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Correlation between the heavy metal pollution in soil and quality of vegetable in farming district of Zhengzhou

郑州农区土壤重金属污染与蔬菜质量相关性探析



全 文 :     河南省重大科技攻关项目(0322010900)和河南省科技攻关项目(04240900)资助
收稿日期 :20050225   改回日期 :20050403
郑州农区土壤重金属污染与蔬菜质量相关性探析 
赵  勇  李红娟  孙治强
(河南农业大学环境系  郑州   450002)
摘  要  以单因子污染指数和综合污染指数为评价方法 ,对郑州市郊区 3种不同灌溉方式农田土壤进行重金属
(Hg 、Cr 、Cd 、Pb 、As 、Cu 、Zn)污染监测和蔬菜质量调查 。结果发现 ,郑州市郊区的土壤均未超过 GB15618 — 1995枟土
壤环境质量标准枠二级标准限值 ;部分蔬菜已受到重金属的污染 ,含量超过国家食品卫生蔬菜类标准 ;土壤中的 Zn 、
Cu 、Cd 、Cr污染与多数蔬菜的污染呈显著的正相关 ,而 Pb 、Hg污染在多数蔬菜中均表现为与土壤污染无相关性 。
关键词  土壤污染  蔬菜质量  单因子污染指数  综合污染指数  相关性
Correlation between the heavy metal pollution in soil and quality of vegetable in farming district of Zhengzhou .ZHAO
Yong ,LI HongJuan ,SUN ZhiQiang(Department of Environment ,Henan Agricultural University ,Zhengzhou 450002 ,
China) , CJEA ,2006 ,14(4) :126 ~ 130
Abstract   The singlefactor pollution index and the comprehensive pollution index were adopted to investigate the heavy
metals(Hg 、Cr 、Cd 、Pb 、As 、Cu 、Zn)pollution of 3 different irrigated soils and quality of vegetables growing in them in
Zhengzhou suburb .The results show that the soil environment in Zhengzhou suburb is qualified for the second level crite
rion of “Standard of Soil Environment” (GB15618 — 1995) .But some vegetables have been polluted seriously by heavy
metals according to the national vegetable food criterion . The pollution of Zn ,Cr ,Cu ,Cd in soil shows a significantly
positive correlation with the pollution of most vegetables .And Pb ,Hg pollution has not presented a correlation between
the pollution of most vegetables and soil contamination .
Key words   Soil pollution ,Vegetables quality ,Single factor pollution index ,Comprehensive pollution index ,Correlation
(Received Feb .25 ,2005 ; revised April 3 ,2005)
生物对污染物的富集作用是影响食品安全的关键问题 ,而多数植物具有富集重金属的特点 ,且能以对
污染物富集数十倍甚至数百倍的能力聚集到植物体内[1] ,不仅会影响植物的品质和产量 ,而且还会通过食
物链直接或间接地进入人体 ,危害人体健康 。研究表明 ,不同植物种类对同种污染物的富集能力不相同 ,同
种植物对不同污染物的富集能力也有差异[2] 。 因此 ,研究并探讨植物对污染物的富集特点与规律 ,对无公
害作物的栽培和生产安全的绿色食品具有重要的作用 。本研究以郑州市农区广泛栽培的 7种蔬菜为研究对
象 ,选择 7种重金属为研究指标 ,通过对土壤污染和蔬菜污染监测 ,探讨污染状况和两者间的联系 ,为无公害
蔬菜基地的发展规划提供科学依据 。
1  研究地概况与研究方法
研究地选择在郑州市郊区 ,该区属黄河流域 ,地势平坦 ,土壤多为潮土 。 区域气候温和 ,四季分明 ,年平
