普福敏，吳迪,*，向美，曾慶蘭，杜啟露，劉曉媛

1. 貴州師范大學(xué)，貴州省山地環(huán)境信息系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽(yáng) 550001 2. 延安市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢驗(yàn)檢測(cè)中心，延安 716000

土壤作為陸地生態(tài)系統(tǒng)和地球能量循環(huán)的重要環(huán)節(jié)之一[1]，為人類的生存和植物的生長(zhǎng)提供必備的物質(zhì)條件。但隨著人為活動(dòng)的加劇使得重金屬污染不斷增加[2]，直接影響了土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)，對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制或毒害作用[3]。同時(shí)重金屬通過食物鏈遷移到植物和人體內(nèi)，危害人體健康[4-5]，引起各類疾病[6]。重金屬元素在不同植物內(nèi)的富集性也具有特異性，不同類別的植物對(duì)不同重金屬吸收富集能力存在顯著性差異[7]，同時(shí)植物對(duì)土壤中不同形態(tài)的重金屬吸收也有差異性。由于刺梨不僅具有豐富營(yíng)養(yǎng)元素，而且有一定的藥用價(jià)值，并且貴州刺梨的產(chǎn)量最多，種植最廣[8-9]。因此針對(duì)刺梨來(lái)源地土壤環(huán)境質(zhì)量的評(píng)價(jià)和刺梨果實(shí)與土壤重金屬的相關(guān)性聯(lián)系具有十分重要的意義[10-12]。因此本文以貴州省某種植園區(qū)的刺梨-土壤為研究對(duì)象，以土壤和刺梨果實(shí)中重金屬Pb、Cd、Hg、Cr、As、Cu、Zn和Ni共8種重金屬總量及土壤重金屬形態(tài)為基礎(chǔ)，采用內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)法、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法，對(duì)園區(qū)土壤重金屬污染程度及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)；結(jié)合Pearson相關(guān)性和回歸分析方法，揭示土壤重金屬全量-形態(tài)-刺梨果實(shí)三者之間內(nèi)在聯(lián)系。為科學(xué)合理地評(píng)價(jià)重金屬污染程度，在實(shí)驗(yàn)開始前先就指數(shù)法和模型指數(shù)法等重金屬污染評(píng)價(jià)方法進(jìn)行全面對(duì)比[13]，經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)模型指數(shù)法雖然考慮了土壤系統(tǒng)存在的灰色性以及土壤質(zhì)量變化的模糊性，但運(yùn)用繁瑣，不易掌握。盡管指數(shù)法也存在忽略實(shí)際土壤重金屬污染存在的漸變性和模糊性等缺點(diǎn)，但由于指數(shù)法具有簡(jiǎn)單易操作、高效準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，因此本文選用指數(shù)法作為評(píng)價(jià)方法，并通過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)界限對(duì)土壤質(zhì)量進(jìn)行明確說明。通過本次研究以期為提高刺梨種植園區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量、科學(xué)種植、科學(xué)修復(fù)以及保障人體健康提供理論依據(jù)。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 研究區(qū)概況

選取貴州省某刺梨種植園區(qū)作為研究區(qū)(圖1)，該研究區(qū)位于貴州省中部偏西，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均風(fēng)速1.4～3.0 m·s-1，主導(dǎo)風(fēng)為東南偏南風(fēng)[14]，年平均氣溫約14 ℃，平均海拔1 289 m，平均年降水量1 400 mm，屬于典型的喀斯特巖溶地貌，地形上山地、丘陵和平壩交錯(cuò)分布，土壤類型主要為黃壤[15]。刺梨為淺根性果樹，是當(dāng)?shù)氐闹饕?jīng)濟(jì)作物之一，種植面積約1.4×104m2，呈集中分布。研究區(qū)遠(yuǎn)離居民居住地，村間小路四通八達(dá)毗鄰種植園區(qū)，交通便利，距離研究區(qū)30 km處有一處燃煤型發(fā)電廠。

圖1 研究區(qū)位置及采樣點(diǎn)分布圖Fig. 1 The location of the study area and the distribution of sampling points

