河南省柿主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬污染及其生態(tài)風(fēng)險分析

金 鈺，葉令帥，李華威，黃 琳，李臻淵，樊雄飛，張春玲，傅建敏，刁松鋒

（1. 河南省林業(yè)科學(xué)研究院 國家林業(yè)和草原局林產(chǎn)品質(zhì)量檢驗檢測中心，河南 鄭州 450008；2. 中國林業(yè)科學(xué)研究院 經(jīng)濟(jì)林研究所 經(jīng)濟(jì)林種質(zhì)創(chuàng)新與利用國家林業(yè)和草原局重點實驗室，河南 鄭州 450003；3. 河南黃河濕地國家級自然保護(hù)區(qū)三門峽管理處，河南 三門峽 411202；4. 新密市林業(yè)局科技推廣站，河南 新密 452370）

近年來，人類對土地和礦物資源的過度開發(fā)利用以及對農(nóng)藥和化肥的不合理使用，破壞了原生態(tài)土壤[1?2]，引起了土壤質(zhì)量嚴(yán)重下降，甚至導(dǎo)致了土壤污染，其中重金屬是土壤污染的主要來源之一[3]。農(nóng)田中土壤重金屬具有潛伏性強(qiáng)、難去除、毒害性高等特點，不僅可以通過積累影響土壤和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，阻礙植物生長，還可以通過食物鏈被人體吸收，威脅人體健康[1,4]。果園土壤作為生產(chǎn)果品的載體，其中有毒有害重金屬不僅會對樹體生長和果實產(chǎn)量產(chǎn)生影響，而且會影響果品質(zhì)量安全并帶來生態(tài)風(fēng)險。

麥爾哈巴·圖爾貢等[5]研究發(fā)現(xiàn)：鎘是吐魯番盆地葡萄Vitis vinifera種植園土壤中污染水平及生態(tài)風(fēng)險級別最高的重金屬，而且受不合理施肥影響最大。王敏等[6]研究認(rèn)為：早期銅礦開采以及長期過度施肥，特別是磷肥和有機(jī)肥的過度施用是香榧Torreya grandis‘Merrillii’多種重金屬超標(biāo)的重要原因。潛在生態(tài)風(fēng)險評價表明：浙江省會稽山脈附近的香榧集中種植區(qū)土壤整體處于輕度危害狀態(tài)，其中以鎘的潛在風(fēng)險最大[6]。ZINICOVSCAIA等[7]研究摩爾多瓦蘋果Malus pumila種植園土壤中37種元素的富集情況，并通過計算富集因子、污染因子、地累積指數(shù)和污染負(fù)荷指數(shù)等評價重金屬元素對土壤污染的生態(tài)風(fēng)險，發(fā)現(xiàn)礦區(qū)土壤中的砷等處于嚴(yán)重超標(biāo)狀態(tài)，而且具有較高的潛在生態(tài)風(fēng)險等級。DONG等[8]對白水縣蘋果種植園土壤中8種重金屬元素進(jìn)行測定，并采用單因素污染指數(shù)、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)等方法評價土壤重金屬存在的潛在風(fēng)險，發(fā)現(xiàn)隨著經(jīng)營年限的增加，蘋果園土壤中鎳、銅、砷和汞的含量逐漸升高，表明人工干預(yù)促進(jìn)了土壤重金屬的積累，存在嚴(yán)重的生態(tài)風(fēng)險性。YAN等[9]以重慶市黔江地區(qū)5個獼猴桃Actinidia chinensis品種為研究對象，測定了土壤和果實中8中重金屬元素的含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：獼猴桃種植園重金屬從巖石向土壤，從土壤向果實遷移顯著，其中鋅和鉻是果實中超標(biāo)較嚴(yán)重的元素，存在中等潛在生態(tài)風(fēng)險。由此可知：果園土壤重金屬污染來源多樣，危害極大，不僅是人類目前面臨的重要環(huán)境問題之一，而且對食品安全具有極大威脅[10]。

