貴州六盤水農(nóng)用土壤重金屬含量狀況及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

劉 松， 周富強(qiáng)， 黃鳳紅， 冉 非， 蔡 玲

(貴陽海關(guān)， 貴州 貴陽 550081)

土壤是地球表面母質(zhì)、氣候、地形、時(shí)間、生物等綜合作用下形成的能夠生長綠色植物、具有生態(tài)環(huán)境調(diào)控功能、處于永恒變化中的礦物質(zhì)與有機(jī)質(zhì)的疏松混合物[1]。土壤是動(dòng)植物賴以生存的重要資源，由于人類活動(dòng)的影響，尤其是工業(yè)化的進(jìn)程，使得大量重金屬進(jìn)入土壤并積累。當(dāng)重金屬在土壤中積累到一定程度時(shí)，便會(huì)影響土壤質(zhì)量從而影響農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，通過生物富集及生物放大作用，經(jīng)食物鏈間接或直接對人類健康產(chǎn)生危害。土壤重金屬污染問題在多個(gè)地方的土壤中都有發(fā)現(xiàn)[2-5]。因此，開展農(nóng)業(yè)用地中土壤重金屬含量的狀況調(diào)查，對保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量及人們安全食用農(nóng)產(chǎn)品具有重要意義。

六盤水位于貴州省，在云貴高原東側(cè)一、二級臺地斜坡上，東經(jīng)104°18′～105°42′，北緯25°19′～26°55′。氣候類型屬于亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，在低緯度高海拔等因素的作用下，氣候溫暖濕潤，使得年均氣溫為14℃左右，7月最高溫在22℃左右[6]，故而六盤水有“涼都”之稱。胡江良等[7]測定六盤水主要工業(yè)園區(qū)表層土壤中鉛、銅、鎳、鉻、鈷、鋅、錳、釩和鈦9種重金屬的含量發(fā)現(xiàn)，鉛、銅、鋅污染較為嚴(yán)重。張建等[8]測定六盤水馬鈴薯種植區(qū)土壤中砷、鎘、鎳、鉻、鉛、銅和鋅等7種重金屬含量，鎘元素存在污染情況。筆者進(jìn)一步擴(kuò)大范圍采集六盤水農(nóng)用土壤，按照GB15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》[9]中重金屬的要求測定其中的鉛、鎘、砷、鉻、銅、鋅、鎳、汞等8種重金屬含量，并采用Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)法對農(nóng)用土壤中重金屬污染情況及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評價(jià)，為了解六盤水農(nóng)用土壤中重金屬含量情況及其土壤質(zhì)量評價(jià)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

六盤水農(nóng)用土壤：2017-2018年在六盤水鐘山區(qū)糧食種植地、菜地，水城縣菜地，六枝特區(qū)糧食種植地，盤州市糧食種植地、果樹種植地、茶葉種植地采集土壤。

試劑：硝酸、鹽酸、高氯酸等為優(yōu)級純，水為Milli-Q超純水器產(chǎn)的去離子水。

儀器：北京瑞利原子熒光AF-610D2、美國賽默飛原子吸收M6、瑞士梅特勒pH計(jì)S40、意大利邁爾斯通DMA-80測汞儀。

1.2 樣品采集

采集表層0～20 cm土壤并充分混合，然后按四分法獲得1 kg左右土壤樣品。共采集32個(gè)土壤樣品，其中，六盤水市鐘山區(qū)5個(gè)(編號TR1～TR5)，水城縣5個(gè)(編號TR6～TR10)，六枝特區(qū)4個(gè)(編號TR11～TR14)，盤州市18個(gè)(編號TR15～TR32)。

