陜西省獼猴桃園土壤重金屬含量及污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

李曉彤，岳田利，胡仲秋，趙旭博

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

陜西省獼猴桃園土壤重金屬含量及污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

李曉彤，岳田利，胡仲秋，趙旭博

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

【目的】 研究陜西省眉縣與周至縣獼猴桃果園土壤重金屬含量，并對(duì)其污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)?！痉椒ā?于2012-10，在陜西獼猴桃主產(chǎn)區(qū)眉縣和周至縣10個(gè)獼猴桃果園采集40個(gè)土壤樣品，采用電感耦合等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)測(cè)定鉻、銅、砷、鎘、汞與鉛含量，并計(jì)算各重金屬元素的單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)?！窘Y(jié)果】 眉縣土壤中鉻、銅、砷、鎘、汞與鉛含量平均值分別為(77.68±8.84)，(42.39±6.19)，(29.12±1.56)，(0.18±0.02)，(0.054±0.017)與(7.03±2.46) mg/kg；周至縣土壤中鉻、銅、砷、鎘、汞與鉛含量平均值分別為(87.86±5.86)，(50.02±6.57)，(21.48±3.57)，(0.22±0.10)，(0.049±0.006)與(3.87±2.55) mg/kg。眉縣5個(gè)獼猴桃園土壤樣品中砷含量超標(biāo)，周至縣1個(gè)獼猴桃果園土樣中砷含量超標(biāo)。眉縣獼猴桃果園土壤中重金屬單因子污染指數(shù)排序?yàn)樯?鉻>鎘>銅>汞>鉛；周至縣獼猴桃果園土壤中重金屬單因子污染指數(shù)排序?yàn)樯?鎘>鉻>銅>汞>鉛。眉縣和周至縣獼猴桃果園土壤重金屬綜合污染指數(shù)分別為0.86和0.65?！窘Y(jié)論】 眉縣獼猴桃果園土壤重金屬污染水平屬尚清潔等級(jí)，污染等級(jí)為警戒級(jí)；周至縣獼猴桃果園土壤重金屬污染水平屬清潔等級(jí)，污染等級(jí)為安全，土壤環(huán)境質(zhì)量合格。

獼猴桃果園；土壤重金屬；污染風(fēng)險(xiǎn)；陜西省

土壤重金屬污染可導(dǎo)致土壤肥力退化，降低農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量并引起安全問(wèn)題，同時(shí)加速水環(huán)境惡化，最終通過(guò)食物鏈危及人類(lèi)健康，已成為全球關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題之一[1]。果園土壤重金屬含量是獼猴桃產(chǎn)地環(huán)境監(jiān)測(cè)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，土壤重金屬總量被認(rèn)為是影響農(nóng)產(chǎn)品安全的重要因素，也是影響果品中重金屬含量的主因之一[2-4]。陜西省周至縣和眉縣作為全國(guó)主要的獼猴桃產(chǎn)區(qū)，為確保該地區(qū)生產(chǎn)安全、優(yōu)質(zhì)的獼猴桃果品，本試驗(yàn)對(duì)該地區(qū)獼猴桃果園土壤重金屬含量進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)和科學(xué)評(píng)比，以排查土壤重金屬污染問(wèn)題，為確保獼猴桃果園土壤用地的長(zhǎng)期安全提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

眉縣與周至縣地處陜西關(guān)中平原西部、秦嶺北麓，氣候溫和，雨量充沛，野生資源豐富，是我國(guó)獼猴桃主要生產(chǎn)分布區(qū)域。目前眉縣獼猴桃已經(jīng)發(fā)展成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)村支柱產(chǎn)業(yè)，對(duì)改善農(nóng)村經(jīng)濟(jì)狀況起到了舉足輕重的作用[5]。周至縣獼猴桃人工栽培的歷史達(dá)1 000多年。全縣累計(jì)為獼猴桃產(chǎn)業(yè)投人資金超過(guò)12億元，建成了全國(guó)最大的獼猴桃生產(chǎn)基地，也是全國(guó)惟一的獼猴桃標(biāo)準(zhǔn)化管理示范縣，被稱(chēng)為“獼猴桃之鄉(xiāng)”[6]。