柿Diospyros kaki適應(yīng)性強(qiáng)，分布范圍廣，為中國重要的傳統(tǒng)木本糧食樹種，也是國家目前重點支持的特色經(jīng)濟(jì)林樹種之一[11]。河南省柿栽培歷史悠久，是中國柿主產(chǎn)區(qū)之一，柿產(chǎn)量長期位居中國前3位。位于太行山區(qū)的濟(jì)源市、安陽市和三門峽市是河南省柿的主產(chǎn)區(qū)，占據(jù)該省總產(chǎn)量的72.0%，已成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)民增收的支柱之一。但果農(nóng)在生產(chǎn)中，為了追求產(chǎn)量，過度使用化肥和農(nóng)藥，引起土壤質(zhì)量明顯退化。另外，濟(jì)源市、安陽市和三門峽市均為重要的礦產(chǎn)區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和礦產(chǎn)開采提高了土壤重金屬污染風(fēng)險，對柿產(chǎn)品帶來潛在安全隱患和生態(tài)安全風(fēng)險[12]。為探討河南省柿主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬污染情況及生態(tài)風(fēng)險，本研究調(diào)查了河南省柿主產(chǎn)區(qū)代表性果園土壤樣品，測定其中砷、鎘、鉻、銅、鉛和汞等6種重金屬元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；采用污染負(fù)荷指數(shù)、潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)和生態(tài)風(fēng)險預(yù)警指數(shù)法，對柿園土壤重金屬來源及潛在生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行評估，以期為河南省柿主產(chǎn)區(qū)土壤環(huán)境安全評價和重金屬污染防治提供科學(xué)依據(jù)，為其他柿產(chǎn)區(qū)土壤重金屬研究提供參考。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域?qū)儆谠ノ鞅钡奶械蜕角鹆甑貐^(qū) (33°31′ ～36°21′N，110°21′ ～114°59′E)，平均海拔為705.0 m。該區(qū)氣候?qū)倥瘻貛Ъ撅L(fēng)性大陸氣候，光熱資源較豐富，年平均氣溫為14.1 ℃，年平均日照時數(shù)為2 370.0 h，年平均降水量為600 mm，年平均蒸發(fā)量為1 700 mm，無霜期為200 d，年輻射總量為518 kJ·cm?2。山體以沉積巖為主，土壤以褐土為主，pH 7.0 ～8.5。

1.2 樣品采集與檢測

2020年11 月柿果采收后，在濟(jì)源、安陽和三門峽等3個河南省柿主產(chǎn)區(qū)，選取正常經(jīng)營、果樹病蟲害較輕、果品質(zhì)量上乘的果園90個(每個產(chǎn)區(qū)30個)。在每個果園中間位置設(shè)置1個25 m×25 m的樣地，并在樣地內(nèi)按照“對角線五點采樣法”采集200 g土樣，采樣深度為0 ～20 cm。將采集的樣品裝入清潔自封袋，記錄采樣點的立地條件、土壤情況、農(nóng)戶施藥和施肥管理情況等[13]。

土樣在室內(nèi)常溫下風(fēng)干，揀出雜物，磨碎并充分混合，過100目尼龍篩后用于檢測土壤樣品中的砷、汞、鎘、鉻、銅與鉛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及土壤pH[14]。測試過程中加入國家標(biāo)準(zhǔn)土壤參比物質(zhì)(GSS-12)進(jìn)行質(zhì)量控制，各重金屬的回收率均在國家標(biāo)準(zhǔn)參比物質(zhì)的允許范圍內(nèi)[1]。各個參數(shù)以每個果園5個點的平均值代表該果園的表征值。

1.3 土壤重金屬污染及生態(tài)風(fēng)險評價方法

以河南省太行山果樹種植園土壤重金屬的背景值(重金屬砷、汞、鉛、鎘、鉻、銅的背景值分別為7.79、0.049、19.60、0.374、63.80、19.70 mg·kg?1，以下簡稱“背景值”)為評價依據(jù)[15]，采用單因子污染指數(shù)(contamination factor，CF)和污染負(fù)荷指數(shù)(pollution load index，IPL)對柿園土壤重金屬進(jìn)行污染評價[16]。以GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》中的國家農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值[重金屬砷、汞、鉛、鎘、鉻、銅污染風(fēng)險篩選值(pH＞7.5)分別為25.00、3.400、170.00、0.600、250.00、100.00 mg·kg?1，簡稱“篩選值”]為評價依據(jù)[14]，采用綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)(potential ecological risk index，IR)評價土壤重金屬污染的潛在生態(tài)風(fēng)險，并采用生態(tài)風(fēng)險預(yù)警指數(shù)(ecological risk warning index，IER)對土壤生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行預(yù)警評估[1,3,13]，其中砷、汞、鉛、鎘、鉻、銅的毒性系數(shù)分別為10.0、40.0、5.0、30.0、2.0和5.0，潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)[17]見表1。

