菜地土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)*

嚴(yán)登峰

菜地土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)*

嚴(yán)登峰

福建省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站

對(duì)福建18個(gè)縣（市、區(qū)）菜地土壤重金屬含量進(jìn)行了分析，采用單因子污染指數(shù)、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)對(duì)菜地土壤重金屬污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，調(diào)查的菜地土壤處于清潔至輕度污染，其中受輕度污染的采樣地占22.2%，其余均為清潔（尚清潔）。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，菜田土壤處于低風(fēng)險(xiǎn)至較重風(fēng)險(xiǎn)，其中低風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)和較重風(fēng)險(xiǎn)的采樣地分別占11.1%、66.7%和22.2%，Cd和Hg的累積是引起采樣地菜田土壤環(huán)境質(zhì)量下降的主要因素。

菜地 重金屬 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

蔬菜是人類飲食結(jié)構(gòu)的重要組成部分，是人體必需的各種礦物質(zhì)元素和維生素的主要來(lái)源之一。蔬菜的質(zhì)量安全與土壤狀況有著密切聯(lián)系，重金屬在土壤中的累積不僅影響蔬菜生長(zhǎng)和品質(zhì)，還通過(guò)食物鏈危及人類健康[1-3]。本文利用對(duì)福建18個(gè)縣（市、區(qū)）郊區(qū)菜地的采樣監(jiān)測(cè)，分析了土壤中Pb、Hg、Cd、Ni、Cr、Cu、Zn和As等8種重金屬的含量，旨在了解福建省菜地土壤的質(zhì)量狀況，為重金屬污染的有效治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

土壤采自福建省18個(gè)縣（市、區(qū)）的郊區(qū)菜地，共112個(gè)樣品。采集土樣時(shí)，采用對(duì)角線多點(diǎn)采樣混合法，采集深度為0~20cm耕作層。采集的土樣裝入布袋運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)自然風(fēng)干、磨碎、過(guò)100目篩后裝入磨口瓶待測(cè)。

1.2 樣品分析測(cè)定方法

土壤pH采用電位法測(cè)定；Pb、Cd、Ni、Cr、Cu、Zn采用鹽酸—硝酸—?dú)浞帷呗人嵯猓鹧嬖游辗止夤舛确y(cè)定；Hg和As采用鹽酸—硝酸消解，原子熒光法測(cè)定。

1.3 評(píng)價(jià)方法

根據(jù)測(cè)定的土壤pH值，結(jié)合國(guó)家《蔬菜產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》（NY848-2004）中的土壤環(huán)境質(zhì)量要求和福建省土壤重金屬含量背景值(Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn和Ni的背景值分別為0.054、0.081、5.87、21.6、34.9、41.3、82.7和13.5mg·kg-1)[4]，采用單因子污染指數(shù)、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)和Hacanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分別對(duì)菜地土壤重金屬污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.3.1單因子污染指數(shù)

單因子污染指數(shù)計(jì)算公式如下：

式中，P為重金屬元素的污染指數(shù)，C為實(shí)測(cè)重金屬含量值，S為土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（NY/T 848-2004）。其中P≤1表示未受污染，2≥P＞1時(shí)，表明土壤受到輕度污染，2 <P< 3時(shí)，表明土壤受到中度污染，P≥3時(shí)，表明土壤受到重度污染[3,5,6]。

1.3.2內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)法兼顧單因素污染指數(shù)的均值和最大值的重金屬綜合污染評(píng)價(jià)方法，為目前比較普遍采用的評(píng)價(jià)方法之一[6，7]。其公式為：

式中，綜為采樣點(diǎn)的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，P為采樣點(diǎn)重金屬污染物單項(xiàng)污染指數(shù)的最大值，為采樣點(diǎn)單因子指數(shù)的均值。其中P綜≤0.7時(shí)，表示清潔（安全）；0.73時(shí)，表示土壤受到重度污染。

1.3.3 Hacanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法[1]

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)體現(xiàn)了生物有效性和相對(duì)貢獻(xiàn)比例及地理空間差異等特點(diǎn)，能綜合反映沉積物中重金屬的影響潛力[8]。其公式為：

