12个点进行样品采集。采集样品按照采集的先后顺序编号为1～12，其中棚龄1～5号为5年、6号为4年、7～11号为2年、12号为陆地土壤。每点取4～5点混合，采样深度为0至20 cm。土壤混合均匀后按四分法获取1 kg左右的样品装入封口塑料袋，然后将采集的样品进行自然风干、压碎，除去异物，再用木棒碾碎，将植物根系、石块等侵入物挑出，然后进行研磨，过100目筛，用信封装好，用于重金含量测定及PH测定。
2.3 分析方法
2.3.1 测定方法
土壤中全量铜、锌的测定[10]：用酸溶法对样品进行分解，再用AAS法测定溶液中铜、锌的含量（土壤样品必要时经硝酸或双氧水预处理，除去碳酸盐或有机质，继续用硫酸——氢氟酸分解样品，再用硝酸——硫酸——高氯酸溶解残留物，定容稀释得到待测液，再用原子吸收分光度计测定含量）；土壤中铅、镉的测定用王水——高氯酸消煮——原子吸收光谱法 [11]：土壤样品经王水——高氯酸消化处理使矿物和有机质分解，土壤中的铅、镉以离子形态存在于消解液中，两种元素因含量较低，以碘化钾——甲基异丁酮萃取富集后，用原子吸收光谱法测定。
各元素用原子吸收光谱法测定时的波长、灵敏度、检出限等参数参照下表1。
3
表1 原子吸收分光光度计各元素参数
参数名称
最适浓度范围（μg·ml-1） 灵敏度（μg·ml-1·1%） 检测限（μg·ml-1） 波长（nm）
空气-乙炔火焰条件
Cu 0.2-10 0.1 0.001 324.7 氧化型
Cd 0.05-2 0.04 0.001 228.8 氧化型
Pb 0.05-2 0.7 0.001 283.3 氧化型
Zn 0.05-2 0.02 0.001 213.8 氧化型
2.3.2 统计方法
数据采用Excel和DPS v7.05进行数据的处理。 2.3.3 重金属污染评价方法
本文用中国绿色食品发展中心推荐的单因子污染指数法和综合污染指数法进行现状评价[14]，两种方法如下： (1) 单因子污染指数法[12]
计算公式：Pi=ci/si
式中pi为土壤中污染物i的环境质量指数；ci为污染物i的实测数据；si为污染物i的评价标准。环境质量指数是无量纲数，表示污染物在环境中实际浓度超过评价标准的程度，即超标倍数。 (2) 内梅罗指数法[13]
计算公式为：P＝[(Pijmax2+Pijave2)/2]1/2
式中P为第j个样点的综合指数，Pijmax为第j个样点中所有评价污染物中单项污染指数的最大值；Pijave为第j样点中所评价污染物单项污染指数的平均值。一般综合污染指数小于或者等于1表示未受污染，大于1则表示已受污染，计算出的综合污染指数的值越大表示所受的污染越严重。
2.4 评价标准
本文采用国家土壤环境质量二级标准（GB15618-1995）[15]结合云南省土壤自然背景值作为评价标准，对比说明草坝地区设施土壤重金属的环境质量状况，评价标准的pH值经测定范围是6.5～7.5，见下表2。
表2 国家土壤环境质量二级标准及云南省土壤自然背景值（mg/kg） 重金属 7.5 背景值
Cu 50 100 100 47.2
Cd 0.3 0.3 1.0 0.2
Pb 250 300 350 42.4
Zn 200 250 300 93.8
4
土壤分级标准采用国家环境质量标准（GB15618-1995）的分级标准，见下表3。
表3 土壤评价等级划分标准
单项污染指数
＜1 1.0～2.0 2.0～3.0 3.0～5.0 >5
污染等级 非污染 轻微污染 轻度污染 中度污染 重污染
内梅罗污染指数
≤0.7 0.7～1.0 1.0～2.0 2.0～3.0 >3.0
污染等级 清洁(安全) 尚清洁(警戒限) 轻度污染 中度污染 重污染
5
3.结果与分析
3.1 土壤重金属含量
表4 土壤重金属含量(mg/kg)
采样点区域 草坝一村
土壤样品编号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 露地（CK）
重金属含量
Pb 31.179 50.681 42.024 29.110 22.778 15.718 8.909 12.470 8.253 11.752 11.738 65.795
Cd 0.904 0.960 0.907 0.904 0.977 0.904 0.681 0.879 0.894 0.828 0.900 0.918
Cu 81.933 74.167 72.500 76.000 63.967 101.933 110.167 109.633 114.933 134.333 106.200 83.667
Zn 346.667 322.533 316.167 294.267 287.167 271.800 239.200 260.167 211.500 169.167 244.967 182.700
马街村
衣三则
马街村 大落旧
