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        新余市食用林產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

        2018-05-04 06:13:14何小芳嚴(yán)苗苗莫潤(rùn)宏呂件根
        關(guān)鍵詞:新余市林產(chǎn)品竹林

        何小芳,嚴(yán)苗苗,莫潤(rùn)宏,呂件根

        (1.江西省新余市林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展管理局,江西 新余 338000;2.江西省新余市林業(yè)局,江西 新余 338000;3.國(guó)家林業(yè)局經(jīng)濟(jì)林產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心(杭州),杭州 富陽(yáng) 310000)

        新余市作為國(guó)家森林城市,林業(yè)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)由“穩(wěn)步恢復(fù)”向“可持續(xù)發(fā)展”的跨越,油茶、竹筍等特色食用林產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)成為林業(yè)發(fā)展的主力軍,帶著綠色、安全、無(wú)污染標(biāo)簽的食用林產(chǎn)品迅速占領(lǐng)市場(chǎng)。隨著食品安全意識(shí)的不斷增強(qiáng),人們較多的關(guān)注林產(chǎn)品質(zhì)量安全,卻忽視了產(chǎn)地土壤的安全風(fēng)險(xiǎn)。相關(guān)研究表明,土壤重金屬無(wú)法被微生物降解,但能被植物富集影響食品安全和人體健康[1-2]。目前,對(duì)農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染的研究和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)已經(jīng)較為全面[3-6],但由于林地土壤相對(duì)復(fù)雜,加之尚無(wú)精耕細(xì)作,鮮有對(duì)食用林產(chǎn)品產(chǎn)地土壤污染的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。1980年,H?kanson[7]針對(duì)水體沉積物提出潛在生態(tài)危害指數(shù)法后,該法被引入評(píng)價(jià)農(nóng)田、城市等土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。為了更準(zhǔn)確合理的利用潛在生態(tài)危害指數(shù)法來(lái)評(píng)價(jià)食用林產(chǎn)品土壤重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),需要在H?kanson分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合參評(píng)重金屬種類(lèi)和毒性大小,科學(xué)合理地調(diào)整單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(E)和綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)[8-9]。為了解新余市主要食用林產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染情況,研究了新余市4個(gè)行政區(qū)域種植面積較大的油茶林地和竹林林地土壤樣品中總砷(As)、鉛(Pb)、鎘(Cd)、鉻(Cr)和總汞(Hg)5種重金屬含量,應(yīng)用土壤單項(xiàng)污染指數(shù)法、負(fù)荷指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法分別對(duì)土壤重金屬污染和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià),旨在為了解新余市食用林產(chǎn)品土壤重金屬污染現(xiàn)狀,為新余市食用林產(chǎn)品安全生產(chǎn)提供依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 研究區(qū)域與樣品采集

        研究區(qū)域選擇在新余市所轄渝水區(qū)、仙女湖區(qū)、高新區(qū)、分宜縣等區(qū)域的20余個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)中具有一定種植規(guī)模的油茶基地和竹林。土壤以黃壤為主,少量山地黃棕壤,弱酸性土壤,根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要,合理施用過(guò)復(fù)合肥。

        樣品采集時(shí)間為2015—2016年,采集油茶林、竹林土壤共78份。土壤取樣采用區(qū)域隨機(jī)法,在油茶竹林基地以1~3 hm2為一個(gè)采樣單元,隨機(jī)采集土壤樣品混合(不少于10個(gè)取樣點(diǎn)),每個(gè)基地取樣3份。土壤樣品采集深度在0~20 cm,每點(diǎn)樣品采集量基本一致。

        1.2 樣品處理與分析

        土壤取回實(shí)驗(yàn)室,揀出枯枝、雜草、落葉和石塊等,攤平陰干,初步碾碎后用四分法取0.5 kg土樣,于瑪瑙研缽充分研磨,過(guò)100目尼龍篩備用。土壤中Pb、Cr和Cd采用HNO3-HClO4-HF濕法消解,石墨爐原子吸收法測(cè)定,每個(gè)樣品測(cè)定2次平行;土壤中As和Hg采用1∶1王水消解,原子熒光光譜法測(cè)定,每個(gè)樣品測(cè)定2次平行。