研究區(qū)刺梨果樹種植園土層深厚，采光充足。灌溉用水引自無(wú)污染天然山泉水，具體灌溉頻率與季節(jié)干旱程度相關(guān)。研究區(qū)土壤重金屬遷移分析如圖2所示，重金屬通過質(zhì)流、擴(kuò)散和截獲到達(dá)植物根部，植物通過主動(dòng)吸收、被動(dòng)吸收等方式從植物根系吸收重金屬，重金屬在植物根部完成木質(zhì)部裝載后進(jìn)行長(zhǎng)距離運(yùn)輸，運(yùn)輸過程包括通過木質(zhì)部的卸載、韌皮部的加載和卸載以及維管間的轉(zhuǎn)運(yùn)，植物根部通過蒸騰作用為動(dòng)力的木質(zhì)部裝載將重金屬運(yùn)送到地上部，并在植株體內(nèi)進(jìn)行再分配，由于重金屬物質(zhì)的危害性，植物會(huì)盡量抑制重金屬物質(zhì)直接吸收，而是通過吸收重金屬離子或離子的多種螯合物向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)，當(dāng)重金屬元素到達(dá)地上部后，通過內(nèi)部輸送通道將各種重金屬物質(zhì)輸送到果實(shí)中，形成一個(gè)完整的輸送通道。果實(shí)作為植株的成熟器官，非常適合用來(lái)評(píng)價(jià)植物的重金屬含量。

1.2 樣品的采集與分析

樣品采集時(shí)間為2018年10月，結(jié)合研究區(qū)農(nóng)田土地利用類型以及當(dāng)?shù)氐牡匦螌?duì)土壤樣品進(jìn)行采集，在研究區(qū)面積約1.4×104m2，按照網(wǎng)格布點(diǎn)法25 m×25 m的規(guī)格布點(diǎn)，植物樣品與土壤樣品一一對(duì)應(yīng)，植物土壤共計(jì)50個(gè)樣品。土壤樣品均采用多點(diǎn)混合式，采樣垂直深度約為0～20 cm，采用四分法取1 kg樣品于自封袋，在采集的土壤樣品四周隨機(jī)選擇果實(shí)，選擇長(zhǎng)勢(shì)良好、掛果較多的刺梨樹體，摘取無(wú)病害的成熟刺梨果20枚左右，混合裝入自封袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行刺梨果實(shí)分析，同時(shí)記錄采樣點(diǎn)位置和海拔高度。土壤樣品室內(nèi)自然風(fēng)干，剔除碎石、雜草，研磨并過0.840 mm和0.124 mm篩后保存?zhèn)溆茫恢参飿悠酚?0 ℃烘干至恒重后在高速粉碎機(jī)粉碎保存?zhèn)溆谩?/p>

土壤理化分析pH用0.124 mm土壤的懸濁液(2.5∶1水土比)測(cè)定；土壤重金屬元素Cr、Pb、Zn、Cd、Cu和Ni的總量測(cè)量采用HNO3-HCl-HF-HClO4四酸消解法，Hg和As采用王水(現(xiàn)配)浸提消解法；植物重金屬采用HNO3-H2O2(V(HNO3)∶V(H2O2)=3.5∶1)微波消解法；重金屬形態(tài)分析采用改進(jìn)的BCR(Bureau Community of Reference)連續(xù)提取法[16]，改進(jìn)的BCR連續(xù)提取法改善了原有方法出現(xiàn)的重現(xiàn)性不好等問題，目前此方法已被許多學(xué)者應(yīng)用于預(yù)測(cè)土壤中重金屬的遷移能力。Cr、Pb、Zn、Cd、Cu和Ni采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(美國(guó)玻金埃爾默，Optima 5300)測(cè)定；Hg和As采用原子熒光分光光度計(jì)(北京吉天，AFS-933)測(cè)定。為保證分析方法的準(zhǔn)確度和精密度，對(duì)土壤、植物重金屬全量分析進(jìn)行質(zhì)量控制，每批次6個(gè)樣品中設(shè)置土壤標(biāo)樣(GSS-13)、植物標(biāo)樣(GBW-10020)和空白樣為平行樣，每個(gè)樣品測(cè)定3次，保證平行樣之間相對(duì)偏差(RSD)<10%[17]。

1.3 評(píng)價(jià)方法1.3.1 單因素污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅指數(shù)法[18]

Pi=Ci/Si

(1)

(2)

