馬佳燕，馬嘉偉，柳 丹，傅偉軍，葉正錢

（1. 浙江農(nóng)林大學(xué) 省部共建亞熱帶森林培育國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 311300；2. 浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江省土壤污染生物修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 311300）

土壤是人類賴以生存的自然環(huán)境，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要資源。然而，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的加速發(fā)展，城市化、工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，農(nóng)藥、化肥的長(zhǎng)期使用和污水灌溉等，農(nóng)田土壤中的重金屬不斷累積，引發(fā)農(nóng)田土壤重金屬污染問(wèn)題，導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品重金屬積累和污染，并通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，威脅人類的健康。農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染問(wèn)題變得越來(lái)越嚴(yán)峻[1-4]。土壤重金屬污染具有隱蔽性、不可逆性和長(zhǎng)期性的特點(diǎn)[5-6]，治理難度大。對(duì)土壤重金屬污染狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，預(yù)防土壤重金屬污染，開展土壤重金屬污染農(nóng)產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)極為重要，這也是國(guó)內(nèi)外研究和社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)[7-9]。土壤重金屬污染狀況的正確評(píng)價(jià)可以為土壤安全利用、保障農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)及政府制定土壤保護(hù)政策等提供科學(xué)依據(jù)。評(píng)價(jià)土壤重金屬污染的方法較多，常見的有內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法、富集系數(shù)法、地累積指數(shù)法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法等，迄今尚未形成一個(gè)成熟的方法和統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[10-13]。水稻Oryza sativa是世界第二大糧食作物，也是中國(guó)第一大糧食作物。鎘容易被水稻吸收，也是目前中國(guó)水稻生產(chǎn)中最主要的重金屬污染元素[14]。在浙江省農(nóng)產(chǎn)區(qū)不同土地利用類型中，稻田土壤中重金屬平均含量最高[15]，但對(duì)稻米重金屬污染狀況的調(diào)查，特別是土壤和稻米協(xié)同采樣的調(diào)查和污染評(píng)價(jià)研究卻甚少[16]。嘉興是浙江省杭嘉湖平原區(qū)重要產(chǎn)糧基地之一。已有文獻(xiàn)報(bào)道：嘉興市稻田土壤重金屬總體狀況良好，也存在著一些零星分布的土壤重金屬超標(biāo)區(qū)域，但尚未開展土壤-水稻系統(tǒng)協(xié)同采樣和進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)?；诖耍狙芯坑?018年在水稻收獲季，以已報(bào)道嘉興市受重金屬污染的稻田土壤區(qū)域及重點(diǎn)企業(yè)周邊區(qū)域?yàn)橹饕獙?duì)象，開展土壤-水稻樣品協(xié)同采樣，測(cè)定土壤和稻米中鎘、鉛、鉻、砷等4種重金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，結(jié)合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)》、GB/T 36869-2018《水稻生產(chǎn)的土壤鎘、鉛、鉻、汞、砷安全閾值》和GB 2762-2017《食品中污染物限量》，對(duì)土壤重金屬污染狀況和對(duì)水稻安全生產(chǎn)的污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，旨在進(jìn)一步保護(hù)和利用土壤，為今后嘉興市水稻土質(zhì)量安全管理和土壤重金屬污染治理方案的確定提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

嘉興市地處浙江省東北部、長(zhǎng)江三角洲杭嘉湖平原腹地，30°21′～31°02′N，120°18′～121°06′E。全市現(xiàn)轄海寧、桐鄉(xiāng)、平湖、海鹽、嘉善5個(gè)縣(市)和南湖、秀洲2個(gè)區(qū)，陸地總面積4 275.05 km2，全市戶籍人口352.12萬(wàn)人。該市地處北亞熱帶南緣，屬東亞季風(fēng)區(qū)，冬夏季風(fēng)交替，四季分明，氣溫適中，雨水豐沛，日照充足，年平均氣溫15.9 ℃，年平均降水量1 168.6 mm，年平均日照2 017.0 h。地勢(shì)低平。土壤母質(zhì)主要為淺海沉積物、河流沖積物及湖沼相沉積物。