表1 土壤重金屬污染評價指標(biāo)及其分級標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Evaluation indexes and grading standards of soil heavy metal pollution

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理和計算，采用SPSS 20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和K-S正態(tài)分布檢驗，屬于正態(tài)分布的數(shù)據(jù)用Pearson相關(guān)性分析，非正態(tài)分布的用Spearman進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 河南省柿主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)特征

由表2可知：砷和汞質(zhì)量分?jǐn)?shù)在安陽產(chǎn)區(qū)土壤中最高，分別為13.84和0.105 mg·kg?1，三門峽產(chǎn)區(qū)土壤中砷質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為2.34 mg·kg?1；鉛和鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)在濟(jì)源產(chǎn)區(qū)土壤中最高，分別為54.80和0.492 mg·kg?1；鉻和銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)在三門峽產(chǎn)區(qū)土壤中最高，分別為53.10和38.01 mg·kg?1，分別是濟(jì)源產(chǎn)區(qū)的1.36和1.30倍。這說明6種重金屬在河南省3個柿主產(chǎn)區(qū)土壤中的積累特征不同。與背景值相比，砷僅在三門峽產(chǎn)區(qū)低于背景值，汞在3個主產(chǎn)區(qū)均高于背景值，且汞在整個主產(chǎn)區(qū)高達(dá)背景值的2.00倍；鉛在三門峽和濟(jì)源產(chǎn)區(qū)是背景值的2.00 ～3.00倍；鎘僅在濟(jì)源產(chǎn)區(qū)超過背景值，而銅在3個主產(chǎn)區(qū)均高于背景值，其中在三門峽產(chǎn)區(qū)最高，為背景值的2.00倍。6種重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值在3個主產(chǎn)區(qū)均低于篩選值，但砷在安陽產(chǎn)區(qū)，鉛和鎘在濟(jì)源和三門峽產(chǎn)區(qū)以及鉻和銅在安陽和三門峽產(chǎn)區(qū)均存在某些柿園大于篩選值，處于污染狀態(tài)，其中鎘在濟(jì)源產(chǎn)區(qū)甚至高達(dá)篩選值的3.07倍。這說明不同重金屬在3個產(chǎn)區(qū)的積累程度不同。方差分析表明：砷、鉛、鎘和鉻在3個主產(chǎn)區(qū)的F值分別為59.70、6.60、8.50、5.85，說明它們的積累程度均達(dá)極顯著差異(P＜0.01)。

表2 河南柿主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)統(tǒng)計Table 2 Statistics of the heavy metals in soils from the main D. kaki producing area in Henan Province

2.2 河南省柿主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變異系數(shù)及頻率分布

土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)變異分為小(0 ～0.15)、中(0.16 ～0.35)和高(＞0.36)等3類[18?19]。由表3可知：6種重金屬在河南省杮主產(chǎn)區(qū)的變異均達(dá)到高度等級，僅砷在濟(jì)源、鉛在安陽、鉻在濟(jì)源和三門峽產(chǎn)區(qū)為中等變異。這說明6種重金屬元素在河南省柿主產(chǎn)區(qū)的空間變異程度較高，分布存在一定的隨機(jī)性。依據(jù)Grubbs準(zhǔn)則剔除90個果園土壤重金屬數(shù)據(jù)異常值[3]，然后繪制河南省柿主產(chǎn)區(qū)土壤6種重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的頻次分布圖(圖1)。砷和鉻的偏度和峰度均在[?1, 1]附近，且中位數(shù)都較接近均值(表3)，鉻總體符合的近正態(tài)分布，砷存在一定的偏正態(tài)分布。汞、鉛、鎘和銅的中位值都小于均值，且偏度分別為2.72、3.32、2.60和2.95，說明樣本的鉛、鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)左偏，為右尾分布，表明多數(shù)柿園土壤的鉛、鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，也印證了河南省柿主產(chǎn)區(qū)重金屬空間分布變異較大的特征。

圖1 河南省柿主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布頻次Figure 1 Frequency distribution of the heavy metals in soils from the main producing area of D. kaki of Henan Province