所采集四个片区的设施土壤重金属含量见上图表4，从表中计算出各片区重金属含量的变化范围及均值：草坝一村Pb的含量范围为22.778～50.681mg/kg，均值为35.154 mg/kg；马街村的含量范围为8.909～15.718 mg/kg，均值为10.960mg/kg；衣三则的含量范围为8.253～12.470 mg/kg，均值为10.825 mg/kg；四个片区Pb的含量均未超出国家二级标准和云南省土壤背景值。Cd的含量范围草坝一村的为0.904～0.977mg/kg，均值为0.930mg/kg，超出国家二级标准3.101倍，超出云南省背景值4.652倍；马街村的含量范围为0.681～0.904mg/kg，均值为0.826 mg/kg，超出国家二级标准2.754倍，超出云南省土壤背景值4.132倍；衣三则的含量范围为8.253～12.470 mg/kg，均值为0.867mg/kg，分别超出国家二级标准和云南省背景值2.890倍、4.335倍；Cu的含量范围草坝一村的为63.967mg/kg～81.933mg/kg，均值为73.713mg/kg，超出云南省背景值1.562倍而未超出国家二级标准。马街村的含量范围为101.933～110.167mg/kg，均值为109.011mg/kg，超出国家二级标准1.090倍，超出云南省土壤背景值2.310倍。马衣则的平均含量超过国家二级标准1.196倍，超过土壤背景值2.535倍；Zn的含量范围草坝一村的是287.167～346.667mg/kg，均值为313.360mg/kg，分别超出国家二级标准和云南省土壤背景值1.045倍，3.341倍；马街村的含量范围为239.200～271.800mg/kg，均值为240.833mg/kg，未超
6
过国家二级标准和云南省土壤背景值，衣三则的含量也未超过国家二级标准及土壤背景值。
表中从年限上看除Cu含量随年限增加而减少外，其它三种元素都随年限的增加而增加，且不同片区及不同点的的重金属含量有一定的差异。
3.2 重金属的污染程度评价
表5 设施土壤重金属污染指数
采样点区域 草坝一村 马街村 衣三则 马街村 大落旧
土壤样品编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
露地（CK）
重金属含量
Ppb 0.104 0.169 0.140 0.097 0.076 0.052 0.030 0.042 0.028 0.039 0.039 0.219
Pcd 3.013 3.200 3.022 3.013 3.256 3.013 2.269 2.929 2.980 2.760 2.999 3.060
Pcu 0.819 0.742 0.725 0.760 0.640 1.019 1.102 1.096 1.149 1.343 1.062 0.837
Pzn 1.387 1.290 1.265 1.177 1.149 1.087 0.957 1.041 0.846 0.677 0.980 0.731
P综 2.329 2.377 2.332 2.317 2.482 2.325 1.795 2.262 2.293 2.156 2.294 2.327
表6 整体土壤重金属污染评价指数
项目
Ppb
以云南省土壤背景值为评价标准 以国家二级标准为评价标准
0.598 0.085
单一评价指数 Pcd 3.689 2.951
Pcu 2.014 0.951
Pzn 2.873 1.078
综合污染指数
P综 3.071 2.271
上表5是以国家二级标准为标准的的污染指数和评价等级，表6是整体污染指数评价等级。从不同片区的单项污染指数看，草坝一村Pb的指数范围为0.076～0.169，均值为0.117，未达到污染水平；镉的污染指数范围为3.013～3.256，均值为3.101，达到了重度污染水平；锌的污染指数范围为1.149～1.387，均值为1.254，达到轻度污染水平；Cu的污染指数范围为0.640～0.819，均值为0.737未达到污染水平。马街村的单项污染指数范围及平均值，Pb的指数范围为0.030～0.052，均值为0.040，未达到污染水平；Cd的指数范围为3.013～3.299，均值为2.760，达到中度污染水平；Cu的指数范围为1.019～1.102，均值为1.061，达到中度污染水平；Zn的指数范围为0.957～1.087，均值为1.008，达到轻度污染水平。衣三则的单项污染指数，Pb的指数范围为0.028～0.042，
7
均值为0.036，未达到污染水平；Cd的指数范围为2.760～2.980，均值为2.890，达到中度污染水平；Cu的指数范围为1.096～1.343，均值为1.196，达到轻度污染水平；Zn的指数范围为0.677～1.041，均值为0.855，未达到污染水平。
