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user: 3. 结果与分析 3.1. 土壤中的重金属含量特征及其污染评价 通过对施肥前和作物成熟期生菜土和草莓土的pH与Zn、Ni、As、Cd、Pb、Cr和Cu七种重金属含量进行测定，得出的结果见表7。根据我国第二次土壤普查养分分级标准 [ 29 ] ，我国把土壤酸碱度分为六级：强酸(pH < 4.5)、酸(pH为4.5~5.5)、弱酸(pH为5.5~6.5)、中性(pH为6.5~7.5)、弱碱(pH为7.5~8.5)、碱(pH为8.5~9.5)和强碱(pH > 9.0)。从表7可见，施肥前生菜土的pH值为6.45 ± 0.01，属于弱酸性土；作物成熟期生菜土的pH值为7.2 ± 0.03，属于中性土。施肥前草莓土的pH值为6.09 ± 0.01，属于弱酸性土；作物成熟期草莓土的pH值为7.58 ± 0.01，属于弱碱性土。有研究表明，我国土壤中重金属Pb、Cr、Cu等与pH具有密切的相关性 [ 16 ] 。在碱性土壤中，重金属的流动性降低，相对来说，重金属在碱性土壤中有更大的保留性 [ 30 ] 。 从表7可以得出，施肥前生菜土中Zn含量最高为79.8 ± 0.02 mg/kg，Cd含量最低为0.11 ± 0.01 mg/kg，七种重金属含量的排序为Zn > Cr > Cu > Ni > Pb > As > Cd。其中，Zn、Ni、Cu和Cd的含量高于背景值，这可能是由于常年施用有机粪肥引起的重金属积累。作物成熟期生菜土中Zn含量最高为144 ± 4.24 mg/kg，Cd含量最低为0.14 ± 0.03 mg/kg，七种重金属含量的递减排序为Zn > Cr > Cu > Pb > Ni > As > Cd。其中，Zn、Pb、Cd和Cu的含量高于背景值，表明这生菜土中已遭受到不同程度的Zn、Pb、Cd和Cu污染。和施肥前生菜土中重金属含量比较可得，作物成熟期生菜土中除了Ni、Cu以外的其他五种重金属含量均高于施肥前生菜土，这表明有机粪肥的施用一定程度上增加了生菜土中的Zn、As、Cd、Pb和Cr的重金属含量。除此之外，重金属还可能来自其他人为活动，包括灌溉和施加农药等。据报道，Pb可能存在一些农药中 [ 31 ] 。作物成熟期生菜土中Ni和Cu含量的相对减少可能是由于这两种重金属在生菜中富集程度较高产生的。与重金属的风险筛选值进行比较可得施肥前和作物成熟期生菜土七种重金属的含量均低于风险筛选值，因此，施肥前和作物成熟期生菜土中重金属污染风险都低。 施肥前草莓土中Zn的含量最高，为84.2 ± 0.01 mg/kg；Cd含量最低，为0.13 ± 0.01 mg/kg。七种重金属的排序为Zn > Cr > Cu > Ni > Pb > As > Cd。其中，Zn、Cd和Cu的金属含量高于背景值，可能是由 Table 7 Soil background value (mg/kg) and pH value， heavy metal content (mg/kg) and risk screening value (mg/kg) of lettuce soil and strawberry soil before fertilization and during the ripening period of the plant 指标 河北省土壤背景值 施肥前生菜土 作物成熟期生菜土 施肥前草莓土 作物成熟期草莓土 平均值 ± 标准差 风险筛 选值 平均值 ± 标准差 风险筛 选值 平均值 ± 标准差 风险 筛选值 平均值 ± 标准差 风险筛 选值 pH 6.45 ± 0.01 7.2 ± 0.03 - 6.09 ± 0.01 7.58 ± 0.01 - Zn 78.40 79.8 ± 0.02 200 144 ± 4.24 250 84.2 ± 0.01 200 173 ± 2.83 300 Ni 30.80 35 ± 1.25 70 26 ± 1.41 100 21 ± 0.08 70 21 ± 2.82 190 As 13.60 2.53 ± 0.02 40 7.18 ± 0.08 