獼猴桃產(chǎn)區(qū)土壤重金屬分布特征及生態(tài)環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)
——以西安市周至縣為例

栗婷，任曉姣，齊髙旺，汪慶華，閆金婷，李巍，楊雍

(西安市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)中心，陜西 西安 710077)

0 引 言

隨著生活水平的提高，人們對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的關(guān)注日益增加，對(duì)特色優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的個(gè)性化要求越來越高?！笆奈濉睍r(shí)期是全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興、加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的關(guān)鍵五年，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全“強(qiáng)監(jiān)管保安全，提品質(zhì)增效益”，扎實(shí)推動(dòng)品種培優(yōu)、品質(zhì)提升、品牌打造和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，著力增加優(yōu)質(zhì)綠色和特色農(nóng)產(chǎn)品供給，促進(jìn)農(nóng)業(yè)高質(zhì)高效，鄉(xiāng)村宜居宜業(yè)，農(nóng)民富裕富足，是實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)振興的必由之路。

獼猴桃以其柔軟的質(zhì)地、獨(dú)特的口感、豐富的營(yíng)養(yǎng)和藥用保健價(jià)值深受廣大消費(fèi)者的喜愛。西安市周至縣南靠秦嶺，北臨渭水，自然條件非常優(yōu)越，地理位置優(yōu)越。境內(nèi)有多條環(huán)山公路，310國道橫貫東西，穿境而過，108國道縱貫?zāi)媳保耐ò诉_(dá)，交通便捷，有“中國獼猴桃之鄉(xiāng)”之稱。獼猴桃也被批準(zhǔn)為中國國家地理標(biāo)志產(chǎn)品，獼猴桃種植已經(jīng)成為西安周至強(qiáng)縣富民的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，當(dāng)?shù)厝嗣窈偷胤截?cái)政的主要經(jīng)濟(jì)來源[1]，是西安市一個(gè)具有國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)業(yè)。但由于獼猴桃大多數(shù)在品質(zhì)上未能滿足出口標(biāo)準(zhǔn)，出口量非常小，在國際上市場(chǎng)占有率非常低。要獲得高品質(zhì)的獼猴桃，首先要保障產(chǎn)地土壤重金屬環(huán)境無污染。隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，大量未經(jīng)處理的工業(yè)污水，生活污水以灌溉的方式進(jìn)入耕地，不合理的農(nóng)業(yè)投入品如農(nóng)藥、化肥、農(nóng)家肥及農(nóng)膜等廣泛使用導(dǎo)致重金屬污染并逐年累計(jì)，嚴(yán)重影響土壤質(zhì)量。重金屬污染不僅會(huì)破壞土壤生態(tài)系統(tǒng)的平衡，還可在作物根部富集影響作物生長(zhǎng)，降低其產(chǎn)量和品質(zhì)，進(jìn)而通過食物鏈危及人和其他動(dòng)物的安全。有些地區(qū)使用污水灌溉，導(dǎo)致重金屬超標(biāo)已經(jīng)使得長(zhǎng)出的農(nóng)產(chǎn)品易爛，味道變差，甚至出現(xiàn)異味[2]。食用重金屬超標(biāo)的獼猴桃一定程度上可引起人體健康風(fēng)險(xiǎn)，重金屬污染嚴(yán)重制約獼猴桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，給獼猴桃產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和質(zhì)量安全及對(duì)外貿(mào)易埋下了重要隱患。因此，亟需加強(qiáng)獼猴桃產(chǎn)地土壤重金屬污染狀況的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[3]。