式中，為土壤中多種重金屬的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，為重金屬元素的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，為重金屬元素的毒性系數(shù)，各種重金屬的毒性系數(shù)分別為：Zn = 1，Cr = 2，Cu = Ni = Pb = 5，As = 10，Cd = 30，Hg = 40[9]，為重金屬元素的富集系數(shù)，C為樣品重金屬元素的實(shí)測(cè)值，為參比值（即本地的土壤背景值）。Hacanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 重金屬元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 蔬菜地土壤重金屬含量情況

經(jīng)調(diào)查分析，從福建18個(gè)縣（市、區(qū)）采集的112個(gè)土壤樣品中，重金屬含量除Pb和As均達(dá)到《蔬菜產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》（NY848-2004）中的土壤環(huán)境質(zhì)量要求外，其余6種重金屬均有不同程度的超標(biāo)，其超標(biāo)率分別為：汞21.4%、鎘17.9%、銅11.6%、鎳8.9%、鉻3.6%、鋅1.8%。各采樣地pH和重金屬含量均值見(jiàn)表2，調(diào)查的菜園土壤整體呈酸性。調(diào)查的菜地土壤中，荔城區(qū)、龍海市、新羅區(qū)調(diào)查的汞均值超出國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，龍文區(qū)、連城縣和蕉城區(qū)的鎘均值超出國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，大田縣和建甌市的鎳均值超出國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，建甌市的銅均值超出國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其中連城縣的汞和鎘、建甌的銅和鎳均超標(biāo)，應(yīng)引起相關(guān)部門的重視。與福建省的背景值相比，所有采樣地調(diào)查點(diǎn)的汞與鎘均值都高于背景值，鉛均值只有薌城區(qū)低于背景值，而銅、鋅、砷、鎳和鉻分別有7、7、9、8和11個(gè)采樣地均值低于背景值，表明8種重金屬在不同采樣地土壤中累積程度有差異，而Hg、Cd和Pb在調(diào)查的菜園土壤中累積明顯。

表2 采樣地土壤重金屬含量情況 單位：mg·kg-1

2.2 菜園土壤污染評(píng)價(jià)

2.2.1單因子指數(shù)評(píng)價(jià)

在調(diào)查的土壤樣品中，8種重金屬單因子指數(shù)由高到低的順序?yàn)椋烘k(0.72)＞銅(0.68)＞汞(0.64)＞鋅(0.48)＞鎳(0.43)＞鉻0.33＞鉛0.22＞砷0.15。各采樣地的單因子指數(shù)見(jiàn)表5，As、Pb、Cr、和Zn的值均小于1，表明菜地未受這幾種重金屬污染。有3個(gè)采樣地Cd、有4個(gè)采樣地Hg、有2個(gè)采樣地Ni、有1個(gè)采樣地Cu的值大于1，其中Hg、Cd、Ni和Cu的最高值分別為1.56、1.48、1.39和1.22，表明這些采樣地均受到重金屬的輕度污染，其中連城的菜地土壤同時(shí)受到Cd和Hg的輕度污染，建甌的菜地土壤同時(shí)受到Cu和Ni的輕度污染。

2.2.2內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)

各采樣點(diǎn)的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)處于0.21~1.17之間（見(jiàn)表3），表明調(diào)查的福建菜田土壤處于安全至輕度污染階段，其中50%的采樣地是安全（清潔）的，27.8%的采樣地處于警戒限，22.2%的采樣地處于輕污染，無(wú)中、重污染土壤。

表3 采樣地土壤重金屬污染指數(shù)

