海南省農(nóng)產(chǎn)品基地土壤重金屬污染現(xiàn)狀及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)?

摘 要：為評(píng)估海南省農(nóng)產(chǎn)品基地土壤重金屬污染現(xiàn)狀及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，監(jiān)測(cè)了海南省8個(gè)農(nóng)產(chǎn)品基地表層土壤Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn等重金屬的含量，并采用單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)其重金屬污染情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：從單因子污染指數(shù)來(lái)看，8個(gè)農(nóng)產(chǎn)品基地97.5%的點(diǎn)位重金屬含量低于風(fēng)險(xiǎn)篩選值，2.5%的點(diǎn)位重金屬含量高于風(fēng)險(xiǎn)篩選值，高于風(fēng)險(xiǎn)篩選值的點(diǎn)位位于A8基地，高于風(fēng)險(xiǎn)篩選值的重金屬為Cd；從內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)來(lái)看，97.5%的點(diǎn)位評(píng)價(jià)結(jié)果為清潔，2.5%的點(diǎn)位評(píng)價(jià)結(jié)果為預(yù)警；從潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)來(lái)看，海南省8個(gè)農(nóng)產(chǎn)品基地的土壤重金屬污染潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)以輕微和中度風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為主，點(diǎn)位比例分別為50%、45%，強(qiáng)度風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的點(diǎn)位比例為5%，無(wú)很強(qiáng)和極強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)點(diǎn)位；其中，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為強(qiáng)度的點(diǎn)位位于A1基地和A8基地，主要污染物為Cd。總體來(lái)看，海南省這8個(gè)農(nóng)產(chǎn)品基地土壤環(huán)境質(zhì)量總體優(yōu)良，個(gè)別基地局部土壤Cd存在一定生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)產(chǎn)品基地；土壤；重金屬；內(nèi)梅羅指數(shù)；潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-060X（2023）05-0064-06

Abstract：In order to know the current situation and potential ecological risk of soil heavy metal pollution in Hainan agricultural product bases， cadmium， mercury， arsenic， lead， chromium， copper， nickel and zinc levels in topsoil of eight agricultural product bases in Hainan Province have been monitored， and evaluated by single factor pollution index method， Nemerow pollution index evaluation method and potential ecological risk index method. The results have shown that seen from single factor pollution index， the heavy metal levels of 97.5% soil sampling sites at the eight agricultural product bases are lower than the risk screening value， 2.5% sites are above the risk screening value， which are located in A8 base， and the heavy metal above the risk screening value is Cd. Seen from Nemerow pollution index， 97.5% soil sampling sites are clean， and 2.5% sites are in early warning. Seen from potential ecological risk index， the potential ecological risk levels of soil heavy metal pollution of the eight bases are mainly mild （accounting for 50%） and moderate （45%）， the rest 5% are at potential high risk level， therefore no sites are at very strong or extremely strong ecological risk levels. The sites with high potential ecological risk level are located in A1 and A8 bases， and the main pollutant is cadmium. Generally， the soil environmental quality of the eight agricultural product bases in Hainan Province is good， though there is certain ecological risk of soil cadmium in individual bases.

Key words：agricultural product base; soil; heavy metal; Nemerow pollution index; potential ecological risk index

農(nóng)田或農(nóng)產(chǎn)品基地土壤重金屬污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是近年研究的熱點(diǎn)之一[1-4]，但研究區(qū)域大多集中在污染源附近的小尺度范圍[5-7]，對(duì)省級(jí)層面主要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地土壤重金屬綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作研究不多。該研究以海南省為研究區(qū)域，分析了8個(gè)農(nóng)產(chǎn)品基地的土壤鎘（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鎳（Ni）、鋅（Zn）等8種重金屬含量，以單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)法來(lái)反映農(nóng)產(chǎn)品基地土壤重金屬污染的現(xiàn)狀，采用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)農(nóng)產(chǎn)品基地土壤重金屬潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，旨在為農(nóng)產(chǎn)品基地土壤污染防治和風(fēng)險(xiǎn)管控提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況和樣品采集

海南省屬熱帶季風(fēng)氣候，日照多，氣溫高，雨量充沛，時(shí)空變化大。全省主要土壤類型為磚紅壤、水稻土、赤紅壤、燥紅土、火山灰土、風(fēng)沙土、新積土等。土壤成土母質(zhì)有花崗巖、基性火山巖、第四系、沉積巖、變質(zhì)巖、堿性侵入巖、中生代火山巖等。該省是發(fā)展熱帶特色高效農(nóng)業(yè)的重要區(qū)域。