式中：Pi、Ci和Si分別代表元素i重金屬污染指數(shù)、i元素土壤總量、i元素《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)》(GB 15618—2018)[19]中的土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，Pi的判別標(biāo)準(zhǔn)分為4個(gè)等級(jí)，分別為：Pi<1，未污染；13，重度污染。Pimax、Piave分別指單個(gè)采樣點(diǎn)中各種金屬中Pi的最大值和總平均值，Pint為采樣點(diǎn)的綜合污染指數(shù)，Pint分為5個(gè)等級(jí)：Pint<0.7，污染等級(jí)安全；0.73，重度污染。

1.3.2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法[20]

(3)

(4)

1.3.3 土壤重金屬的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)程度[21]

(5)

式中：Ci為重金屬i酸可提取態(tài)的濃度；CT為重金屬i總量，RRAC為重金屬i的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)，5級(jí)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)：RRAC<1%，無(wú)風(fēng)險(xiǎn)；1% ≤RRAC≤ 10%，低風(fēng)險(xiǎn)； 11% ≤RRAC≤ 30%，中等風(fēng)險(xiǎn)； 31% ≤RRAC≤ 50%，高風(fēng)險(xiǎn)；RRAC<50%，極高風(fēng)險(xiǎn)。

1.3.4 植物單因子富集指數(shù)和綜合富集指數(shù)[22]

Pi=Ci/Si

(6)

(7)

式中：Pi為植物單因子富集指數(shù)；Pz為植物綜合富集指數(shù)；Ci為農(nóng)作物重金屬i的總量；Si為《藥用植物及制劑進(jìn)出口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》(WM/T2—2004)[23]規(guī)定的刺梨重金屬i的限量值。Pi的判別標(biāo)準(zhǔn)分為5個(gè)等級(jí)，分別為：Pi<1，無(wú)富集；14，重度富集。Pz分為5個(gè)等級(jí)：Pz<0.7，無(wú)富集；0.74，重度富集。

1.3.5 土壤-刺梨果實(shí)間富集系數(shù)[24]

(8)

式中：BBCF為某重金屬元素在土壤-刺梨果實(shí)間的富集系數(shù)；CV為刺梨重金屬總量(mg·kg-1)；CS為刺梨對(duì)應(yīng)點(diǎn)位土壤中重金屬的含量(mg·kg-1)。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

利用SPSS 16.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行Pearson相關(guān)分析和多元線性回歸分析，采用Origin 8.0進(jìn)行圖形處理。

2 結(jié)果與分析(Results and analysis)

2.1 研究區(qū)土壤重金屬含量統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)研究區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理并剔除異常值后得到8種土壤重金屬含量描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果，如表1和圖3所示。研究區(qū)土壤pH的平均值為6.02±0.71，變化范圍為4.74～7.67，其中pH<6.5的采樣位點(diǎn)占76%，說明研究區(qū)土壤以偏酸性為主。其土壤中重金屬Pb、Cd、Hg、Cr、As、Cu、Zn和Ni的算數(shù)平均值含量分別為19.52、0.31、0.24、34.48、13.79、17.6、66.68和10.41 mg·kg-1，其中采樣位點(diǎn)的Pb、Cd、Cr、Cu和Ni含量均小于或臨界于土壤背景值；As和Zn分別有21.7%和8.7%超出貴州省背景值[25]，Hg含量均超出貴州省土壤背景值1倍～2倍，說明研究區(qū)存在不同程度的As、Zn和Hg的富集現(xiàn)象，其中Hg污染較為嚴(yán)重。其次，將研究區(qū)8種土壤重金屬測(cè)量值與《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)》(GB 15618—2018)[19]中的土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值相比較，Pb、Hg、Zn、Cr、Cu、As和Ni均小于土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，采樣位點(diǎn)的Cd有57%超出風(fēng)險(xiǎn)篩選值，但遠(yuǎn)低于土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管制值，表明研究區(qū)土壤中Cd含量對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境或刺梨的生長(zhǎng)有潛在風(fēng)險(xiǎn)?？傮w而言，研究區(qū)土壤重金屬Cd超出土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，存在超標(biāo)現(xiàn)象；土壤總Hg含量介于土壤風(fēng)險(xiǎn)篩選值和貴州省土壤背景值之間，As和Zn部分超過貴州省土壤背景值，其他4種元素均未超出土壤背景值。變異系數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)差與均值的比值，變異系數(shù)可用于判斷人為干擾對(duì)土壤樣品中重金屬的影響，8種重金屬的變異系數(shù)為Ni(56.02%)>Hg(54.16%)>Cu(53.44%)>As(49.99%)>Cd(42.04%)>Cr(36.66%)>Zn(33.10%)>Pb(19.98%)，除Pb、Zn外，其余重金屬的變異系數(shù)均超過36%，為強(qiáng)變異，表明研究區(qū)土壤重金屬污染受人為因素影響較大[26]。