30 3.56 ± 0.02 40 6.1 ± 0.21 25 Cd 0.09 0.11 ± 0.01 0.3 0.14 ± 0.03 0.3 0.13 ± 0.01 0.3 0.28 ± 0.01 0.6 Pb 21.50 4.2 ± 1.01 90 30 ± 1.41 120 4.8 ± 1.43 90 38 ± 1.41 170 Cr 68.30 51 ± 1.22 150 51 ± 1.42 200 48 ± 0.09 150 65 ± 0.71 250 Cu 21.80 36 ± 2.11 50 33 ± 2.12 100 30 ± 2.43 50 31 ± 0.7 100 表7. 河北省土壤背景值(mg/kg)和施肥前以及作物成熟期生菜土和草莓土pH值、重金属含量(mg/kg)与风险筛选值(mg/kg) 常年施加有机粪肥造成的重金属积累污染。作物成熟期草莓土中Zn的含量最高，为173 ± 2.83 mg/kg；Cd含量最低，为0.28 ± 0.01 mg/kg。重金属的含量排序为Zn > Cr > Pb > Cu > Ni > As > Cd。作物成熟期的草莓土中七种重金属含量均大于等于施肥前的草莓土，表明施加有机粪肥对作物成熟期草莓土中的重金属含量影响较大。作物成熟期草莓土七种重金属中Zn、Pb、Cd和Cu的含量高于背景值，表明作物成熟期草莓土受到施加的有机粪肥的影响增加了草莓土中Zn、Pb、Cd和Cu的污染。施肥前和作物成熟期草莓土中七种重金属含量均低于重金属风险筛选值，说明草莓土中重金属污染风险低。 总的来说，施肥前和作物成熟期生菜土和草莓土中均是Zn的含量最高，Cd的含量最低。作物成熟期的生菜土和草莓土受到施加有机粪肥的影响，作物成熟期生菜土中Zn、As、Cd、Pb和Cr含量相对于施肥前都有所增加，作物成熟期草莓土中除了Ni以外的六种重金属含量也都有一定程度的升高。除此之外，施肥前和作物成熟期生菜土和草莓土中的重金属污染风险都很低。 3.2. 土壤中重金属超标评价与分级 生菜土和草莓土中重金属污染物的超标评价与分级方法采用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法。将土壤样品中的重金属含量带入公式(1)，可计算得到单因子污染指数，结合计算得到的单因子污染指数带入公式(2)，可得内梅罗综合污染指数，同时根据表3和表4中的相关评价标准确定土壤重金属的污染程度。 从表8可以看出，施肥前生菜土中七种重金属的单因子污染指数递减排序为：Cu > Ni > Zn > Cd > Cr > As > Pb。七种重金属单因子污染指数均小于1，处于无污染等级。内梅罗综合污染指数小于0.7，说明重金属污染没有超标。作物成熟期生菜土中七种重金属的单因子污染指数递减排序为：Zn > Cd > Cu > Cr = Ni > Pb > As。七种重金属单因子污染指数均小于1，处于无污染等级，内梅罗综合污染指数小于0.7，说明重金属污染没有超标。 施肥前草莓土中七种重金属的单因子污染指数递减排序为：Zn > Cd > Cu > Cr > As > Pb >Ni。七种重金属单因子污染指数均小于1，处于无污染等级。内梅罗综合污染指数为0.48小于0.7，说明重金属污染没有超标。作物成熟期草莓土中七种重金属单因子污染指数递减排序为：Zn > Cd > Cu > Cr > As > Pb > Ni。七种重金属单因子污染指数均小于1，处于无污染等级，内梅罗综合污染指数也小于0.7，属于未超标。 Table 8 Single factor pollution index and Nemerow comprehensive pollution index of heavy metals in lettuce soil and strawberry soil before fertilization and during the ripening period of the plant 指标 施肥前生菜土 作物成熟期生菜土 施肥前草莓土 作物成熟期草莓土 单因子污染指数 P i 内梅罗综合污染指数 P 综 单因子污染指数 P i 内梅罗综合污染指数 P 综 单因子污染指数 P i 内梅罗综合污染指数 P 综 单因子污染指数 P i 内梅罗综合污染指数 P 综 Zn 0.40 0.48 0.58 0.47 0.42 0.48 0.58 0.46 Ni 0.50 0.26 0.30 0.11 As 0.06 0.24 0.09 0.24 Cd 0.37 0.47 0.43 0.47 Pb 0.05 0.25 0.05 0.22 Cr 0.34 0.26 0.32 0.26 Cu 0.72 0.33 0.60 0.31 表8. 