選取8個(gè)農(nóng)產(chǎn)品基地進(jìn)行分析，基地代碼分別為A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8。其中，A1、A2的土地利用方式主要為旱地耕地，A3、A4、A5、A6、A7的土地利用方式主要為水田耕地，A8的土地利用方式為果園園地。

在種植基地范圍內(nèi)采用網(wǎng)格法進(jìn)行隨機(jī)布點(diǎn)，網(wǎng)格大小為100 m×100 m，每個(gè)種植基地布設(shè)5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位。每個(gè)點(diǎn)位采集0～20 cm表層土壤，單點(diǎn)采樣，每層采樣量不少于2 kg。

1.2 樣品處理與測(cè)試

將樣品置于風(fēng)干室搪瓷盤中，自然風(fēng)干，適時(shí)壓碎、翻動(dòng)，揀出碎石、砂礫、植物殘?bào)w。在土壤樣品制備間內(nèi)完成土壤樣品粗磨、細(xì)磨、分樣等工作。

土壤重金屬含量檢測(cè)參考GB 15618—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)（試行），選擇農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值的基本項(xiàng)目，包括Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn，共8項(xiàng)。土壤Cd含量采用石墨爐原子吸收分光光度法測(cè)定，Hg和As含量采用微波消解/原子熒光法測(cè)定，Cu、Pb、Cr、Zn和Ni采用波長(zhǎng)色散X射線熒光光譜法測(cè)定。

1.3 評(píng)價(jià)方法

1.3.1 單因子污染指數(shù)法 單因子污染指數(shù)法是對(duì)研究區(qū)土壤中單一重金屬的污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法[8]，其計(jì)算公式見公式（1）。

式中：為單個(gè)重金屬污染系數(shù)；為重金屬i的含量（mg/kg）：為重金屬i的背景值（mg/kg）； 為重金屬i的單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)；為重金屬i的毒性響應(yīng)系數(shù)（Cd為40，Hg為40，As為10，Pb為10，Cr為2，Cu為10，Ni為10，Zn為1）[11]；RI為土壤中重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。土壤重金屬背景值見表1，重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分級(jí)見表2。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用ArcGIS10.8軟件進(jìn)行土壤重金屬含量空間插值制圖，使用Excel2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同農(nóng)產(chǎn)品基地的土壤重金屬含量

不同農(nóng)產(chǎn)品基地土壤重金屬含量特征統(tǒng)計(jì)結(jié)果

如表3所示，其中，Hg、Cr、Cu、Ni均值含量最高值出現(xiàn)在A1基地，含量分別為0.078、81.7、16.9、26.6 mg/kg；As均值含量最高值出現(xiàn)在A5基地，含量為2.43 mg/kg；Pb、Zn均值含量最高值出現(xiàn)在A4基地，含量分別為43.0、88.2 mg/kg；Cd均值含量最高值出現(xiàn)在A8基地，含量為0.15 mg/kg。

根據(jù)變異程度分類，變異系數(shù)小于15%的為弱變異，變異系數(shù)在15%～36%的為中等變異，變異系數(shù)大于36%的為強(qiáng)變異[12]。不同農(nóng)產(chǎn)品基地樣點(diǎn)間土壤重金屬的變異程度不同，各基地Pb、Cu的變異程度為弱或中等變異，Cd、As、Zn變異程度為強(qiáng)變異的基地最多，分別為4個(gè)、4個(gè)、5個(gè)。A8果園基地的土壤Cd和Hg含量變異程度最高，A6水田基地重金屬含量變異程度為強(qiáng)變異的種類最多，包括Cd、As、Cr、Zn、Ni。

