張德楠 周龍武 段春燕 陳霞霞 何文 滕秋梅 孫英杰 張中峰 徐廣平

摘要：桂林市龍勝縣作為羅漢果的三大主產(chǎn)區(qū)之一，種植區(qū)土壤重金屬含量及羅漢果質(zhì)量影響到該區(qū)羅漢果產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。為探索龍勝縣丘陵山區(qū)典型貧困村羅漢果園的安全性，該文研究了寶贈村典型羅漢果園土壤及羅漢果果實中砷、銅、鋅、鉛、鎘、鉻、汞7種重金屬含量，并采用Hankanson指數(shù)法分析了其潛在生態(tài)風險。結(jié)果表明：（1）龍勝丘陵山區(qū)羅漢果園土壤（0～10 cm，10～20 cm）重金屬含量均達到國家農(nóng)業(yè)用地土壤篩選值標準（GB156182018），其中0～10 cm土壤中砷、銅、鋅、鉛、鎘、鉻、汞的含量分別為3.67、18.00、58.39、17.01、0.10、28.57、0.08 mg·kg1，10～20 cm土壤中砷、銅、鋅、鉛、鎘、鉻、汞的含量分別為1.93、12.56、21.47、10.51、0.04、17.09、0.02 mg·kg1。（2）在0～10 cm和10～20 cm土層中，重金屬的生態(tài)風險狀況總體上處于輕微生態(tài)風險等級，綜合生態(tài)風險指數(shù)分別為105.29和38.96;0～10 cm土層不同重金屬潛在的生態(tài)風險順序為汞>鎘>鉛>銅>砷>鋅>鉻，汞、鎘的生態(tài)風險分別為50.16、42.05，在總重金屬風險中貢獻率分別占所有重金屬的47.6%和39.9%，已達中等生態(tài)風險等級;在10～20 cm土層中，7種重金屬的生態(tài)風險大小關(guān)系為鎘>汞>銅>鉛>砷>鉻>鋅。（3）研究區(qū)羅漢果果實中砷、銅、鋅、鉛、鎘、鉻、汞的含量分別為0.000 24、0.273、1.10、0.001 6、0.000 13、0.000 13、0.000 12 mg·kg1，其生態(tài)風險狀況均處于輕微風險等級，7種重金屬的生態(tài)風險順序為汞>銅>鎘>鋅>鉛>砷>鉻，綜合生態(tài)風險指數(shù)為0.211 93，幾乎不存在生態(tài)風險。因此，在龍勝縣丘陵山區(qū)典型貧困村——樂江鎮(zhèn)寶贈村推廣種植的羅漢果達到了安全質(zhì)量標準。

關(guān)鍵詞： 羅漢果， 土壤， 重金屬， 生態(tài)風險評價

中圖分類號：Q948.1

文獻標識碼：A

文章編號：10003142（2021）02024308

Abstract：Longsheng County is one of the three main producing areas of Siraitia grosvenorii in Guilin City， the contents of heavy metals in soil and S. grosvenorii might affect the healthy development of S. grosvenorii in this area. To explore the safety of S. grosvenorii orchard， heavy metals （As， Cu， Zn， Pb， Cd， Cr， Hg） in the soil（0-10 cm，10-20 cm） and fruit of S. grosvenorii in the hilly region in Longsheng were measured， and their potential ecological risks were evaluated through Hankanson method. The results were as follows： （1） The average content of the heavy metals in the soil（0-10cm，10-20 cm） of S. grosvenorii orchard reached the EcoSSLs standard request of the national agricultural land evaluation criterion （GB156182018）， with the average values in soil（0-10 cm） of As， Cu， Zn， Pb， Cd， Cr， Hg were 3.67， 18.00， 58.39， 17.01， 0.10， 28.57， 0.08 mg·kg1， and in soil（10-20 cm） were 1.93， 12.56， 21.47， 10.51， 0.04， 17.09， 0.02 mg·kg1， respectively. （2） The ecological risk status of heavy metals in soil （0-10 cm） of S. grosvenorii orchard in the hilly region of North Guangxi was a low ecological risk generally. The average ecological risk index values at different points were 105.29， which represented a low ecological risk. The potential ecological risk decreased with the sequence of Hg， Cd， Pb， Cu， As， Cr and Zn， and all the metals except for Hg and Cd had a low ecological risk. The potential ecological risk index caused by Hg and Cd reached 50.16 and 42.05， representing a moderate ecological risk， which contributed around 47.6% and 39.9% of the total potential ecological risk. The ecological risk status of heavy metals in soil （10-20 cm） of S. grosvenorii orchard was a low ecological risk. The average ecological risk index values at different points were 38.96， which had a low ecological risk. The potential ecological risk decreased following the sequence of Cd， Hg， Cu， Pb， As， Cr and Zn. （3） The average content of the heavy metals in the fruit of S. grosvenorii orchard with the values of As， Cu， Zn， Pb， Cd， Cr， Hg were 0.000 24， 0.273， 1.10， 0.001 6， 0.000 13，0.000 13 and 0.000 12 mg·kg1， respectively， which represented a low ecological risk. The potential ecological risk decreased with the sequence of Hg， Cu， Cd， Zn， Pb， As and Cr. It was showed that the average ecological risk index values of different samples were 0.211 93， with little ecological risk. Therefore， the S. grosvenorii planted at Baozeng Village reached the safety and quality standard.