施肥前和作物成熟期生菜土和草莓土中重金属单因子污染指数和内梅罗综合污染指数 综上分析可得施肥前和作物成熟期生菜土和草莓土中七种重金属的单因子污染指数均小于1，各种重金属都处于无污染等级，且内梅罗综合污染指数都小于0.7，表明重金属污染未超标。 3.3. 地累积指数法评价结果及分析 选取研究区域所在省河北省土壤背景值作为评价标准，计算出研究区域土壤重金属地累积指数，对应相应重金属污染等级，得出重金属污染评价结果。从表9中的评价结果可以发现：在施肥前生菜土的七种重金属中，地累积指数大小排序为：Cu > Cd > Ni >Zn > Cr > Pb > As。Cu的地累积指数最高为0.14，表明由于常年施用有机粪肥，在施肥前的生菜土中会累积Cu污染。其余六种重金属的地累积指数均小于0，表明没有出现重金属累积污染。作物成熟期生菜土中的七种重金属的地累积指数大小排序为：Zn > Cu > Cd > Pb > Ni > Cr > As。重金属Zn的地累积指数最高，有一定程度的累积污染，Cu刚刚出现累积污染。重金属Ni、As、Cd、Pb和Cr的地累积指数均小于0，对环境无污染。将施肥前生菜土和作物成熟期生菜土中的重金属地累积指数进行比较可得，作物成熟期生菜土中除了Cu和Cr以外的其他五种重金属的地累积指数均大于等于施肥前生菜土，表明有机粪肥的施加增长了生菜土中的地累积指数，提高了生菜土中的重金属累积量。生菜土中Cu的地累积指数的减少可能是由于生菜对Cu的富集作用较大。 施肥前草莓土中七种重金属的地累积指数大小顺序依次为：Cd = Cu> Zn > Cr > Ni > As > Pb，这七种重金属的地累积指数均小于0，表明草莓土在施肥前不存在重金属累积污染。作物成熟期草莓土中的七种重金属的地累积指数大小顺序依次为：Cd > Zn > Pb > Cu > Cr > Ni > As，有机粪肥的施加对草莓土中重金属Zn、Cd和Pb的地累积指数影响较大，其中，Cd的地累积指数为0.99，接近中等污染水平，Zn、Pb有一定程度的累积污染，处于轻度污染水平，其余四种重金属的地累积指数小于0，表明不存在重金属累积污染。 综合以上分析表明，有机粪肥的施加对生菜土中Zn的地累积指数影响较大，作物成熟期生菜土中的Zn处于轻度污染。施加有机粪肥对草莓土中Zn、Cd和Pb的地累积指数影响较大，使草莓土中的重金属Cd接近中度污染，Zn和Pb也存在一定的轻度污染。因此，在之后的农业生产中，要加强对生菜土中Zn Table 9 Results of heavy metal geoaccumulation index evaluation of lettuce soil and strawberry soil before fertilization and during the ripening period of the plant 指标 施肥前生菜土 作物成熟期生菜土 施肥前草莓土 作物成熟期草莓土 地累积指数 级数 污染等级 地累积指数 级数 污染等级 地累积指数 级数 污染等级 地累积指数 级数 污染等级 Zn −0.56 0 无污染 0.29 1 无-中 −0.48 0 无污染 0.56 1 无-中 Ni −0.40 0 无污染 −0.83 0 无污染 −1.14 0 无污染 −1.14 0 无污染 As −3.01 0 无污染 −1.51 0 无污染 −2.52 0 无污染 −1.74 0 无污染 Cd −0.36 0 无污染 −0.01 0 无污染 −0.12 0 无污染 0.99 1 无-中 Pb −2.94 0 无污染 −0.10 0 无污染 −2.75 0 无污染 0.24 1 无-中 Cr −1.01 0 无污染 −1.01 0 无污染 −1.09 0 无污染 −0.66 0 无污染 Cu 0.14 1 无-中 0.01 1 无-中 −0.12 0 无污染 −0.08 0 无污染 表9. 