息朝莊，吳林鋒，張鵬飛，范云飛，楊茗鈦，夏浩東，鄧會(huì)娟

(1.湖南城市學(xué)院土木工程學(xué)院，湖南益陽 413000；2.城市地下基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)安全與防災(zāi)湖南省工程研究中心，湖南益陽 413000；3.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局核資源地質(zhì)調(diào)查院，貴州貴陽 550005；4.自然資源實(shí)物地質(zhì)資料中心,河北廊坊 065201)

0 引言

農(nóng)作物-土壤重金屬污染是一個(gè)復(fù)雜的過程，越來越多的科技人員研究其毒理與健康的關(guān)系(胡省英等，2003；程加遷和王俊平，2018；楊志新等，2018；李啟航等，2020；倪莘然等，2020；秦元禮等，2020；王懿錚等，2020；吳榮等，2020；楊玲等，2020；張慧娟等，2020；郝社鋒等，2021；林承奇等，2021；林藎等，2021；周浪等，2021；周少奇等，2021；朱丹尼等，2021)。累積在根系土中的重金屬不僅會(huì)影響農(nóng)作物產(chǎn)量并經(jīng)食物鏈進(jìn)入人體內(nèi)，還可能經(jīng)過直接暴露途徑進(jìn)入人體內(nèi)(經(jīng)呼吸攝入或皮膚接觸)，并且重金屬在人體中累積并可造成健康風(fēng)險(xiǎn)，如Cd可引發(fā)“痛痛病”等(Nogawa et al.,2004)。水稻和玉米是我國居民的主食之一，水稻和玉米易于從土壤中富集重金屬并累積，導(dǎo)致稻米、玉米重金屬元素含量超標(biāo)(范中亮等，2010；周浪等，2021)。油菜是惠州當(dāng)?shù)刂匾魑镏唬筒司哂休^強(qiáng)的富集和累積重金屬的能力，并且具有明顯的品種差異。當(dāng)前針對水果-土壤地球化學(xué)研究比較廣泛，如藍(lán)莓、蘋果、火龍果等(莊小雷，2020)，金錢橘為當(dāng)?shù)靥厣唬瑢τ诮疱X橘的地球化學(xué)研究還很少見。綜上所述，研究農(nóng)作物-根系土-土壤剖面重金屬元素地球化學(xué)特征具有重要意義。

本文依據(jù)貴州省惠水縣耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評價(jià)項(xiàng)目(2017～2019年)①，以本項(xiàng)目完成的農(nóng)作物、根系土、土壤剖面和成土母巖樣品測試數(shù)據(jù)為研究對象，運(yùn)用富集系數(shù)、健康風(fēng)險(xiǎn)評估、單因子污染指數(shù)、地累積指數(shù)，建立農(nóng)作物-根系土-土壤剖面-成土母巖系統(tǒng)模型，對農(nóng)作物和根系土重金屬元素地球化學(xué)特征進(jìn)行探討和評價(jià)，分析其重金屬來源，為該地區(qū)特色耕地資源開發(fā)和資源管護(hù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

惠水縣地處貴州省中南部，北與貴陽市花溪區(qū)和龍里縣相連，位于東經(jīng)106°23′～107°05′，北緯25°41′～26°17′?；菟竺?、玉米、金錢橘、早熟蔬菜等農(nóng)副產(chǎn)品已成為貴陽市民菜籃子中的常見品?；菟h屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，年平均氣溫15.9 ℃，年均降水量1180 mm?？h域內(nèi)有南北貫穿的貴惠高速(S45)、東西向貫穿的惠興高速(S50)，省道有S101及S309呈“十”字型貫穿全縣，縣道有經(jīng)蘆山鎮(zhèn)、王佑鎮(zhèn)的X980、X964，經(jīng)斷杉鎮(zhèn)、羨塘鎮(zhèn)的X984，經(jīng)雅水鎮(zhèn)、擺金鎮(zhèn)的X982、X944。