目前對(duì)獼猴桃的研究主要集中在栽培措施、品種和用藥安全等方面，對(duì)于產(chǎn)區(qū)土壤的環(huán)境質(zhì)量狀況研究甚少。用于土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的方法較多，不同評(píng)價(jià)方法側(cè)重點(diǎn)不同[4]。李曉彤等[5]對(duì)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)土壤樣品中的Cr、Cu、As、Cd、Hg與Pb含量進(jìn)行了測(cè)定，采用單因子污染指數(shù)和綜合污染法對(duì)土壤做了評(píng)價(jià)。張翼飛等[6]對(duì)陜西省周至縣無公害獼猴桃生產(chǎn)基地土壤中As、Pb、Hg、Cd和Cu的累積狀況進(jìn)行了研究，并對(duì)土壤各元素污染指數(shù)的高低排列順序。李國秀等[7]對(duì)陜西省獼猴桃果實(shí)中Cr、Cd、Pb、As、Cu、Zn 6種元素的含量進(jìn)行了分析并用綜合污染指數(shù)給出評(píng)價(jià)。他們均采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法。單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法是基于監(jiān)測(cè)點(diǎn)的評(píng)價(jià)方法，監(jiān)測(cè)點(diǎn)評(píng)估結(jié)果通過一定的綜合統(tǒng)計(jì)如超標(biāo)率、超標(biāo)面積等雖可以代表某一區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量狀況，但常規(guī)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果往往會(huì)丟失大量環(huán)境監(jiān)測(cè)信息，且無法與監(jiān)測(cè)點(diǎn)空間位置對(duì)應(yīng)起來[8]?？臻g插值及地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法可以展示監(jiān)測(cè)結(jié)果的空間變異性，展示污染物的空間分布狀況。地累積指數(shù)法是基于土壤背景值的方法，有利于全面了解重金屬對(duì)于環(huán)境的污染程度。潛在生態(tài)危害指數(shù)法能綜合考慮重金屬的毒性，能夠有效地評(píng)價(jià)重金屬的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律和可能的潛在生態(tài)危害。

本研究遵循點(diǎn)面結(jié)合、多種評(píng)價(jià)方法相結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短綜合評(píng)價(jià)的原則，運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)法和地理信息系統(tǒng)(GIS)對(duì)周至縣獼猴桃種植區(qū)土壤嚴(yán)格控制的鉛、鎘、汞、砷、鉻(Pb、Cd、Hg、As、Cr)五種重金屬指標(biāo)[9]和pH含量空間分布特征、污染及其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析。采用綜合性評(píng)價(jià)-風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法、地理累計(jì)指數(shù)法、人群暴露土壤重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型等方法對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)環(huán)境、基于空間差值技術(shù)的區(qū)域產(chǎn)地環(huán)境以及土壤污染對(duì)人體健康危害風(fēng)險(xiǎn)等進(jìn)行評(píng)估，旨在探明獼猴桃產(chǎn)地土壤重金屬富集特征及其風(fēng)險(xiǎn)，為當(dāng)?shù)亟M織研判農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、特色品質(zhì)與營(yíng)養(yǎng)健康科學(xué)研究提供趨勢(shì)與方向，為重金屬污染防治及風(fēng)險(xiǎn)管控提供土壤質(zhì)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為強(qiáng)化綠色導(dǎo)向、標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)和質(zhì)量安全監(jiān)管業(yè)務(wù)提供技術(shù)支撐[10]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

按照獼猴桃產(chǎn)區(qū)種植規(guī)劃與實(shí)際生產(chǎn)分布情況，對(duì)西安市周至縣16個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)街辦設(shè)置192個(gè)土壤采樣點(diǎn)，包括翠峰鎮(zhèn)12個(gè)、青化鎮(zhèn)7個(gè)、四屯鎮(zhèn)16個(gè)、啞柏鎮(zhèn)8個(gè)、馬召鎮(zhèn)14個(gè)、樓觀鎮(zhèn)16個(gè)、尚村鎮(zhèn)10個(gè)、九峰鎮(zhèn)8個(gè)、集賢鎮(zhèn)7個(gè)、司竹鎮(zhèn)20個(gè)、竹峪鎮(zhèn)19個(gè)、廣濟(jì)鎮(zhèn)13個(gè)、駱峪鎮(zhèn)7個(gè)、終南鎮(zhèn)16個(gè)、富仁鎮(zhèn)10個(gè)、二曲街道9個(gè)(圖1)。監(jiān)測(cè)區(qū)域?qū)χ苤莲J猴桃產(chǎn)區(qū)全覆蓋，抽樣地均為生產(chǎn)基地或生產(chǎn)戶，監(jiān)測(cè)結(jié)果總體上代表了土壤重金屬的質(zhì)量安全狀況。取樣時(shí)每2～3 hm2基地設(shè)為1個(gè)抽樣批次，每個(gè)抽樣批次內(nèi)選取3個(gè)樣點(diǎn)，采用梅花五點(diǎn)法采集0～20 cm的耕作層土壤，每一個(gè)混合土樣大約1.0～1.5 kg左右。土壤樣品在自然條件下風(fēng)干，過100目尼龍篩，留取500 g樣品裝入樣品袋，貼標(biāo)簽，待測(cè)[11]。

