施用河塘底泥對(duì)農(nóng)田土壤性狀的影響及果蔬的重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

麥初歡+趙從舉+卓志清+徐文嫻+宋濤濤+張虹+吳朝正

摘 要：河塘底泥含有豐富的有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，但底泥中重金屬的釋放易對(duì)土壤—植物造成污染，成為底泥資源化利用的限制因素。本研究以南渡江下游塘柳塘底泥為材料，按容積比10%，20%，30%施入沿岸河灘沙地（0～30 cm土層），種植空心菜、苦瓜、絲瓜，探討不同底泥施用量對(duì)土壤性狀以及果蔬食品安全的影響。結(jié)果表明：（1）施用底泥可以改良土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力，但存在中低水平重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)。（2）除施用20%，30%河塘底泥的樣地土壤重金屬Cd含量超過國(guó)家的限值外，其余樣地土壤重金屬均在國(guó)家限值以內(nèi)。（3）絲瓜、苦瓜等瓜果類農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量小，安全性高；空心菜有可能存在污染風(fēng)險(xiǎn)，而其根莖重金屬Cr、As污染風(fēng)險(xiǎn)較大。在底泥重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，通過果蔬品種選擇，可降低風(fēng)險(xiǎn)，確保農(nóng)產(chǎn)品安全，實(shí)現(xiàn)底泥資源化利用。

關(guān)鍵詞： 河塘底泥； 資源化利用； 果蔬； 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)； 食品安全

中圖分類號(hào)：S159.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.10.005

Abstract： The ponds sediments were rich in N， P， K and organic matter， but the release of heavy metal in sediments had potential risk for soil and plants， and it was the main limiting factor that restricts the resource utilization of pond sediments. In this study， the sediments in Tangliutang River， a typical pond in the lower Nandujiang River， were taken as the experimental material. In order to investigate the effect of pond sediment application on soil properties and food safety of fruits and vegetables， the volume ratios of 10%， 20% and 30% in 0～30 cm depth soil were designed to rebuild soil tillage layer by adding ponds sediments， and Ipomoea aquatica Forsk， balsam pear and Luffa acutangula were planted. The results showed that： （1） The ponds sediments could improve the soil structure and the soil fertility， but it also had the risk of heavy metal pollution in lower-middle level. （2） The contents of heavy metals were lower than the national limits in all experiment plots except that the contents of heavy metal Cd exceeded the national limits in the experiment plots adding 20% and 30% ponds sediment to the soil layer. （3） The heavy metal contents in balsam pear， Luffa acutangula were lower， and the agricultural products were safety. Ipomoea aquatica Forsk had less contamination risk， but its roots had a high risk of heavy metal Cr and As contamination. Based on the risk assessment of heavy metal pollution of river sediments， and through the variety selection of fruits and vegetables， it was possible to reduce risk and ensure the safety of agricultural products， and achieve utilization of sediment.

Key words： river sediments； resource utilization； fruits and vegetables； risk assessment； safety of agricultural products

河湖底泥是黏土、泥沙、有機(jī)質(zhì)及各種礦物的混合物，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間物理、化學(xué)和生物等過程及水體傳輸而沉積于河流、湖泊等水體底部而形成的，是水體生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[1]。底泥中既含有有利于作物生長(zhǎng)的N、P、K及有機(jī)質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分，也含有危害植物生長(zhǎng)的多種有害物質(zhì)，是營(yíng)養(yǎng)成分與污染物累積的重要場(chǎng)所[2]。河湖治理產(chǎn)生的大量清淤底泥如若處置不當(dāng)，不僅會(huì)占用大量土地，還會(huì)因營(yíng)養(yǎng)成分淋失，造成資源浪費(fèi)，甚至可能因其含有的有害成分淋失產(chǎn)生二次污染[3-4]。河湖底泥資源化利用不僅可以解決底泥出路問題，還可以產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，開展底泥資源化基礎(chǔ)理論研究與實(shí)踐研究，成為一個(gè)備受關(guān)注的研究領(lǐng)域[5-6]。針對(duì)污染較為嚴(yán)重的土壤，通過工程措施改變土壤理化性狀，進(jìn)而防止土壤中污染物進(jìn)入食物鏈[7]；對(duì)輕微污染土壤，可通過果蔬品種選擇，降低風(fēng)險(xiǎn)，確保農(nóng)產(chǎn)品安全。