研究區(qū)出露地層有上白堊統(tǒng)茅臺組(K2m)，為一套紫紅色塊狀-厚層礫巖、含礫砂巖、砂質(zhì)粘土巖組合(圖1)；中三疊統(tǒng)邊陽組(T2b)、新苑組(T2x)為灰黃、灰綠色粘土巖、鈣質(zhì)粘土巖、粉砂巖夾灰色泥晶灰?guī)r，下三疊統(tǒng)安順組(T1-2a)、紫云組(T1-2z)、羅樓組(T1l)為灰色中厚層白云巖夾角礫白云巖、灰?guī)r；上二疊統(tǒng)大隆組(P3d)、合山組(P3h)為淺灰-深灰色燧石泥晶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r夾煤層，中二疊統(tǒng)茅口組(P2m)、棲霞組(P2q)、梁山組(P2l)為灰黃色粘土巖，砂巖夾灰?guī)r、粉砂巖、石英砂巖；上石炭統(tǒng)馬平組(CPm)、黃龍組(C2h)、大埔組(C1-2d)為灰色厚層生物碎屑灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，夾白云巖，頂部常有燧石灰?guī)r,下石炭統(tǒng)舊司組、上司組、祥擺組和打屋壩組(C1j、C1s、C1x、C1dw)灰黃色粘土巖，砂巖、石英砂巖夾少量煤線；上泥盆統(tǒng)革老河組(D3g)、高坡場組(D3gp)灰色泥晶灰?guī)r，泥質(zhì)條帶灰?guī)r偶夾粘土巖；中泥盆統(tǒng)雞窩寨組(D2j)灰色灰?guī)r夾白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖及生物碎屑灰?guī)r；中泥盆統(tǒng)蟒山組(D1-2m)、獨(dú)山組(D2d)為灰色、灰白色石英砂巖、砂巖及砂質(zhì)粘土巖組合?；菟h礦產(chǎn)資源以沉積礦產(chǎn)為主，熱液型礦產(chǎn)次之，礦種有煤、鐵礦、鉛鋅礦、水晶、重晶石、石灰?guī)r等20余種礦產(chǎn)。

圖1 惠水縣地質(zhì)略圖和取樣圖①

1.2 樣品采集與分析

惠水縣農(nóng)作物主要為玉米、水稻、油菜，特色農(nóng)作物為金錢橘。在農(nóng)作物收獲盛期，分別采取玉米(圖2a)、水稻(圖2b)、油菜30件(圖2c)，金錢橘15件(圖2d)。在采樣點(diǎn)地塊采用棋盤法進(jìn)行多點(diǎn)采集玉米果實(shí)，然后等量混勻組成一個(gè)混合樣品，果實(shí)一般由5～10個(gè)以上的植株組成；在采樣點(diǎn)地塊采用對角線法進(jìn)行多點(diǎn)采集水稻籽實(shí)，然后等量混勻組成一個(gè)混合樣品，果實(shí)一般由10～20個(gè)以上的植株組成；在采樣點(diǎn)地塊采用對角線法進(jìn)行多點(diǎn)采集油菜籽實(shí)，然后等量混勻組成一個(gè)混合樣品，果實(shí)一般由10～20個(gè)以上的植株組成；在采樣點(diǎn)地塊采用棋盤法進(jìn)行多點(diǎn)采集金錢橘果實(shí)，然后等量混勻組成一個(gè)混合樣品，果實(shí)一般由5～10個(gè)以上的植株組成；全部同步配套采集根系土壤樣，根系土主要為石灰土、水稻土和黃壤，施肥主要為磷肥、氮肥、尿素、有機(jī)肥和復(fù)合肥。農(nóng)作物樣共采集105件，根系土壤樣105件，采樣日期為2017年12月至2018年9月。2018年5月至2019年9月完成15條土壤剖面，每個(gè)剖面4個(gè)樣品，共60個(gè)樣品；15個(gè)成土母巖樣。農(nóng)作物樣品洗刷干凈裝入聚乙烯袋后送至云南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局中心實(shí)驗(yàn)室；根系土、土壤剖面樣、成土母巖樣品加工流程和分析測試參見文獻(xiàn)(息朝莊等，2021a,2021b)。

