趙 蘭

(永春縣農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所， 福建 泉州 362600)

永春縣位于福建省中南部，泉州市中北部，東經(jīng)117°41′55″～118°31′9″，北緯25°13′15″～25°33′45″。土壤主要為花崗巖風(fēng)化物形成的酸性紅壤，地勢由西北向東南傾斜，年均氣溫20.8℃，水熱資源豐富。永春縣盛產(chǎn)蘆柑、佛手茶、蔬菜、水稻等農(nóng)產(chǎn)品，是全國最大的佛手茶生產(chǎn)和出口基地，有“中國蘆柑之鄉(xiāng)”和“中國名茶之鄉(xiāng)”之稱。永春蘆柑和佛手茶先后被列為國家地理標(biāo)志保護(hù)產(chǎn)品[1-2]。隨著生活水平的不斷提高，人們更加關(guān)注食品安全和飲食健康。重金屬是典型的土壤污染物，不易被微生物降解，土壤中累積的重金屬對土壤質(zhì)量和作物品質(zhì)產(chǎn)生不利影響，甚至危害生態(tài)安全和身體健康[3-4]。因此，對主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染狀況進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，對保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展具有重要意義。

土地種植類型是人們在生產(chǎn)過程形成的特定生產(chǎn)形式，種植類型的改變不但會(huì)使耕作、施肥等管理措施發(fā)生變化，還會(huì)影響農(nóng)田土壤重金屬的遷移轉(zhuǎn)化及富集。李靈等[3]研究表明，5種不同種植類型土壤中6種重金屬綜合污染指數(shù)排序?yàn)楹档?果園>竹林>稻田>茶園。而周萍等[5]研究顯示，5種不同種植類型下，土壤中5種重金屬綜合污染指數(shù)大小排序?yàn)榇笈锸卟?果園>菜地>麥田>稻田。文獻(xiàn)調(diào)查表明，永春蘆柑和佛手茶產(chǎn)地土壤研究較少，鮮見永春蘆柑和佛手茶主要產(chǎn)地重金屬污染方面的研究。鑒于此，本研究測試分析永春縣4種主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地(柑園、茶園、菜地、稻田)土壤中鎘(Cd)、鉛(Pb)、汞(Hg)、砷(As)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鋅(Zn)、銅(Cu)等8種重金屬元素含量，采用單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法評價(jià)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染狀況，以期為永春縣主要農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)督管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 點(diǎn)位布設(shè)

采用網(wǎng)格法，根據(jù)污染程度、污染源類型和排放強(qiáng)度等進(jìn)行布點(diǎn)，在1∶10 000土地利用現(xiàn)狀圖上劃分網(wǎng)格，標(biāo)出每個(gè)網(wǎng)格中心的經(jīng)緯度，全縣布設(shè)111個(gè)點(diǎn)位(其中柑園20個(gè)、茶園21個(gè)、菜地19個(gè)、稻田51個(gè))。

1.2 樣品采集與分析

采樣前預(yù)先設(shè)計(jì)好網(wǎng)格中心經(jīng)緯度，采樣時(shí)在中心點(diǎn)附近選擇均勻、平整的代表性田塊作為采樣地塊(面積不小于150 m2)。采用S形5點(diǎn)采樣法分別采集表層土樣(稻田、菜地采樣深度0～20 cm，柑園、茶園采樣深度0～30 cm)，每個(gè)采樣地塊采集1 kg混合土壤樣品，揀去雜物，風(fēng)干過篩備用。

樣品pH值測定參照NY/T 1377-2007《土壤pH的測定》，Pb、Cd含量測定參照GB/T 17141-1997《土壤質(zhì)量 鉛、鎘的測定 石墨爐原子吸收分光光度法》，Hg含量測定參照GB/T 22105.1-2008《土壤質(zhì)量總汞、總砷、總鉛的測定原子熒光法第1部分：土壤中總汞的測定》，As含量測定參照GB/T 22105.2-2008《土壤質(zhì)量 總汞、總砷、總鉛的測定 原子熒光法 第2部分：土壤中總砷的測定》， Ni含量測定參照GB/T17139-1997《土壤質(zhì)量 鎳的測定 火焰原子吸收分光光度法》，Cr含量測定參照HJ491-2009《土壤 總鉻的測定 火焰原子吸收分光光度法》，Cu、Zn含量測定參照GB/T17138-1997《土壤質(zhì)量 銅、鋅的測定 火焰原子吸收分光光度法》。