2.2.3 Hacanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)

福建各采樣地的Hacanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)見(jiàn)表4，Cd的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)在58.5~246.9之間，處于中風(fēng)險(xiǎn)至重風(fēng)險(xiǎn)，其中22.2%的采樣地處于中風(fēng)險(xiǎn)，66.7%的采樣地處于較重風(fēng)險(xiǎn)，11.1%的采樣地處于重風(fēng)險(xiǎn)；Hg的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)在29.8~231.3之間，處于低風(fēng)險(xiǎn)至重風(fēng)險(xiǎn)，其中16.7%的采樣地處于低風(fēng)險(xiǎn)，38.9%的采樣地處于中風(fēng)險(xiǎn)，38.9%的采樣地處于較重風(fēng)險(xiǎn)，5.5%的采樣地處于重風(fēng)險(xiǎn)；各采樣地的As、Pb、Cr、Zn和Ni風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)均小于40，為低風(fēng)險(xiǎn)。各采樣地菜園土壤的多種重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在136~423之間，表明這些采樣地土壤重金屬潛在風(fēng)險(xiǎn)處于低風(fēng)險(xiǎn)至重風(fēng)險(xiǎn)之間，其中11.1%的采樣地處于低風(fēng)險(xiǎn)，66.7%的采樣地處于中風(fēng)險(xiǎn)，22.2%的采樣地處于較重風(fēng)險(xiǎn)，無(wú)重風(fēng)險(xiǎn)和極重風(fēng)險(xiǎn)土壤。

表4 采樣地土壤潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

3 結(jié)果與討論

監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，調(diào)查地重金屬含量除Pb和As均達(dá)到《蔬菜產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》（NY848-2004）中的土壤環(huán)境質(zhì)量要求外，其余6種重金屬均有不同程度的超標(biāo)。單向污染指數(shù)與內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，調(diào)查分析的菜地土壤處于清潔（尚清潔）至輕度污染。從潛在生態(tài)危害指數(shù)來(lái)看，各菜地土壤中Cd的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)處于中風(fēng)險(xiǎn)至重風(fēng)險(xiǎn)，Hg的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)處于低風(fēng)險(xiǎn)至重風(fēng)險(xiǎn)，其余6種重金屬均為低風(fēng)險(xiǎn)，多種重金屬總的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)處于低風(fēng)險(xiǎn)至較重風(fēng)險(xiǎn)，Cd和Hg的累積是導(dǎo)致采樣地土壤潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)升高的重要因素。

土壤中重金屬元素含量是其有效性和潛在毒性的物質(zhì)基礎(chǔ)，袁波等認(rèn)為用土壤中重金屬的有效態(tài)含量表征其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)更準(zhǔn)確[10]。許煉烽等認(rèn)為，土壤中重金屬元素對(duì)蔬菜生長(zhǎng)和殘留的影響，受蔬菜品種、重金屬元素的種類和形態(tài)，以及土壤粘粒含量、土壤有機(jī)質(zhì)含量和pH等物理化學(xué)性質(zhì)和栽培措施等因素的影響[11]。為了菜地土壤安全，確保蔬菜安全優(yōu)質(zhì)，關(guān)鍵在于控制污染源輸入，嚴(yán)格控制工業(yè)“三廢”排放，控制污水灌溉、污泥施用以及含重金屬農(nóng)藥、化肥的施用。增施有機(jī)肥，有機(jī)質(zhì)在土壤中具有一定的還原能力，可促進(jìn)土壤溶液中汞和鎘形成硫化物而沉淀，減少水溶態(tài)，降低毒性，提高環(huán)境容量，使用有機(jī)肥時(shí)注意腐殖質(zhì)的性質(zhì)和種類以及注意陪伴離子造成的影響[12]。合理安排蔬菜生產(chǎn)基地位置，根據(jù)不同蔬菜對(duì)重金屬富集的差異，合理進(jìn)行生產(chǎn)布局[11]。建議采用生物修復(fù)技術(shù)，即利用生物作用削減、凈化土壤中重金屬或降低重金屬毒性。生物修復(fù)技術(shù)對(duì)土壤肥力結(jié)構(gòu)沒(méi)有破壞，且能有效改善土壤理化性質(zhì),永久性修復(fù)土壤基質(zhì)[13]。

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福建省環(huán)?？萍柬?xiàng)目 “汀江流域不同介質(zhì)和不同形態(tài)重金屬富集特征及其預(yù)警閾值研究” （編號(hào)：2015 R025）。