2.2 土壤重金屬環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)均以《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)》(GB 15618—2018)[19]中的土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值為參比，結(jié)果如圖4和表2所示。刺梨種植園區(qū)土壤8種重金屬單因子指數(shù)算數(shù)平均值除Cd在警戒線上外，其余均處于安全等級(jí)，綜合污染指數(shù)分析表明，整個(gè)研究區(qū)土壤內(nèi)梅羅平均污染指數(shù)為0.74，處于警戒污染狀態(tài)。潛在綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為40.92，潛在危害風(fēng)險(xiǎn)程度處于輕微狀態(tài)，其中研究區(qū)Cd的潛在生態(tài)危害程度最大，其中17.4%的潛在生態(tài)危害指數(shù)處于中等程度，對(duì)生態(tài)危害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的平均貢獻(xiàn)率達(dá)到75.43%。綜合分析，研究區(qū)土壤重金屬含量處于輕微污染狀態(tài)，Cd是影響土壤質(zhì)量的首要因素。

表1 研究區(qū)土壤重金屬含量統(tǒng)計(jì)值Table 1 Statistical characteristics of soil heavy metals in study area

圖3 研究區(qū)8種土壤重金屬含量分布圖Fig. 3 Content distribution map of eight heavy metals in soils of the study area

圖4 刺梨種植園區(qū)土壤重金屬單因子污染指數(shù)圖Fig. 4 Single factor pollution index of soil heavy metals in the roxburgh rose plantation area

2.3 土壤重金屬賦存形態(tài)分析及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

采用修正的BCR順序提取法對(duì)刺梨種植園區(qū)土壤重金屬形態(tài)進(jìn)行提取，得到所測(cè)8種重金屬元素賦存形態(tài)百分比分布如圖5所示。由圖5可知，除殘?jiān)鼞B(tài)，Cd的酸可提取態(tài)和可還原態(tài)占比較高，均>20%；Cr和Cu的可氧化態(tài)占比較高，Pb的酸可提取態(tài)和可還原態(tài)均>10%；除殘?jiān)鼞B(tài)外，Ni、Zn、As和Hg其他3種重金屬賦存形態(tài)占比均<10%。同時(shí)，結(jié)合表3可知，研究區(qū)Cd的生物可利用性高，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)處于高風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢(shì)，其次Ni生物可利用性處于中等程度，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)處于中度風(fēng)險(xiǎn)；Cu、Zn和Pb生物可利用性低，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)低；As、Cr和Hg的生物可利用性極低，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)極低。

圖5 刺梨種植土壤重金屬形態(tài)分布圖Fig. 5 Distribution of heavy metals in the soil of roxburgh rose

表2 土壤重金屬潛在生態(tài)危害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)Table 2 Soil heavy metal potential ecological hazard risk index (RI)

表3 生物可利用度和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)程度(以風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指數(shù)(RAC)表示)Table 3 Bioavailability and environmental risk degree indicated by risk assessment code (RAC) value