Key words： Siraitia grosvenorii， soil， heavy metal， ecological risk assessment

龍勝縣地處廣西北部、南嶺山系的西南部，平均海拔低，氣候溫和，光照充足，四季分明，氣候條件優(yōu)越，土層深厚，耕作性好，宜發(fā)展各種旱地作物特別適合羅漢果種植。桂北地區(qū)做為羅漢果的栽培起源中心，在我國民間已有300多年的歷史（白先達等，2009），其種植面積、產(chǎn)量占全國的95%，全球90%的羅漢果產(chǎn)自于桂北地區(qū)（曾其國，2012）。羅漢果作為藥食兩用及桂北地區(qū)重要進出口商品，其質(zhì)量安全直接影響該地區(qū)的生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。開展土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查與評估等研究，有助于推進土壤潛在污染防治工作，從而促進區(qū)域農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)健康、穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展（陳衛(wèi)平等，2018）。因此，加強對羅漢果種植區(qū)土壤及羅漢果重金屬元素等的研究，對于評價羅漢果質(zhì)量安全和產(chǎn)地環(huán)境都至關(guān)重要。

環(huán)境中的重金屬具有來源廣、殘毒時間長、不易被微生物分解等特點，會引起嚴重的環(huán)境問題（Loizidous et al.， 1991;Savvides et al.， 1995;范成新等，2002）。環(huán)境中的重金屬通過各種方式在生態(tài)系統(tǒng)中遷移循環(huán)，最終可進入人體中，產(chǎn)生嚴重危害（文湘華，1993;賈振邦等，2001;徐爭啟等，2004a，b;王曉等，2006;丁振華等，2006）。國內(nèi)學(xué)者對羅漢果的研究主要集中在種質(zhì)資源（常放箏等，1981;李鋒等，2008）、生態(tài)環(huán)境（彭云滔等，2005）、藥理（周欣欣和宋俊生，2004;陳全斌等，2005a，b）、栽培技術(shù)（范承彪，2008）、化學(xué)成分（劉金磊等，2007）和開發(fā)利用（黎霜等，2003）等方面。近年來，在桂林市龍勝縣中高海拔的丘陵山地也逐漸推廣和試種羅漢果，在典型貧困村——樂江鎮(zhèn)寶贈村，已建立“企業(yè)+科研院所+農(nóng)戶”的羅漢果種植模式，但該村有關(guān)土壤和羅漢果果實中重金屬的污染及潛在生態(tài)危害評價方面的研究尚不清楚。因此，通過研究寶贈村羅漢果種植區(qū)土壤及羅漢果果實中的重金屬含量，運用Hakanson指數(shù)法等對重金屬的潛在生態(tài)危害進行評價，旨在為該地區(qū)的羅漢果產(chǎn)業(yè)的安全發(fā)展提供理論依據(jù)。

