工業(yè)污染以及農(nóng)藥、化肥的不當(dāng)使用，我國農(nóng)地土壤中的重金屬含量迅速增加，使得土壤生產(chǎn)力下降、農(nóng)產(chǎn)品遭受污染，這已經(jīng)成為了阻礙農(nóng)業(yè)綠色、高效、可持續(xù)發(fā)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(jìn)而通過食物鏈威脅人類的健康［4－5］。例如，Pb、Hg可以對神經(jīng)系統(tǒng)造成毒害，引起神經(jīng)系統(tǒng)退行性病變［6］;As能夠使細(xì)胞代謝失常，導(dǎo)致神經(jīng)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(yīng)，從根本上阻斷重金屬的攝入來源，就必須進(jìn)行農(nóng)用地健康評價(jià)，以掌控農(nóng)田土壤及作物的污染情況。重金屬對于農(nóng)地土壤乃至糧食作物質(zhì)量的危害是多方面的，不僅降低了土壤微生物的種類和數(shù)量［8］，還會明顯降低土壤酶活性，從而降低土壤對殘留有機(jī)質(zhì)的分解能力［9］。許多學(xué)者結(jié)合內(nèi)梅羅(Nemerow)綜合污染指數(shù)法對土壤的重金屬污染情況進(jìn)行分級評價(jià)，較好的反映了土壤的污染狀況［10－12］。土壤－作物系統(tǒng)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(zhuǎn)移至作物的累積情況來評價(jià)糧食生產(chǎn)安全具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義［13－15］。張家港市城市化發(fā)展迅速，城鎮(zhèn)建設(shè)用地快速擴(kuò)張［16］，對農(nóng)業(yè)用地的壓力也逐年上升。目前針對該市土壤污染的相關(guān)研究較少，對該市土壤環(huán)境質(zhì)量的了解并不全面［17］，基于土壤－作物系統(tǒng)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(jià)農(nóng)地土壤環(huán)境質(zhì)量的指標(biāo)，結(jié)合內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對農(nóng)地土壤中的重金屬分布狀況進(jìn)行評價(jià)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(nóng)地土壤重金屬的污染狀況及其對糧食質(zhì)量的動態(tài)影響。

1材料與方法

1．1研究區(qū)概況

張家港市地處北緯31°43'～32°02'，東經(jīng)120°21'～120°52'，位于長江下游南岸，江蘇省東南部，現(xiàn)轄8個(gè)鎮(zhèn)和常陰沙管理區(qū)，全市總面積998．48km2。該市屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均氣溫15．2℃，年平均降水量為1042．9mm，年平均日照時(shí)長為2047．5h，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)。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(shí)間為2010年12月，在張家港市范圍內(nèi)均勻選取樣點(diǎn)20個(gè)，每個(gè)樣點(diǎn)選擇5處混合樣方，每個(gè)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(gè)點(diǎn)取得的土樣制成1kg左右土壤樣品作為該樣點(diǎn)的土樣，置于通風(fēng)處風(fēng)干，風(fēng)干過程中揀出石子、植物殘骸等雜物，過100目尼龍網(wǎng)篩后，稱取約200g土樣封存于密封袋中，并對應(yīng)取樣地點(diǎn)進(jìn)行編號;將在同一采樣點(diǎn)收集的水稻殘留根混合作為該樣點(diǎn)的水稻殘根樣品。樣品送南京大學(xué)現(xiàn)代分析中心進(jìn)行進(jìn)一步的預(yù)處理并利用等離子體原子發(fā)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(tǒng)計(jì)方法

分別計(jì)算土壤中Hg、As、Pb、Cu4種重金屬元素的單因子指數(shù)和綜合污染指數(shù)，并統(tǒng)計(jì)分析重金屬的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等。在SPSS17．0環(huán)境下對農(nóng)地土壤及農(nóng)田水稻殘根Hg、As、Se、Pb和Cu進(jìn)行Pearson相關(guān)分析。

1．3．1單因子指數(shù)評價(jià)法

單因子指數(shù)評價(jià)法常用于評價(jià)污染物在環(huán)境介質(zhì)中的污染程度。其計(jì)算公式為:Pi=Ci/Si，式中:Pi為i污染物的污染指數(shù);Ci為污染物實(shí)際測量值，Si為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值［以土壤質(zhì)量對植物和環(huán)境不造成危害和污染的《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618—1995)二級標(biāo)準(zhǔn)作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)］。Pi值越大，則污染越嚴(yán)重。

1．3．2綜合污染指數(shù)評價(jià)法

綜合污染指數(shù)評價(jià)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(jì)算公式為:PN=［(P2avg+P2max)/2］1/2，式中:PN為綜合污染指數(shù);Pavg為各單項(xiàng)污染指數(shù)平均值;Pmax為各單項(xiàng)污染指數(shù)最大值。

2結(jié)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(shù)的平均值為0．141，標(biāo)準(zhǔn)差為0．193，變異系數(shù)為1．373;As的含量為2．76～5．24mg/kg，單因子指數(shù)的平均值為0．162，標(biāo)準(zhǔn)差為0．024，變異系數(shù)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(shù)的平均值為0．050，標(biāo)準(zhǔn)差為0．005，變異系數(shù)為0.105;Cu的含量為12．5～22．9mg/kg，單因子指數(shù)平均值為0．172，標(biāo)準(zhǔn)差為0．030，變異系數(shù)為0．174;各采樣點(diǎn)綜合污染指數(shù)為0．103～0．645，平均值為0．153，變異系數(shù)為0．752。對照國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)Hg、As、Pb、Cu的含量均低于國家二級標(biāo)準(zhǔn)值，單因子指數(shù)和綜合污染指數(shù)總體偏低，說明張家港市農(nóng)地土壤清潔，基本未受人為活動造成的污染。在常東社區(qū)和常北社區(qū)的Hg的單因子指數(shù)及綜合污染指數(shù)均略高于其他采樣點(diǎn)，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是這一地區(qū)有較多污染工業(yè)企業(yè)聚集，如玻璃制造、鋼制品、機(jī)械設(shè)備制造、染料助劑等工廠;As、Pb和Cu的變異系數(shù)都很低，這幾種元素在全市范圍內(nèi)的分布差異不大，相對而言，Pb、Cu在張家港南部高莊村地區(qū)的含量更低一些，可能是因?yàn)樵摰貐^(qū)離張家港城區(qū)及工業(yè)密集區(qū)較遠(yuǎn)，尚未受到城市化及工業(yè)擴(kuò)張的波及。從全市范圍來看，各種重金屬的分布并未表現(xiàn)出聚集效應(yīng)，比較零散，沒有擴(kuò)散的趨勢，說明目前工業(yè)的發(fā)展尚未對農(nóng)地質(zhì)量構(gòu)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(qū)2個(gè)樣點(diǎn)分別檢測到Hg0．0040mg/kg和0．0044mg/kg，其余采樣點(diǎn)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(xiàn)象的原因除了周圍工業(yè)的影響外，也不排除有農(nóng)戶使用了含Hg的農(nóng)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(jìn)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(dá)到了土壤環(huán)境的1．4倍，其中含量較高的點(diǎn)集中于東北部地區(qū)，而最南部的采樣點(diǎn)含量最低，這與張家港市農(nóng)田附近工業(yè)的分布格局現(xiàn)狀相符。