1.2 樣品采集與分析方法

2012-10，根據(jù)眉縣和周至縣獼猴桃生產(chǎn)基地分布現(xiàn)狀，共選擇10個(gè)生產(chǎn)基地或生產(chǎn)戶(hù)(表1)，隨機(jī)采集土壤樣品，每戶(hù)或生產(chǎn)基地布設(shè)4個(gè)采樣點(diǎn)，共采集40個(gè)土樣。土樣采集深度均為0～40 cm。將采集土樣充分混勻后，按照四分法，每份樣品留取1 kg，裝入標(biāo)記序號(hào)的塑封袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干、研磨、過(guò)孔徑0.147 mm尼龍篩，裝袋備用。

采用電感耦合等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)測(cè)定土樣中Cr、Cu、As、Cd、Hg、Pb含量[7-9]。參考《中華人民共和國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618-1995)[10]中對(duì)重金屬含量的規(guī)定可知，當(dāng)Cr、Cu、As、Cd、Hg、Pb 6種重金屬含量分別≤250,200,25,0.6,1.0,350 mg/kg時(shí)，認(rèn)為土壤中的重金屬含量未超標(biāo)。依據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)研究區(qū)獼猴桃果園土壤重金屬含量進(jìn)行分析。

1.3 土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

對(duì)土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，一般采用單因子污染指數(shù)法和多因子綜合污染指數(shù)法進(jìn)行。采用單因子污染指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，其模式為：

Pi=Ci/Si。

式中：Pi為污染物i的單因子污染指數(shù)，Ci為污染物i的實(shí)測(cè)濃度，Si為污染物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，i代表某種污染物。

采用多因子綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)時(shí)，其模式為：

式中：P為綜合污染指數(shù)，Pa為各單因子污染指數(shù)的平均值，Pmax為各單因子污染指數(shù)中的最大值[10-11]。

[12]，基于綜合污染指數(shù)的土壤重金屬污染等級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS 17.0和EXCEL 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 陜西獼猴桃果園土壤重金屬含量

陜西獼猴桃果園土壤樣品中重金屬含量測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，眉縣獼猴桃果園中，Cr含量水平最高值、最低值和平均值分別為(89.61±7.74)，(65.13±6.37)和(77.68±8.84) mg/kg，變異系數(shù)11%；Cu含量的最高值、最低值和平均值分別為(56.74±3.38)，(35.73±4.51)和(42.39±6.19) mg/kg，變異系數(shù)15%；As含量的最高值、最低值和平均值分別為(31.09±6.23)，(27.11±3.79)和(29.12±1.56) mg/kg，變異系數(shù)5%；Cd含量的最高值、最低值和平均值分別為(0.21±0.07)，(0.14±0.03)和(0.18±0.02) mg/kg，變異系數(shù)11%；Hg含量的最高值、最低值和平均值分別為(0.086±0.015)，(0.033±0.025)和(0.054±0.017) mg/kg，變異系數(shù)31%；Pb含量的最高值、最低值和平均值分別為(13.18±4.21)，(4.53±1.56)和(7.03±2.46) mg/kg，變異系數(shù)為35%。周至縣獼猴桃果園中，Cr含量的最高值、最低值和平均值分別為(99.14±7.95)，(74.74±8.24)和(87.86±5.86) mg/kg，變異系數(shù)7%；Cu含量的最高值、最低值和平均值分別為(62.78±6.19)，(40.36±6.51)和(50.02±6.57) mg/kg，變異系數(shù)13%；As含量的最高值、最低值和平均值分別為(27.52±3.55)，(16.06±3.26)和(21.48±3.57) mg/kg，變異系數(shù)17%；Cd含量的最高值、最低值和平均值分別為(0.46±0.16)，(0.13±0.09)和(0.22±0.10) mg/kg，變異系數(shù)45%；Hg含量的最高值、最低值和平均值分別為(0.063±0.009)，(0.040±0.011)和(0.049±0.006) mg/kg，變異系數(shù)12%；Pb含量的最高值、最低值和平均值分別為(10.23±3.31)，(1.31±0.97)和(3.87±2.55) mg/kg，變異系數(shù)66%。

