瀘州市蔬菜種植地土壤重金屬污染特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

劉春莉，林 瑜，楊懷金

(1.瀘州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，四川 瀘州 646000；2.成都信息工程大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院， 成都 610225；3. 大氣環(huán)境模擬與污染控制四川省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610225)

· 環(huán)境評(píng)價(jià) ·

瀘州市蔬菜種植地土壤重金屬污染特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

劉春莉1，林 瑜2,3，楊懷金2,3

(1.瀘州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，四川 瀘州 646000；2.成都信息工程大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院， 成都 610225；3. 大氣環(huán)境模擬與污染控制四川省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610225)

為了解瀘州市蔬菜種植地土壤重金屬的污染狀況，分析了瀘州市蔬菜地土壤中的pH值、有機(jī)質(zhì)以及重金屬(Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu)含量，并用單因子污染指數(shù)法、綜合污染指數(shù)法、地積累指數(shù)法以及潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)該地區(qū)土壤重金屬污染狀況以及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，該地區(qū)土壤中 Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu的平均含量水平未超過四川土壤背景值土壤。利用農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(NY/T391-2000)中土壤污染元素的濃度限值進(jìn)行評(píng)價(jià)，瀘州市蔬菜種植地土壤重金屬均未超標(biāo)。地積累指數(shù)及潛在生態(tài)危害綜合指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，瀘州市蔬菜種植地土壤中重金屬污染處于輕微污染或無污染以及輕微的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平，Cd的潛在生態(tài)危害系數(shù)最高，貢獻(xiàn)最大。

瀘州；重金屬；土壤；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；

1 引 言

土壤為人類提供各種生產(chǎn)資料，是社會(huì)經(jīng)濟(jì)必不可少的一部分,是人類社會(huì)最基本、最重要的自然資源之一[1]。隨著人類生活水平以及生活質(zhì)量的提高, 食品安全已經(jīng)越來越引起人們的關(guān)注, 專家指出, 只關(guān)注食物生產(chǎn)的效率和效益是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的, 而更應(yīng)該考慮的是生產(chǎn)方式對(duì)資源、環(huán)境以及消費(fèi)者的影響，是因?yàn)檫@些已成為食物價(jià)值的重要組成部分, 并且對(duì)食物生產(chǎn)政策、農(nóng)產(chǎn)品國際貿(mào)易產(chǎn)生了重要影響。未來的發(fā)展趨勢(shì)是, 有且只有在潔凈的土地上并且用潔凈的生產(chǎn)方式生產(chǎn)的食品才更具有競(jìng)爭(zhēng)力, 才能更好地滿足消費(fèi)者的需求。我國大部分地區(qū)開展了對(duì)土壤中重金屬的研究, 如對(duì)城市、蔬菜基地、優(yōu)勢(shì)農(nóng)產(chǎn)區(qū)及農(nóng)業(yè)土壤等進(jìn)行了大量的研究[2～6], 并取得了一定的成果。除了人為活動(dòng)因素影響( 工業(yè)、農(nóng)業(yè)和交通等) 外,成土母質(zhì)的差異也是影響土壤重金屬元素含量的主要因素。蔬菜是人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚氖澄? 其生長速度快, 生長期較短, 可食用部分的比例較高, 與人類日常生活關(guān)系密切。導(dǎo)致蔬菜中重金屬含量超標(biāo)的主要原因是其種植環(huán)境的污染。本文以瀘州市蔬菜種植地土壤為研究對(duì)象，分析不同重金屬(Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu)的含量水平，利用綜合污染指數(shù)法、地積累指數(shù)法、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)土壤重金屬的污染特征、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，以采取有效措施防治重金屬污染。

2 材料與方法

2.1 樣品布設(shè)

根據(jù)產(chǎn)地原料生產(chǎn)特點(diǎn)和土壤利用狀況, 隨機(jī)采樣布點(diǎn), 共設(shè)15個(gè)采樣點(diǎn)，采集15個(gè)土壤樣品。分別位于特興鎮(zhèn)魏園村、 況場(chǎng)鎮(zhèn)豐咀村、 特興鎮(zhèn)走馬村。其中特興鎮(zhèn)魏園村分別為果菜類和根莖類蔬菜土壤，況場(chǎng)鎮(zhèn)豐咀村為葉菜類蔬菜土壤，特興鎮(zhèn)走馬村為果菜類蔬菜土壤。每個(gè)村設(shè)置5個(gè)采樣點(diǎn), 每個(gè)土壤樣品由3～5個(gè)分樣組成，采樣深度為0～20cm，各分樣混合后用四分法取1 kg土壤裝袋帶回實(shí)驗(yàn)室。將采集的土壤樣品置于陰涼通風(fēng)處自然風(fēng)干，剔除樣品中的殘?jiān)?、雜物等，用研缽研磨、過100目篩備用。采樣點(diǎn)示意圖如下圖 所示。