圖2 農(nóng)作物采樣照片

1.3 測試分析

本研究分析測試由云南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局中心實(shí)驗(yàn)室完成，分析時(shí)間為2017年至2018年。采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)分析測試Cd、Cu、Cr、Ni、Pb、Zn(表1)，原子熒光法(AFS)分析測試As、Hg,離子選擇性電極法(ISE)分析測試pH，樣品測試均符合《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價(jià)規(guī)范》(DZ/T 0258-2014)質(zhì)量要求。

表1 土壤樣品分析方法及檢出限

續(xù)表1

1.4 評價(jià)方法

1.4.1 農(nóng)作物重金屬元素評價(jià)方法

(1)富集系數(shù)法

農(nóng)作物富集系數(shù)可用來判斷農(nóng)作物從土壤中富集微量元素的能力(林承奇等，2021)，其計(jì)算公式為:

BCF=Cn/Ct

(1)

式(1)中：BCF為農(nóng)作物中微量元素富集系數(shù)，Cn、Ct分別代表農(nóng)作物和土壤中微量元素含量。

(2)健康風(fēng)險(xiǎn)評估(THQ)

THQ為在膳食暴露評估的基礎(chǔ)上進(jìn)行的目標(biāo)危害系數(shù)(程加遷和王俊平，2018)。

(2)

式(2)中：THQ為靶標(biāo)危害系數(shù)；Ci為重金屬i元素含量(10-6)；Fir為水稻、玉米攝入量(g/d)，成人與兒童水稻、玉米、油菜、金錢橘攝入量分別為279.4 g/d、65.1 g/d、150 g/d、50 g/d、257.8 g/d、80.2 g/d，105.8 g/d、35.2 g/d；Ed為暴露時(shí)間(a),成人76 a、兒童6 a；Ef為暴露頻率(d/a),365 d/a；Wt為平均人體重(kg),成人體重64.3 kg,兒童16.5 kg；Mt為人均暴露時(shí)間(365×a),成人76 a、兒童6 a；Rfd為參比劑量(μg/(kg*d)),Pb、Cd、As、Cr分別取值4、1、0.3、0.5 μg/(kg*d)。THQ>1，表示該重金屬元素?cái)z入量存在健康風(fēng)險(xiǎn)。

1.4.2 根系土重金屬元素評價(jià)方法

(1)單因子污染指數(shù)法

單因子污染指數(shù)法已廣泛應(yīng)用于土壤重金屬評價(jià)(Nemerow,1974)，其中單因子污染指數(shù)公式：

Pi=Ci/Si

(3)

式(3)中，Pi-重金屬i元素污染物指數(shù)；Ci-重金屬i元素污染物測試值；Si-重金屬i元素污染物風(fēng)險(xiǎn)篩選值。單因子污染指數(shù)分級見表2。

表2 單因子污染指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)

土壤評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)按照《農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-2018)執(zhí)行(表3)(生態(tài)環(huán)境部和國家市場監(jiān)督管理總局，2018)。

表3 農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-2018)(單位：×10-6)

(2)地累積指數(shù)(Ig)

地累積指數(shù)(Ig)可評估表征沉積物與土壤中重金屬元素富集程度，不僅能反映重金屬的自然累積特征，還能判別環(huán)境受到人為活動(dòng)的影響程度(顧思博等，2019；田威等，2021)。其計(jì)算公式為：

(4)

式(4)中：Ci代表重金屬i元素的實(shí)測值；Ct代表重金屬元素的背景值，貴州省A層土壤Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn的背景值分別為0.66×10-6、0.11×10-6、20×10-6、35×10-6、96×10-6、32×10-6、39×10-6和100×10-6(國家環(huán)境保護(hù)局，1990)；K表示各地巖石差異系數(shù)，取值1.5(葉嘉敏等，2016)。其污染等級劃分標(biāo)準(zhǔn)：Ig<0，無污染；05，嚴(yán)重污染。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻、玉米、油菜、金錢橘元素地球化學(xué)特征