圖1 周至縣獼猴桃種植區(qū)采樣點(diǎn)分布圖Fig.1 Distribution of sampling points in the kiwifruit production area in Zhouzhi County

1.2 試劑、儀器及分析方法

用酸度計(jì)(METTLER TOLEDO公司，型號(hào)FE28)測(cè)定土壤pH[12]；用原子吸收分光光度計(jì)(美國VARIAN公司，型號(hào)SpectrAA 240z)測(cè)定Cd、Pb[13]，用雙光束原子熒光分光光度計(jì)(北京海光儀器公司，AFS-9700)測(cè)Hg[14]和As[15]；原子吸收分光光度計(jì)(美國VARIAN公司，型號(hào)SpectrAA 55B)測(cè)Cr[16]。

Pb、Cd、Hg、As和Cr標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，均為有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，由農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所研制。在土壤樣品測(cè)定過程中加入國家標(biāo)準(zhǔn)土壤參比物質(zhì)(EGSS-3及ESS-1)進(jìn)行質(zhì)量控制，并以空白實(shí)驗(yàn)為對(duì)照。Cd、Pb、Hg、As、Cr的方法檢出限分別為0.01 mg·kg-1、0.1 mg·kg-1、0.002 mg·kg-1、0.01 mg·kg-1、4 mg·kg-1，相對(duì)偏差均分別達(dá)到相對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

綜合性評(píng)價(jià)依據(jù)GB 15618-2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》[17]和HJ 332-2006《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》[18]。累計(jì)性評(píng)價(jià)依據(jù)陜西省土壤重金屬元素背景值[2](表1，表2)。

表1 陜西省土壤重金屬元素背景值[2]Table 1 Background values of soil heavy metal elements in Shaanxi Province[2]

表2 重金屬毒性系數(shù)[8]Table 2 Toxicity coefficients of heavy metals[8]

1.4 評(píng)價(jià)方法

1.4.1 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

(1)綜合性評(píng)價(jià)-風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法[19]

土壤環(huán)境質(zhì)量的評(píng)價(jià)采用風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法，通過下式計(jì)算：

(1)

式中：Ii為土壤中重金屬i的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Ci為重金屬i的實(shí)測(cè)值，mg·kg-1；Si為重金屬i的風(fēng)險(xiǎn)篩選值，mg·kg-1。

風(fēng)險(xiǎn)閾值的計(jì)算公式如下：

(2)

式中：Qi為土壤中重金屬i的風(fēng)險(xiǎn)閾值；Ri為重金屬i的風(fēng)險(xiǎn)管制值，mg·kg-1；Si為重金屬i的風(fēng)險(xiǎn)篩選值，mg·kg-1。Ii≤1，表示污染風(fēng)險(xiǎn)低；1Qi，則表示土壤風(fēng)險(xiǎn)高。

(2)地積累指數(shù)法[20]

地積累指數(shù)法是基于土壤背景值的地質(zhì)累積指數(shù)評(píng)價(jià)，又被稱為Mull-er指數(shù)，不僅考慮自然地質(zhì)過程的背景值，也充分注意人為活動(dòng)對(duì)重金屬污染的影響。計(jì)算公式如下：

(3)

式中：Ci是土壤中重金屬i元素的含量，mg·kg-1；Bi是重金屬i元素土壤背景值，mg·kg-1；Igeo為地積累指數(shù)，對(duì)應(yīng)的污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)見文獻(xiàn)[20]。