由《中華人民共和國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618-1995)[10]來(lái)看，眉縣獼猴桃果園土樣中除了As平均含量超標(biāo)外，其他重金屬平均含量均未超標(biāo)。眉縣獼猴桃果園土壤中Cr、Cu、As、Cd含量變異不大，變異系數(shù)均小于30%；Hg、Pb的變異系數(shù)較大，均高于30%。周至縣6種重金屬平均含量都未超標(biāo)，Cr、Cu、As和Hg含量變異不大，變異系數(shù)均小于30%，Cd、Pb變異系數(shù)較大，均超過(guò)45%；在所測(cè)土樣中，有1個(gè)果園的As含量超標(biāo)。眉縣土樣中As、Hg、Pb含量的平均值均高于周至縣，而Cr、Cu、Cd含量的平均值均低于周至縣。

2.2 陜西獼猴桃果園土壤重金屬污染指數(shù)

采用單因子污染指數(shù)和多因子綜合污染指數(shù)法計(jì)算眉縣和周至縣獼猴桃果園土壤中6種重金屬污染指數(shù)，結(jié)果分別見(jiàn)表4和表5。由表4可知，眉縣5個(gè)獼猴桃果園土樣中，除了As的Pi均大于1外，其余重金屬的Pi都小于1。土壤中各重金屬平均Pi由高到低的順序?yàn)锳s>Cr>Cd>Cu>Hg>Pb，因此土壤中As的含量要嚴(yán)格控制。眉縣獼猴桃果園土壤綜合污染指數(shù)平均值為0.86，參照表2可知，該地區(qū)重金屬污染等級(jí)為警戒級(jí)，污染水平屬尚清潔等級(jí)，需引起有關(guān)部門(mén)的重視。

由表5可知，周至縣5個(gè)獼猴桃果園土樣中，僅有1個(gè)果園土樣中As的Pi大于1，其余果園土壤重金屬的Pi都小于1。土壤中各重金屬平均Pi由高到低的順序?yàn)锳s>Cd>Cr>Cu>Hg>Pb。周至縣獼猴桃果園土壤綜合污染指數(shù)平均值為0.65，參照表2可知，該地區(qū)重金屬污染等級(jí)為安全，污染水平屬清潔等級(jí)，土壤環(huán)境質(zhì)量合格。

2.3 陜西獼猴桃果園土壤重金屬含量相關(guān)性分析

陜西獼猴桃果園土壤中各重金屬含量的相關(guān)性分析結(jié)果見(jiàn)表6。

注：n=40。*表示相關(guān)性達(dá)顯著水平(P<0.05)。

Note:n=40.* means significant correlation (P<0.05).

對(duì)土壤重金屬含量之間的相關(guān)性進(jìn)行研究，可初步推測(cè)重金屬的來(lái)源是否相同。通常若不同重金屬元素之間顯著相關(guān)，表明其有相同來(lái)源的可能性較大，這一來(lái)源既可能出自天然，即地球化學(xué)來(lái)源，也可能是人為活動(dòng)造成的復(fù)合污染所致[13-14]。由表6可見(jiàn)，Cu與Cr、As與Cr、Pb與Cd之間相關(guān)性達(dá)到顯著水平，表明它們之間同源性很高，具有較強(qiáng)的伴生關(guān)系，可能來(lái)自同一污染源[15-16]。Hg與其他元素相關(guān)性較低，表明Hg的積累不受其他重金屬影響。