1.3 評價(jià)方法

參照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)》[6]，將農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值作為本研究的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表1)，采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法評估主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

表1 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值

1.3.1單因子污染指數(shù)法 本研究采用單因子污染指數(shù)法來評價(jià)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染物的危害程度[7]。

計(jì)算公式為：Pi=Ci/Si

式中，Pi為第i種污染物的污染指數(shù)；Ci為第i種污染物實(shí)測濃度；Si為第i種污染物的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)污染指數(shù)(Pi)大小，將重金屬污染物的危害程度劃分為4個(gè)等級，即非污染(Pi≤1)、輕污染(13)。

1.3.2內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法 本研究采用內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法對土壤污染狀況進(jìn)行全面評價(jià)，克服單因子污染指數(shù)法的缺陷，通過綜合污染指數(shù)全面反映重金屬污染物的污染狀況[8]。

計(jì)算方法如下：

式中：P綜是采樣點(diǎn)的綜合污染指數(shù)；Pimax為第i采樣點(diǎn)重金屬污染物單項(xiàng)污染指數(shù)最大值，Pave為測定點(diǎn)所有污染物單項(xiàng)污染指數(shù)的平均值。根據(jù)綜合污染指數(shù)(P綜)大小，將土壤污染情況劃分為5個(gè)等級，即安全(P綜≤0.7)、警戒線(0.73.0)[9]。

2 結(jié)果與分析

2.1 4種主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地表層土壤pH值

由表2可知，永春縣4種主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤pH總體在4.34～6.37，其中柑園、茶園、菜地、稻田土壤pH均值分別為4.77、4.80、5.14、5.15，均小于7，呈弱酸性。

表2 4種主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地表層土壤pH值

2.2 4種主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬含量

由圖1可知，柑園、茶園、菜地、稻田土壤中Cd、Pb、Hg、As、Ni、Cr、Zn、Cu元素含量(均值)分別介于0.06～0.22、46.17～76.19、0.09～0.17、2.34～4.51、24.52～28.58、12.45～30.20、91.05～120.28、27.10～74.10 mg·kg-1。

4種主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤中，Cd含量以菜地最高，是含量最低的茶園3.67倍。Pb含量以柑園最高，是含量最低的菜地1.65倍。Hg、Ni含量在稻田土壤最高，分別是含量最低的柑園1.89倍和茶園1.17倍。As含量在稻田、菜地、柑園和茶園土壤中相對較低，分別是2.34、2.94、4.51、3.61 mg·kg-1。Cr、Cu和Zn含量以柑園最高，分別是含量最低的茶園2.43、2.73、1.32倍。除柑園土壤Pb外，其他重金屬均未超出國標(biāo)GB 15618-2018《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》[6]篩選值。

注：圖中單位為mg·kg-1圖1 4種主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬含量Fig.1 Heavy metal content of the soil in the four main agricultural product producing areas

2.3 4種主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬的累積

4種主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤Cd、Pb、Hg、As、Ni、Cr、Zn、Cu元素含量分別是福建省土壤元素背景值(Cd：0.054，Pb：34.9，Hg：0.081，As：5.78，Ni：13.5，Cr：41.3，Zn：82.7，Cu：21.6，單位mg·kg-1)[10]的1.11～4.07、1.32～2.18、1.10～2.10、0.40～0.78、1.82～2.12、0.30～0.73、1.10～1.45、1.25～3.43倍(圖2)。4種主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤中Cd、Pb、Hg、Ni、Zn和Cu含量均超出福建省元素背景值，表明研究區(qū)土壤中上述6種元素均出現(xiàn)了一定程度的累積。4種主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤中重金屬平均超標(biāo)倍數(shù)為柑園(1.77倍)>菜地(1.66倍)>稻田(1.59倍)≥茶園(1.09倍)；8種重金屬元素平均超標(biāo)倍數(shù)為Cd(2.78倍)>Ni(1.98倍)>Cu(1.88倍)≥Pb(1.60倍)>Hg(1.59倍)>Zn(1.30倍)≥As(0.58倍)>Cr(0.50倍)。