均气温为 143 ℃ ,极端最高气温 390 ℃ ,年均降水量为 636mm ,降雨集中在 7 ~ 9 月 ,占年降雨量的 60 % 以
上 。郑州市境内有大小河流 124 条 ,分属黄 、淮两大流域 ,大多干枯无水 ,淡水资源占有量约为 287m3/hm2 ,
属贫水区 。郑州市郊区的农业用水主要有 3个来源 :一是黄河水 ,灌溉区主要集中在靠近黄河的北郊 ;二是
地下水 ,灌溉区主要分布在无地表水的东郊和西郊 ;三是城市污水[3] ,灌溉区一般集中在城市排污河 、渠两
侧 。采样点选择在市郊不同灌溉方式的典型农田 。 共设置 4 个土壤 、蔬菜监测点 ,分别为东郊张花庄井灌
区 、南郊东周庄污灌区 、西郊五龙口井灌区和北郊老鸦陈黄灌区 。 在样区内根据地形 、自然环境因素采用梅
花形取样 。土壤和蔬菜的监测因子均为 Hg 、Cr 、Cd 、Pb 、As 、Cu 、Zn 7 种重金属 。选择郑州市常见黄瓜 、豆角 、
西红柿 、辣椒 、茄子 、萝卜 、白菜等蔬菜进行分析 。
第 14卷第 4期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol .14   No .4
2 0 0 6年 1 0月 Chinese Journal of EcoAgriculture Oct .,  2006
   分析方法采用国家标准分析方
法[4] 。土壤评价标准采用 GB5618 —
1995枟土壤环境质量标准枠中二级
标准(pH :65 ~ 75) ,标准限值为
Cd 030mg/kg ,Pb 300mg/kg ,Zn
250mg/kg ,Cu 100mg/kg ,As 25
   
表 1  图家食品卫生蔬菜类标准限值
Tab1   National food sanitary standard limit value of vegetable
项目 I tems Cd Pb Zn Cu As Hg Cr
标准限
值/mg·kg - 1
005 02 20 10 05 001 05
标准号 GB15201 —
1994
GB14935 —
1994
GB13106 —
1991
GB15199 —
1994
GB4810 —
1994
GB2762 —
1994
GB14961 —
1994
mg/kg ,Hg 05mg/kg ,Cr 200mg/kg 。蔬菜评价标准采用国家食品卫生标准中蔬菜类标准 ,标准限值见表 1 。
采用单因子污染指数和综合污染指数进行土壤蔬菜污染评价 。单因子污染指数计算公式为 :
Pi = CiSi (1)
式中 ,Pi为污染物的污染指数 ,Ci 为污染物的测定值(mg/kg) ,Si 为污染物的评价标准(mg/kg) 。 综合污
染指数公式为 :
P综 = ( Ci/ Si)
2max + ( Ci/ Si)2ave
2 (2)
式中 ,( Ci/ Si)max为污染物中污染指数最大值 ,( Ci/ Si)ave为各污染指数平均值 。 根据上式求出的综合污染
指数 ,并根据世界卫生组织及联合国粮农组织制定的限制量把蔬菜污染划分为 4级 ,见表 2 。
表 2  综合评价分级标准
Tab2   Comprehensive appraisement grades standard
等级划分
Grade
P综
Comprehensive pollution index
污染等级
Pollution grade
污染水平
Pollution level
1 P综 ≤ 085 非污染 清洁
2 085 < P综 ≤ 171 轻污染 土壤轻污染 ,蔬菜已受污染
3 171 < P综 ≤ 256 中度污染 土壤 、蔬菜均受污染 ,某些污染物含量已超标
4 P综 > 256 重度污染 土壤 、蔬菜受污染已相当严重
2  结果与分析
21  土壤污染监测结果与分析
4 个监测点土壤中 7 种重金属
污染指数见表 3 。 各监测因子实测
值与国家枟土壤环境质量标准枠比较
均未超过 GB15618 — 1995 枟土壤环
境质量标准枠二级标准限值 。 测点
中五龙口 Cu 、Cd检测结果最高 ,张花
       庄 Hg检测结果最高 ,东周 Zn检测结果最高 ,老鸦陈
Cr检测结果最高 。 各测点综合污染指数均 < 05(表
3) ,综合评价污染等级为“非污染” ,可以看出郑州土
壤环境质量总体较好 ,目前未出现污染现象 。南郊的
东周综合污染指数最大 ,主要因为南郊为污灌区 ,使
用城市污水灌溉对增加土壤中重金属污染有较大影
响 ,这也证明了污灌对土壤的污染明显比井灌和黄灌
大[5] 。张花庄其他因子监测值均较低 ,仅由于单项
Hg超标严重而造成综合污染指数较大 ,其 Hg 污染
来源的主要原因可能与附近工业污染源和农用化学
   
表 3  各监测点土壤重金属污染情况
Tab3   Heavy metals pollution situation in different soils
地   点
Sites
单因子污染指数( P i)
Singlefactor
pollution index
P综
Comprehensive
pollution index
Cd Pb Zn Cu As Hg Cr
老鸦陈 013 002 013 015 012 004 013 013