2.2 土壤重金屬污染程度分析

將各農(nóng)產(chǎn)品基地土壤重金屬含量最大值與GB 15618—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)（試行）中規(guī)定的風(fēng)險(xiǎn)篩選值進(jìn)行比較，僅Cd含量最大值超過(guò)了風(fēng)險(xiǎn)篩選值，其他7種重金屬含量最大值均小于風(fēng)險(xiǎn)篩選值。單因子污染指數(shù)法結(jié)果表明，按全部點(diǎn)位分析，8個(gè)農(nóng)產(chǎn)品基地共40個(gè)點(diǎn)位，僅有1個(gè)點(diǎn)位超過(guò)風(fēng)險(xiǎn)篩選值，占比2.5%；39個(gè)點(diǎn)位低于風(fēng)險(xiǎn)篩選值，占比97.5%。按單個(gè)農(nóng)產(chǎn)品基地點(diǎn)位分析，僅A8基地中有1個(gè)點(diǎn)位超過(guò)風(fēng)險(xiǎn)篩選值，占比20%；其他4個(gè)點(diǎn)位低于風(fēng)險(xiǎn)篩選值，占比80%。

由圖1可知，除A8果園基地有1個(gè)點(diǎn)位土壤評(píng)價(jià)為預(yù)警外，其他基地所有點(diǎn)位均為清潔。A8果園基地評(píng)價(jià)為預(yù)警的點(diǎn)位，污染物為Cd。

從8個(gè)農(nóng)產(chǎn)品基地表層土壤Cd和其他重金屬相關(guān)性結(jié)果（表4）可以看出，不同基地與土壤Cd含量顯著相關(guān)的重金屬種類不一致，A1基地土壤Cd與Hg、Zn呈顯著正相關(guān)，具同源性；A2基地土壤Cd與Hg，A3基地土壤Cd與Hg，A4土壤基地Cd與Hg、As、Pb、Cu、Zn，A5基地土壤Cd與As、Pb、Cr、Cu、Zn，A6基地土壤Cd與Hg、Pb、Cr、Cu、Ni，A7基地土壤Cd與As、Pb、Zn，A8基地土壤Cd與Hg、Cu、Zn均呈顯著正相關(guān)。土壤Cd與Hg呈顯著相關(guān)的基地最多，為6個(gè)基地；Zn次之，為4個(gè)基地。土壤重金屬之間相關(guān)性很強(qiáng)，可能與區(qū)域表層土壤在成土過(guò)程中自身部分重金屬元素含量較高有關(guān)，在不同的巖石、土壤、生物體內(nèi)有相似的分布、遷移、轉(zhuǎn)化規(guī)律，或是受到人為因素的影響而引入相同外源[5]。

2.3 不同基地土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

對(duì)8個(gè)農(nóng)產(chǎn)品基地土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果如圖2所示，8個(gè)基地40個(gè)點(diǎn)位處于輕微污染等級(jí)的點(diǎn)位有20個(gè)，處于中度污染等級(jí)的點(diǎn)位有18個(gè)，處于強(qiáng)度污染等級(jí)的點(diǎn)位有2個(gè)，沒有很強(qiáng)和極強(qiáng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的點(diǎn)位。從輕微、中度到強(qiáng)度這3個(gè)等級(jí)，A1基地占比分別20%、60%、20%，A2基地分別占比20%、80%、0%，A4基地分別占比20%、80%、0%，A5基地分別占比20%、80%、0%，A6基地分別占比80%、20%、0%，A7基地分別占比60%、40%、0%，A8基地分別占比80%、0%、20%，只有A3基地全部點(diǎn)位均為輕微等級(jí)。8個(gè)基地土壤重金屬無(wú)很強(qiáng)、極強(qiáng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為強(qiáng)度的基地僅有A1旱地基地和A8果園基地，比例均為20%；各基地潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中度的比例由高到低排列依次為A2（80%）=A4（80%）=A5（80%）＞A1（60%）＞A7（40%）＞A6（20%）＞A3（0%）=A8（0%）。

由表5可知，As、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni這6種重金屬100%為輕微潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，說(shuō)明海南省這8個(gè)農(nóng)產(chǎn)品基地的這6種重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)小，而Cd和Hg這2種重金屬出現(xiàn)了強(qiáng)度以上生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的點(diǎn)位，其中Cd的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為強(qiáng)度、很強(qiáng)、極強(qiáng)的點(diǎn)位比例分別為62.5%、2.5%、2.5%，Hg的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為強(qiáng)度的點(diǎn)位比例為

2.5%。從單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)看，Cd、Hg的單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)達(dá)中度以上的比例遠(yuǎn)大于其他重金屬元素，其中Cd的風(fēng)險(xiǎn)更大。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)將土壤重金屬含量與背景值進(jìn)行比較，存在潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的土壤說(shuō)明已經(jīng)有了一定程度的重金屬累積[5]，要引起重視。