南渡江為海南第一大河，下游地區(qū)水系發(fā)達(dá)，河塘遍布。因受水產(chǎn)養(yǎng)殖和生活廢水影響，眾多河塘淤塞嚴(yán)重，底泥深厚；南渡江中下游干流河段水質(zhì)為Ⅲ類，而河塘水質(zhì)大多為Ⅳ～Ⅴ類，水質(zhì)惡化，嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境[8]。由國(guó)土資源部和財(cái)政部批準(zhǔn)立項(xiàng)的?？谑心隙山饔蛲恋卣沃卮蠊こ痰娜蝿?wù)之一是通過土地整理與道路、灌排以及農(nóng)田防護(hù)等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，著力解決水土資源不平衡、土層薄、地力低、農(nóng)田水利設(shè)施配套不完善等問題，推進(jìn)熱帶現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展?；诖?，本研究依托于?？谑心隙山饔?×104 hm2土地整治項(xiàng)目，選取南渡江下游典型河塘塘柳塘為研究對(duì)象，采用田間試驗(yàn)的方法，探討不同施泥處理對(duì)土壤性狀及所種植果蔬的影響，并對(duì)其安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，為河塘清淤底泥的處理與應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)，為南渡江流域蔬菜瓜果基地的建設(shè)提供研究基礎(chǔ)與技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

2013—2014年在海南海口新坡鎮(zhèn)塘柳塘開展試驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)區(qū)地處南渡江下游沖積平原，土壤為沙土，多開墾為農(nóng)田，主要種植水稻和蔬菜等作物[9]。土壤容重1.55 g·cm-3，有機(jī)質(zhì)含量為1.59%，pH值5.70，重金屬Cr、As、Cd、Pb、Hg含量分別為9.77，0.26，0.05，7.70，0.02 mg·kg-1。塘柳塘河塘底泥有機(jī)質(zhì)含量為0.64%～5.30%，pH值4.72～6.28，重金屬Cr、As、Cd、Pb、Hg含量分別為9.79～77.07，0.89～5.04，0.13～0.56，17.30～55.11，0.07～0.46 mg·kg-1。塘柳塘河塘底泥肥力評(píng)價(jià)與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果表明，南渡江下游河塘底泥有機(jī)質(zhì)豐富，肥力較高，適合構(gòu)建土壤耕作層；土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)處于中低水平，需開展相應(yīng)試驗(yàn)研究，確保施用底泥的土壤生產(chǎn)的果蔬產(chǎn)品安全[10]。試驗(yàn)種植的果蔬有絲瓜（Luffa acutangula）、苦瓜（balsam pear）、空心菜（Ipomoea aquatica）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)步驟為：土地平整→小區(qū)劃分→底泥攤平→旋耕混勻→播種；底泥施用量按容積比10%，20%，30% 3個(gè)梯度設(shè)計(jì)（0～30 cm土層），每一梯度（樣地）設(shè)置3個(gè)小區(qū)重合。本次試驗(yàn)采用空心菜與苦瓜、絲瓜倒茬，第一、三、五茬種植空心菜、二、四茬分別栽種苦瓜、絲瓜。

1.3 樣品采集與處理

從每一樣地的3個(gè)小區(qū)分別采集土壤樣品，經(jīng)預(yù)處理后，取等量混合供測(cè)試。果蔬樣品也按每一樣地的3個(gè)小區(qū)分別采集，田間采集的新鮮果蔬用自來水沖洗2～3遍，再用去離子水反復(fù)沖洗，晾干；用粉碎機(jī)將苦瓜、絲瓜的可食用部位以及空心菜的莖葉與根分別勻漿，并取等量混合存放在0～4 ℃的恒溫箱備用。

1.4 測(cè)定方法

采用環(huán)刀法測(cè)定原位土壤容重；采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定土壤的有機(jī)質(zhì)，電位法測(cè)定土壤pH值（土液比1∶2.5），聯(lián)合浸提-比色分析方法測(cè)定土壤有效磷、速效鉀，堿解擴(kuò)散法測(cè)定土壤堿解氮。采用微波消解與電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）測(cè)定待測(cè)樣品的Pb、Cd、Cr，原子熒光光度計(jì)測(cè)定Hg、As。