五龙口 032 003 017 020 014 009 010 028
张花庄 024 002 03 018 013 028 010 036
东   周 017 003 04 012 014 004 008 036
品的使用有关[6] 。按综合污染指数由大到小排序为 :东周 =张花庄 >五龙口 >老鸦陈 。
22  蔬菜污染监测结果与分析
7种蔬菜中的 7种重金属污染指数见表 4 。可以看出 ,不同蔬菜种类和重金属的污染指数差异明显[7] 。
就重金属种类而言 ,蔬菜中 Hg污染相对较重 ,Cd 、As污染较轻 ;而就蔬菜种类而言 ,黄瓜 、萝卜 、辣椒污染指
数较大 ,茄子 、西红柿污染相对较轻 。
23  典型采样点重金属污染特征分析
北郊老鸦陈蔬菜品种多 、产量大 ,是郑州市主要的蔬菜生产基地 。 因此 ,本研究选择老鸦陈为主要对
象 ,重点分析其重金属污染特征 ,该监测点检测结果和污染指数见表 5 。 由表 5 可知 ,监测的老鸦陈测点 7
种蔬菜中 ,黄瓜 、豆角 、辣椒的 Hg超标 ,茄子平标准 ;Hg单项超标率为 50 % ,最大超标倍数为 06倍 ;各种蔬
菜其他几项污染因子的监测结果均未超标 ,Cd 、Pb 、As均未检出 。 采用综合污染指数分析的方法对上述蔬
     
第 4期 赵  勇等 :郑州农区土壤重金属污染与蔬菜质量相关性探析 127 
表 4   7种蔬菜重金属污染情况
Tab4   Average pollution situation of 7 vegetable
品种   地点 单因子污染指数( P i)Singlefactor pollution index
P综
Comprehensive pollution index
Vegetable Sites Cd Pb Zn Cu As Hg Cr
豆角 五龙口 006 015 025 012 006 04 024 031
张花庄 006 015 005 011 006 04 008 030
东周庄 006 015 032 001 006 04 033 031
老鸦陈 006 015 038 015 006 13 069 096
平   均 0060 0150 0250 0098 0060 0625 0335 0470
茄子 五龙口 018 038 013 006 006 04 046 037
张花庄 006 015 014 007 006 04 008 030
东周庄 006 015 041 001 006 04 060 045
老鸦陈 006 015 019 006 006 10 050 074
平   均 0090 0208 0218 0050 0060 0550 0410 0465
西红柿 五龙口 028 020 017 008 006 04 038 032
张花庄 006 015 008 010 006 04 010 030
东周庄 006 015 033 001 006 04 046 036
老鸦陈 006 006 030 001 006 04 047 034
平   均 0115 014 022 050 006 04 0353 033
辣椒 五龙口 034 020 013 010 006 04 050 039
张花庄 006 015 025 001 006 04 052 040
东周庄 006 015 005 012 006 12 059 088
老鸦陈 006 015 006 001 006 040 056 048
平   均 0144 0160 0163 0070 0060 0600 0491 0500
黄瓜 五龙口 012 020 014 008 006 04 026 031
张花庄 006 015 023 011 006 04 006 030
东周庄 006 015 042 001 006 04 052 040
老鸦陈 006 015 027 008 006 16 050 116
平   均 0075 0163 0265 0070 0060 0700 0335 0543
白菜 五龙口 018 020 025 014 006 04 078 058
张花庄 006 015 021 013 006 04 060 045
东周庄 006 015 010 005 006 04 004 030
老鸦陈 006 015 012 006 006 04 076 057
平   均 0090 0163 0170 0095 0060 0400 0545 0475
萝卜 五龙口 024 020 018 013 006 04 070 054
张花庄 006 015 015 011 006 04 060 045
东周庄 006 015 011 003 006 07 004 051
老鸦陈 006 015 030 010 006 08 076 060
平   均 0105 0163 0185 0093 0060 0575 0525 0525
表 5  蔬菜监测及评价结果统计表
Tab5   The appraisement results of vegetable inspection
污染因子 项   目 黄瓜 豆角 茄子 辣椒 白菜 西红柿 萝卜
Polluting factor Items Cucumber Legume Eggplant Capsicum Cabbage T omato Radish