1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣西北部羅漢果的主產(chǎn)區(qū)——桂林市西北部的龍勝縣。該區(qū)總面積2 538 km2，109°43′—110°21′ E、25°29′—26°12′ N，東、南、北三面高而西部低，高、低海拔垂直高差1 777 m，山峰與山坡呈階梯狀傾斜（陳建設(shè)等，2019）。選擇的研究區(qū)域?qū)儆谇鹆晟降?，基巖裸露，土壤比較貧瘠，生態(tài)環(huán)境比較脆弱;屬于亞熱帶季風氣候，年平均氣溫18～19 ℃，大于或等于10 ℃的積溫為5 064～6 383 ℃;年均日照時數(shù)1 237.3～1 626.4 h，全年無霜期308～314 d;雨量充沛，年均降雨量為1 500～2 400 mm之間。羅漢果主要種植于海拔300～800 m丘陵、坡地，土壤多由碳酸鹽發(fā)育而來，由砂壤土和粘土組成紅壤（曾其國，2012）。

2材料與方法

2.1 采樣方法

在廣西桂林龍勝縣樂江鎮(zhèn)寶贈村羅漢果種植地（109°50′14″ E、25°59′13″ N，海拔523～650 m），選擇具有代表性的不同海拔高度的3塊種植地，每塊地1 hm2，按照0～10 cm，10～20 cm土層采樣，運用“五點采樣法”，各采集同層5個點的土壤合并為1份樣品，每份土壤樣品1.5 kg，每樣地采集土樣3份。土壤樣品經(jīng)過前處理、風干、磨細過0.150 mm土壤篩備用。在土壤采樣點，選取100 cm × 100 cm的樣方進行羅漢果采樣，選取生長期為90～100 d，果柄泛黃，果皮青黃色的成熟青皮果羅漢果果實，每種植地采集3份羅漢果，每份羅漢果9個（大、中、小果各3個），將采集好的羅漢果樣品保存于保鮮袋中帶回實驗室后放入烘箱恒溫65 ℃下烘烤制成干燥果實樣品，備后續(xù)實驗分析用。

2.2 測試方法

采用IRIS1000ER/S型等離子體發(fā)射光譜儀（Therm Jerrell Ash Co.，USA）測定砷（As）、銅（Cu）、鋅（Zn）、鉛（Pb）、鎘（Cd）、鉻（Cr）和汞（Hg）的元素含量（沈育伊等，2012），工作參數(shù)如下：高頻功率1 150 W，霧化器壓力為30.06 psi （1 psi=6.89×103 Pa），輔助氣流量0.5 L·min1，蠕動泵轉(zhuǎn)速100 r·min1，進樣清洗時間45 s，提升量1.85 mL·min1;儀器檢測的最低極限值<0.000 01。微波消解儀（德國，ETHOS1）功率為1 000 W，微波消解程序：20～180 ℃，升溫10 min;180 ℃保持20 min;180～20 ℃，降溫30 min。所用化學(xué)試劑均為分析純，實驗室用水為超純水（Elga purel ab Classic超純水機系統(tǒng)，英國Elga公司）;ER180A萬分之一全自動分析天平（日本島津）、電熱恒溫干燥箱（上海實驗儀器廠）等;As、Cu、Zn、Pb、Cd、Cr和Hg的標準溶液（國家鋼鐵材料測試中心提供）均用1% HNO3配制而成;稱取試樣0.500 0 g置于石英消解罐中，加

8 mL硝酸于微波消解儀中按照程序進行消解;同時做樣品空白對照，待消化完全后取下，放在消解器上加熱，趕酸，待溶液體積為0.5～1.0 mL時將其轉(zhuǎn)移到50 mL容量瓶中，反復(fù)清洗消解罐，合并移入容量瓶中，并用超純水定容至刻度。土壤和植物樣品中元素含量以干物質(zhì)中元素的質(zhì)量分數(shù)表示。

2.3 單因子污染指數(shù)法（周笑白等，2015）

利用單因子污染指數(shù)法，評價土壤和羅漢果果實中重金屬污染物的超標情況。具體如下：

式中：PIi為采樣點的重金屬i的污染指數(shù);Ci為該樣點重金屬i的實測含量;Si為重金屬i的評價標準含量。

2.4 土壤及羅漢果果實潛在風險評價方法（周笑白等，2015）

采用瑞典科學(xué)家Hakanson提出的潛在生態(tài)危害指數(shù)法，對土壤及羅漢果果實進行評價（徐爭啟等，2008）。通過分析土壤及羅漢果果實中各個重金屬污染物的釋放能力和生物毒性強度，將土壤及羅漢果果實中污染物的含量折算成生物毒性風險;對于多種重金屬共存情況，通過加和的處理方式來衡量。計算方法如下：

