趙多勇,郭慶軍,王 成, 康 露,宋 斌,楊 蓮,
曹雙瑜1,馬 磊1,衛(wèi) 陽1,李明慧1
(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所/農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險評估實驗室(烏魯木齊)/
新疆農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全實驗室,烏魯木齊 830091;2.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京 100101)
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庫爾勒香梨主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬污染評價及分布研究
趙多勇1,郭慶軍2,王 成1, 康 露1,宋 斌1,楊 蓮1,
曹雙瑜1,馬 磊1,衛(wèi) 陽1,李明慧1
(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所/農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險評估實驗室(烏魯木齊)/
新疆農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全實驗室,烏魯木齊830091;2.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京100101)
摘要:【目的】明確新疆庫爾勒香梨主產(chǎn)區(qū)梨園土壤重金屬殘留水平及空間分布,并評價其安全性?!痉椒ā恳孕陆畮鞝柪帐?、尉犁縣、輪臺縣、庫車縣、沙雅縣、新和縣、阿克蘇市、阿瓦提縣等8縣市香梨主產(chǎn)區(qū)為研究區(qū)域,采集86份梨園土壤(0~40 cm),使用電感耦合等離子質(zhì)譜法測定鉛(Pb)、鎘(Cd)、砷(As)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、銅(Cu)6種重金屬元素含量,運(yùn)用風(fēng)險評價法評價香梨主產(chǎn)區(qū)梨園土壤重金屬污染程度及其風(fēng)險大小,明確重點(diǎn)防控因子,采用普通克里格法分析香梨主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬的空間分布。【結(jié)果】8個縣市香梨主產(chǎn)區(qū)土壤中6種重金屬元素含量均低于國家標(biāo)準(zhǔn)中最大允許限量。土壤砷、鉛、鎘、鉻、鎳、銅單因子污染指數(shù)分別為0.442、0.22、0.33、0.18、0.444、0.12,內(nèi)梅羅指數(shù)為0.47?!窘Y(jié)論】從重金屬污染等級來說,香梨主產(chǎn)區(qū)梨園土壤均處于安全級別;從風(fēng)險控制的角度來說,6種重金屬污染風(fēng)險均在可接受的水平,風(fēng)險排序由高到低依次為Ni>As>Cd>Pb>Cr>Cu。
關(guān)鍵詞:庫爾勒香梨;土壤;重金屬;污染評價;空間分布
0 引 言
【研究意義】土壤是產(chǎn)地環(huán)境的基本要素,良好的產(chǎn)地環(huán)境是確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的基礎(chǔ)。鉛、鎘、砷等重金屬是國家環(huán)保部重點(diǎn)防控的重金屬元素,也是對人體健康危害較大的重金屬元素。庫爾勒香梨產(chǎn)地土壤環(huán)境重金屬污染評價是指導(dǎo)林果業(yè)安全生產(chǎn)的重要基礎(chǔ),也是特色林果產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管及全程質(zhì)量控制的重要依據(jù)。為了保障新疆庫爾勒香梨消費(fèi)安全,增加消費(fèi)者對庫爾勒香梨的消費(fèi)信心,掌握并分析新疆庫爾勒香梨主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬殘留水平,對庫爾勒香梨全程質(zhì)量控制具有十分重要的意義?!厩叭搜芯窟M(jìn)展】庫爾勒香梨是新疆特色果品之一,也是新疆巴音郭楞蒙古自治州和阿克蘇地區(qū)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。新疆庫爾勒香梨作為我國第一個地理標(biāo)志性農(nóng)產(chǎn)品,主要分布于新疆庫爾勒市、尉犁縣、輪臺縣、庫車縣、沙雅縣、新和縣、阿克蘇市、阿瓦提縣等縣市,其特殊的品質(zhì)與南疆獨(dú)特的氣候、土壤等多種因素形成有關(guān)。近10年來,庫爾勒香梨種植面積一直穩(wěn)定在6.67×104hm2(100萬畝)以上,產(chǎn)量由2005年的36.8×104t增加至2014年的95×104t噸[1]。近年來,新疆庫爾勒香梨已出口到美國、英國、加拿大、澳大利亞、秘魯、伊朗、新加坡和香港等20多個國家和地區(qū),以庫爾勒香梨等為代表的特色農(nóng)產(chǎn)品在國內(nèi)外市場占據(jù)的地位越來越重要。在從種植到加工的整個鏈條中,產(chǎn)地環(huán)節(jié)是最關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。隨著農(nóng)藥、化肥等農(nóng)業(yè)投入品的不合理使用,梨園土壤環(huán)境質(zhì)量受到了嚴(yán)重威脅,香梨重金屬殘留已成為人們備受關(guān)注的問題?!颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】以新疆庫爾勒香梨主產(chǎn)區(qū)梨園土壤為研究對象,重點(diǎn)分析了新疆8縣市梨園土壤中Pb、Cd、Ni、As、Cr、Cu等重金屬含量,同時評價了土壤重金屬污染水平?!緮M解決的關(guān)鍵問題】研究產(chǎn)地環(huán)節(jié)新疆庫爾勒香梨存在的關(guān)鍵重金屬危害因子,掌握重金屬殘留水平與污染等級,為管理部門制定風(fēng)險控制措施提供參考。