2.4 刺梨-土壤系統(tǒng)重金屬元素安全性評(píng)價(jià)及統(tǒng)計(jì)分析

研究結(jié)果表明，研究區(qū)刺梨果實(shí)對(duì)8種重金屬的富集能力存在差異，結(jié)合土壤重金屬和刺梨果實(shí)之間的富集系數(shù)分析，結(jié)果如表4所示，刺梨果實(shí)對(duì)各重金屬元素富集系數(shù)排序?yàn)镃u>Cd>Ni>Zn>Hg>Cr>Pb>As，說明刺梨果實(shí)對(duì)不同元素有選擇吸收性，刺梨果實(shí)重金屬的富集能力存在差異，與重金屬在土壤中含量不同無(wú)關(guān)。由表4可知，刺梨果實(shí)中重金屬Pb、Cd、Hg、As、Cu和Zn含量均未超過《中華人民共和國(guó)藥典》[27]以及《藥用植物及制劑進(jìn)出口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》(WM/T2—2004)[23]對(duì)刺梨重金屬的限量值，Cr、Ni的含量分別超出限量值的1.73倍和2.27倍。同時(shí)結(jié)合刺梨果實(shí)的單因子富集指數(shù)來(lái)看，研究區(qū)刺梨果實(shí)采樣位點(diǎn)對(duì)Ni元素的富集程度從輕度-重度的占48%，僅有20%無(wú)富集狀況；其次刺梨果實(shí)對(duì)Cr的富集程度輕度以上的占50%；除此之外，對(duì)Hg、As、Cu、Zn和Cd均無(wú)富集情況。綜合各重金屬元素共同作用來(lái)看，研究區(qū)刺梨對(duì)重金屬存在一定富集，全部處于警戒線以上，其中重度富集占總樣本數(shù)16%，中度富集占32%，輕度富集占44%。因此，從刺梨-土壤系統(tǒng)重金屬元素安全性評(píng)價(jià)結(jié)果看，仍要關(guān)注該地區(qū)土壤重金屬Cr、Ni產(chǎn)生的生態(tài)效應(yīng)[15]。

為進(jìn)一步研究刺梨果實(shí)吸收重金屬與土壤重金屬總量和形態(tài)之間的潛在關(guān)系，對(duì)刺梨果實(shí)吸收土壤重金屬進(jìn)行了回歸模型分析。從表5中的回歸模型參數(shù)可知，對(duì)刺梨果吸收Cu和Ni貢獻(xiàn)最大是其土壤可還原態(tài)；其次Cd和As的土壤可氧化態(tài)與刺梨吸收重金屬量有關(guān)聯(lián)；對(duì)刺梨果吸收Hg貢獻(xiàn)最大的是土壤總量和殘?jiān)鼞B(tài)；土壤中Zn的酸可提取態(tài)對(duì)刺梨果實(shí)吸收重金屬有貢獻(xiàn)，而Pb、Cr的重金屬總量以及重金屬的形態(tài)與刺梨果實(shí)吸收重金屬的量相關(guān)性較小，在回歸分析中被剔除?？梢?，刺梨果實(shí)的對(duì)重金屬吸收量針對(duì)不同重金屬的總量、形態(tài)存在差異性，在生態(tài)修復(fù)中可以“對(duì)癥下藥”，做到事半功倍。

3 討論(Discussion)

對(duì)刺梨種植園區(qū)土壤進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)有部分土壤采樣位點(diǎn)的重金屬Hg、As和Zn含量超出貴州省背景值，Cd超出《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)》(GB 15618—2018)[19]的土壤風(fēng)險(xiǎn)篩選值外，其他4種重金屬元素含量均小于貴州省背景值和土壤風(fēng)險(xiǎn)篩選值。研究發(fā)現(xiàn)目前土壤重金屬污染主要分為人為因素和自然因素[28]，人為因素又主要包括工業(yè)源、交通源和農(nóng)業(yè)源三大類。結(jié)合研究區(qū)地理位置和周邊環(huán)境分析，發(fā)現(xiàn)該研究區(qū)距離工業(yè)區(qū)、居民聚居地較遠(yuǎn)，受到工業(yè)活動(dòng)和人類活動(dòng)污染影響的概率小，又因其灌溉用水引自天然的地表水，故受灌溉用水的污染影響甚微。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)距離公路較近的采樣點(diǎn)中存在個(gè)別位點(diǎn)的Zn含量超出貴州省背景值，考慮到研究區(qū)域內(nèi)有四通八達(dá)的公路穿插，同時(shí)相關(guān)研究表明[29-30]汽車尾氣排放中含有Zn和Pb，可隨降塵積累到土壤中，造成土壤中重金屬全量Zn和Pb上升，本研究發(fā)現(xiàn)土壤中Cr、Cu、Zn、As和Pb含量隨著與道路距離增加而降低，因此Zn超標(biāo)可能與采樣位點(diǎn)臨近公路有關(guān)；查閱貴州省地質(zhì)資料[31-32]發(fā)現(xiàn)，在研究選取的種植區(qū)附近的地區(qū)，普遍存在Hg、As含量偏高的現(xiàn)象，而且該地區(qū)的地貌構(gòu)造多為喀斯特地貌，因此可以推測(cè)可能由于貴州省特殊的喀斯特地質(zhì)構(gòu)造，土壤存儲(chǔ)礦物營(yíng)養(yǎng)元素能力弱，土壤養(yǎng)分含量低，因而需要化肥補(bǔ)充刺梨生長(zhǎng)的基本營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，造成研究區(qū)Hg、As含量升高；查閱貴州省的農(nóng)耕文化發(fā)展史，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)開墾種植時(shí)間較短，而且后期農(nóng)作物主要以果木園林為主，可以排除人為活動(dòng)對(duì)該地區(qū)重金屬含量的影響，進(jìn)一步查詢?cè)摰貐^(qū)的地質(zhì)變遷文獻(xiàn)和已有的土壤分析資料，得到該地區(qū)土壤中Cd的含量一直存在低于貴州省土壤背景值但高于風(fēng)險(xiǎn)篩選值的情況，因此可以推斷土壤中Cd的含量低于貴州省土壤背景值但高于風(fēng)險(xiǎn)篩選值的現(xiàn)象與土壤母質(zhì)和成土過程有關(guān)[33-34]。綜合分析，土壤中重金屬Cd含量異常與土壤母質(zhì)及成土過程直接相關(guān)；研究區(qū)個(gè)別位點(diǎn)Zn含量升高，是因采樣位點(diǎn)距離路邊距離較近，受汽車的尾氣影響造成；研究區(qū)土壤中Hg、As含量高于背景值，是由于刺梨種植過程中需要施肥造成。可以看出刺梨中的重金屬含量超標(biāo)的來(lái)源各不相同，有自然因素，也有人為活動(dòng)影響，還需要更加深入的研究，才能發(fā)現(xiàn)這些影響因素的作用關(guān)系。