3 結(jié)論與討論

本研究對(duì)陜西省眉縣和周至縣10個(gè)獼猴桃果園的40個(gè)土樣中Cr、Cu、As、Cd、Hg和Pb 6種重金屬含量進(jìn)行了檢測(cè)與污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，眉縣獼猴桃果園土壤中As含量超標(biāo)，周至縣除1個(gè)果園土樣中As含量超標(biāo)外，其余重金屬含量均未超過(guò)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。果園中As含量較高，可能與曾施用含As的農(nóng)藥或肥料有關(guān)，且超標(biāo)果園均處于公路旁邊，機(jī)動(dòng)車(chē)輛的燃料及輪胎中所含重金屬成分在車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中向環(huán)境釋放，并可能在土壤中沉積，造成土壤中重金屬含量偏高[17-18]。本研究結(jié)果顯示，眉縣和周至縣獼猴桃果園土壤重金屬綜合污染指數(shù)分別為0.86和0.65，污染等級(jí)分別為警戒級(jí)和安全；獼猴桃果園土壤中Cu與Cr、As與Cr、Pb與Cd極可能來(lái)自同一污染源；其他重金屬元素間相關(guān)性均較低，其中Hg與其他元素相關(guān)性最低，表明Hg的積累不受其他重金屬影響。

為了確保獼猴桃果園土壤用地的長(zhǎng)期安全，建議嚴(yán)格禁止工業(yè)“三廢”以及未經(jīng)處理的生活污水排放進(jìn)果園，嚴(yán)禁將未經(jīng)無(wú)害化處理的城市垃圾直接作為肥料使用，注意嚴(yán)格控制農(nóng)藥污染。在施肥方面，充分利用有機(jī)肥源，鼓勵(lì)和倡導(dǎo)施用無(wú)公害的農(nóng)家肥，并加強(qiáng)獼猴桃生產(chǎn)過(guò)程中肥料施用的管理力度。

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Concentrations of soil heavy metals in kiwi fruit orchards in Shaanxi and risk evaluation

LI Xiao-tong,YUE Tian-li,HU Zhong-qiu,ZHAO Xu-bo

(CollegeofFoodScienceandEngineering,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

【Objective】 The study investigated concentrations of soil heavy metals in kiwi fruit orchards in Shaanxi and evaluated the contamination risk.【Method】 Concentrations of Cr,Cu,As,Cd,Hg and Pb in 40 soil samples from kiwi fruit orchards in Meixian County and Zhouzhi County in Shaanxi were determined in October 2012 using ICP-MS method.Then the single-factor pollution index of each heavy metal and the aggregate pollution index were calculated.【Result】 The contents of Cr,Cu,As,Cd,Hg and Pb in Meixian County were (77.68±8.84),(42.39±6.19),(29.12±1.56),(0.18±0.02),(0.054±0.017),and (7.03±2.46) mg/kg,respectively while in Zhouzhi County they were (87.86±5.86),(50.02±6.57),(21.48±3.57),(0.22±0.10),(0.049±0.006),and (3.87±2.55) mg/kg,respectively.Contents of As were above the permitted level in 5 samples from Meixian County and one sample from Zhouzhi County.The single-factor pollution indexes of heavy metals in Meixian County were in decreasing order of As>Cr>Cd>Cu>Hg>Pb and the order in Zhouzhi County was As>Cd>Cr>Cu>Hg>Pb.The aggregate pollution indexes in Meixian County and Zhouzhi County were 0.86 and 0.65,respectively.【Conclusion】 The pollution level in Meixian County was clean within the warning level while the level in Zhouzhi County was clean within the safe level.

kiwi fruit orchards;soil heavy metal;pollution risk;Shaanxi Province

2013-10-25

國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAK17B06)

李曉彤(1988-)，女，陜西澄城人，在讀碩士，主要從事食品安全控制技術(shù)研究。E-mail：jjlxt123@163.com

岳田利(1966-)，男，陜西寶雞人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事食品生物工程及食品安全控制研究。 E-mail：ytl6503@163.com

時(shí)間:2015-01-05 08:59

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.02.022

X825.04

A

1671-9387(2015)02-0173-06

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20150105.0859.022.html