研究區(qū)水稻、玉米、油菜、金錢橘重金屬含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果列于表4。從表4可統(tǒng)計(jì)出：水稻中重金屬Pb、Cd、Hg、As和Cr含量平均值、變異系數(shù)分別為0.077×10-6、0.16%,0.312×10-6、1.47%,低于檢出限,0.144×10-6、0.19%,0.521×10-6、0.21%；玉米中重金屬Pb、Cd、Hg、As和Cr含量平均值、變異系數(shù)分別為0.076×10-6、0.16%,0.022×10-6、1.37%,均低于檢出限,0.109×10-6、0.11%；油菜中重金屬Pb、Cd、Hg、As和Cr含量平均值、變異系數(shù)分別為0.154×10-6、0.84%,0.183×10-6、0.92%,0.007×10-6、0.19%,0.1×10-6,0.599×10-6、0.73%；金錢橘中重金屬Pb、Cd、Hg、As和Cr含量平均值、變異系數(shù)分別為0.009×10-6、0.29%,0.002×10-6、0.14%,0.001×10-6、0.10%,0.001×10-6、0.15%,0.021×10-6、0.16%。農(nóng)作物中重金屬元素含量平均值大小順序分別為：Pb為油菜>水稻>玉米>金錢橘；Cd水稻>油菜>玉米>金錢橘；Hg油菜>金錢橘；As水稻>油菜；Cr油菜>水稻>玉米>金錢橘。與GB2762-2017標(biāo)準(zhǔn)對比(表5)：水稻中Pb超標(biāo)率6.67%、Cd超標(biāo)率40.00%;玉米中Cd 超標(biāo)率16.67%；油菜中Pb超標(biāo)率6.67%；Cd超標(biāo)率26.67%、Hg超標(biāo)率6.67%、Cr超標(biāo)率36.67%；表明水稻、玉米、油菜中以Cd累積為主,其次為Pb、Cr、Hg。

表4 惠水縣農(nóng)作物、根系土微量元素含量表(×10-6)

表5 農(nóng)作物重金屬元素超標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

2.2 農(nóng)作物根系土元素地球化學(xué)特征

農(nóng)作物根系土元素含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果列入表4，從表4可看出：農(nóng)作物根系土中重金屬元素As、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn含量平均值大小順序總體為油菜根系土>玉米根系土>水稻根系土>金錢橘根系土，Cd含量平均值大小順序?yàn)榻疱X橘根系土>油菜根系土>玉米根系土>水稻根系土;農(nóng)作物根系土理化性質(zhì)pH范圍4.10～7.90，其中6.5

2.3 土壤剖面和成土母巖微量元素地球化學(xué)特征

2.3.1 土壤剖面元素地球化學(xué)特征

本次研究采取了15條剖面，每條剖面從上到下采取4件樣品，并配套采取15件成土母巖樣品，樣品采樣特征和測試結(jié)果列入表6、表7，土壤剖面圖見圖3。從表6、表7可知：土壤剖面中pH范圍為3.85～8.31，其中14個(gè)樣品pH>6.5，6個(gè)樣品6.5>pH>5.5，40個(gè)樣品pH<5.5，土壤總體偏強(qiáng)酸性；重金屬元素As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn含量平均值分別為16.48×10-6、0.98×10-6、99.68×10-6、19.96×10-6、0.14×10-6、29.44×10-6、24.42×10-6、72.79×10-6,與貴州省A層土壤背景值(國家環(huán)境保護(hù)局，1990)比較，土壤剖面中8種重金屬元素含量均有樣品超過背景值。

表6 土壤剖面和成土母巖樣品性質(zhì)

表7 惠水縣土壤剖面、成土母巖微量元素統(tǒng)計(jì)結(jié)果(×10-6)