式中：Ein為重金屬i的潛在生態(tài)風險指數(shù);Tir為重金屬i的毒性系數(shù)（表1）（徐爭啟等，2008）;Sis為重金屬i的實測值;Cin為重金屬i的評價參考值，該研究選用廣西土壤重金屬背景值為參考值（表1）（楊勝香等，2006;程峰，2014;趙慧芳等，2016;王佛鵬等，2018）;RI為土壤及羅漢果果實中重金屬污染物的綜合潛在生態(tài)風險指數(shù)。Hakanson的潛在生態(tài)風險指數(shù)法對污染程度的劃分如表2 所示。

2.5 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2007和SPSS19 軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，對不同重金屬污染物進行方差分析，對土壤不同重金屬元素含量進行Pearson 相關(guān)性分析。

3結(jié)果與分析

3.1 龍勝丘陵山區(qū)羅漢果果園土壤中重金屬的含量分析

本次調(diào)查土壤樣品中的7種重金屬平均含量均遠低于國家農(nóng)業(yè)用地土壤環(huán)境質(zhì)量標準限值（GB156182018），說明桂北典型丘陵山區(qū)寶贈村羅漢果果園土壤均達到國家農(nóng)用地土壤篩選值標準。0～20 cm土壤中重金屬含量由高至低為鋅>鉻>銅>鉛>砷>鎘>汞（表3），所有樣點中土壤均可滿足羅漢果培育等用地要求。

龍勝丘陵山區(qū)寶贈村羅漢果果園土壤（0～10 cm）中7種重金屬的平均值均低于桂東北農(nóng)業(yè)土壤中重金屬含量，除汞以外的其他6種重金屬含量均低于西江流域背景值和全國土壤背景值?；诠饢|北農(nóng)業(yè)土壤重金屬含量值，符合正常標準范圍內(nèi)數(shù)據(jù)，說明本研究區(qū)域內(nèi)土壤質(zhì)量優(yōu)于桂東北農(nóng)業(yè)土壤。該研究土壤 （10～20 cm） 中7種重金屬的平均值均低于桂東北農(nóng)業(yè)土壤、西江流域背景值和全國土壤背景值，隨土層深度增加其重金屬含量隨之減少。

3.2 龍勝丘陵山區(qū)羅漢果果實中重金屬的含量分析

表4數(shù)據(jù)表明，研究區(qū)域羅漢果果實中7種重金屬含量達到了國家食品污染物限量標準，砷、鉛、鎘、鉻和汞在果實中的含量幾乎接近于零;該研究中的羅漢果果實重金屬砷、銅、鉛、鎘和汞含量完全符合藥用植物綠色行業(yè)標準（WM/T22004）。

3.3 龍勝丘陵山區(qū)羅漢果園土壤與果實中重金屬的生態(tài)風險分析

表5數(shù)據(jù)顯示，龍勝丘陵山區(qū)羅漢果園表層土壤（0～10 cm）中重金屬的生態(tài)風險狀況總體上處于輕微生態(tài)風險等級，7種重金屬的生態(tài)風險順序為汞>鎘>鉛>銅>砷>鋅>鉻。所有重金屬中汞的生態(tài)風險值最高（50.16），平均生態(tài)風險達到了中等生態(tài)風險強度，鎘的生態(tài)風險值次之（42.05），平均生態(tài)風險亦達到中等生態(tài)風險強度。汞和鎘在重金屬生態(tài)風險中的貢獻率分別占所有重金屬的47.6%和39.9%。汞、鎘生態(tài)風險較高與汞、鎘的生物毒性較高和近年來累積速度較快有關(guān)。