1.2 土壤樣品采集與處理

以公開報(bào)道的嘉興市土壤重金屬信息為導(dǎo)向，并結(jié)合實(shí)地咨詢和調(diào)查，本研究試驗(yàn)區(qū)域覆蓋重金屬接近和達(dá)到污染的土壤，同時(shí)兼顧選取重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)等污染源周圍稻田土壤(疑似)，并開展土壤和水稻樣品協(xié)同采集。采用全球定位系統(tǒng)(GPS)定位，于2018年10月水稻收獲時(shí)期，采集稻田0～20 cm土層土樣，同時(shí)采集對(duì)應(yīng)的水稻籽粒樣品。為確保樣品的代表性，在每個(gè)取樣點(diǎn)以周圍5 m×5 m正方形范圍內(nèi)設(shè)置6～8個(gè)采樣點(diǎn)。每個(gè)采樣點(diǎn)取土約0.5 kg，均勻混合為1份，按四分法保留分析樣品約1.0 kg。土壤樣品自然風(fēng)干后混勻磨碎，過(guò)2.00 mm篩，用以測(cè)定pH和重金屬有效態(tài)質(zhì)量分?jǐn)?shù)；取其中一部分過(guò)0.15 mm篩，用以測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)和重金屬全量。水稻樣品選取籽粒部分，以自來(lái)水沖洗和去離子水洗凈，70 ℃烘干至恒量，脫殼粉碎后備用。

1.3 樣品分析與測(cè)定

土壤重金屬全量采用硝酸-鹽酸-高氯酸(HNO3-HCl-HClO4)混合酸微波消解后測(cè)定；土壤重金屬鎘有效態(tài)采用0.1 mol·L-1鹽酸提取劑提取后測(cè)定；水稻籽粒重金屬采用硝酸微波消解后測(cè)定。待測(cè)液中的鎘、鉛采用石墨爐原子吸收光譜儀測(cè)定，鉻采用火焰原子吸收光譜儀測(cè)定，砷采用原子熒光光譜儀測(cè)定。測(cè)定時(shí)均加入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)土壤標(biāo)樣和大米國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)參比物分別進(jìn)行質(zhì)量控制，分析結(jié)果符合質(zhì)量控制要求。土壤pH用pH計(jì)按水土比2.5∶1.0浸提測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測(cè)定[17]。

1.4 污染評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)

目前，對(duì)于重金屬污染的評(píng)價(jià)方法有很多，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果反映的主體可分為2類: 以重金屬元素為主體的評(píng)價(jià)方法和以采樣點(diǎn)為主體的評(píng)價(jià)方法[18]。本研究主要選取以重金屬元素為主體的評(píng)價(jià)方法，單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法、富集系數(shù)法和地累積指數(shù)法、潛在生態(tài)指數(shù)評(píng)價(jià)法和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指數(shù)法對(duì)嘉興市水稻土壤重金屬污染及其生態(tài)危害做出定量評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估。

1.4.1 單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)法和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法 單因子污染指數(shù)法[19]針對(duì)土壤中單一污染物的污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。其計(jì)算公式為：

式(1)中：Pi為重金屬元素i的污染指數(shù)；Ci為重金屬元素i的實(shí)測(cè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(mg·kg-1)；Si為重金屬元素i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(mg·kg-1)。Pi的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參見文獻(xiàn)[19]。

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法[19]是在單因子指數(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)重金屬污染進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。其計(jì)算公式為：

式(2)中：P為土壤污染綜合指數(shù)；Piave為土壤中各污染指數(shù)平均值；Pimax為土壤中各污染指數(shù)最大值。P的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參見文獻(xiàn)[19]。

1.4.2 富集系數(shù)法和地累積指數(shù)法 采用富集系數(shù)法[12]主要是評(píng)估和識(shí)別污染物來(lái)源。富集系數(shù)(E)的計(jì)算公式如下：

式(3)中：(Ci/Cn)s為土壤樣品中重金屬元素i與標(biāo)準(zhǔn)化元素n的測(cè)量質(zhì)量分?jǐn)?shù)比值，(Ci/Cn)r為土壤中重金屬元素i與標(biāo)準(zhǔn)化元素n的背景值比。本研究選擇錳為參比元素[20-21]。E值越大，富集程度就越高。E的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參見文獻(xiàn)[12]。

地累積指數(shù)(Igeo)法[12]被應(yīng)用于人為活動(dòng)產(chǎn)生的重金屬對(duì)土壤污染的評(píng)價(jià)。Igeo的計(jì)算公式如下：