采用反距離權(quán)重法對(duì)8個(gè)農(nóng)產(chǎn)品基地Cd元素含量空間分布進(jìn)行插值分析，結(jié)果如圖3所示，8個(gè)基地土壤Cd含量呈現(xiàn)不均勻分布特點(diǎn)，除A2基地Cd含量高值在基地中心區(qū)域外，其他7個(gè)基地土壤Cd含量高值區(qū)均在基地一角。A3、A5、A6、A7這4個(gè)基地的土壤Cd含量高值區(qū)分別位于基地的北部、西南部、西部和東南部，高值區(qū)均位于基地區(qū)域地表徑流下游方向。A8基地的土壤Cd含量最高，Cd潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為極強(qiáng)等級(jí)。

傅楊榮[13]研究發(fā)現(xiàn)，海南島土壤元素地球化學(xué)基準(zhǔn)值和背景值深刻繼承了成土母巖母質(zhì)的元素地球化學(xué)特征，如基性火山巖土壤富集鐵族元素（Cr、Cu、Ni、Mn等），第四系土壤富集二氧化硅（SiO2），堿性侵入巖土壤富集Pb、Cd等。A8基地的成土母巖為第四系，其土壤Cd含量高與成土母巖關(guān)系不大。而且，該基地周邊并無(wú)涉鎘工業(yè)污染源。相關(guān)研究表明，人類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是造成農(nóng)田土壤重金屬積累的主要因素，主要包括施肥、動(dòng)物糞便和生物固體應(yīng)用、污水灌溉、大氣沉降等[14-15]。王美等[16]指出，有機(jī)肥如畜禽糞便、污泥及其堆肥中的重金屬含量高于化肥，豬糞中的Cu、Zn、As、Cd含量明顯高于其他有機(jī)廢棄物。綜合上述分析認(rèn)為，A8基地局部土壤Cd存在一定風(fēng)險(xiǎn)可能主要是受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等人為影響導(dǎo)致的。

3 結(jié) 論

對(duì)海南省8個(gè)農(nóng)產(chǎn)品基地進(jìn)行單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，海南省農(nóng)產(chǎn)品基地土壤環(huán)境質(zhì)量總體優(yōu)良，97.5%的點(diǎn)位重金屬含量低于風(fēng)險(xiǎn)篩選值，2.5%的點(diǎn)位重金屬含量高于風(fēng)險(xiǎn)篩選值。高于風(fēng)險(xiǎn)篩選值的點(diǎn)位主要位于A8果園基地，高于風(fēng)險(xiǎn)篩選值的重金屬為Cd。

對(duì)海南省8個(gè)農(nóng)產(chǎn)品基地土壤重金屬進(jìn)行內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，海南省農(nóng)產(chǎn)品基地土壤環(huán)境質(zhì)量總體優(yōu)良，97.5%的點(diǎn)位評(píng)價(jià)結(jié)果為清潔，2.5%的點(diǎn)位評(píng)價(jià)結(jié)果為預(yù)警。預(yù)警點(diǎn)位位于A8果園基地，污染物為Cd。各基地土壤Cd與其他重金屬相關(guān)性分析結(jié)果表明，Cd與Hg呈顯著相關(guān)的基地最多，為6個(gè)基地；Zn次之，為4個(gè)基地。

海南省農(nóng)產(chǎn)品基地土壤重金屬污染潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)以輕微和中度風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為主，點(diǎn)位比例分別為50%、45%，強(qiáng)度風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的點(diǎn)位比例為5%，無(wú)很強(qiáng)和極強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)點(diǎn)位。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為強(qiáng)度的點(diǎn)位位于A1旱地基地和A8果園基地。As、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni這6種重金屬在所有點(diǎn)位均為輕微潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，表明這6種土壤重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)小。Cd的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為強(qiáng)度、很強(qiáng)、極強(qiáng)的點(diǎn)位比例分別為62.5%、2.5%、2.5%，Hg潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為強(qiáng)度的點(diǎn)位比例為2.5%。

農(nóng)產(chǎn)品基地土壤Cd含量空間分布不均，A8農(nóng)產(chǎn)品基地局部土壤Cd存在一定生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，可能與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等人為活動(dòng)影響有關(guān)。

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（責(zé)任編輯：成 平）