10～20 cm層土壤中重金屬的生態(tài)風險狀況均處于輕微生態(tài)風險等級，7種重金屬的生態(tài)風險大小關(guān)系為鎘>汞>銅>鉛>砷>鉻>鋅。羅漢果果實中重金屬的生態(tài)風險狀況均處于輕微風險等級，7種重金屬的生態(tài)風險大小表現(xiàn)為汞>銅>鎘>鋅>鉛>砷>鉻，其生態(tài)風險值非常低，幾乎不存在風險。

3.4 龍勝丘陵山區(qū)羅漢果園土壤中重金屬的相關(guān)性分析

相關(guān)性分析表明，土壤金屬鎘與鉻之間相關(guān)性不顯著（P=0.527，r=0.038），鎘與鋅具有較好的相關(guān)性（P=0.839，r=0.002），類金屬砷和汞具有較好的相關(guān)性（P=0.635，r=0.001）。重金屬和類金屬之間的相關(guān)性說明這些重金屬和類金屬有一定的同源性（張雷等，2011）。

4討論與結(jié)論

龍勝丘陵山區(qū)寶贈村羅漢果果園土壤（0～10 cm）重金屬砷、銅、鋅、鉻的含量相對于背景值沒有明顯的變化，鋅、鎘和汞的含量有所升高，含量達到了背景值的1.1倍，但未超過國家農(nóng)用地土壤篩選值標準，汞含量低于鄭武（1993）測定的桂東北地區(qū)農(nóng)業(yè)土壤的汞含量。這可能與研究區(qū)域周邊無汞的污染源，地處貧困深山區(qū)，土壤未受到污染有關(guān)。

本研究區(qū)域羅漢果果實中7種重金屬含量遠低于國家標準中食品污染物限量，砷、鉛、鎘、鉻和汞在果實中的含量幾乎已達到儀器檢測的最低極限值，銅和鋅遠低于國家標準，僅為國標的2.73%和2.2%，這與曾其國（2012）在龍勝縣開展的研究結(jié)果相似。與同屬桂北羅漢果主產(chǎn)區(qū)臨桂和永福的羅漢果果實重金屬含量（李斐，2007）相比較表明，該研究中的羅漢果果實重金屬砷、銅、鉛、鎘和汞僅為上述兩地羅漢果重金屬含量的1/1000、1/20、1/1000、1/2000和1/100;該研究中的羅漢果果實重金屬砷、銅、鉛、鎘和汞含量完全符合藥用植物綠色行業(yè)標準（WM/T22004），僅為此標準值的1/10000、1/100、3/10000、1/2500和3/2500。由此證明，研究區(qū)域內(nèi)產(chǎn)的羅漢果更綠色、更安全，也表明該區(qū)域種植和發(fā)展羅漢果產(chǎn)業(yè)是安全和可行的。

綜上所述，龍勝丘陵山區(qū)典型貧困村寶贈村羅漢果果園土壤重金屬含量遠低于國家農(nóng)業(yè)用地土壤環(huán)境質(zhì)量標準限值，該區(qū)域土壤均達到國家農(nóng)用地土壤篩選值標準。表層土壤（0～10 cm）中重金屬的生態(tài)風險狀況總體上處于輕微生態(tài)風險等級，7 種重金屬的生態(tài)風險順序為汞>鎘>鉛>銅>砷>鋅>鉻。所有重金屬中汞、鎘的生態(tài)風險較高，在總重金屬風險中貢獻率分別占所有重金屬的47.6%和39.9%，達到了中等生態(tài)風險等級。土壤（10～20 cm）中重金屬的生態(tài)風險狀況均處于輕微生態(tài)風險等級，7種重金屬的生態(tài)風險順序為鎘>汞>銅>鉛>砷>鉻>鋅。龍勝丘陵山區(qū)典型貧困村寶贈村羅漢果果實中重金屬的生態(tài)風險狀況均處于輕微風險等級，7種重金屬的生態(tài)風險順序為汞>銅>鎘>鋅>鉛>砷>鉻，幾乎不存在生態(tài)風險，可放心入藥和食用。因此，建議在龍勝典型丘陵山地寶贈村及周邊的貧困山區(qū)，羅漢果可作為優(yōu)先發(fā)展的綠色產(chǎn)業(yè)來種植和推廣。

致謝感謝程桂霞、劉建春、蔣玉龍等在實驗樣品分析方面提供的幫助！

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