圖 采樣點(diǎn)位圖Fig. sampling points distribution

2.2 分析項(xiàng)目和分析方法

采用常規(guī)方法測(cè)定土壤的有機(jī)質(zhì)含量[7]，采用國家標(biāo)準(zhǔn)分析方法測(cè)定瀘州市蔬菜地土壤的pH值和Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu6種重金屬元素[8]。

2.3 分析測(cè)定結(jié)果

大多數(shù)植物和微生物適宜在微酸性、中性或微堿性環(huán)境，最適pH在6.1～7.5之間[9]。而瀘州市蔬菜地土壤pH值范圍在4.51～6.09之間，平均值為5.0，所有采樣點(diǎn)土壤pH都小于6.1，說明瀘州市土壤可能受到環(huán)境或肥力的影響，土壤pH值在惡化，需要在生產(chǎn)中引起重視，防止情況的繼續(xù)發(fā)生。而土壤的有機(jī)質(zhì)含量可以在一定程度上說明土壤的肥力，有機(jī)質(zhì)含量高，土壤肥力越高，更適宜植物的生長[9]。瀘州市蔬菜地土壤有機(jī)質(zhì)含量水平不高，有機(jī)質(zhì)含量范圍在1.19%～2.02%，平均值為1.51%，有機(jī)質(zhì)含量主要分布在1.0%～2.0%之間。測(cè)定結(jié)果見表1 。

表1 瀘州市蔬菜種植地土壤重金屬含量水平Tab.1 The concentrations of heavy metals in soils of vegetable field in Luzhou (mg/kg)

3 結(jié)果與討論

3.1 評(píng)價(jià)方法及模式

采用單因子污染指數(shù)、綜合污染指數(shù)法[10]、地積累指數(shù)法[11]、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法[11]對(duì)土壤重金屬的污染特征、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1.1 單因子污染指數(shù)法

單因子污染指數(shù)計(jì)算公式如下：

Pi=Ci/Li

(1)

式中：Ci為某污染物測(cè)定值(mg/kg)，Li為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值(mg/kg)。Pi>1表示污染，Pi<1表示未污染，且Pi值越大，表示污染越嚴(yán)重。

3.1.2 綜合污染指數(shù)法

綜合污染指數(shù)采用內(nèi)梅羅指數(shù)法，計(jì)算公式如下：

(2)

3.1.3 地積累指數(shù)法

采用評(píng)價(jià)沉積物重金屬污染常用的地積累指數(shù)

法，對(duì)研究區(qū)域土壤中重金屬污染水平進(jìn)行了評(píng)價(jià)。地積累指數(shù)(Igeo)的計(jì)算公式如下：

(3)

式中，Cn為土壤中重金屬元素的含量(mg/kg)；Bn為土壤中該元素的地球化學(xué)背景值；1.5為修正指數(shù)。本文采用四川省土壤背景值作為參照標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.4 潛在生態(tài)危害指數(shù)法

生態(tài)危害指數(shù)法是根據(jù)重金屬性質(zhì)及環(huán)境行為特點(diǎn)，對(duì)土壤中重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法[11]。其計(jì)算公式為：

(4)

3.2 評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

土壤中各項(xiàng)污染物的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表2～表5。

表2 單因子污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Classification standard of single factor index

表3 土壤中各項(xiàng)污染物的綜合評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.3 The comprehensive pollution classification standard of each pollutant in soil

表4 地積累指數(shù)等級(jí)劃分Tab.4 Grading of geo-accumulation index

表5 生態(tài)危害指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.5 Classification standard of ecological risk index

3.3 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

3.3.1 綜合污染指數(shù)法

瀘州市蔬菜種植地土壤中6種重金屬的單因子污染指數(shù)如表6所示。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(NY/T391-2000)中 土壤污染元素的濃度限值進(jìn)行評(píng)價(jià)。從表6中可以看出，瀘州市蔬菜種植地土壤中各重金屬單因子污染指數(shù)除有3處種植地Cr超標(biāo)、有一種植地Cd超標(biāo)外，其他采樣點(diǎn)的重金屬單因子污染指數(shù)均<1，未超標(biāo)。由單項(xiàng)污染指數(shù)的均值來看，瀘州市蔬菜種植地污染物由高到低依次為：Cr>Cd>As>Cu>Hg>Pb。從綜合污染指數(shù)來看，特興鎮(zhèn)魏園村有2個(gè)采樣點(diǎn)、況場(chǎng)鎮(zhèn)豐咀村有一個(gè)采樣點(diǎn)的綜合污染指數(shù)大于1，污染等級(jí)為輕污染，污染水平為基質(zhì)、作物開始受污染，特興鎮(zhèn)魏園村和特興鎮(zhèn)走馬村各有1個(gè)采樣點(diǎn)、況場(chǎng)鎮(zhèn)豐咀村有3個(gè)采樣點(diǎn)的綜合污染指數(shù)大于0.7，污染等級(jí)為警戒級(jí)，污染水平為尚清潔，其余各采樣點(diǎn)的綜合污染指數(shù)均<0.7，污染等級(jí)為安全，污染水平為清潔。