式(4)中：Igeo為地累積指數(shù)；Ci為重金屬元素i的實(shí)測(cè)值(mg·kg-1)；Bi為重金屬元素i的地球化學(xué)背景值(mg·kg-1)；k為考慮造巖運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致重金屬背景值存在差異而設(shè)定的系數(shù)，一般為1.5。Igeo的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參見文獻(xiàn)[12]。

1.4.3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)法和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指數(shù)法 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)采用Hakanson提出的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)IR的計(jì)算公式如下：

式(5)～式(7)中：Ci為重金屬元素i的實(shí)測(cè)值；Cn為重金屬元素i的參比值(采用浙江省土壤環(huán)境背景值)[22]。Fri、Tri、Eri分別為第i種重金屬污染系數(shù)、毒性響應(yīng)系數(shù)和潛在生態(tài)危害指數(shù)。鎘、鉛、鉻、砷的毒性響應(yīng)系數(shù)分別為30、10、2、10[23]。潛在生態(tài)危害指數(shù)(Eri)越高，表明土壤受某個(gè)重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)越高；IR被稱為潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，為多種重金屬元素的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合值，其值越大，土壤風(fēng)險(xiǎn)越高，據(jù)此可以根據(jù)Er和IR進(jìn)行分類和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[24]。

采用Rapan提出的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指數(shù)(IER)對(duì)水稻土生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警評(píng)估。IER的計(jì)算公式為：

式(8)中：IER為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指數(shù)；IERi為重金屬元素i的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；CAi為重金屬元素i的實(shí)測(cè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)；CRi為重金屬元素i的參比值。預(yù)警分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)IER進(jìn)行分類和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[25]。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2018對(duì)土壤重金屬進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析。采用SPSS 22.0進(jìn)行Spearman相關(guān)性分析。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖表的繪制由Excel 2018和Origin 11.0完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤 pH 和有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)

土壤重金屬的生物有效性受諸多因子的影響。在水稻生產(chǎn)上，土壤pH和有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)土壤重金屬有效性的影響極為重要。相同的重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)，土壤高pH、高有機(jī)質(zhì)有利于重金屬有效性的降低，抑制水稻吸收積累重金屬，稻米重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)下降。因此，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中將土壤pH和有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)狀況列為2個(gè)參數(shù)，制定土壤中重金屬元素鎘、鉛、鉻、汞、砷的最大允許質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其允許值(閾值)隨土壤pH和有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高而增大，如當(dāng)pH＜5、有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜20 g·kg-1時(shí)，土壤鎘的安全閾值定為0.2 mg·kg-1；而當(dāng)土壤pH≥7、有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥20 g·kg-1時(shí)，土壤鎘的安全閾值定為 0.5 mg·kg-1(GB/T 36 869-2018《水稻生產(chǎn)的土壤鎘、鉛、鉻、汞、砷安全閾值》)。調(diào)研結(jié)果顯示：本研究所調(diào)查的水稻土土壤pH和有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化都較大，土壤pH為5.0～8.0，pH相差達(dá)3個(gè)單位，而土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 6.8～61.0 g·kg-1，相差近 10 倍 (表 1)，因而，允許的土壤重金屬閾值不同。

2.2 土壤和大米重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)狀況

本研究所調(diào)查區(qū)域水稻土重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)變幅較大，因不同元素而異。測(cè)定結(jié)果及描述性統(tǒng)計(jì)分析見表2和表3。土壤鎘、鉛、鉻、砷質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍分別為0.01～1.92、17.60～34.80、47.00～123.00、3.97～9.89 mg·kg-1，平均分別為0.36、25.78、72.73、7.55 mg·kg-1。土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)與浙江省土壤重金屬背景值相比，鎘、鉛、鉻、砷分別有68.18%、13.64%、22.73%、54.55%的樣品超過(guò)浙江省土壤背景值；與土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[GB 15 618-2018《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)》]中農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值相比，只有部分稻田土壤鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)有所超標(biāo)，點(diǎn)位超標(biāo)率為22.73%，但都低于風(fēng)險(xiǎn)管制值；與水稻安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 36 869-2018《水稻生產(chǎn)的土壤鎘、鉛、汞、砷安全閥值》)的土壤安全閾值相比，也只有鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)規(guī)定限值，點(diǎn)位超標(biāo)率為31.82%。