1.5 數(shù)據(jù)處理與評(píng)價(jià)

采用Microsoft Excel 2007對(duì)施用底泥的土壤和果蔬測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理；土壤重金屬評(píng)價(jià)指標(biāo)及限值依據(jù)《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（HJ/T 332—2006），果蔬重金屬評(píng)價(jià)指標(biāo)及限值依據(jù)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》（GB 2762—2012）；肥力評(píng)價(jià)依據(jù)全國(guó)第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，土壤環(huán)境質(zhì)量等級(jí)劃分以土壤各單項(xiàng)質(zhì)量指數(shù)為依據(jù)，≤0.7為一級(jí)/優(yōu)，0.7～1.0為二級(jí)/良，>1.0為三級(jí)/不合格。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同底泥施用量的土壤性狀

2.1.1 土壤物理性狀 土壤容重是土壤重要的物理性狀，是衡量土壤的肥力、保水性、通透性的重要指標(biāo)。砂土容重多在1.4～1.7之間，孔隙多，通氣透水性強(qiáng)，蓄水和保肥性能差。如表1所示，施用底泥后，試驗(yàn)樣地的土壤容重由之前的1.55 g·cm-3，下降到1.43～1.50 g·cm-3，并呈現(xiàn)出隨底泥施用量增加而降低的趨勢(shì)?？梢姡┯玫啄鄬?duì)土壤結(jié)構(gòu)具有一定改善作用。

2.1.2 土壤化學(xué)性狀 如表1所示，施用底泥后，樣地1、樣地2、樣地3土壤pH值略有降低，分別為5.63，5.46，5.32，屬于酸性微酸性土壤。樣地1、樣地2、樣地3的土壤有機(jī)質(zhì)含量分別增加到17.31，18.72，20.14 g·kg-1，分屬四級(jí)/缺乏、四級(jí)/缺乏、三級(jí)/中等等級(jí)；樣地1、樣地2、樣地3全氮含量分別為0.96，1.06，1.11 g·kg-1，分屬四級(jí)/缺乏、三級(jí)/中等、三級(jí)/中等等級(jí)；樣地1、樣地2、樣地3全磷含量分別為0.68，0.63，0.71 g·kg-1，均屬三級(jí)/中等等級(jí)；樣地1、樣地2、樣地3全鉀含量分別為10.33，12.98，12.77 g·kg-1，均屬四級(jí)/缺乏等級(jí)。除全磷外，其他土壤養(yǎng)分有隨底泥施用量增加而上升的趨勢(shì)，表明施用底泥對(duì)提高土壤肥力有較大幫助；而全磷含量變化特征不明顯，這可能與試驗(yàn)布置之前的本底有關(guān)。

2.2 不同底泥施用量的土壤重金屬

2.2.1 土壤重金屬含量 河塘底泥具有較高的土壤肥力，有較好的利用價(jià)值，也具有一定的風(fēng)險(xiǎn)，處理不當(dāng)，會(huì)使土壤產(chǎn)生重金屬污染。如表2所示，塘柳塘河塘底泥重金屬Cr、As未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，有少量樣品重金屬Pb超標(biāo)，而重金屬Cd和Hg超標(biāo)普遍，但超標(biāo)倍數(shù)不超過1倍，塘柳塘河塘底泥生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)處于中低水平。與食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相比，施用底泥的土壤重金屬Cr、As、Pb、Hg含量不超標(biāo)，而施用底泥容積比20%、30%的樣地2、樣地3土壤重金屬Cd超標(biāo)。

2.2.2 重金屬污染評(píng)價(jià) 如表2、表3所示，施用10%，20%，30%河塘底泥的樣地1、2、3的土壤重金屬Cr、As、Pb的含量都符合國(guó)家一級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，而且含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家限值。樣地1重金屬Cd的含量符合國(guó)家二級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，而樣地2、3的含量超過國(guó)家二級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，屬于三級(jí)，但其絕對(duì)含量超標(biāo)并不嚴(yán)重；樣地3重金屬Hg符合國(guó)家二級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，但低于國(guó)家的限值。