        1.3 評(píng)價(jià)方法

        1.3.1 土壤單項(xiàng)污染指數(shù)法 單項(xiàng)污染指數(shù)計(jì)算公式如下:

        (1)

        (1)式中Pi為單項(xiàng)污染指數(shù),Ci為測(cè)定濃度,Cn參考LY/T 1678—2014《食用林產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境通用要求》[10]標(biāo)準(zhǔn)中提出的各重金屬限量。當(dāng)Pi<1時(shí),表示未污染;Pi≥1時(shí),表示污染;Pi值越大,表示污染越嚴(yán)重。

        1.3.2 污染負(fù)荷指數(shù)法 污染負(fù)荷指數(shù)計(jì)算公式如下:

        (2)

        根據(jù)Tomlinson、王婕等[11-12]的研究結(jié)論,可將PLI值對(duì)應(yīng)的污染程度劃分如下:PLI≤1為無(wú)污染,1

        1.3.3 潛在生態(tài)危害指數(shù)法 以H?kanson提出的潛在生態(tài)危害指數(shù)法為基礎(chǔ),結(jié)合徐爭(zhēng)啟等[13]提出潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)中重金屬毒性系數(shù)的計(jì)算,確定了本研究中5種重金屬的毒性響應(yīng)系數(shù)Ti,并通過(guò)毒性響應(yīng)系數(shù)Ti與重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)Pi的乘積來(lái)計(jì)算重金屬單項(xiàng)潛在生態(tài)危害系數(shù)(Ei),用于評(píng)價(jià)土壤重金屬的污染程度,計(jì)算公式如下:

        Ei=Ti×Pi

        (3)

        公式中Pb、Cr、Cd、As和Hg毒性響應(yīng)系數(shù)Ti分別為5、2、30、10和40。

        E值分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的第一級(jí)(輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn))上限值由本研究中污染物最大毒性響應(yīng)系數(shù)(THg=40),單項(xiàng)污染指數(shù)(P=1)相乘得到,其他風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別的上限值則以上一級(jí)分級(jí)值的2倍確定。Ti MAX為本研究中污染物最大毒性響應(yīng)系數(shù)(THg=40),單項(xiàng)污染指數(shù)P=1。其他風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別的上限值則以上一級(jí)分級(jí)值的2倍確定。

        綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)(RI)則是以重金屬單項(xiàng)潛在生態(tài)危害系數(shù)(Ei)的累加計(jì)算,計(jì)算公式如下:

        RI=∑Ei

        (4)

        根據(jù)H?kanson分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),RI值第一級(jí)上限值(150)除以8種污染物的毒性響應(yīng)系數(shù)總值(133),得到單位毒性響應(yīng)系數(shù)的分級(jí)值(1.13),乘以本研究5種重金屬的毒性響應(yīng)系數(shù)總值(87),并取十位的整數(shù)得到本研究的第一級(jí)分級(jí)界限值(98.3≈100)。重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

        表1 重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

        2 結(jié)果與分析

        2.1 研究區(qū)域土壤重金屬污染現(xiàn)狀

        通過(guò)測(cè)定研究區(qū)域土壤樣品的pH值發(fā)現(xiàn)均不超過(guò)6.0,為酸性土壤,故以L(fǎng)Y/T 1678-2014《食用林產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境通用要求》[10]中pH小于6.5的土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為限量值,進(jìn)行5種重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)分析。表2可知,新余市食用林產(chǎn)品產(chǎn)地土壤5種重金屬含量均處于一個(gè)較低的水平,土壤中As、Hg、Pb、Cd和Cr平均含量分別為12.62,0.14,29.3,0.073,58.27 mg/kg,均未超過(guò)限量值。油茶基地土壤中As、Pb和Cr的污染水平略高于竹林土壤,而竹林土壤中Hg和Cd的污染水平略高于油茶基地土壤(表3)。