2.3 河南省柿主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬來源分析

相關(guān)性分析法可以用來解析土壤中重金屬來源[3]。對河南省柿主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Pearson相關(guān)分析(表4)表明：鉛與汞、鎘、銅，以及汞與鎘表現(xiàn)為極顯著相關(guān)(P＜0.01)。銅與砷、鎘、鉻，以及砷與鉻達(dá)顯著相關(guān)(P＜0.05)。推斷鉛和汞、鎘、銅可能來自相同的途徑，銅與砷、鎘、鉻的來源也有很大的相似性。整體而言，鉛和銅可能是這6種重金屬積累的主導(dǎo)元素，或是誘導(dǎo)其他元素在土壤中積累的主要元素，而6種元素間也呈現(xiàn)出相互伴隨的復(fù)雜積累效應(yīng)。

表4 河南省柿主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬之間相關(guān)系數(shù)矩陣Table 4 Correlations matrix of the heavy metals in soils from the main producing area of D. kaki of Henan Province

土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)經(jīng)KMO和巴特力(Bartlett)檢驗及因子分析和主成分分析表明：第1主成分可解釋總方差的37.1%，主要包括鉛、鎘和汞，其中鉛的載荷更是高達(dá)0.900；第2主成分可解釋34.4%的總方差，其中鉻和銅是主要變量，兩者載荷分別為0.730和0.608 (表5)。主成分散點圖表明(圖2)：汞、鉛和鎘以及鉻和銅分別具有高度相似的同源性。這與相關(guān)性分析的結(jié)果一致。

表5 河南省柿主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬主成分分析Table 5 Principal component analysis of the heavy metals in soils from the main producing area of D. kaki of Henan Province

圖2 河南省柿主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬主成分分析散點圖Figure 2 Spatial scatter plot of principal component analysis for the heavy metals in soils from the main producing area of D. kaki of Henan Province

2.4 河南省柿主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬污染分析

根據(jù)分級標(biāo)準(zhǔn)對河南省柿主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬進(jìn)行污染評價。結(jié)果(表6)可知：3個產(chǎn)區(qū)土壤單因子污染指數(shù)(CF)最大的重金屬分別為：安陽汞(2.13)、濟(jì)源鉛(2.80)和三門峽汞(2.02)。另外，安陽產(chǎn)區(qū)所有柿園均處于無鎘污染狀態(tài)，76.67%的柿園也處于無鉻污染狀態(tài)，而砷和汞的污染比例均高達(dá)83.33%，其中重度污染的比例達(dá)到13.33%。濟(jì)源產(chǎn)區(qū)柿園砷、鉛和汞的污染比例較高，其中鉛的重度污染比例高達(dá)30%。三門峽產(chǎn)區(qū)大部分柿園表現(xiàn)為無污染或僅輕度污染，但也分別有16.67%、13.33%和6.67%的柿園處在汞、鉛和銅的重度污染狀態(tài)。從整個主產(chǎn)區(qū)來看，汞和銅是最主要的重金屬污染元素，鎘和鉻最低。

表6 不同區(qū)域單因子污染指數(shù)值及污染等級樣點百分比Table 6 Percentages of sites at different pollution levels in the total sample sites

土壤重金屬污染負(fù)荷指數(shù)(IPL)表明(表6)：河南省柿主產(chǎn)區(qū)IPL為1.08，說明河南省柿主產(chǎn)區(qū)土壤整體處于重金屬輕度污染狀態(tài)，其中濟(jì)源產(chǎn)區(qū)IPL值最大(1.32)，安陽和三門峽表現(xiàn)為無污染。從污染等級的比例來看，安陽產(chǎn)區(qū)無污染柿園最多，達(dá)到76.67%，濟(jì)源產(chǎn)區(qū)土壤重金屬污染程度最高。

2.5 河南省柿主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬污染的生態(tài)風(fēng)險分析

以篩選值作參比標(biāo)準(zhǔn)，計算河南省柿主產(chǎn)區(qū)各柿園土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)(E)及綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)(IR)[3]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在3個產(chǎn)區(qū)，汞的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)最高，達(dá)80.31，鉻最低(僅1.45)，說明汞處于較強(qiáng)風(fēng)險的等級。3個產(chǎn)區(qū)的IR最大值為濟(jì)源產(chǎn)區(qū)的581.24，最小值為三門峽產(chǎn)區(qū)126.99。這說明：3個產(chǎn)區(qū)均為輕微生態(tài)風(fēng)險等級，其中濟(jì)源產(chǎn)區(qū)風(fēng)險最高，三門峽產(chǎn)區(qū)最低，但各產(chǎn)區(qū)均出現(xiàn)了處于中等及較強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險等級的柿園(表7)。