1材料與方法
研究區(qū)域位于天山南麓、塔里木盆地北緣,海拔850~1 125 m,屬于內(nèi)陸干旱溫帶氣候,日光充足,降水量少、蒸發(fā)量大。年平均氣溫為10.5~11.5℃,年降雨量30~80 mm。主要包括新疆庫爾勒市、尉犁縣、輪臺縣、庫車縣、沙雅縣、新和縣、阿克蘇市和阿瓦提縣8個縣市。
1.1.1庫爾勒香梨
庫爾勒香梨梨園土壤樣品于2013年9月和2014年9月采自新疆8個縣市的生產(chǎn)基地,共采集梨園86份土壤樣品繪出,采樣點(diǎn)具體分布。土壤樣品按梅花形布點(diǎn)的方式用取土鉆采集0~ 40 cm層次的土壤,將樣品混勻后、自然風(fēng)干、用自動研磨儀粉碎后過100目尼龍篩,收集篩下物備用。表1
表1 庫爾勒香梨果園土壤樣品信息
Table 1Information of soil sample from pear orchard
序號Num.采樣位置Samplelocation樣本數(shù)Samplesize序號Num.采樣位置Samplelocation樣本數(shù)Samplesize1庫爾勒市沙依東園藝場10恰爾巴格鄉(xiāng)7和什力克鄉(xiāng)3托布力其鄉(xiāng)3哈拉玉宮鄉(xiāng)2蘭干鄉(xiāng)4阿瓦提農(nóng)場32尉犁縣興平鄉(xiāng)2尉犁鎮(zhèn)1古勒巴格鄉(xiāng)1塔里木鄉(xiāng)13輪臺縣哈爾巴克鄉(xiāng)2園藝場34沙雅縣海樓鄉(xiāng)3沙雅鎮(zhèn)25阿克蘇市拜什吐格曼鄉(xiāng)7良種場2依干旗鄉(xiāng)106庫車縣阿拉哈格鎮(zhèn)5二八臺農(nóng)場2牙哈鎮(zhèn)1齊滿鎮(zhèn)1尹西哈熱鎮(zhèn)17新和縣排先拜巴扎鄉(xiāng)3玉奇喀特鄉(xiāng)28阿瓦提縣多浪鄉(xiāng)1阿依巴格鄉(xiāng)2烏魯卻勒鎮(zhèn)1青年農(nóng)場1
1.1.2儀器與設(shè)備
主要實驗試劑:硝酸(優(yōu)級純)、氫氟酸(優(yōu)級純)。主要實驗設(shè)備:天平(AR5120)、實驗室電動研磨儀(PUIVerisette 2,德國)、微波消解儀(Mars 240/50型,美國CEM公司)、電感耦合等離子質(zhì)譜儀(7700X型,美國安捷倫科技公司)。
1.2.1 樣品消解及重金屬測定
土壤樣品采用微波消解儀進(jìn)行消解,土壤樣品稱樣量為0.200 0 g,酸體系為8 mL濃HNO3+ 1 mL HF;采用逐步升溫的方式消解,消解溫度為190℃。所有樣品消解完畢后,均采用超純水(18.2MΩ)定容后測定。
土壤樣品中的Pb、Cd、As、Cr、Ni、Cu等元素含量使用電感耦合等離子質(zhì)譜儀測定;樣品在測定過程中,使用國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心的新疆北部土壤(GBW10007426)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為質(zhì)控樣,進(jìn)行質(zhì)量控制。
1.2.2 土壤重金屬污染評價1.2.2 .1單因子污染指數(shù)法[2-6]
參考食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)(HJ332-2006)[7],評價庫爾勒香梨主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬污染程度。列出評價指數(shù)范圍及風(fēng)險等級分級1。單個污染元素的所有分指數(shù)的算術(shù)平均值計算公式如下。表2
(1)
公式(1)中,Pi為污染指數(shù);Ci為重金屬含量實測值;Si為重金屬評價標(biāo)準(zhǔn);i為某種重金屬;N為樣品總數(shù)。
表2基于污染指數(shù)的環(huán)境介質(zhì)質(zhì)量分級
Table2Resultsandstandardsofenvironmentalmediaqualitygradebasedpollutionindices
質(zhì)量分級QualityGrade指數(shù)范圍IndexRange評價結(jié)果EvaluationResult1PN≤0.7安全20.7
1.2.2 .2內(nèi)梅羅指數(shù)法[8]
內(nèi)梅羅指數(shù)是一種突出最大值的記權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)。土壤等環(huán)境介質(zhì)重金屬污染狀況綜合評價采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法,表達(dá)式如下:
(2)