變異系數(shù)可以反映一定區(qū)域內(nèi)重金屬元素的分布和污染程度的差異，變異系數(shù)越大代表元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異越大、離散度越高，重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)受外界因素影響越大[26]。由表2可以看出：土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)變異系數(shù)最大的是鎘，達(dá)120.10%，表明土壤中鎘的空間分布差異比較大，可能受人類活動(dòng)及周邊環(huán)境(企業(yè)工廠)的影響所致，其他重金屬元素鉛、鉻、砷的變異系數(shù)都很小，為15.56%～21.53%，在空間上存在相似的污染程度。

表2與圖1結(jié)果表明：除部分樣點(diǎn)鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)篩選值和安全閾值外，土壤鎘、鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)水平均未超出對(duì)應(yīng)安全閾值，說(shuō)明被調(diào)查的土壤重金屬污染(疑似)區(qū)域內(nèi)水稻土雖然存在普遍的鎘、鉻、鉛富集，但鉻、鉛未超出國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限值。土壤砷質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于水稻生產(chǎn)安全閾值和農(nóng)用土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值。因此，對(duì)水稻安全生產(chǎn)而言，土壤鎘累積現(xiàn)象最為凸顯，可能會(huì)影響水稻的安全生產(chǎn)。

圖1 水稻土重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布箱線圖Figure 1 Box plot of soil heavy metal content distribution in paddy soils

表2 水稻土和稻米重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 2 Contents of heavy metals in paddy soils and rice grains

雖然研究區(qū)域內(nèi)有部分稻田土壤鎘超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值，但是稻米測(cè)定結(jié)果顯示所采集的稻谷稻米鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.006～0.062 mg·kg-1，平均為0.029 mg·kg-1，均在安全范圍以內(nèi)，沒(méi)有超過(guò)GB 2762-2017《食品中污染物限量》限額(0.200 mg·kg-1)。說(shuō)明目前的土壤環(huán)境對(duì)所栽水稻品種是安全的。除了水稻自身因素外，稻米鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)積累低還可能與重金屬鎘污染土壤的環(huán)境條件特別是土壤pH和有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高有關(guān)[27]。但是在本研究中，研究區(qū)稻米鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤全量鎘、有效態(tài)鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)和土壤pH、有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相關(guān)性都不高，顯示水稻土中全量鎘、有效態(tài)鎘、有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和pH都不是影響稻米中鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)高低的決定性因素(表4)。雖然稻米鎘積累與有效態(tài)鎘、有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)有一定的正相關(guān)性，而與pH呈負(fù)相關(guān)，但許多研究表明重金屬的有效性會(huì)隨著有機(jī)質(zhì)的增加而降低[28]。說(shuō)明稻米鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)、土壤鎘有效性與土壤環(huán)境條件關(guān)系復(fù)雜，同時(shí)這些結(jié)果還可能與水稻品種有關(guān)。因?yàn)樗净蛐褪怯绊懲寥?水稻系統(tǒng)中重金屬的轉(zhuǎn)移和生物利用度的主要因素，不同的水稻品種對(duì)土壤重金屬的吸收、轉(zhuǎn)移、富集能力不同，導(dǎo)致籽粒中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異。鎘低積累水稻品種籽粒吸收積累鎘少，在一定的土壤鎘污染超標(biāo)條件下，大米鎘不會(huì)超標(biāo)[19,29]。

表4 土壤全量鎘、有效態(tài)鎘、稻米鎘和土壤 pH、有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis of total soil Cd, available Cd, rice grain Cd, soil pH and SOM

2.3 水稻土重金屬污染評(píng)價(jià)

2.3.1 單因子指數(shù)評(píng)價(jià)和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評(píng)價(jià)以國(guó)家水稻生產(chǎn)的土壤安全閾值(GB/T 36869-2018《水稻生產(chǎn)的土壤鎘、鉛、鉻、汞、砷安全閾值》)為依據(jù)，計(jì)算研究區(qū)域水稻土土壤重金屬的單項(xiàng)污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)。從表5可以看出：土壤重金屬鎘、鉛、鉻、砷的單項(xiàng)污染指數(shù)平均值分別為0.96、0.25、0.42、0.36。所有重金屬單因子污染指數(shù)均小于1.00，屬于清潔水平，說(shuō)明研究區(qū)域水稻土處于安全水平。與稻米重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定結(jié)果一致。