1.4.2 土壤重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

(1)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法是由瑞典科學(xué)家Hakanson創(chuàng)建，后來廣泛應(yīng)用于沉積物與土壤中重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，該方法用來衡量重金屬污染物對(duì)生物體的潛在風(fēng)險(xiǎn)[8]。計(jì)算公式如下：

(4)

式中：RI為某一點(diǎn)土壤多種重金屬的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Eri為土壤重金屬某一種重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)[8]；Tri為第i種重金屬毒性系數(shù)；As、Cd、Cr、Hg和Pb和的Tri見表3；Ci為重金屬i在土中的實(shí)測(cè)值，mg·kg-1；Si為重金屬i濃度在環(huán)境中的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)值[18](mg·kg-1)。Eri和RI值的大小，對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)，見文獻(xiàn)[21]。

(2)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)法

健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型由美國EPA提出，可用于評(píng)價(jià)重金屬進(jìn)入人體所引起的健康風(fēng)險(xiǎn)[22]。土壤中的重金屬可通過手-口攝入、呼吸吸入和皮膚接觸三種暴露徑進(jìn)入人體，這3種暴露量用日平均暴露量(ADD)進(jìn)行估算[21]：

手-口攝入：

(5)

呼吸吸入：

(6)

皮膚接觸：

(7)

非致癌總風(fēng)險(xiǎn)：

(8)

單途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)：

RISK=ADD×SF

(9)

以上式中符號(hào)含義以及參數(shù)取值來自文獻(xiàn)[21]。SF為致癌風(fēng)險(xiǎn)的斜率系數(shù)(kg·d·mg-1)。RfD表示非致癌參考計(jì)量(mg·kg-1·d-1)。RISK在10-4為最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平，其值≤10-6為可忽略致癌風(fēng)險(xiǎn)水平[22]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010軟件對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，采用SuperMap iDesktop地理信息系統(tǒng)(GIS)制作研究區(qū)域概況圖，使用普通克里金空間插值法和反距離權(quán)重空間插值法進(jìn)行土壤采樣點(diǎn)插值分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH及重金屬含量特征

周至獼猴桃產(chǎn)區(qū)土壤pH及重金屬含量可以看出(表3)，土壤pH變化范圍為6.90～7.28，平均值7.10，土壤呈堿性。重金屬土壤Pb、Cd、Hg、As和Cr平均含量分別為25.8 mg·kg-1、0.174 mg·kg-1、0.086 mg·kg-1、11.2 mg·kg-1和83.9 mg·kg-1，相比于農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[18]，Pb、Cd、Hg、As和Cr的超標(biāo)率為0.52%、3.63%、0.52%、0和0，分別超過陜西省重金屬背景值81.3%、88.1%、95.9%、52.8%、92.7%。說明重金屬在土壤中產(chǎn)生了一定的富集。變異系數(shù)從大到小排序：Hg>Cd>Pb>As>Cr，變異系數(shù)越大說明重金屬空間分布不均勻，存在點(diǎn)污染，受到外來干擾因素的影響越大，Hg的變異系數(shù)為73.6%大于50%，屬高變異，表明Hg受人為因素影響嚴(yán)重[23]。

表3 獼猴桃產(chǎn)區(qū)土壤pH及重金屬含量Table 3 Soil pH and heavy metal contents in kiwifruit production area