公式(2)中,PN為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù);(Ci/Si)max為土壤或灰塵等環(huán)境介質(zhì)重金屬元素中污染指數(shù)的最大值;(Ci/Si)ave為土壤或灰塵等介質(zhì)各污染指數(shù)的平均值。
2 結(jié)果與分析
庫爾勒香梨主產(chǎn)區(qū)梨園土壤中Pb、Cd、As、Cr、Ni、Cu的含量統(tǒng)計分析顯示。Pb含量范圍在11.60~25.88 mg/kg,Cd含量范圍為0.14~0.37 mg/kg;As含量范圍為5.11~16.54 mg/kg;Cr含量范圍為32.43~70.72 mg/kg;Ni含量范圍為19.29~43.49 mg/kg;Cu含量范圍為16.10~50.78 mg/kg。與食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)[9]中規(guī)定的土壤中污染物限量相比,8縣市梨園土壤樣品6種重金屬含量均低于食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)(HJ332-2006)。表3
表3庫爾勒香梨主產(chǎn)區(qū)土壤(0~40 cm)中重金屬含量統(tǒng)計
Table 3 Statistical analysis of heavy metal concentrations in soil from different region(mg/kg)
樣品產(chǎn)地Samplesource樣本數(shù)Samplesize鉛(Pb)鎘(Cd)砷(As)鉻(Cr)鎳(Ni)銅(Cu)庫爾勒市KorleCity2016.67±2.210.19±0.089.23±1.5642.23±4.6823.95±2.7120.41±2.65尉犁縣YuliCounty516.28±1.830.19±0.0511.46±1.4347.35±5.6225.64±4.5522.14±3.16輪臺縣LuntaiCounty518.83±2.820.20±0.0411.88±2.1057.48±7.9035.22±6.6234.09±10.27沙雅縣ShayaCounty517.52±4.940.22±0.0811.88±3.0950.29±13.1829.35±8.7225.62±8.57新和縣XinheCounty515.60±1.100.19±0.0110.39±0.9645.52±4.6524.93±2.7621.20±3.34庫車縣KucheCounty518.01±2.140.20±0.0111.88±1.0655.07±6.0630.68±3.6826.61±3.76阿克蘇市AkesuCity1020.18±1.480.21±0.0113.38±1.9744.41±6.8026.71±3.6124.50±3.43阿瓦提縣AwatiCounty514.65±2.040.18±0.0311.35±1.4140.13±5.2824.36±3.1120.89±3.43最小值Max11.600.145.1132.4319.2916.10最大值Min25.880.3716.5470.7243.4950.78算數(shù)平均值A(chǔ)ve17.330.2011.0446.1326.6223.87限量標(biāo)準(zhǔn)a(pH>7.5)Limitstandard800.602525060200
運(yùn)用單因子污染指數(shù)法對研究區(qū)域土壤重金屬污染水平進(jìn)行評價,土壤重金屬污染評價結(jié)果。結(jié)果表明,Pb、Cd、As、Cr、Ni、Cu的單因子污染指數(shù)范圍分別為0.18~0.24、0.31~0.37、0.37~0.54、0.16~0.23、0.41~0.59、0.10~0.17,由單因子污染指數(shù)范圍可知,香梨主產(chǎn)區(qū)梨園土壤6種重金屬含量均處于安全級別。若從控制風(fēng)險的角度來說,6種重金屬的風(fēng)險級別由大到小依次為Ni>As>Cd>Pb>Cr>Cu;這說明Ni和As雖然均處于安全級別,但二者是6種重金屬中今后重點(diǎn)監(jiān)控的重金屬污染因子。同時,由內(nèi)梅羅指數(shù)計算可知,該指數(shù)為0.47,說明8縣市梨園土壤(0 ~ 40 cm)處于安全級別。表4
新疆庫爾勒香梨主產(chǎn)區(qū)8縣市梨園土壤(0~ 40 cm)6種重金屬含量空間分布結(jié)果可以看出,香梨主產(chǎn)區(qū)8縣市梨園土壤中6種重金屬含量均低于食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn),但也存在一定的空間分布差異。由空間分布圖可知,庫車縣、輪臺縣梨園土壤中鉛、鉻、鎳和銅含量略高于其他縣市,尉犁縣鎘、砷、鉻、鎳含量相對低于其他縣市。圖1~6
表4庫爾勒香梨主產(chǎn)區(qū)土壤(0~ 40 cm)中重金屬污染評價(單因子污染指數(shù)Pi)
Table 4 Evaluation results of heavy metal pollution in soil from different region (single-factor index)