土壤中重金屬含量可以直接影響農(nóng)作物質(zhì)量，但同時(shí)土壤重金屬在土壤-農(nóng)作物之間的轉(zhuǎn)移量是受多種因素共同作用的影響，其與農(nóng)作物的種類、吸收部位、土壤含水量、土壤重金屬賦存形態(tài)、污染程度、不同元素在農(nóng)作物體內(nèi)富集過程與機(jī)制的差異、植物本身的生理特性等多種因素有關(guān)[35-36]。本文以刺梨種植基地土壤-果實(shí)為例，對(duì)刺梨果實(shí)中重金屬含量進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)果實(shí)中重金屬元素Cr和Ni均超出國(guó)家限量值標(biāo)準(zhǔn)，存在不同程度的富集。結(jié)合土壤-刺梨果實(shí)間轉(zhuǎn)移系數(shù)分析可知，土壤中重金屬Ni含量與刺梨果實(shí)中的所含有的Ni含量之間轉(zhuǎn)移系數(shù)僅次于植物生長(zhǎng)所必需元素Cu，說明刺梨果實(shí)本身對(duì)重金屬元素Ni富集能力較其他重金屬元素強(qiáng)，進(jìn)一步結(jié)合回歸模型分析，發(fā)現(xiàn)刺梨果實(shí)中的Ni含量與土壤可還原態(tài)相關(guān)，說明土壤中Ni的可還原態(tài)可能易被刺梨果實(shí)吸收。果實(shí)中Ni除來(lái)自于土壤外，有研究者發(fā)現(xiàn)大氣沉降、揚(yáng)塵也是植物富集Ni的來(lái)源，但刺梨果實(shí)中Ni的輸入途徑，仍需進(jìn)一步的研究確證[37-39]?；貧w分析和土壤-刺梨間轉(zhuǎn)移系數(shù)表明，刺梨果實(shí)中Cr與土壤重金屬全量和賦存形態(tài)相關(guān)性較小，刺梨對(duì)土壤中重金屬元素Cr的富集能力也相對(duì)較弱，這說明土壤中重金屬總量及賦存形態(tài)對(duì)其吸收Cr影響較小，刺梨吸收的Cr主要來(lái)源于土壤的可能性較小。進(jìn)一步結(jié)合地理位置分析發(fā)現(xiàn)，該研究區(qū)位于電廠的西北方向，其次刺梨果實(shí)開花到成熟，時(shí)間從4月到10月，這期間盛行東南風(fēng)，即研究區(qū)位于主導(dǎo)風(fēng)的下風(fēng)向，受到大氣降塵的污染，程珂等[40]研究發(fā)現(xiàn)天津市城郊蔬菜中As、Pb和Cr的主要來(lái)源為大氣沉降和土壤揚(yáng)塵。進(jìn)一步查閱文獻(xiàn)資料發(fā)現(xiàn)，Cr的主要來(lái)源包括鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)過程以及化石燃料的燃燒等[41]，因此可以推斷果實(shí)中重金屬元素Cr超出國(guó)家限量值與研究區(qū)東南方向電廠直接相關(guān)。除外源條件的影響外，刺梨果實(shí)中Cr和Ni的含量也與刺梨自身特性相關(guān)，可能與其可食用部位有關(guān)，劉意章等[42]對(duì)農(nóng)作物不同部位重金屬富集特征研究發(fā)現(xiàn)，Cu、Cr和Ni在果實(shí)種子類作物中更易富集；彭銳等[43]研究發(fā)現(xiàn)針對(duì)不同的藥用植物，Cd主要富集在根、莖和葉中；說明植物不同部位對(duì)不同重金屬元素的富集能力存在差異，農(nóng)作物對(duì)不同重金屬有選擇吸收性。