圖2是運(yùn)用GIS中的普通克里金和反距離權(quán)重法插值得到的周至獼猴桃產(chǎn)區(qū)土壤重金屬含量空間分布情況。土壤pH高值區(qū)域?yàn)檠芯繀^(qū)域的北部青化鎮(zhèn)、二曲街道、尚村鎮(zhèn)和西南部竹峪鎮(zhèn)、駱峪鎮(zhèn)等地區(qū)，pH低值區(qū)域?yàn)檠芯繀^(qū)域的南部樓觀鎮(zhèn)。As元素高含量區(qū)域主要分布在研究區(qū)域的西北部青化鎮(zhèn)、啞柏鎮(zhèn)、竹峪鎮(zhèn)和翠峰鎮(zhèn)等地區(qū)，且大部分研究區(qū)域的As含量超過8 mg·kg-1。Cd元素高含量區(qū)域主要分布在研究區(qū)域的北部司竹鎮(zhèn)等地區(qū)，且大部分研究區(qū)域的Cd含量超過0.12 mg·kg-1。Cr元素高含量區(qū)域主要分布在研究區(qū)域的東北部司竹鎮(zhèn)、終南鎮(zhèn)和西南部駱峪鎮(zhèn)、樓觀鎮(zhèn)等地區(qū)，幾乎全部研究區(qū)域的Cr含量超過50 mg·kg-1。Pb元素高含量區(qū)域主要分布在研究區(qū)域的東南部樓觀鎮(zhèn)、九峰鎮(zhèn)和集賢鎮(zhèn)等地區(qū)。Hg元素高含量區(qū)域主要分布在研究區(qū)域的東北部終南鎮(zhèn)和尚村鎮(zhèn)等地區(qū)。

圖2 獼猴桃產(chǎn)區(qū)土壤重金屬含量空間分布特征(mg·kg-1)Fig.2 The spatial distribution characteristics of soil heavy metal contents in the kiwifruit production area

2.2 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

利用公式(1)(2)計(jì)算并統(tǒng)計(jì)不同重金屬風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)污染占比(表4)，結(jié)果表明，周至獼猴桃產(chǎn)區(qū)土壤重金屬Pb、Cd、Hg、As和Cr污染風(fēng)險(xiǎn)低，0.52%的地區(qū)可能存在Pb污染風(fēng)險(xiǎn)，3.65%的地區(qū)可能存在Cd污染風(fēng)險(xiǎn)，說明部分地區(qū)的土壤對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境、農(nóng)作物生長(zhǎng)和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可能存在風(fēng)險(xiǎn)，但均未超過風(fēng)險(xiǎn)管制值。

表4 土壤重金屬風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)占比Table 4 Percentage of soil heavy metal risk index

利用公式(3)及表1陜西省土壤重金屬元素背景值，計(jì)算并統(tǒng)計(jì)5種重金屬地積累指數(shù)，采用GIS中的反距離權(quán)重法插值得到周至獼猴桃產(chǎn)區(qū)土壤中5種重金屬地積累指數(shù)空間分布狀況(圖3)，并求得指數(shù)污染占比(表5)結(jié)果表明，Pb、Cd、Hg、As和Cr的地積累指數(shù)范圍分別為-1.56～1.93、-1.82～2.03、-1.20～3.81、-1.35～-0.12和-1.06～0.32。平均值分別為-0.37、0.19、0.70、-0.60、-0.18，其中，僅占0.52 %的Hg點(diǎn)位超過3，屬于重度污染，7.29%的Hg和0.52%的Cd屬于中度污染，其余金屬的地積累積指數(shù)大部分低于0，屬于無污染和輕微污染水平。

表5 土壤重金屬地積指數(shù)占比(%)Table 5 Proportion of soil heavy metal plot index

圖3 土壤重金屬地積累指數(shù)空間分布圖Fig.3 Spatial distribution map of soil accumulation index of heavy metals

2.3 土壤重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

利用公式(4)計(jì)算并統(tǒng)計(jì)不同重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)及占比(表6)，運(yùn)用GIS中的反距離權(quán)重法插值得到周至獼猴桃產(chǎn)區(qū)土壤5種重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間(RI)的空間分布狀況(圖4)，結(jié)果表明，僅占0.52%的Hg和2.08%的Cd的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)Ei值大于40，屬于中等風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，其余均為輕微風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。各個(gè)元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)平均值從大到小依次為：Cd (15.6)>Hg(10.88 )>As(2.53)>Pb(1.66)>Cr(0.83)。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)的變化范圍是12.32～85.46，平均值為30.49，遠(yuǎn)小于150屬于輕微潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

表6 土壤重金屬各元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)占比(%)Table 6 Proportion of potential ecological risk coefficients of soil heavy metals