施用一定量底泥后，土壤肥力增加，土壤性狀得到改善；同時(shí)，部分土壤重金屬出現(xiàn)超過國(guó)家限值現(xiàn)象，造成輕微污染。因而，需要通過果蔬品種試驗(yàn)與選擇，降低風(fēng)險(xiǎn)，確保農(nóng)產(chǎn)品安全。

2.3 農(nóng)產(chǎn)品安全評(píng)價(jià)

2.3.1 果蔬農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量 不同栽種時(shí)間樣地1、2、3的果蔬的重金屬含量基本呈依底泥施用量增加而增大的趨勢(shì)，與其栽培土壤的重金屬含量趨勢(shì)一致（表2、圖1、圖2）。不同栽種時(shí)間的空心菜莖葉的重金屬含量差異較大；其中，第三茬空心菜莖葉的重金屬Cr、Cd、Pb、As、Hg最小，而第五茬空心菜莖葉的重金屬Cr、Cd、Pb、As、Hg含量最大。表明空心菜莖葉的重金屬含量季節(jié)變化較大，這可能與其生長(zhǎng)時(shí)期的土壤水環(huán)境與氣溫高低有關(guān)。

空心菜不同部位的重金屬含量差異較大。其中，空心菜根的重金屬含量較莖葉的重金屬含量要大。第五茬3塊樣地空心菜根部的重金屬Cr、Cd、Pb、As、Hg平均含量分別為莖葉的1.4，1.9，3.5，8.0倍和1.1倍。這表明，空心菜根部對(duì)As的吸收能力大于其地上部分，而對(duì)Hg的吸收能力與其地上部分差別不明顯。

空心菜、苦瓜、絲瓜3種農(nóng)產(chǎn)品之間的重金屬含量差異較大，其所含重金屬Cr、Cd、Pb、As、Hg的總量由多到少排列依次為空心菜根、絲瓜、空心菜莖葉、苦瓜?？喙纤亟饘貱r、Cd、Pb、As、Hg的總量最少，空心菜根、絲瓜以及空心菜莖葉的重金屬Cr、Cd、Pb、As、Hg總量分別為苦瓜的23.9倍、5.9倍和4.6倍。

2.3.2 農(nóng)產(chǎn)品食用安全評(píng)價(jià) 以食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中Cr、Cd、Pb、As、Hg等重金屬的限量為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如圖1、圖2、表4所示，評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)區(qū)種植的空心菜、苦瓜、絲瓜等農(nóng)產(chǎn)品之食品安全。

苦瓜樣品重金屬Cr、Cd、Pb、As、Hg的超標(biāo)率為0，其重金屬含量都符合并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)限值；其中3號(hào)樣地的苦瓜重金屬Pb的相對(duì)含量最高，也僅為0.023 mg·kg-1，約為標(biāo)準(zhǔn)限值的1/5。

所有樣地絲瓜的重金屬Cr、Cd、Pb、As、Hg均不超標(biāo)，除As外，其余4種重金屬含量遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)限值。樣地1、2、3絲瓜的重金屬As含量分別為0.165，0.323，0.408 mg·kg-1，其中3號(hào)樣地的絲瓜重金屬As的含量最高，約為標(biāo)準(zhǔn)限值的4/5。

所有樣地的三茬空心菜莖葉的重金屬Cr、Cd、Pb、As、Hg均不超標(biāo)。第三茬空心菜莖葉的重金屬含量最小，第五茬空心菜莖葉的重金屬含量最大。其中樣地1、2、3第五茬Cr平均量較大，分別為0.400，0.434，0.419 mg·kg-1，約為其標(biāo)準(zhǔn)限值的80%，其余重金屬含量均不足標(biāo)準(zhǔn)限值的1/5。表明空心菜莖葉存在重金屬Cr污染風(fēng)險(xiǎn)。

第5茬空心菜根的重金屬Cr、Cd、Pb、As、Hg總量最高，約為莖葉的2.8倍；其中，樣地2和樣地3重金屬Cr超標(biāo)，分別為0.814，0.599 mg·kg-1；樣地1、2、3重金屬As均超標(biāo)，分別為0.675，0.849，1.228 mg·kg-1，樣地3重金屬As是標(biāo)準(zhǔn)限值的2.5倍。表明空心菜根的重金屬Cr和As污染風(fēng)險(xiǎn)較大。