圖3 土壤剖面中Cd含量深度變化圖

2.3.2 成土母巖元素地球化學(xué)特征

從表6、表7可知：成土母巖中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn含量平均值分別為1.21×10-6、0.21×10-6、12.74×10-6、6.91×10-6、0.01×10-6、13.52×10-6、5.24×10-6、19.04×10-6,Cd平均值超過大陸地殼背景值(0.2×10-6)。

3 討論

3.1 農(nóng)作物重金屬元素評價(jià)

3.1.1 富集系數(shù)

根據(jù)公式(1)計(jì)算農(nóng)作物與根系土、根系土與表層土壤、表層土壤與母質(zhì)層、母質(zhì)層與成土母巖、成土母巖與大陸地殼富集系數(shù)列入表8。從表8可知，農(nóng)作物中微量元素富集系數(shù)大小順序?yàn)椋築CF水稻Cd>As>Cr>Pb;BCF玉米Cd>Pb>Cr；BCF油菜Cd>Hg>As>Cr>Pb；BCF金錢橘Cd>Pb>Cr>As;農(nóng)作物中Cd富集系數(shù)是Pb、As、Cr的幾倍至上百倍；表明水稻、玉米、油菜和金錢橘對Cd、Pb富集能力強(qiáng)，尤其Cd富集能力最強(qiáng)。

據(jù)前人研究，土壤重金屬污染毒作用于農(nóng)作物，在根系生長和形態(tài)的改變上首先表現(xiàn)出來(王一喆和王強(qiáng)，2008)，且和根系土重金屬濃度有關(guān)。這是因?yàn)楦凳俏账趾偷V質(zhì)元素的關(guān)鍵部位，根系形態(tài)的變化會(huì)影響根系對Cd的吸收。本研究中，48件根系土Cd含量超過貴州省A層土壤背景值(0.7×10-6)，而農(nóng)作物中有20件樣品中Cd含量超過國家標(biāo)準(zhǔn)(國家環(huán)境保護(hù)局，1990)，這表明農(nóng)作物-根系土之間相關(guān)關(guān)系顯著。

3.1.2 農(nóng)作物健康風(fēng)險(xiǎn)評估

根據(jù)農(nóng)作物中重金屬含量和THQ計(jì)算公式，獲得成人、兒童的健康風(fēng)險(xiǎn)值(表9)。由表9可知，玉米、油菜和金錢橘中Pb、Cr、As對成人與兒童的THQ值都小于1，表明經(jīng)玉米、油菜、金錢橘攝入重金屬的人體健康風(fēng)險(xiǎn)很低。玉米不是當(dāng)?shù)鼐用竦闹魇?，油菜、金錢橘的攝入量也比計(jì)算的實(shí)際參數(shù)要低很多，因此本次計(jì)算結(jié)果表明人體僅食用玉米、油菜和金錢橘的攝取的重金屬不存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

表8 農(nóng)作物、根系土富集系數(shù)

表9 農(nóng)作物健康風(fēng)險(xiǎn)值

重金屬在根系土壤-農(nóng)作物-人體系統(tǒng)中的遷移直接影響人體健康。與GB2762-2017標(biāo)準(zhǔn)對比(表5)：水稻中Cd超標(biāo)率40.00%，超標(biāo)最為嚴(yán)重的是斷杉鎮(zhèn)和羨塘鎮(zhèn)。從THQ計(jì)算結(jié)果來看，水稻中Cd的健康風(fēng)險(xiǎn)值大于1，根系土中Cd超標(biāo)，由于水稻是居民的主食，會(huì)對人體的健康有一定的風(fēng)險(xiǎn)。

3.1.3 農(nóng)作物與根系土中元素相關(guān)性分析

相關(guān)分析表明(表10)：農(nóng)作物中Cr農(nóng)與Pb農(nóng)(r=0.84,P<0.01)、Cd農(nóng)(r=0.25,P<0.01)呈顯著正相關(guān)關(guān)系；根系土中僅Pb與Cd農(nóng)(r=-0.22,P<0.01)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，顯示根系土除Pb以外，其他重金屬元素與農(nóng)作物不存在相關(guān)性，這說明農(nóng)作物中Pb農(nóng)、Cr農(nóng)與根系土中的Pb、Cr來源不同。