表4 土壤-刺梨果實(shí)間對(duì)8種重金屬的富集系數(shù)(BCF)Table 4 Bioaccumulation factor (BCF) of 8 heavy metals between soil and roxburgh rose fruit

表5 刺梨果實(shí)吸收幾種土壤重金屬的回歸分析結(jié)果Table 5 Regression analysis results of the absorption of heavy metals from soils by roxburgh rose

分析表明，研究區(qū)土壤重金屬元素總量升高與自然母質(zhì)、交通運(yùn)輸以及化肥的使用有關(guān)。土壤中重金屬總量以及賦存形態(tài)對(duì)刺梨果實(shí)中富集重金屬Cr的影響較小，果實(shí)中Cr可能外源于大氣沉降、土壤揚(yáng)塵等因素，刺梨果實(shí)中的Ni除受環(huán)境介質(zhì)的影響，還可能來(lái)源于其自身對(duì)Ni具有較好的選擇吸收特性。對(duì)于具體分辨果實(shí)中Cr和Ni輸入源，仍需進(jìn)行進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)探究。

綜上所述，本研究表明：

(1)研究區(qū)8種土壤重金屬?gòu)霓r(nóng)田生態(tài)學(xué)角度來(lái)看，Cd為主要污染因子，As、Hg和Zn存在個(gè)別位點(diǎn)超出貴州省土壤背景值的情況，其他元素均低于土壤背景值，是自然因素和人為活動(dòng)造成，在后期種植中需要加以控制，確保土壤重金屬含量正常。

(2)從農(nóng)作物富集情況分析，刺梨果實(shí)對(duì)Cr、Ni存在中度-重度富集，其他元素均低于《藥用植物及制劑進(jìn)出口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》(WM/T2—2004)[23]限量值，因此必須采取一定措施降低Cr、Ni含量，使種植區(qū)的刺梨滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

(3)綜合內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)法、潛在生態(tài)危險(xiǎn)評(píng)價(jià)法以及土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果，可知研究區(qū)土壤總體處于輕微污染狀態(tài)，Cd處于高風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢(shì)，其生物可利用性高。

(4)刺梨果實(shí)與土壤重金屬全量、賦存形態(tài)之間的關(guān)系如下。刺梨果實(shí)中Cd、As與土壤重金屬可氧化態(tài)，Cu、Ni與土壤可還原態(tài)，Hg與土壤總量和殘?jiān)鼞B(tài)，Zn與土壤酸可提取態(tài)均具有相關(guān)性，刺梨果實(shí)中Pb、Cr與土壤總量和形態(tài)不具相關(guān)性。由此可知，刺梨果實(shí)重金屬含量與土壤重金屬形態(tài)直接相關(guān)，可用作土壤環(huán)境質(zhì)量的評(píng)價(jià)參照，后期通過控制土壤中重金屬形態(tài)來(lái)改變土壤整體環(huán)境，使土壤恢復(fù)到正常狀態(tài)，使農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)效益最大化，保證土地的科學(xué)可持續(xù)化發(fā)展。

(5)研究區(qū)土壤重金屬總體表現(xiàn)出低含量、低活性和低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)，但刺梨果實(shí)重金屬富集量超標(biāo)，因而在進(jìn)行土壤風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)時(shí)，要多方面因素共同考慮，以確定食品的食用安全性。