表6 土壤污染指數(shù)及分級(jí)結(jié)果Tab.6 Soil pollution indexes and classification result

續(xù)表6

地點(diǎn)分采樣點(diǎn)作物類型PCdPHgPAsPPbPCrPCuP內(nèi)分級(jí)果菜類0.400.140.480.080.670.280.63安全果菜類0.630.200.490.060.680.260.65安全果菜類0.870.140.280.020.910.300.79警戒級(jí)果菜類0.530.350.180.010.640.300.61安全

3.3.2 地積累指數(shù)法

地積累指數(shù)常用于評(píng)價(jià)沉積物中重金屬的污染情況，同時(shí)也用于評(píng)價(jià)土壤中重金屬污染程度。本文利用四川省土壤背景值，根據(jù)公式計(jì)算不同采樣點(diǎn)的地積累指數(shù)(Igeo)，如表 7 所示。由表7可以看出，該研究區(qū)域重金屬污染屬無污染到中等污染及以下污染。其中，Cd的污染指數(shù)最大，為0.58，屬無污染到中等污染，其余金屬元素均無污染，說明該蔬菜種植地除Cd有輕微的污染，存在一定風(fēng)險(xiǎn)，其余元素均對(duì)該區(qū)域蔬菜食用人群無風(fēng)險(xiǎn)。

表7 瀘州市蔬菜種植地土壤中地積累指數(shù)和劃分等級(jí)Tab.7 Geo accumulation index and classification of heavy metals pollution of the soil of vegetable field in Luzhou

3.3.3 潛在生態(tài)危害指數(shù)法

表8 瀘州市蔬菜種植地土壤中潛在生態(tài)危害指數(shù))和危害指數(shù)(RI)Tab.8 Potential ecological risk coefficients ) and risk indices (RI)of heavy metals in soil of vegetable field in Luzhou

續(xù)表8

地點(diǎn)作物類型EirCdHgAsPbCrCuRI危害程度平均RI葉菜類87.3460.336.440.292.423.75160.56中等危害特興鎮(zhèn)走馬村果菜類41.7735.415.770.131.353.1587.58輕微危害110.99果菜類45.5722.3011.540.682.042.2884.41輕微危害果菜類72.1533.4411.730.522.082.09122.01輕微危害果菜類98.7323.616.730.162.752.43134.41輕微危害果菜類60.7657.054.330.081.932.38126.53輕微危害

4 結(jié) 論

(1)瀘州市蔬菜種植地土壤中 Hg、As、Pb、Cu 的平均含量水平未超過四川土壤背景值，Cd、Cr的平均含量水平超過四川土壤背景值。利用農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(NY/T391-2000)中土壤污染元素的濃度限值進(jìn)行評(píng)價(jià)，瀘州市蔬菜種植地土壤重金屬均未超標(biāo)。

(2)綜合污染指數(shù)、地積累指數(shù)及潛在生態(tài)危害綜合指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，瀘州市蔬菜種植地土壤中重金屬污染處于輕微污染或無污染以及輕微的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平，Cd 的潛在生態(tài)危害系數(shù)最高，貢獻(xiàn)最大。

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Pollution Characteristics and Ecological Risk Assessment of Heavy Metals in Soils of Vegetable Field in Luzhou

LIU Chun-li1，LIN Yu2,3，YANG Huai-jin2,3

(1.LuzhouEnvironmentalMonitoringStation,Luzhou,Sichuan646000,China; 2.TheCollegeofResource&Environment,ChengduUniversityofInformationTechnology,Chengdu610225,China; 3.AirEnvironmentModeling&PollutionControllingKeyLaboratoryofSichuanHigherEducationInstitutes,Chengdu610225,China)

In order to understand the heavy metal pollution situation in soil of vegetable filed in Luzhou, this paper analyzed the pH value, organic matter and heavy metals (Cd, Hg, As, Pb, Cr, Cu) content in soil. Pollution characteristics and ecological risk of heavy metals in soils were evaluated by Single factor pollution index method, integrated pollution index method, geo-accumulation index(Igeo)method and potential ecological risk index(RI)method. The results indicated that the average concentrations of Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu were under the soil background values of Sichuan. Based on the National Agriculture Industry Standard for Soil, all heavy metal concentrations were under the limit. Evaluation results of geo-accumulation index and potential ecological risk index indicated that the soils were at the slight ecological hazard level, Cd has the highest coefficient of potential ecological hazard.

Luzhou; heavy metal; soil; ecological risk

2017-03-21

劉春莉 (1979- )， 女， 四川瀘州人， 2003年畢業(yè)于成都信息工程大學(xué)環(huán)境科學(xué)專業(yè)，工學(xué)學(xué)士， 工程師， 主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)與環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作。

X833;X53

A

1001-3644(2017)03-0127-06