樣品產(chǎn)地Samplesource鉛(Pb)鎘(Cd)砷(As)鉻(Cr)鎳(Ni)銅(Cu)庫爾勒市KorleCity0.210.310.370.170.400.10尉犁縣YuliCounty0.200.320.460.190.430.11輪臺縣LuntaiCounty0.240.340.480.230.590.17沙雅縣ShayaCounty0.220.370.480.200.490.13新和縣XinheCounty0.200.320.420.180.420.11庫車縣KucheCounty0.230.330.480.220.510.13阿克蘇市AkesuCity0.250.350.540.180.450.12阿瓦提縣AwatiCounty0.180.310.450.160.410.10算數(shù)平均值A(chǔ)ve0.220.330.4420.180.4440.12
圖1 梨園土壤(0~40 cm)鉛含量空間分布
Fig.1Spatial distribution of Pb in soil(0-40 cm)from pear orchard
圖2 梨園土壤(0~40 cm)鎘含量空間分布
Fig.2Spatial distribution of Cd in soil(0-40 cm)from pear orchard
圖3梨園土壤(0~40 cm)砷含量空間分布
Fig.3Spatial distribution of As in soil(0-40 cm)from pear orchard
圖4梨園土壤(0~40 cm)鉻含量空間分布
Fig.4Spatial distribution of Cr in soil(0-40 cm)from pear orchard
圖5梨園土壤(0~40 cm)鎳含量空間分布
Fig.5Spatial distribution of Ni in soil(0-40 cm)from pear orchard
圖6梨園土壤(0~40 cm)銅含量空間分布
Fig.6Spatial distribution of Cu in soil(0-40 cm)from pear orchard
3 討 論
研究比較分析了8個縣市香梨主產(chǎn)區(qū)梨園土壤中重金屬含量,同時評價了多種重金屬污染水平,6種重金屬在不同產(chǎn)地的含量表現(xiàn)規(guī)律不同,8縣市梨園土壤樣品6種重金屬含量均低于食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)(HJ332-2006),例如,在土壤中的Pb、Cd、Ni、As、Cr、Cu等6種重金屬是國家重點(diǎn)防控的危害因子,而在香梨主產(chǎn)區(qū)梨園土壤中Pb、Cd、As、Cr等污染級別較低,這可能與產(chǎn)地環(huán)境工業(yè)污染小,屬于非交通要道區(qū)域有關(guān)。Chen等[9]探討了8種國產(chǎn)梨品種的礦物元素含量,結(jié)果表明,庫爾勒香梨、碭山梨、鴨梨、京白梨、南果梨、五九香梨、湖南沙梨、二宮白梨等8種國產(chǎn)梨中,K、Na、Ca、Mg、Zn、Cu、Fe、Mn、B等礦物元素組成存在一定的差異,其中,庫爾勒香梨中K元素顯著高于其他梨品種,說明香梨產(chǎn)地境可能是引起果實礦質(zhì)元素升高的重要原因。古麗巴哈爾·沙吾提等[10]探討了庫爾勒香梨與喀什地方梨中的Ca、Zn、Fe、Cu、K、Na、Co、Ni等8種礦物元素含量差異,結(jié)果表明,庫爾勒香梨中Fe、Mg等元素遠(yuǎn)高于喀什地方梨,而Ca、Zn、Cu、K、Na、Co和Ni等元素低于喀什地方梨。上述研究均說明,土壤環(huán)境或者農(nóng)業(yè)投入品的使用等因素有可能是導(dǎo)致香梨果實變化的因素,梨園土壤重金屬元素與果實重金屬元素的含量關(guān)系還有待于進(jìn)一步深入探討。
4 結(jié) 論
4.18個縣市香梨主產(chǎn)區(qū)土壤中6種重金屬含量均低于國家標(biāo)準(zhǔn)中最大允許限量,處于安全級別。若從風(fēng)險控制的角度來說,As和Ni是今后庫爾勒香梨主產(chǎn)區(qū)土壤需要重點(diǎn)監(jiān)控的重金屬污染因子。
4.28個縣市庫爾勒香梨主產(chǎn)區(qū)香梨產(chǎn)品中6種重金屬含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)中最大允許限量,均處于安全級別。
4.3庫爾勒香梨產(chǎn)地土壤中6種重金屬含量均未超過國家限量標(biāo)準(zhǔn),但從風(fēng)險控制的角度來說,從風(fēng)險控制的角度來說,6種重金屬污染風(fēng)險均在可接受的水平,風(fēng)險排序由高到低依次為Ni>As>Cd>Pb>Cr>Cu。
致謝:新疆巴音郭楞蒙古自治州沙依東園藝場、庫爾勒市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢驗檢測中心、阿克蘇市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢驗檢測中心,庫車縣農(nóng)產(chǎn)品檢測中心、輪臺縣農(nóng)業(yè)局、尉犁縣農(nóng)業(yè)局、沙雅縣、新和縣農(nóng)產(chǎn)品檢測中心的相關(guān)人員參與了采樣工作,在此一并致以誠摯的謝意。
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ZHAO Duo-yong, GUO Qing-jun, WANG Cheng, KANG Lu, SONG Bin, YANG Lian,
CAO Shuang-yu, MA Lei, WEI Yang, LI Ming-hui