圖4 土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)分布圖Fig.4 Distribution map of potential ecological risk index(RI)of soil heavy metals

通過采用健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型及參數(shù)，得出對(duì)人體健康危害較大的Pb、Cd、Hg、As和Cr 5種重金屬在手-口攝入、呼吸吸入和皮膚接觸三種暴露途徑下的健康風(fēng)險(xiǎn)值(表7)，結(jié)果表明，5種重金屬的非致癌總風(fēng)險(xiǎn)均小于1，表明這5種重金屬不會(huì)造成明顯的非致癌風(fēng)險(xiǎn)，呼吸吸入致癌風(fēng)險(xiǎn)最小。As、Pb元素均為手-口攝入>皮膚接觸，Cd、Cr 兩種元素非致癌風(fēng)險(xiǎn)大小為皮膚接觸>手-口攝入，Hg的這兩種途徑風(fēng)險(xiǎn)相當(dāng)。非致癌總風(fēng)險(xiǎn)為Cr和Pb最大，As>Cd>Hg，致癌風(fēng)險(xiǎn)人體可接受癌癥風(fēng)險(xiǎn)最大值為10-4，遠(yuǎn)小于該閾值，不會(huì)對(duì)人體健康造成威脅[24]。

表7 重金屬非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與致癌風(fēng)險(xiǎn)值Table 7 Non-carcinogenic risk index and carcinogenic risk values of heavy metals

3 討 論

本研究表明，西安周至縣獼猴桃產(chǎn)區(qū)的土壤pH整體呈弱堿性。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，研究區(qū)域內(nèi)的土壤重金屬元素Pb、Cd、Hg、As和Cr含量總體狀況良好，大部分符合HJ 332-2006《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》[18]。但相比于該標(biāo)準(zhǔn)，重金屬元素Pb、Cd和Hg的超標(biāo)率分別為0.52%、3.63%、0.52%，表明重金屬元素Pb、Cd和Hg含量略微偏高，可能與曾施用含Pb、Cd和Hg的農(nóng)藥或化肥有關(guān)。重金屬元素Pb、Cd、Hg、As和Cr的含量平均值超過了陜西省重金屬背景值的50%，表明重金屬元素Pb、Cd、Hg、As和Cr在土壤中產(chǎn)生了一定的富集。由于周至縣境內(nèi)有一條黑河，為了保證水源安全，不允許建污染較重的工廠也無污水灌溉。土壤重金屬含量空間分布特征(圖2)顯示，As、Cr含量高值區(qū)主要分布在靠近山體環(huán)山公路國道地帶，可能與車輛尾氣排放造成重金屬元素在土壤中沉積有關(guān)。重金屬元素Pb、Cd和Hg的變異系數(shù)較大，表明研究區(qū)域的局部地區(qū)的重金屬含量受人為因素影響嚴(yán)重，As、Cr和Hg主要來源于煤炭燃燒和垃圾焚燒，Pb和Cd則來自于交通運(yùn)輸污染[25-26]，應(yīng)引起重視。