圖2 4種主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬含量超標(biāo)倍數(shù)Fig.2 Exceeded multiples of the heavy metal content in the soil in the producing areas of four main agricultural products

2.4 4種主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染評價(jià)

2.4.1單因子污染指數(shù)評價(jià) 由表3可知，稻田表層土壤重金屬單因子污染指數(shù)平均值(Pi)排序?yàn)椋篜b>Cd>Hg>Cu>Zn>Ni>As≈Cr；菜地表層土壤重金屬Pi排序?yàn)椋篊d>Cu>Pb>Zn>Ni>Hg≈Cr>As；柑園表層土壤重金屬Pi排序?yàn)椋篜b>Zn>Cu>Ni>Cd>Cr>As>Hg；茶園表層土壤重金屬Pi排序?yàn)椋篜b>Cu>Zn>Ni>Cd>As>Cr>Hg。除柑園土壤Pb(1.09)外，其他重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)均小于1，說明永春縣主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤除柑園輕度污染外，其他種植類型土壤均處于尚未污染狀態(tài)。

表3 4種主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染評價(jià)

2.4.2綜合污染指數(shù)評價(jià) 為全面反映農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染狀況，本研究采用內(nèi)梅羅指數(shù)法來綜合評價(jià)土壤污染水平。從表3可知，各元素綜合污染指數(shù)(P綜)由大到小為Pb(0.95)>Cd(0.63)>Cu(0.62)>Zn(0.57)>Ni(0.47)>Hg(0.43)>Cr(0.16)>As(0.10)。在整個(gè)研究區(qū)域中，所有土壤8種重金屬綜合污染指數(shù)均小于1，說明永春縣主要農(nóng)產(chǎn)品(蘆柑、茶葉、蔬菜、水稻)產(chǎn)地土壤處于尚未被污染的狀態(tài)，今后需要繼續(xù)加大耕地保育和產(chǎn)地環(huán)境保護(hù)力度。

3 結(jié)論與討論

本研究通過測定分析永春縣4種主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬含量，并采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對土壤中Cd、Pb、Hg、As、Ni、Cr、Zn、Cu等8種重金屬元素污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評估，結(jié)果表明： (1)4種主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤中8種重金屬元素除柑園土壤Pb(超標(biāo)9.0%)，其他均未超出國標(biāo)GB 15618-2018《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》[6]篩選值。相關(guān)研究表明，交通排放[11]和污泥施用[12]是土壤中Pb元素的重要來源，而調(diào)查顯示上述兩種因素對永春柑園土壤中Pb的貢獻(xiàn)較小。因此，永春縣柑園土壤中Pb含量超標(biāo)，可能與使用含砷酸鉛的殺蟲劑、除草劑等[13]等農(nóng)用物資有關(guān)，或是因?yàn)殚L期單一種植模式下土壤重金屬元素殘留普遍較高所致[14]。(2)4種主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤中Cd、Pb、Hg、Ni、Zn和Cu含量均超出福建省元素背景值，Cd積累最為明顯，超過背景值178%。這可能與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用富含Cd元素的磷肥有關(guān)[15]，因?yàn)楹兄亟饘?如Cd等)的化肥中，重金屬含量排序?yàn)榱追?復(fù)合肥>鉀肥>氮肥[16]。(3)4種主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤中8種重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)除柑園土壤Pb外，其他重金屬均小于1；所有土壤中重金屬綜合污染指數(shù)均小于1。說明永春縣主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤除柑園土壤Pb輕度污染外，其他種植類型的土壤均處于尚未被污染的狀態(tài)。

總體而言，永春縣主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤大部分處于未被污染的狀態(tài)，但產(chǎn)地土壤中Cd、Pb、Hg、Ni、Zn和Cu等6種元素含量均超過了福建省土壤重金屬含量背景值，尤其是Cd元素累積趨勢明顯。由于一些毒性較大的重金屬元素(如Cd、Cr等)易為農(nóng)作物吸收利用，并隨食物鏈進(jìn)入人體富集，對人類身體健康產(chǎn)生不良影響[17-18]。因此，加強(qiáng)對主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬的長期監(jiān)測及系統(tǒng)防治是今后的工作重點(diǎn)和努力方向。