从综合污染指数看，草坝一村的指数范围为2.317～2.482，均值为2.367，达到中度污染水平；马街村的指数范围为1.795～2.325，均值为2.318，是中度污染水平；衣三则的指数范围为2.156～2.293，均值为2.237，也是中度污染水平。
从整体污染指数看，四种重金属单项污染指数，以云南省土壤背景值为评价标准，草坝地区的Cu、Zn、Pb、Cd四种重金属分别达到了中度污染水平、中度污染水平、轻度污染水平、重度污染水平，而综合污染则达到了重度污染水平。若以国家二级标准为评价标准，则单项污染指数，Pb和Cu没受到污染，其余的Zn、Cd分别为轻度污染水平和中度污染水平，综合污染指数为中度污染水平。从分析中可以看出草坝地区的Cd和Zn污染较为严重，而其它几种也达到了需要引起重视的程度。
8
段永蒽[4]等在研究设施土壤重金属污染物累积的影响因素时指出云南省设施土壤重金属综合污染指数均大于1.00 ，设施土壤己经开始受到污染，其中以Cd的污染程度较严重。设施土壤表层重金属元素除了Pb以外，其余 7 元素 Hg、 Cr、Cu、Cd、Zn、Ni、As的平均含量均高露天大田对照，其中尤以 Cu 、Cd的增加最为显著，分别比对照高出1.31倍和1.02倍。在高砚芳[16]等太湖地区温室土壤重金属污染状况调查及评价一文中也指出该地区温室土壤Cu、Zn、Pb、Cd四种重金属元素全量都高于江苏省元素背景值，其中以Cu和Cd的污染指数最高。本文研究与上述研究中Cd的污染程度最严重相一致，而与所有的设施土壤重金属综合污染指数均大于1.00及Cu和Cd的污染指数最高有所偏差，本文研究的Pb的指数小于1.00，Zn的指数要比铜的要高。四种重金属中除铅外，其它三种都超出国家二级标准和云南省土壤背景值，而平均值铜和锌元素都超过陆地土壤，分别高出1.279倍、1.341倍。
本研究与对比研究出现的偏差可能原因是：铅主要通过大气沉降污染土壤，设施土壤因受覆盖物的阻拦，所以含量比陆地土壤要低没有达到污染水平。锌含量比其它研究值高可能与农药、化肥、塑料薄膜等农用化学品以及有机肥料的施用有关，因为有机肥中也常含有一定量的重金属，如据刘荣乐等[17]对中国8省(市)商品有机肥的调查结果，有机肥中各种重金属均出现了不同程度的超标；卢东等[18]对华东典型地区农业土壤重金属含量的调查结果，施用鸡粪等有机肥的农业土壤中，Cu、Zn含量明显高于施用化肥的土壤。此外，农用薄膜生产应用的热稳定剂中往往含有 Cd 和 Pb，在大量使用塑料薄膜的温室大棚和保护地中，如果不及时清除残留在土壤中的薄膜（或农膜），亦可能会使其中的重金属进入土壤并形成累积。
另外，在本研究的数据分析中，除Cu外，其它几种元素的平均值都随棚龄的增加而增加，据调查，该地区大棚前两年为土壤改造期，会施用部分微量元素（包括铜元素在内），而后会减少，积累于土壤中的铜又逐渐被植物吸收，故含量逐渐下降，与本研究结果相符合。其它元素则随棚龄的增加而逐渐累积，造成土壤重金属污染。此外在所测元素中各元素在各点及各片区的含量有所差异，可能和各片区的成土母质及其施用农家肥、化肥等的量不同有关。
9
5.1 土壤重金属的含量状况
土壤重金属Cu、Zn、Pb、Cd的含量范围分别为134.333～63.967.mg/kg、346.667～169.167mg/kg、8.253～65.795mg/kg、0.977～0.681mg/kg；平均值分别为95.070、269.418、25.384、0.885，与国家二级标准相比镉超出2.950倍，锌超出1.077倍；与云南省土壤背景值相比镉超出4.275倍，铜超出2.014倍，锌超出2.872倍。可见土壤中镉和锌的污染较为严重。
5.2 土壤重金属评价状况
以国家二级标准评价单项重金属元素中除了铅没超标以外，其它三种重金属都有不同程度的污染。其中镉、铜、锌的污染率分别为100%、55%、64%，综合污染率到达100%；以云南省土壤背景值评价污染程度及污染率都要比国家二级标准高，铅有18%受到轻度污染，镉和锌的污染率都为100%，铜只有1%没受到污染；从整体污染情况看，以国家二级标准为评价标准则为中度污染，以云南省土壤背景值为标准，则草坝设施土壤重金属以达到重度污染水平。
5.3 土壤重金属污染情况
从土壤重金属的含量状况和土壤重金属评价状况分析，铅含量未达到污染水平，但露地重金属含量明显高于设施重金属含量，加上依据云南省土壤背景值评价铅有8%受到轻度污染，说明个旧矿区对草坝设施蔬菜的种植已有一定影响。综合分析，草坝设施土壤重金属含量的污染水平已经达到了需要引起重视的程度，除了要做好个旧矿区废水废气的排放外，还要合理施用农药、化肥及其有机肥等含重金属的肥料，及时清除地里的残留薄膜。
10
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