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工業污染以及農藥、化肥的不當使用，我國農地土壤中的重金屬含量迅速增加，使得土壤生產力下降、農產品遭受污染，這已經成為了阻礙農業綠色、高效、可持續發展的重要因素之一［1－2］。重金屬在土壤中能夠被糧食作物富集［3］，進而通過食物鏈威脅人類的健康［4－5］。例如，Pb、Hg可以對神經系統造成毒害，引起神經系統退行性病變［6］;As能夠使細胞代謝失常，導致神經麻痹、血溶性貧血及血管壞死［7］。土壤的重金屬污染對人類健康的威脅程度正在逐年上升。因此，為了確保糧食的安全供應，從根本上阻斷重金屬的攝入來源，就必須進行農用地健康評價，以掌控農田土壤及作物的污染情況。重金屬對于農地土壤乃至糧食作物質量的危害是多方面的，不僅降低了土壤微生物的種類和數量［8］，還會明顯降低土壤酶活性，從而降低土壤對殘留有機質的分解能力［9］。許多學者結合內梅羅(Nemerow)綜合污染指數法對土壤的重金屬污染情況進行分級評價，較好的反映了土壤的污染狀況［10－12］。土壤－作物系統是重金屬威脅人類健康的重要途徑，通過研究重金屬從土壤轉移至作物的累積情況來評價糧食生產安全具有重要的理論價值和現實意義［13－15］。張家港市城市化發展迅速，城鎮建設用地快速擴張［16］，對農業用地的壓力也逐年上升。目前針對該市土壤污染的相關研究較少，對該市土壤環境質量的了解并不全面［17］，基于土壤－作物系統的重金屬污染研究仍有待開展。因此，本研究選取重金屬作為評價農地土壤環境質量的指標，結合內梅羅綜合污染指數法對農地土壤中的重金屬分布狀況進行評價分析，并通過對水稻殘根中的重金屬殘留量的跟蹤分析，以期掌握張家港市農地土壤重金屬的污染狀況及其對糧食質量的動態影響。 1材料與方法 1．1研究區概況 張家港市地處北緯31°43'～32°02'，東經120°21'～120°52'，位于長江下游南岸，江蘇省東南部，現轄8個鎮和常陰沙管理區，全市總面積998．48km2。該市屬亞熱帶海洋性季風氣候，年平均氣溫15．2℃，年平均降水量為1042．9mm，年平均日照時長為2047．5h，主導風向為東南風。土壤類型主要為潮土和水稻土，亦有少量黃棕壤零星分布。水稻、小麥、油菜是該市的主要種植作物。 1．2樣品采集與分析 采樣時間為2010年12月，在張家港市范圍內均勻選取樣點20個，每個樣點選擇5處混合樣方，每個樣方取0至20cm表層土壤及附近的水稻殘留根。即先選定中心樣方，并向四周輻射約50m分別再取4處樣方，將這5個點取得的土樣制成1kg左右土壤樣品作為該樣點的土樣，置于通風處風干，風干過程中揀出石子、植物殘骸等雜物，過100目尼龍網篩后，稱取約200g土樣封存于密封袋中，并對應取樣地點進行編號;將在同一采樣點收集的水稻殘留根混合作為該樣點的水稻殘根樣品。樣品送南京大學現代分析中心進行進一步的預處理并利用等離子體原子發射光譜儀等儀器分別測定土壤及殘留根中的Hg、As、Se、Pb、Cu的含量。 1．3統計方法 分別計算土壤中Hg、As、Pb、Cu4種重金屬元素的單因子指數和綜合污染指數，并統計分析重金屬的平均值、標準差、變異系數等。在SPSS17．0環境下對農地土壤及農田水稻殘根Hg、As、Se、Pb和Cu進行Pearson相關分析。 1．3．1單因子指數評價法 單因子指數評價法常用于評價污染物在環境介質中的污染程度。其計算公式為:Pi=Ci/Si，式中:Pi為i污染物的污染指數;Ci為污染物實際測量值，Si為評價標準值［以土壤質量對植物和環境不造成危害和污染的《土壤環境質量標準》(GB15618—1995)二級標準作為評價標準］。Pi值越大，則污染越嚴重。 1．3．2綜合污染指數評價法 綜合污染指數評價法突出了污染較重的污染物的作用，可以用來綜合掌握土壤重金屬的污染情況，其計算公式為:PN=［(P2avg+P2max)/2］1/2，式中:PN為綜合污染指數;Pavg為各單項污染指數平均值;Pmax為各單項污染指數最大值。 2結果 2．1土壤重金屬含量 綜合表1、表2，土壤Hg含量為0．0049～0．4300mg/kg，單因子指數的平均值為0．141，標準差為0．193，變異系數為1．373;As的含量為2．76～5．24mg/kg，單因子指數的平均值為0．162，標準差為0．024，變異系數為0．150;Se的含量為0.041～0．066mg/kg;Pb的含量為11．8～17．8mg/kg，單因子指數的平均值為0．050，標準差為0．005，變異系數為0.105;Cu的含量為12．5～22．9mg/kg，單因子指數平均值為0．172，標準差為0．030，變異系數為0．174;各采樣點綜合污染指數為0．103～0．645，平均值為0．153，變異系數為0．752。對照國家土壤環境質量標準，研究區Hg、As、Pb、Cu的含量均低于國家二級標準值，單因子指數和綜合污染指數總體偏低，說明張家港市農地土壤清潔，基本未受人為活動造成的污染。