Cd 监测结果/mg·kg - 1 未检出 未检出 未检出 未检出 未检出 未检出 未检出
污染指数( P i) 006 006 006 006 006 006 006
Pb 监测结果/mg·kg - 1 未检出 未检出 未检出 未检出 未检出 未检出 未检出
污染指数( P i) 015 015 015 015 015 015 015
Zn 监测结果/mg·kg - 1 534 767 376 094 232 578 598
污染指数( P i) 027 038 019 005 012 030 030
Cu 监测结果/mg·kg - 1 076 148 059 120 063 未检出 100
污染指数( P i) 008 015 006 012 006 001 010
As 监测结果/mg·kg - 1 未检出 未检出 未检出 未检出 未检出 未检出 未检出
污染指数( P i) 006 006 006 006 006 006 006
Hg 监测结果/mg·kg - 1 0016 0013 0010 0012 0004 未检出 0008
污染指数( P i) 160 130 100 120 040 040 080
Cr 监测结果/mg·kg - 1 0254 0347 0285 0296 0383 024 0383
污染指数( P i) 051 069 057 059 077 047 076
综合污染指数( P综) 110 087 068 082 052 030 052
污染等级 轻污染 轻污染 非污染 轻污染 非污染 非污染 非污染
菜进行比较可知 ,茄子 、辣椒 、白菜 、西红柿 、萝卜综合污染指数 < 085 ,综合评价污染等级为“非污染” ;黄
瓜 、豆角综合污染指数 > 085且 < 171 ,污染等级为“轻污染” 。各种蔬菜按综合污染指数排序 ,污染程
128  中 国 生 态 农 业 学 报 第 14卷
度由大到小依次是 :黄瓜 >
豆角 >辣椒 >茄子 >萝卜 =
白菜 >西红柿 。
24  土壤重金属污染与蔬
菜污染相关性分析
探讨土壤重金属污染
与蔬菜重金属污染的关
系 ,对预测和揭示与人类
健康有关的食品安全问题
十分重要 。本研究根据土
壤和蔬菜污染监测数据 ,
以土壤重金属污染指数和
蔬菜污染指数为基础 ,采
用回归分析的方法 ,建立
了土壤重金属污染( x)与
蔬菜重金属污染( y)的相
关性数学模型 ,结果见表
6 。由表 6可知 ,各种蔬菜
的 Zn 、Cu 含量均与土壤
中的 Zn 、Cu 含量成显著
的相关关系 ,重金属 Cr在
各种蔬菜(除西红柿外)中
则表现为与土壤污染呈显
著相关 ,Cd也表现出相同
的趋势 。 而重金属 Pb 、
Hg ,除萝卜中的 Hg 与土
壤中的 Hg 呈显著的相关
外 ,其他蔬菜均不相关 。
因此 ,就本研究而言 ,土壤
中的 Zn 、Cu 、Cd 、Cr 含量
与蔬菜中的该金属的含量
多数呈显著的正相关 ;而
Pb 、Hg 在多数蔬菜中表
现为不相关 。相关曲线特
性分析 。 为简便起见 ,选
择有代表性的重金属 Zn 、
Cu和代表性蔬菜豆角绘
制了采样点土壤污染与蔬
菜污染的相关曲线图(图
1) 。从土壤污染与蔬菜污
染相关性曲线可以看出 ,
蔬菜污染随土壤污染的增
加先增加 、后降低 、然后再
升高 。除污染不相关的重
金属和蔬菜品种外 ,多数
重金属和蔬菜品种也表现
表 6  土壤污染与蔬菜污染的关系 
Tab6   The relation between the vegetable pollution and soil contamination
蔬菜
Vegetables
  金属种类
Heavy metals
拟合公式
Quato R
2 相关性
Correlation
豆角 Cd - - -
Pb - - -
Zn y = 16667 x 2 - 91215 x + 12979 09874   极相关
Cu y = - 48885 x 2 + 16736 x - 12863 08207 显著相关
Hg y = 375 x 2 - 13875 x + 1345 03333   不相关
Cr y = 52333 x 2 - 1027 x + 51967 0936   极相关
茄子 Cd y = 70672 x 2 - 25943 x + 02842 09742   极相关
Pb y = 00592e46477 x 03333   不相关
Zn y = 10956 x 2 - 50088 x + 06595 0999   极相关
Cu y = - 20144 x 2 + 70597 x - 05468 09985   极相关
Hg - - -
Cr y = 400 x 2 - 72 x + 36 1   极相关
西红柿 Cd y = 12956 x 2 - 47562 x + 0471 09742   极相关
Pb y = 01726ln( x) + 07804 04804   不相关
Zn y = 14125 x 2 - 7366 x + 1017 09996   极相关
Cu y = 00002e32183 x 07888   相关性一般
Hg - -