表7 不同區(qū)域潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)及污染等級樣點百分比Table 7 Percentages of sites at different risk levels in the total sample sites

2.6 河南省柿主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬生態(tài)風(fēng)險預(yù)警分析

土壤生態(tài)風(fēng)險預(yù)警分析是基于環(huán)境生態(tài)風(fēng)險評估中而發(fā)展來的，它更側(cè)重于對土壤系統(tǒng)、農(nóng)林植物及其產(chǎn)品可能存在的生態(tài)風(fēng)險研究，具有精準(zhǔn)、定量和定性評價的優(yōu)點[3]。以篩選值作參比標(biāo)準(zhǔn)，計算河南省柿主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬污染生態(tài)風(fēng)險預(yù)警等級(IER)，結(jié)果如表8。整個主產(chǎn)區(qū)IER平均值為2.33，為輕度預(yù)警，其中濟(jì)源產(chǎn)區(qū)IER最大(3.79)，為中度預(yù)警，三門峽和安陽產(chǎn)區(qū)均為輕度預(yù)警等級。6種重金屬中，僅汞在安陽和三門峽產(chǎn)區(qū)以及鉛在濟(jì)源產(chǎn)區(qū)表現(xiàn)為輕度預(yù)警等級，且這2種重金屬均存在處于重度預(yù)警的柿園，其中濟(jì)源產(chǎn)區(qū)處于汞和鉛重度預(yù)警的柿園高達(dá)20%。這也與各元素在整個主產(chǎn)區(qū)的CF、IPL、E以及IR等的格局基本一致。

表8 不同區(qū)域生態(tài)風(fēng)險預(yù)警指數(shù)及預(yù)警級別樣點百分比Table 8 Percentages of sites at different warning levels in the total sample sites

3 討論

3.1 河南省柿主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬來源

土壤重金屬來源主要有成土母質(zhì)和人類活動[20]，其中人類活動引起的土壤污染主要包括工業(yè)廢棄物、肥料和農(nóng)藥以及采用重金屬超標(biāo)的水灌溉農(nóng)田等[21?22]。河南省柿整個主產(chǎn)區(qū)土壤中鉛、銅、汞和砷質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為背景值的1.26 ～2.01倍，鉻和鎘均低于背景值，說明鉛、銅、汞和砷受人為因素影響更大，也有可能是土壤本身理化性質(zhì)不同[20]。在一定區(qū)域內(nèi)，相關(guān)性強(qiáng)的重金屬可能具有相同來源途徑[23?25]。從相關(guān)分析與主成分分析結(jié)果來看，鉛、鎘和汞之間分別呈現(xiàn)為極顯著性相關(guān)，鉻和銅呈現(xiàn)為顯著性相關(guān)，說明鉛、鎘、汞三者以及銅與鉻兩者可能具有相同的來源，這與河南省典型工業(yè)區(qū)周邊農(nóng)田[13]、新疆地區(qū)辣椒Capsicum annuum種植基地[3]以及吉林省果樹基地[21]等研究結(jié)果一致。