表10 農(nóng)作物與根系土中元素含量相關(guān)性

3.2 根系土重金屬元素評價(jià)

3.2.1 根系土單因子污染指數(shù)評價(jià)

通過公式(2)計(jì)算，獲得農(nóng)作物根系土單因子污染指數(shù)(表11)。

從單因子污染指數(shù)(表11)看，水稻根系土重金屬Cd為4級，屬中度污染；Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn為1級，屬安全的清潔區(qū)，表明研究區(qū)Cd屬中度污染，土壤、農(nóng)作物受到中度污染；玉米、油菜根系土中重金屬Cd為5級，屬中度污染；Cr為2級，屬警戒范圍；Hg、As、Pb、Cu、Ni、Zn為1級，屬安全的清潔區(qū)，表明研究區(qū)Cd屬中度污染，土壤、農(nóng)作物受到重度污染；金錢橘根系土中重金屬Cd為5級，屬中度污染；Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn為1級，屬安全的清潔區(qū)；表明研究區(qū)Cd屬中度污染，土壤、農(nóng)作物受到重度污染。

表11 根系土重金屬單因子指數(shù)及分級

3.2.2 地累積指數(shù)

從表12可知，根系土8種重金屬元素的Ig指數(shù)平均值Hg(-0.16)>Cd(-0.57)>Cr(-0.59)>Zn(-1.05)>Pb(-1.12)>Cu(-1.31)>Ni(-1.35)>As(-1.81)。地累積指數(shù)中Hg、Cd、Cr較高，其中，Hg偏重度污染1個(gè)，偏中度污染1個(gè)，輕度污染占42.86%，無污染的為55.24%；Cd偏中度污染以上15.24%，輕度污染21.90%，無污染62.86%；Cr輕度污染以上12.38%，無污染87.62%；其它重金屬元素均存在幾個(gè)至十幾個(gè)輕度污染樣品。這表明，本區(qū)農(nóng)作物根系土中Hg、Cd、Cr超標(biāo)可能受人類活動(dòng)影響較大。

表12 農(nóng)作物根系土中重金屬地累積指數(shù)

續(xù)表12

3.3 土壤剖面和成土母巖重金屬特征

惠水縣共采取了15條土壤剖面，每條剖面采取0～10 cm(腐殖層)、10～30 cm(淋溶層)、30～115 cm(淀積層)、115～150 cm(母質(zhì)層)，以Cd為例完成隨深度含量變化圖(圖3)。從表6、表7可知：土壤剖面中土壤總體偏強(qiáng)酸性；重金屬元素As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn與貴州省A層土壤背景值比較，超出背景值的有：As(17件)、Cd(12件)、Cr(30件)、Cu(13件)、Hg(33件)、Ni(16件)、Pb(8件)、Zn(13件)。從圖3可看出，Cd含量從母質(zhì)層→淀積層→淋溶層→腐殖層存在逐漸富集的過程，尤其在淋溶層至腐殖層Cd含量富集強(qiáng)烈。

從圖4可看出：成土母巖中As、Cd、Cu超過大陸地殼背景值，超標(biāo)數(shù)分別為As(3件)、Cd(5件)、Cu(1件)；其它5種重金屬元素沒有超標(biāo)。其中，As超標(biāo)樣品分別為4DY11(斷杉鎮(zhèn)，C1x+s粉砂巖)、5LY21(蘆山鎮(zhèn)，C1dw灰?guī)r)、6HY11(好花紅鎮(zhèn)，P3h+d灰?guī)r)；Cd超標(biāo)樣品分別為2BY11(擺金鎮(zhèn)，P2m粉砂巖)、2BY31(擺金鎮(zhèn)，C1s粉砂巖)、4TY11(羨塘鎮(zhèn)，C1j粉砂巖)、4TY11(羨塘鎮(zhèn)，C2h+Cpm灰?guī)r)、5LY11(蘆山鎮(zhèn)，C1dw灰?guī)r)；Cu超標(biāo)樣品為5LY21(蘆山鎮(zhèn)，C1dw灰?guī)r)；成土母巖重金屬元素以Cd、As超標(biāo)為主，超標(biāo)樣品主要分布在擺金鎮(zhèn)、羨塘鎮(zhèn)和蘆山鎮(zhèn)，地層巖性主要為石炭系下統(tǒng)和中統(tǒng)灰?guī)r、粉砂巖。