1.3 樣品處理及重金屬的測定

將土壤樣品置于50℃烘箱中烘干，碾碎，剔除植物殘?bào)w、石塊及其他雜質(zhì)。用瑪瑙研缽研磨，過100目篩，貯存?zhèn)溆谩Ｍ寥乐秀U、鎘按標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17141—1997檢測[10]，砷按標(biāo)準(zhǔn)GB/T 22105.2—2008檢測[11]，鉻按標(biāo)準(zhǔn)HJ 491—2009檢測[12]，銅、鋅按標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17138—1997檢測[13]，鎳按標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17139—1997檢測[14]，汞按標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17136—1997檢測[15]，pH按標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1121.2—2006檢測[16]。

1.4 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

瑞典科學(xué)家Lars Hakanson 在1980年應(yīng)用沉積學(xué)原理，提出了沉積物和土壤潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)評價(jià)分析方法[17]。該方法將土壤重金屬含量與重金屬的生態(tài)效應(yīng)及毒理學(xué)聯(lián)系在一起，是一種應(yīng)用較為廣泛的重金屬污染評價(jià)方法之一，其公式為:

(1)

(2)

(3)

表1 Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樣點(diǎn)表層土壤的重金屬含量

從表2可知，六盤水不同樣點(diǎn)土壤的重金屬含量變化。鉛含量為12.7～172.6 mg/kg，平均含量34.0 mg/kg；鎘含量0.04～0.86 mg/kg，平均含量0.26 mg/kg；砷含量2.5～44.3 mg/kg，平均含量13.3 mg/kg；鉻含量52.8～262.1 mg/kg，平均含量126.9 mg/kg；銅含量18.4～229.8 mg/kg，平均含量73.7 mg/kg；鋅含量30.4～170.6 mg/kg，平均含量116.0 mg/kg；鎳含量12.7～88.9 mg/kg，平均含量54.6 mg/kg；汞含量0.04～0.40 mg/kg，平均含量0.12 mg/kg。從變異系數(shù)來看，汞最大(0.92)，其次是砷(0.84)，鋅最小(0.28)。銅、鎳、鉻、鋅、汞5種重金屬的平均含量超過貴州省土壤背景值，分別是其背景值的2.30倍、1.40倍、1.32倍、1.17倍和1.09倍。鉛、鎘、砷、鉻、銅、鋅、鎳、汞超過貴州省土壤背景值，超標(biāo)率分別為25.0%、3.1%、18.8%、65.6%、81.3%、75.0%、71.9%、25.0%，銅、鋅、鎳超標(biāo)率較高。

2.2 不同樣點(diǎn)表層土壤重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

2.2.1 單因子生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值 從表3可知，汞潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最高，為43.86，達(dá)中度風(fēng)險(xiǎn)程度，其余7個(gè)重金屬均處于低風(fēng)險(xiǎn)程度。從每個(gè)樣點(diǎn)來看，鐘山區(qū)、水城縣和六枝特區(qū)汞潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值均小于等于40，處于低風(fēng)險(xiǎn)程度；而盤州市有6個(gè)樣點(diǎn)汞潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值超過80，處于重風(fēng)險(xiǎn)程度。此外，鎘(11.95)和銅(11.52)處于低風(fēng)險(xiǎn)程度，但潛在風(fēng)險(xiǎn)值比鎳、砷、鉛、鉻、鋅5種重金屬高。8種重金屬的生態(tài)危害依次為汞>鎘>銅>鎳>砷>鉛>鉻>鋅。

表2 六盤水不同樣點(diǎn)表層土壤重金屬的含量

表3 六盤水不同樣點(diǎn)表層土壤重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值

2.2.2 總生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度 從表4可知，32個(gè)土壤樣品的綜合潛在總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)為31.96～193.79，各區(qū)平均RI值為六枝特區(qū)(41.12)<水城縣(68.09)<鐘山區(qū)(88.08)<盤州市(106.74)，4個(gè)區(qū)域的潛在總生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度均處于低風(fēng)險(xiǎn)程度。從單個(gè)點(diǎn)來看，除盤州市有6個(gè)點(diǎn)土壤的RI值超過150，處于中度風(fēng)險(xiǎn)程度，其余各點(diǎn)均處于低風(fēng)險(xiǎn)程度。