3 結(jié) 論

（1） 施用過底泥的土壤容重、土壤有機(jī)質(zhì)以及N、P、K等土壤養(yǎng)分有隨底泥施用量增加而降低的趨勢(shì)?？梢?，施用底泥對(duì)改良土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力、培肥土壤等具有重要作用。

（2） 南渡江下游河塘底泥具有較高的土壤肥力，但存在重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)；研究區(qū)河塘底泥重金屬Cr、As不超標(biāo)，少量樣品Pb超標(biāo)，而Cd和Hg超標(biāo)普遍，但超標(biāo)倍數(shù)不超過1倍，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)處于中低水平。

（3） 施用10%，20%，30%河塘底泥的土壤重金屬Cr、As、Pb的含量符合國(guó)家土壤環(huán)境一級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；施用20%、30%河塘底泥的土壤重金屬Cd的土壤環(huán)境質(zhì)量分級(jí)屬于三級(jí)，但其絕對(duì)含量超標(biāo)并不嚴(yán)重；施用30%河塘底泥土壤重金屬Hg的土壤環(huán)境質(zhì)量分級(jí)屬于二級(jí)，其絕對(duì)含量低于國(guó)家的限值?？梢姡啄嗍┯昧砍^20%，部分土壤重金屬出現(xiàn)超過國(guó)家限值現(xiàn)象，造成輕微污染。

（4）空心菜、苦瓜、絲瓜3種果蔬產(chǎn)品食用部分所含重金屬Cr、Cd、Pb、As、Hg的總量由多到少排列依次為空心菜根、絲瓜、空心菜莖葉、苦瓜。施用底泥樣地空心菜根重金屬As均超標(biāo)，底泥施用量超過20%的樣地的空心菜根重金屬Cr超標(biāo)。施用底泥后，樣地空心菜莖葉重金屬Cr含量比較接近標(biāo)準(zhǔn)限值，存在污染風(fēng)險(xiǎn)；而絲瓜、苦瓜等瓜果類的農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量小，安全性高。可見，對(duì)輕微污染土壤也可通過果蔬品種選擇，降低風(fēng)險(xiǎn)，確保農(nóng)產(chǎn)品安全。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王永華， 錢少猛， 徐南妮， 等. 巢湖東區(qū)底泥污染物分布特征及評(píng)價(jià)[J]. 環(huán)境科學(xué)研究， 2004，17（6）： 22-26.

[2] 劉永兵， 賈斌， 李翔， 等. 海南省南渡江新坡河塘底泥養(yǎng)分狀況及重金屬污染評(píng)價(jià)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2013（2）： 213-225.

[3] 薄錄吉， 王德建， 顏曉， 等. 底泥環(huán)保資源化利用及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J]. 土壤通報(bào)， 2013，44（4）： 1017-1024.

[4] 丁濤， 田英杰， 劉進(jìn)寶， 等. 杭州市河道底泥重金屬污染評(píng)價(jià)與環(huán)保疏浚深度研究[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 2015， 35（3）： 911-917.

[5] 陳良杰， 黃顯懷. 河流污染底泥重金屬遷移機(jī)制與處置對(duì)策研究[J]. 環(huán)境工程，2011 （29）： 209-211， 216.

[6] 朱偉， 張春雷， 劉漢龍， 等. 疏浚泥處理再生資源技術(shù)的現(xiàn)狀[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)， 2002，25（4）： 39-41.

[7] 李翔， 劉永兵， 宋云， 等. 石灰干化污泥對(duì)土壤重金屬穩(wěn)定化處理的效果[J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào)， 2014， 8 （8）： 3461-3470.

[8] 羅沙. 2013. 上半年全國(guó)50條河流入海水質(zhì)為劣五類[EB/OL].（2013-11-22）.http：//www.hq.xinhuanet.com/news/2013-11/22/c_118257116.htm.

[9] 卓志清， 劉永兵， 趙從舉， 等. 河塘底泥與岸邊土壤粒徑分形維數(shù)及與其性狀關(guān)系—以海南島南渡江下游塘柳塘為例[J]. 土壤通報(bào)， 2015， 46（1）： 62-67.

[10] 林智， 劉永兵， 趙從舉， 等. 南渡江塘柳塘底泥構(gòu)建農(nóng)田土壤的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與肥力潛力評(píng)價(jià)[J]. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2014， 45（5）： 796-802.