Cr y = 37333 x 2 - 782 x + 43267 05638   不相关
辣椒 Cd y = 1649 x 2 - 60533 x + 0583 09742   极相关
Pb y = 06009 x 03548 03333   不相关
Zn y = - 11056 x 2 + 58846 x - 05311 0973   极相关
Cu y = 71916 x 2 - 23323 x + 18849 09913   极相关
Hg y = 33333 x 2 - 12333 x + 124 03333   不相关
Cr y = 11333 x 2 - 244 x + 18167 0959   极相关
黄瓜 Cd y = 35336 x 2 - 12971 x + 01721 09742   极相关
Pb y = 01125e14384 x 03333   不相关
Zn y = 90307 x 2 - 40891 x + 06195 0912   极相关
Cu y = 71916 x 2 - 23323 x + 18849 09913   极相关
Hg y = 02188 x - 03755 02489   不相关
Cr y = 58667 x 2 - 1236 x + 66533 08598 显著相关
白菜 Cd y = 70672 x 2 - 25943 x + 02842 09742   极相关
Pb y = 01125e14384 x 03333   不相关
Zn y = - 71285 x 2 + 35661 x - 01944 0778   相关性一般
Cu y = 71916 x 2 - 23323 x + 18849 09913   极相关
Hg - -
Cr y = - 60333 x 2 + 1411 x - 73867 09549   极相关
萝卜 Cd y = 10601 x 2 - 38914 x + 03962 09742   极相关
Pb y = 01125e14384 x 03333   不相关
Zn y = 28515 x 2 - 20806 x + 04943 08387 显著相关
Cu y = - 15879 x 2 + 62349 x - 04868 09592   极相关
Hg y = 29 .167 x 2 - 10792 x + 1135 09608   极相关
Cr y = - 53667 x 2 + 1271 x - 66933 09847   极相关
     由于 As 在各种蔬菜中均未检出 ,所以没有参与分析 。
第 4期 赵  勇等 :郑州农区土壤重金属污染与蔬菜质量相关性探析 129 
图 1  土壤与蔬菜中重金属 Zn(a) 、Cu(b)污染相关曲线
Fig1   Correlation curve of heavy metals Zn(a) ,Cu (b) in soil and vegetable
   出这种相关趋势 。
3  小  结
郑州市郊区土壤中的 7 项
污 染 监 测 因 子 ,均 未 超 过
GB15618 — 1995枟土壤环境质量
标准枠二级标准限值 ;部分蔬菜
已受到重金属污染 ;蔬菜中 Hg
污染相对较重 ,Pb 、As 污染较
轻 ;黄瓜 、萝卜 、辣椒污染指数相
对较大 ,茄子 、西红柿污染相对
较轻 ;土壤中的 Zn 、Cu 、Cd 、Cr
污染与多数蔬菜的污染呈显著的正相关 ,而 Pb 、Hg 在多数蔬菜中均与土壤污染不相关 ;多数蔬菜重金属污
染一般随土壤污染的加重而表现为先高 、后低 、再升高的关系 。
参  考  文  献
1   童   健 重金属对土壤的污染不容忽视 环境科学 ,1989 ,10(3) :37 ~ 38
2   李红娟 ,赵   勇 土壤污染生物修复进展 中国科学学报 ,2004 ,4(1) :68 ~ 71
3   李森照 ,罗金发 中国污水灌溉与环境质量控制 北京 :气象出版社 ,1995
4   国家环保局枟水和废水监测分析方法枠编委会 水和废水监测分析方法 北京 :中国环境科学出版社 ,1989118 ~ 215
5   张祖锡 ,白   瑛 改良城市污水农灌的作物与土壤效应 农业环境保护 ,1988 ,7(2) :23 ~ 24
6   罗厚枚 ,王   宏 土壤重金属复合污染对作物的影响 环境化学 ,1994 ,13(5) :427 ~ 432
7   王   新 ,吴燕玉 不同作物对重金属复合污染物吸收特性的研究 农业环境保护 ,1998 ,17(5) :193 ~ 196
8   孔令韶 植物对重金属元素的吸收积累及忍耐 、变异 环境科学 ,1983 ,4(1) :65 ~ 68
9   桑伟莲 ,孔繁翔 植物修复研究进展 环境科学进展 ,1999 ,7(3) :40 ~ 44
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枟南方园林花卉枠为重庆市农业科学院主办 ,由原枟西南园艺枠杂志(CN 501114/S ,ISSN 10081488)向花卉专业方向分离 、
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130  中 国 生 态 农 业 学 报 第 14卷