根據(jù)各重金屬元素不同污染級(jí)別樣點(diǎn)數(shù)占比可知(表6)，有68.18%的樣點(diǎn)土壤鎘單因子污染指數(shù)小于1.00，其余31.82%樣點(diǎn)的土壤鎘超標(biāo)，其中輕度污染、中度污染、重度污染樣點(diǎn)數(shù)分別占樣點(diǎn)總數(shù)的22.73%、4.55%、4.55%。鉛、鉻、砷等3種元素的單因子污染指數(shù)全部都小于1.00，不存在污染情況。由此，鎘是4種元素中積累最為嚴(yán)重的重金屬元素。從內(nèi)梅羅綜合指數(shù)(表5和表6)看，研究區(qū)域土壤鎘、鉛、鉻、砷重金屬綜合指數(shù)為0.28～2.84，各點(diǎn)位差異較明顯。所有點(diǎn)位中63.64%的樣點(diǎn)綜合污染指數(shù)均小于0.70，也說(shuō)明嘉興市水稻土環(huán)境狀況整體良好。處于警戒線的占13.64%，受污染的占22.72%，其中輕度污染的占18.18%，中度污染的占4.54%，無(wú)重度污染。對(duì)于處于警戒線，特別是部分已處于中、輕度污染的土壤應(yīng)當(dāng)引起高度重視。

表5 水稻土重金屬污染指數(shù)Table 5 Heavy metal pollution index of paddy soil

表6 基于污染指數(shù)法重金屬污染程度占比Table 6 Proportion of heavy metal pollution based on pollution index method

2.3.2 富集系數(shù)評(píng)價(jià)和地累積指數(shù)評(píng)價(jià) 以浙江省土壤背景值作為依據(jù)，以錳元素作為校準(zhǔn)元素進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算富集系數(shù)。對(duì)4種重金屬元素的富集系數(shù)(E)進(jìn)行分析比較(表7)，可以得出：4種重金屬元素富集程度從大到小依次為鎘、砷、鉻、鉛。鉛、鉻、砷區(qū)域富集污染程度為Ⅱ級(jí)，屬于輕微富集、輕微污染；鎘區(qū)域富集污染程度為Ⅲ級(jí)，屬于中度富集、中度污染。鎘、鉛、鉻、砷分別有18.18%、36.36%、27.27%、13.64%的采樣點(diǎn)呈現(xiàn)無(wú)富集、無(wú)污染狀態(tài)；分別有31.82%、59.09%、68.18%、81.82%的采樣點(diǎn)表現(xiàn)為重金屬輕微富集、輕微污染；分別有31.82%、4.55%、4.55%、4.55%的采樣點(diǎn)表現(xiàn)為重金屬中度富集、中度污染；還有18.18%的樣點(diǎn)存在鎘元素顯著富集、強(qiáng)污染。

表7 水稻土重金屬元素富集系數(shù)和地累積指數(shù)評(píng)價(jià)特征值統(tǒng)計(jì)Table 7 Evaluation eigen value statistics of heavy metal element enrichment coefficient and geoaccumulation idex in paddy soil

仍以浙江省土壤背景值進(jìn)行參比。4種重金屬的地累積指數(shù)法統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表7所示。可以看出：4種元素Igeo從大到小依次為鎘、砷、鉻、鉛。在所有樣點(diǎn)中，砷、鉛的地累積指數(shù)均小于0，呈現(xiàn)無(wú)富集無(wú)污染狀態(tài)。污染最嚴(yán)重的重金屬為鎘，其平均地累積指數(shù)為-0.11，處于輕微污染的邊界。但是各樣點(diǎn)指數(shù)差異懸殊，特別是鎘，在研究區(qū)中僅有54.55%的樣點(diǎn)處于無(wú)富集、無(wú)污染狀態(tài)，27.27%的樣點(diǎn)處于輕微富集狀態(tài)，9.09%的樣點(diǎn)處于中度富集狀態(tài)，4.55%的樣點(diǎn)處于中強(qiáng)富集狀態(tài)，4.55%的樣點(diǎn)處于強(qiáng)富集狀態(tài)?？傮w而言，該地區(qū)在人類生產(chǎn)、生活活動(dòng)的影響下，鎘元素積累明顯，富集程度高；個(gè)別樣點(diǎn)存在鎘元素輕微富集污染，其他元素富集污染程度均為無(wú)污染。