在常東社區和常北社區的Hg的單因子指數及綜合污染指數均略高于其他采樣點，出現這種現象的原因可能是這一地區有較多污染工業企業聚集，如玻璃制造、鋼制品、機械設備制造、染料助劑等工廠;As、Pb和Cu的變異系數都很低，這幾種元素在全市范圍內的分布差異不大，相對而言，Pb、Cu在張家港南部高莊村地區的含量更低一些，可能是因為該地區離張家港城區及工業密集區較遠，尚未受到城市化及工業擴張的波及。從全市范圍來看，各種重金屬的分布并未表現出聚集效應，比較零散，沒有擴散的趨勢，說明目前工業的發展尚未對農地質量構成較大威脅。 2．2水稻殘留根重金屬含量 由表1可知，除常北社區2個樣點分別檢測到Hg0．0040mg/kg和0．0044mg/kg，其余采樣點并未檢測到Hg的殘留，這與土壤中的Hg含量分布情況基本一致，值得指出的是，造成這一現象的原因除了周圍工業的影響外，也不排除有農戶使用了含Hg的農藥或除草劑的可能;As的含量為0.83～2．66mg/kg，平均值為1．32mg/kg;Se的含量為0.009～0．030mg/kg，平均值為0．016mg/kg;Pb的含量為2.68～7．46mg/kg，平均值為4．12mg/kg;Cu的含量為9．5～44．2mg/kg，平均值為24．0mg/kg。As、Se、Pb在水稻殘留根中的殘留量與表層土壤平均含量之比分別為32．65%、29．79%、27．76%，進一步說明這幾種重金屬基本未對水稻造成危害;Cu在水稻殘留根中的平均殘留量達到了土壤環境的1．4倍，其中含量較高的點集中于東北部地區，而最南部的采樣點含量最低，這與張家港市農田附近工業的分布格局現狀相符。#p#分頁標題#e# 2．3殘留根重金屬含量與土壤重金屬含量相關性分析 對殘留根Hg、As、Se、Pb、Cu與表層土壤Hg、As、Se、Pb、Cu5種重金屬的含量逐一進行了Pearson相關性分析，結果表明，殘留根中As與土壤中As的Pearson相關系數為0．230(P＞0．05)，殘留根中Cu與土壤中Cu的Pearson相關系數為－0．113(P＞0．05)，殘留根中Se與土壤中Se的Pearson相關系數為0．441(P＞0．05)，殘留根中Pb與土壤中Pb的Pearson相關系數為0．428(P＞0．05)，殘留根中Hg與土壤中Hg的Pearson相關系數為0．574(P＜0.05)，表明除Hg外水稻殘根中重金屬含量與土壤中重金屬含量無相關性，這種現象一方面是因為土壤中的重金屬并不全是能被作物直接吸收的有效態［18］，另一方面也說明水稻殘根中的重金屬可能已經有了一定程度的流失。重金屬之間土壤中As與Se、Se與Pb、Se與Cu都達到了極顯著相關水平，As與Pb達到顯著相關水平(表3);殘留根中As與Se、As與Pb、As與Cu、Se與Pb均達到了極顯著相關水平(表4)。說明這些元素之間可能存在著一定的伴生關系［19］。 3討論 研究區農地表層土壤中的Hg、As、Pb和Cu的重金屬含量均低于《土壤環境質量標準》二級標準的限制值，對重金屬的綜合污染指數的分析結果表明研究區土壤均未受到重金屬污染，土壤綜合質量良好，只有常北社區2號采樣點的綜合污染指數達到0．645，這主要是因為該處Hg的含量明顯高于其他樣點，故應重視該區域Hg的污染。各采樣點水稻殘留根中As為1．32mg/kg，Se為0．016mg/kg，Pb為4．12mg/kg，Cu為24．0mg/kg，Hg只在常北社區1和常北社區2兩個采樣點檢測出，分別為0．0040mg/kg以及0．0044mg/kg。這些結果表明研究區水稻根部的這些重金屬含量普遍很低，水稻的質量未受到重金屬的影響。相關分析結果表明，部分重金屬元素之間存在一定的伴生關系，這可能與外源性的污染如工業復合污染、含重金屬農藥的施用有關。 本研究結果表明，張家港市農田受重金屬污染比較輕微，達到《土壤環境質量標準》二級標準的要求，但在集中了印染、電鍍等污染性企業的區域，重金屬含量也相對較高，而在污染企業較少的南部地區農地土壤的清潔狀況則比較良好;常北社區和常東社區土壤中Hg含量明顯高于其他地區，建議排查該地區土壤中Hg的來源，以遏制Hg污染的加劇;Cu在水稻殘留根中的含量是土壤中Cu含量的1．4倍，說明Cu作為一種必需微量元素，水稻根部對Cu的吸收能力較強，因此需要控制過多的Cu進入農田土壤。同時研究區水稻殘留根中重金屬含量的檢測結果間接表明了作物根部吸收的重金屬量較低，進一步證實了張家港市農田環境優良，能夠滿足農業糧食安全生產的要求。 重金屬污染物具有不可降解性，其一旦造成污染將很難恢復，對糧食作物的質量造成持續性的威脅。盡管目前張家港地區重金屬污染較輕，但該市郊區有一定數量的污染性工業企業分布，加上城市擴張的壓力，今后仍需對該地區重金屬的主要污染來源、主要污染物種類、污染源的分布及輻射糧食作物種植區域的情況進行持續性地跟蹤研究。由于生物的富集作用，重金屬污染對食物鏈頂端的人類健康構成嚴重威脅，因此需繼續加強對張家港市糧食作物重金屬污染的檢測，掌握土壤－糧食作物系統的重金屬污染情況，以確保直接供人類食用的農產品的安全。