施肥前和作物成熟期生菜土和草莓土重金属地累积指数评价结果 和草莓土中Zn、Cd和Pb的污染管制。 3.4. 潜在生态危害指数法评价结果及分析 将土壤重金属实测值、土壤背景值和重金属毒性系数带入公式(5)、(6)和(7)，得到施肥前和作物成熟期生菜土和草莓土中单种重金属的潜在生态危害系数和总的潜在生态危害指数，并计算出单种重金属在潜在生态危害指数的贡献率。从表10可以得出，施肥前生菜土中七种重金属均属于轻度生态危害，总的潜在生态指数54.39 < 150，属于轻度生态危害。而在作物成熟期生菜土中的重金属潜在生态危害系数排序为Cd > Cu > Pb > As > Ni > Zn > Cr。其中，除了Cd存在中等强度生态危害外，其余重金属都属于轻度生态危害，总的潜在生态危害指数72.06 < 150，属于轻度生态危害。每种重金属对污染危害的相对贡献以单种重金属的潜在生态危害系数和总的潜在生态危害指数的比值( E r i / R I )来计算，在施肥前和作物成熟期的生菜土中，Cd都是主要的污染物，其贡献率分别达到64.55%和62.10%。施加有机粪肥一定程度上提高了生菜土中Zn、As、Cd和Pb的潜在生态危害系数，总的潜在生态危害指数也有所增加。 Table 1 0 Index of heavy metal potential ecological damage in lettuce soil and strawberry soil before fertilization and during the ripening period of the plant 指标 施肥前生菜土 作物成熟期生菜土 施肥前草莓土 作物成熟期草莓土 E r i RI 贡献率 E r i RI 贡献率 E r i RI 贡献率 E r i RI 贡献率 Zn 1.02 54.39 1.87% 1.84 72.06 2.55% 1.07 57.99 1.85% 2.21 117.31 1.88% Ni 5.68 10.45% 4.22 5.86% 3.41 5.88% 3.41 2.91% As 1.86 3.42% 5.28 7.33% 2.62 4.51% 4.49 3.82% Cd 35.11 64.55% 44.68 62.01% 41.49 71.55% 89.36 76.17% Pb 0.98 1.80% 6.98 9.68% 1.12 1.92% 8.84 7.53% Cr 1.49 2.75% 1.49 2.07% 1.41 2.42% 1.90 1.62% Cu 8.26 15.18% 7.57 10.50% 6.88 11.87% 7.11 6.06% 表10. 施肥前和作物成熟期生菜土和草莓土重金属潜在生态危害指数 施肥前草莓土中Cd的潜在生态危害系数41.49 > 40，刚达到中度生态危害，其余六种重金属均为轻度生态危害，总的潜在生态危害指数57.99 < 150，处于轻度生态危害。作物成熟期草莓土中七种重金属潜在生态危害系数的递减顺序为：Cd > Pb > Cu > As > Ni > Zn > Cr。其中，只有Cd属于强生态危害，其余重金属皆是轻度生态危害，总的潜在生态危害指数117.31 < 150，属于轻度生态危害。施肥前和作物成熟期草莓土中Cd污染的贡献率依旧最大，分别达到71.55%和76.17%。施加有机粪肥对草莓土中除了Ni以外的六种重金属的潜在生态危害系数均有影响，其中，对Cd的潜在生态危害系数影响最大。同时，施加有机粪肥极大地增长了总的潜在生态危害指数。 综上可得，施加有机粪肥后，作物成熟期生菜土中的Cd达到了中度生态危害，总的潜在生态指数也有所增加。草莓土中Cd由施肥前的中度生态危害达到作物成熟期的强生态危害，同时极大地增长了总的潜在生态危害指数。Cd为生菜土和草莓土中潜在生态危害的主要贡献因子，是后续农业活动中需要关注的重点。