汞和鉛是燃煤排放的標(biāo)志物，空氣中的汞和鉛以大氣沉降的方式進(jìn)入土壤[13]。鉛和銅是農(nóng)藥、化肥以及農(nóng)家有機(jī)肥等的標(biāo)志性元素之一[2]，也是電池等工業(yè)生產(chǎn)的廢氣原料[13]。河南省3個柿主產(chǎn)區(qū)土壤6種重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)及其主要特征差異較大，這說明各產(chǎn)區(qū)重金屬來源存在較大差異，這種差異可能是人類活動的差異引起的[25]。砷受人類活動，特別是農(nóng)藥和水肥影響較大[7,26]。安陽是河南省重工業(yè)基地之一，冶金建材、煤炭化工以及化肥農(nóng)藥生產(chǎn)等是安陽市的主產(chǎn)業(yè)，也是導(dǎo)致安陽產(chǎn)區(qū)土壤重金屬砷和汞質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的主要原因。濟(jì)源市有鉛都之稱，鉛和銅分別是濟(jì)源和三門峽的支柱產(chǎn)業(yè)，導(dǎo)致了濟(jì)源產(chǎn)區(qū)土壤鉛等重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，而鉛、鋅、砷和鎘等也是近10 a來國內(nèi)金屬冶煉引起的土壤污染的高濃度重金屬[27]。安陽和濟(jì)源農(nóng)藥和農(nóng)家肥的施用量約為三門峽的1.8倍，灌溉水中砷和汞含量嚴(yán)重超標(biāo)，當(dāng)?shù)卣阎卫硭兄亟饘偕樽鳛橹刂兄氐拿裆椖?。安陽是全國重要的化肥生產(chǎn)基地，域內(nèi)有多個國家重點化肥、化工生產(chǎn)企業(yè)，安陽產(chǎn)區(qū)的果園施肥以復(fù)合肥為主。濟(jì)源產(chǎn)區(qū)的果園在生產(chǎn)中施用了較多的腐熟不徹底的牲畜糞便等農(nóng)家肥，而且使用了含有較多無機(jī)砷的殺菌劑和除草劑。以上這些人類活動都對土壤中砷和銅等重金屬的富集具有重要的促進(jìn)作用[7,25?26]，也與3個產(chǎn)區(qū)土壤重金屬含量特征相一致。

3.2 河南省柿主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬污染及風(fēng)險特征

雖然60%的柿園土壤處于銅、汞、鉛和砷污染狀態(tài)，但從土壤重金屬污染負(fù)荷指數(shù)來看，河南省柿主產(chǎn)區(qū)目前處于輕度污染(1.0＜IPL＜2.0)狀態(tài)，其中濟(jì)源產(chǎn)區(qū)污染較為嚴(yán)重，砷是該產(chǎn)區(qū)重金屬污染貢獻(xiàn)最大的元素之一。這與砷是河南省典型工業(yè)城市土壤重金屬污染最重要的元素的結(jié)論一致[13]?？傮w來看，6種重金屬在各個產(chǎn)區(qū)的污染程度不同，但汞是安陽和三門峽產(chǎn)區(qū)重金屬污染最主要的來源，鉛是濟(jì)源產(chǎn)區(qū)污染最嚴(yán)重的重金屬元素。不同重金屬元素在吐魯番盆地葡萄園土壤[5]以及新疆焉耆盆地辣椒地土壤[3]的污染特征也不同，這可能是各產(chǎn)區(qū)土壤背景值及人類活動特征不同有關(guān)[6]。

汞是6種重金屬中生態(tài)風(fēng)險等級最高的元素，表現(xiàn)為較強(qiáng)的風(fēng)險等級(E＞80)，70%的柿園處于汞污染的中等風(fēng)險及以上等級，鎘次之。但濟(jì)源產(chǎn)區(qū)23.33%的柿園均處于鎘較強(qiáng)污染風(fēng)險等級之上，在3個主產(chǎn)區(qū)中最高。各元素對IR和IER的貢獻(xiàn)率與各元素的污染程度并不完全一致，如鎘污染程度相對較低，但濟(jì)源產(chǎn)區(qū)重金屬污染風(fēng)險等級最高，這不僅與不同產(chǎn)區(qū)的人為干擾活動存在差異相關(guān)[28]，還可能與不同重金屬元素毒性系數(shù)相差較大有關(guān)。一般來說，元素毒性系數(shù)越高，其潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)越大[17]；各元素的背景值及國家標(biāo)準(zhǔn)值也是重要影響因素[29]。另外，有些重金屬雖然在土壤中的污染程度較高，但其容易伴隨其他顆粒物遷移進(jìn)入土壤中礦化埋藏[30]，使其對生物的毒性降低，從而降低了潛在生態(tài)風(fēng)險[5,28]。

4 結(jié)論

河南省柿主產(chǎn)區(qū)土壤砷主要受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的影響，汞、鉛和銅則受工業(yè)活動影響較大。河南省整個柿主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬污染為輕微風(fēng)險等級，生態(tài)風(fēng)險預(yù)警屬于輕度預(yù)警等級，但濟(jì)源產(chǎn)區(qū)土壤重金屬污染水平、潛在生態(tài)風(fēng)險程度與生態(tài)風(fēng)險預(yù)警等級均達(dá)到中等水平。汞是河南省柿主產(chǎn)區(qū)土壤污染程度最嚴(yán)重的重金屬，也是生態(tài)風(fēng)險等級和預(yù)警級別最高的重金屬元素。