(1.ResearchInstituteofQualityStandards&TestingTechnologyforAgro-Products,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences,LaboratoryofQualityandSafetyRiskAssessmentforAgro-Products(Urumqi),MinistryofAgriculture/KeyLaboratoryofAgro-productsQualityandSafetyofXinjiang, /Xinjianglaboratoryofagro-productsqualityandsafety,Urumqi830091,China;2.InstituteofGeographicalSciencesandResources,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China)
Abstract:【Objective】 This project aims to identify the level of the heavy metal residue in Xinjiang Korla Pear and its origin environment and to assess and analyze the safety of the level of residue. 【Method】This experiment was conducted at Korla City, Yuli County, Luntai County, Kuche County, Shaya County, Xinhe County, Akesu City, Awati County, eight main producing areas of the Xinjiang Kuerle pear production. The total of 86 soil samples (0-40 cm) were collected, then inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) method were adopted to determine the content of Pb, Cd, As, Cr, Ni, Cu in these samples respectively. The level of the pollution and the magnitude of the risk from heavy metal in origin environment (including soil) was assessed by risk evaluation method. 【Result】The residues of Pb, Cd, As, Cr, Ni, Cu in soil from eight main producing areas were all below the maximum residue limit requirement of the national standard. Single factor pollution indexs of As, Pb, Cd, Cr, Ni, Cu in soil were 0.442, 0.22, 0.33, 0.18, 0.444, 0.12, and the Nemero index was 0.47. 【Conclusion】According to the level of the heavy metal pollution, surface layer soil were all at safety grade. From the risk management angle, the pollution risk of Pb, Cd, As, Cr, Ni, Cu are all be accepted. The risk from high level to low level was Ni > As > Cd > Pb > Cr > Cu.
Key words:Xinjiang Korla Fragrant Pear; soil; heavy metal; pollution evaluation; spatial distribution
通訊作者:王成(1971-),男,陜西白河人,研究員,研究方向為農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與檢測技術(shù),(E-mail)wangcheng312@sina.com
作者簡介:趙多勇(1980-),男,新疆奇臺人,副研究員,博士,研究方向為農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與食物安全,(E-mail)luckydyz@163.com
基金項目:自治區(qū)科技支疆項目計劃(201491117);國家博士后基金面上項目(2014M562484);國家果品質(zhì)量安全風(fēng)險評估專項(GJFP2015002);新疆自治區(qū)青年博士科技人才培養(yǎng)項目(2013731010);國家自然科學(xué)基金項目(41563002)
收稿日期:2015-07-13
中圖分類號:S661.2,X825,X56
文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
文章編號:1001-4330(2016)02-0332-07
doi:10.6048/j.issn.1001-4330.2016.02.020