        表2 新余市食用林產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬含量

        由表3可知,新余市4個(gè)行政區(qū)域的油茶基地土壤和竹林土壤中5種重金屬的單項(xiàng)污染指數(shù)均小于1;5種重金屬的污染負(fù)荷指數(shù)均小于1??梢?jiàn)目前新余市食用林產(chǎn)品土壤中重金屬污染處于較低水平,未出現(xiàn)明顯的污染狀況。

        研究發(fā)現(xiàn)渝水區(qū)個(gè)別鄉(xiāng)鎮(zhèn)油茶基地土壤中Pb含量(46.4 mg/kg),竹林土壤中Hg、Cd含量(0.24 mg/kg、0.278 mg/kg)較高;仙女湖區(qū)個(gè)別油茶基地土壤中Pb含量(47.1 mg/kg)較高;分宜縣個(gè)別油茶基地土壤中Cr含量(115.80 mg/kg)較高,均已接近限量值,可能存在重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)。

        表3 油茶林、竹林土壤單項(xiàng)污染指數(shù)

        2.2 研究區(qū)域土壤重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)

        基于重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,對(duì)新余市2種典型食用林產(chǎn)品(油茶和竹筍)土壤中5種重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)(Ei)和綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)(RI)(表4)評(píng)價(jià)表明,油茶林地和竹林地土壤中5種重金屬單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)(Ei)均小于40,綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)(RI)均小于100,重金屬的潛在生態(tài)危害程度均為輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),目前均處于未污染或輕微污染狀態(tài)。土壤中重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù):RI油茶林

        表4 油茶林、竹林潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)(Ei)和風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)(RI)

        表5 新余市不同行政區(qū)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)(Ei)和風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)(RI)

        從新余市4個(gè)行政區(qū)域的可食林產(chǎn)品土壤中5種重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子(Ei)和綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)(RI)(表5)看,重金屬單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)(Ei)均小于40,綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)(RI)均小于100,表明整體上4個(gè)行政區(qū)域的可食林產(chǎn)品土壤中重金屬潛在生態(tài)危害程度均為輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),危害指數(shù)RI由小到大依次為高新區(qū)、渝水區(qū)、分宜縣、仙女湖區(qū)。

        3 結(jié) 論

        (1)新余市食用林產(chǎn)品產(chǎn)地土壤中5種重金屬的平均含量由大到小依次為Cd、Hg、As、Pb和Cr,且均未超過(guò)《食用林產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境通用要求》(LY/T 1678—2014)中的限量標(biāo)準(zhǔn)。

        (2)新余市食用林產(chǎn)品產(chǎn)地土壤中重金屬污染單因子由大到小依次為P鉛、P汞、P鉻、P砷和P鎘;油茶林重金屬污染單因子由大到小依次為P鉛、P汞、P鉻、P砷和P鎘,竹林由大到小依次為P汞、P鉛、P鉻、P鎘和P砷;油茶林土壤中鉛污染指數(shù)較高,而竹林土壤中汞的污染指數(shù)較高。土壤中5種重金屬的單項(xiàng)污染指數(shù)和污染負(fù)荷指數(shù)均小于1。可見(jiàn)新余市食用林產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染處于較低水平,未出現(xiàn)明顯的污染狀況。

        (3)新余市4個(gè)行政區(qū)域食林產(chǎn)品土壤中5種重金屬單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)(Ei)均小于40,重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)RI由大到小依次為:RI高新區(qū)、RI渝水區(qū)、RI分宜縣和RI仙女湖區(qū)均小于100,處于輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn);就油茶林和竹林而言,土壤中5種重金屬單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)(Ei)均小于40,重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù):RI油茶林

        (4)渝水區(qū)個(gè)別鄉(xiāng)鎮(zhèn)油茶基地土壤中Pb含量,竹林土壤中Hg、Cd含量較高;仙女湖區(qū)個(gè)別油茶基地土壤中Pb含量較高;分宜縣個(gè)別油茶基地土壤中Cr含量較高,均已接近限量值,可能引起土壤出現(xiàn)重金屬污染風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)加強(qiáng)管理和監(jiān)測(cè)。

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