2.3.3 稻田土壤中重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分析 以水稻生產(chǎn)的土壤安全閾值(GB/T 36869-2018《水稻生產(chǎn)的土壤鎘、鉛、鉻、汞、砷安全閾值》)指標(biāo)為參比值，根據(jù)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)劃分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)水稻土重金屬污染進(jìn)行潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果(表8)顯示：研究區(qū)域水稻土不同重金屬單項(xiàng)潛在生態(tài)危害指數(shù)(Er)平均值從大到小表現(xiàn)為鎘、砷、鉛、鉻。所有樣點(diǎn)鉛、鉻、砷的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(IR)均小于40，處于輕微風(fēng)險(xiǎn)水平。土壤鎘的潛在生態(tài)危害程度最高，平均值為28.83，生態(tài)危害系數(shù)變化幅度大，最高值為115.2，最低值為1.2，變異系數(shù)為86.92%。達(dá)到中等、較強(qiáng)生態(tài)危害的樣點(diǎn)數(shù)分別占樣點(diǎn)總數(shù)的18.18%、4.55%。土壤重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(IR)變化范圍為9.08～121.36，平均值為35.73，變異系數(shù)為70.01%，呈現(xiàn)輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平，主要貢獻(xiàn)因子是鎘。從變異系數(shù)可以看出：研究區(qū)域內(nèi)生態(tài)危害分布差異性大。但是所有樣點(diǎn)的IR均小于150，全部樣點(diǎn)均處于輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平。而土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指數(shù)(IER)變化范圍為-2.97～0.73，平均值為-2.01，處于無(wú)風(fēng)險(xiǎn)至預(yù)警級(jí)，僅有1個(gè)樣點(diǎn)最大的IER為0.73，也在輕度預(yù)警級(jí)別。因此，采用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)法和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指數(shù)法都表明：研究區(qū)土壤重金屬處于安全級(jí)別，污染風(fēng)險(xiǎn)較小。

表8 水稻土重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)Table 8 Potential ecological risk assessment of heavy metals in paddy soil

采用不同的方法對(duì)研究區(qū)域稻田土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果都表明：研究區(qū)域總體上處于安全水平；就單個(gè)重金屬而言，土壤鉛、鉻、砷屬于沒(méi)有污染風(fēng)險(xiǎn)或輕微風(fēng)險(xiǎn)水平，而鎘在某些點(diǎn)位稻田土壤中呈顯著富集、輕中度污染，對(duì)水稻安全生產(chǎn)構(gòu)成一定的風(fēng)險(xiǎn)。本研究協(xié)同采樣測(cè)定結(jié)果顯示：稻米各項(xiàng)指標(biāo)均符合國(guó)家糧食安全標(biāo)準(zhǔn)(GB 2762-2017《食品中污染物限量》)?？紤]到不同水稻品種對(duì)土壤鎘吸收積累的差異，以及土壤環(huán)境條件特別是pH易受人為施肥管理等措施的影響，對(duì)土壤鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的點(diǎn)位，在今后的水稻生產(chǎn)管理中需要加強(qiáng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，關(guān)注土壤鎘形態(tài)轉(zhuǎn)化和有效性的變化，以保障水稻糧食生產(chǎn)安全[26,28]。

3 結(jié)論

采用多種方法對(duì)研究區(qū)域稻田土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示：研究區(qū)域水稻土壤總體上處于安全水平。協(xié)同采樣測(cè)定結(jié)果顯示：稻米各項(xiàng)指標(biāo)均符合國(guó)家糧食安全標(biāo)準(zhǔn)(GB 2762-2017《食品中污染物限量》)。

采用E和Igeo的評(píng)價(jià)結(jié)果均得出4種元素富集程度從大到小依次為鎘、砷、鉻、鉛，潛在生態(tài)危害由強(qiáng)至弱依次為鎘、砷、鉛、鉻。研究區(qū)內(nèi)鎘富集(污染)最為明顯，個(gè)別樣點(diǎn)存在鎘元素中輕度污染，鎘是當(dāng)前最主要的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子。

目前的土壤環(huán)境對(duì)當(dāng)?shù)氐乃驹耘嗥贩N來(lái)說(shuō)是安全的。在今后的水稻生產(chǎn)管理中仍需加強(qiáng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，關(guān)注土壤鎘形態(tài)轉(zhuǎn)化和有效性的變化，充分保障水稻糧食生產(chǎn)安全。