表4 六盤水不同樣點(diǎn)表層土壤重金屬的潛在總生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

六盤水農(nóng)用地表層土壤中重金屬平均含量鉻(126.9 mg/kg)>鋅(116.0 mg/kg)>銅(73.7 mg/kg)>鎳(54.6 mg/kg)>鉛(34.0 mg/kg)>砷(13.3 mg/kg)>鎘(0.26 mg/kg)>汞(0.12 mg/kg)。其中，銅、鎳、鉻、鋅和汞5種重金屬的平均含量超過其貴州省土壤背景值，分別是其背景值的2.30倍、1.40倍、1.32倍、1.17倍、1.09倍。六盤水農(nóng)用土壤的8種重金屬平均單因子生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值(Eri)依次為汞(43.86)>鎘(11.95)>銅(11.52)>鎳(6.98)>砷(6.64)>鉛(4.82)>鉻(2.65)>鋅(1.17)。汞處于中度風(fēng)險(xiǎn)程度，其余7個(gè)重金屬均處于低風(fēng)險(xiǎn)程度。六盤水農(nóng)用土壤重金屬綜合潛在總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI值的平均值小于150，處于低風(fēng)險(xiǎn)程度。各區(qū)平均RI值為六枝特區(qū)(41.12)<水城縣(68.09)<鐘山區(qū)(88.08)<盤州市(106.74)。

3.2 討論

從單個(gè)元素含量看，銅元素污染較為嚴(yán)重，其平均含量是背景值的2.30倍。胡江良等[7]分析六盤水工業(yè)區(qū)表層土壤的污染重金屬，鉛屬于中度-重污染程度，鋅、銅屬于中度污染。推測六盤水農(nóng)用土壤中銅的污染一部分來源是工業(yè)區(qū)。通過單因子生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值分析可知，六盤水農(nóng)用土壤潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的因子為Hg、Cd、Cu。這與張建等[8]分析六盤水馬鈴薯種植區(qū)土壤重金屬，Cd、Cu為潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的因子的結(jié)論大致相同。張澤東等[20]分析黔西南州、貴陽市和安順市的10個(gè)無籽刺梨種植基地中土壤重金屬污染狀況，其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子為Cd、Cu和Hg。熊仕娟等[21]分析貴州省百宜鎮(zhèn)辣椒產(chǎn)地土壤重金屬污染狀況，Cd輕度污染。顧云兵等[22]分析仁懷市農(nóng)業(yè)基地土壤重金屬污染狀況，Cd和Hg是該區(qū)域農(nóng)業(yè)基地土壤潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子。賈亞琪[23]分析貴陽市白云區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染狀況，Ni、Cu、Cd元素超標(biāo)較嚴(yán)重。耿丹[24]分析織金縣煤礦區(qū)種植地土壤重金屬污染狀況，該地區(qū)土壤受Hg、Cd、Ni、Cu的污染。在已有的研究報(bào)道中，貴州省農(nóng)用土壤重金屬污染主要是Hg、Cd、Cu和Ni。

六盤水各區(qū)農(nóng)用土壤重金屬綜合潛在總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI值的平均值均小于150，處于低風(fēng)險(xiǎn)程度。各區(qū)農(nóng)用土壤的平均RI值為盤州市(106.74)>鐘山區(qū)(88.08)>水城縣(68.09)>六枝特區(qū)(41.12)。這與張建等[8]得到六盤水馬鈴薯種植區(qū)各區(qū)綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)排序(盤縣>水城縣>六枝特區(qū))相同。其中盤州市有6個(gè)土壤取樣點(diǎn)RI值超過150，處于中度風(fēng)險(xiǎn)程度，需要注意防控重金屬污染，才能保證農(nóng)產(chǎn)品從源頭上不被重金屬污染。六盤水農(nóng)用土壤中重金屬污染潛在總生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)處于低風(fēng)險(xiǎn)程度，但需要注意Hg、Cd、Cu帶來的污染風(fēng)險(xiǎn)。