土壤重金屬風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)占比表明，研究區(qū)域內(nèi)各金屬元素的含量均未超過風(fēng)險(xiǎn)管控值，Hg、As和Cr元素的污染風(fēng)險(xiǎn)低，Pb、Cd元素在大部分地區(qū)的污染風(fēng)險(xiǎn)低，僅不足5%的土壤重金屬風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)占比的少數(shù)地區(qū)可能存在土壤風(fēng)險(xiǎn)。土壤重金屬地積指數(shù)占比表明，研究區(qū)域的土壤重金屬污染水平整體呈清潔等級(jí)，與李曉彤等[5]在周至獼猴桃果園土壤重金屬污染水平的研究結(jié)果一致。Pb、As和Cr元素在大部分區(qū)域不存在污染，存在少數(shù)地區(qū)為輕微污染和輕度污染。其中，重金屬元素Pb存在輕度污染，主要分布在研究區(qū)域的西南部竹峪鎮(zhèn)和中部樓觀鎮(zhèn)等區(qū)域。土壤重金屬地積指數(shù)占比超過50%的Cd和Hg點(diǎn)位存在輕微污染，并且還存在復(fù)合污染的地區(qū)。重金屬元素Cd同時(shí)還存在輕度污染和中度污染，主要分布在研究區(qū)域的東北部終南鎮(zhèn)、司竹鎮(zhèn)和西北部青化鎮(zhèn)等地區(qū)。重金屬元素Hg同時(shí)存在輕度污染、中度污染和重度污染，主要分布在研究區(qū)域的東北部終南鎮(zhèn)、尚村鎮(zhèn)等地區(qū)。這些受污染的區(qū)域多為人口密集、人為活動(dòng)較多的村落，這表明施肥、施藥和灌溉等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)和交通運(yùn)輸?shù)热藶榛顒?dòng)是該地區(qū)表層土壤產(chǎn)生重金屬污染最主要的原因。因此，獼猴桃種植時(shí)盡量避免山體環(huán)山公路國道地帶，同時(shí)還應(yīng)避免濫用農(nóng)藥、化肥、煤炭燃燒和垃圾焚燒等人為活動(dòng)帶來的重金屬污染。

土壤重金屬各元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)占比表明，研究區(qū)域內(nèi)土壤重金屬元素中Pb、As、Cr的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為輕微風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，絕大部分區(qū)域內(nèi)Cd、Hg為輕微風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。存在個(gè)別地區(qū)的Cd、Hg元素為中等風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，由此可知，Cd和Hg的污染水平和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較為嚴(yán)重。雖然Pb存在輕微污染和輕度污染、Cr存在輕微污染，但潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)等級(jí)較低。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)分布圖顯示，Cd、Hg元素的中等風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)地區(qū)主要分布在研究區(qū)域的東北部終南鎮(zhèn)、司竹鎮(zhèn)等地區(qū)，表明研究區(qū)域東北部需加強(qiáng)對(duì)土壤重金屬Cd、Hg污染的預(yù)防。建議進(jìn)一步加強(qiáng)當(dāng)?shù)胤柿?、農(nóng)藥、灌溉水等投入品的監(jiān)管，強(qiáng)化土壤污染防治監(jiān)管與制度體系構(gòu)建，有效利用源頭控制、協(xié)同監(jiān)測(cè)、農(nóng)藝調(diào)控等措施科學(xué)認(rèn)識(shí)、統(tǒng)籌規(guī)劃，保障獼猴桃產(chǎn)區(qū)土壤具有綠色可持續(xù)的生產(chǎn)能力[27]。土壤重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，Pb、Cd、Hg、As和Cr這5種重金屬不會(huì)造成明顯的非致癌風(fēng)險(xiǎn)，其中呼吸吸入致癌風(fēng)險(xiǎn)最小，均不會(huì)對(duì)人體健康造成威脅。

4 結(jié) 論

(1)研究區(qū)域土壤重金屬元素Pb、Cd、Hg、As和Cr平均含量分別為25.8 mg·kg-1、0.174 mg·kg-1、0.086 mg·kg-1、11.2 mg·kg-1和83.9 mg·kg-1，相比于HJ 332-2006《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的超標(biāo)率為0.52%、3.63%、0.52%、0和0，均超過陜西省重金屬背景值的50%，重金屬在土壤中產(chǎn)生了一定的富集。

(2)研究區(qū)域重金屬元素污染風(fēng)險(xiǎn)低，其中0.52%的地區(qū)可能存在Pb污染風(fēng)險(xiǎn)，3.65%的地區(qū)可能存在Cd污染風(fēng)險(xiǎn)；研究區(qū)域總體處于清潔水平，僅0.52%的Hg點(diǎn)位屬于重度污染，7.29%的Hg和0.52%的Cd屬于中度污染。

(3)研究區(qū)域土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)低，研究區(qū)域東北部的Hg和Cd屬于中等風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，應(yīng)加以重視。Pb、Cd、Hg、As和Cr 5種重金屬不會(huì)造成顯著的人體健康風(fēng)險(xiǎn)。