圖4 成土母巖重金屬元素比值圖

從土壤剖面-成土母巖系統(tǒng)來看，As、Cd、Cu具有繼承性，尤其Cd含量在成土母巖、土壤剖面、根系土、農(nóng)作物中含量超標(biāo)，有部分來源于成土母巖高背景值。

土壤重金屬超標(biāo)常常是由于地質(zhì)背景與人為活動(dòng)共同影響的結(jié)果(欒文樓等，2008)。據(jù)有關(guān)學(xué)者研究，貴州省黔南都勻市已探明Cd資源儲(chǔ)量為大型規(guī)模的富鎘鋅礦(葉霖和劉鐵庚，2001)。經(jīng)現(xiàn)場取樣調(diào)查，研究區(qū)存在多個(gè)采石場，其產(chǎn)生的工業(yè)三廢(陳芬等，2020)同樣可以導(dǎo)致Cd、Hg等重金屬的累積，并且當(dāng)?shù)卮迕裆詈腿∨嗍褂萌济?Streets et al.,2005；楊子鵬等，2020)，這同樣可以導(dǎo)致Hg的累積。有研究表明，農(nóng)作物根系土中重金屬的來源還受動(dòng)物糞便、肥料和農(nóng)藥的長期施用等人為活動(dòng)的影響(封朝暉等，2009；王美和李書田，2014；況琴等，2019；賈麗等，2020；段海芹等，2021)；省道、縣道途經(jīng)擺金鎮(zhèn)、羨塘鎮(zhèn)、蘆山鎮(zhèn)，汽車尾氣、揚(yáng)塵導(dǎo)致重金屬含量累積(宣斌，2019)。

4 結(jié)論

(1)105件農(nóng)作物樣品中水稻、玉米、油菜中以Cd累積為主,其次為Pb、Cr、Hg；金錢橘無重金屬超標(biāo)；農(nóng)作物富集系數(shù)中Cd是Pb、As、Cr的幾倍至上百倍；表明水稻、玉米、油菜和金錢橘對Cd、Pb富集能力強(qiáng)，尤其Cd富集能力最強(qiáng)；玉米、油菜和金錢橘中Pb、Cr、As對成人與兒童的THQ值都小于1，表明經(jīng)玉米、油菜、金錢橘攝入重金屬的人體健康風(fēng)險(xiǎn)很低；水稻中Cd的THQ大于1，根系土中Cd超標(biāo)，對人體的健康有一定的風(fēng)險(xiǎn)。

(2)根系土中As、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn含量平均值大小順序總體為油菜根系土>玉米根系土>水稻根系土>金錢橘根系土，Cd含量平均值大小順序?yàn)榻疱X橘根系土>油菜根系土>玉米根系土>水稻根系土;根系土pH顯示土壤偏酸性；單因子污染指數(shù)表明研究區(qū)根系土以Cd污染為主；Ig表明根系土中Hg、Cd、Cr超標(biāo)可能受人類活動(dòng)影響較大。

(3)從土壤剖面-成土母巖系統(tǒng)來看，As、Cd、Cu具有繼承性，尤其Cd含量在成土母巖、土壤剖面、根系土、農(nóng)作物中含量超標(biāo)，有部分來源于成土母巖高背景值。

[注 釋]

① 貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局核資源地質(zhì)調(diào)查院.2019.貴州省惠水縣耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評價(jià)報(bào)告[R].