西蘭花基地土壤環(huán)境質(zhì)量與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

許俊麗，呂曉男，鄧勛飛，任周橋，麻萬(wàn)諸，陳曉佳

(1.浙江師范大學(xué) 化學(xué)與生命科學(xué)院，浙江 金華 321004;2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

隨著人們生活水平的提高，環(huán)境污染導(dǎo)致的食品質(zhì)量安全問(wèn)題頻繁發(fā)生，食品質(zhì)量安全受到越來(lái)越多的關(guān)注［1－3］。農(nóng)產(chǎn)品作為食品生產(chǎn)的原料，其質(zhì)量安全成為食品質(zhì)量安全的重中之重。土壤是農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的基質(zhì)，其環(huán)境狀況與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量密切相關(guān)。良好的土壤產(chǎn)地質(zhì)量環(huán)境是安全衛(wèi)生、無(wú)污染農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的前提［4－5］。因此，科學(xué)地評(píng)價(jià)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量，預(yù)防與治理產(chǎn)地土壤污染，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全至關(guān)重要［6－8］。

目前，對(duì)土壤重金屬污染已有不少研究，主要集中在基本農(nóng)田、菜地、污灌區(qū)、公園等，研究的重點(diǎn)是揭示不同土地利用類(lèi)型的土壤重金屬累積特征、土地利用方式對(duì)土壤重金屬積累的影響及重金屬的時(shí)空分布變化規(guī)律［9－11］。為了解近年來(lái)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng) (肥料、農(nóng)藥的使用，污水灌溉)對(duì)土壤重金屬含量的影響，我們結(jié)合前人研究結(jié)果［12－15］，以相應(yīng)的國(guó)家與地方標(biāo)準(zhǔn)為參照，選取Hg、Cd、Cr、Pb、As作為評(píng)價(jià)因子，對(duì)溫嶺市濱海鎮(zhèn)西蘭花生產(chǎn)基地的土壤重金屬進(jìn)行采樣分析，對(duì)其土壤環(huán)境質(zhì)量狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為西蘭花的安全生產(chǎn)和農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量的綜合管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

溫嶺地處浙江東南沿海，是三面臨海的濱海城市。氣候溫和濕潤(rùn)，四季分明，年平均氣溫17.3℃，年平均降水量1 693 mm，無(wú)霜期約251 d，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。濱海鎮(zhèn)位于浙江溫黃(溫嶺、黃巖)平原，溫嶺市東北部 (28°23′44″－28°31′36″N，121°9′33″－ 121°31′36″E)緊靠東海，擁有豐富的灘涂資源，是我國(guó)規(guī)模最大的西蘭花生產(chǎn)基地和國(guó)際重要的冬、春西蘭花出口生產(chǎn)基地之一［16］。

1.2 樣品采集與數(shù)據(jù)分析

根據(jù)西蘭花基地種植現(xiàn)狀，結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦蔚孛蔡卣鳎罁?jù)不同農(nóng)戶(hù)、不同地塊及地理環(huán)境等特點(diǎn)，按照 《農(nóng)田環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》 (NY/T 395—2000)，采用GPS定位采集土壤耕層樣品13個(gè) (采樣深度0～20 cm)。

土壤樣品經(jīng)風(fēng)干后寄農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心 (杭州)分析 (表1)。

1.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法

1.3.1 土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法

土壤質(zhì)量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不同，得出的評(píng)價(jià)結(jié)果也有不同。本項(xiàng)研究采用GB 15612—1995國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值以及浙江溫黃平原土壤元素背景值［17］作為評(píng)價(jià)參照，各參考值列于表2。評(píng)價(jià)方法及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參照國(guó)家農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《農(nóng)田環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(NY/T 395—2000)推薦的單項(xiàng)污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表1 土壤質(zhì)量檢測(cè)項(xiàng)目、標(biāo)準(zhǔn)與方法

表2 不同參照標(biāo)準(zhǔn)的土壤中重金屬含量參考值

單因子評(píng)價(jià)公式:Pi=Ci/Si。

式中:Pi為污染物i的單項(xiàng)污染指數(shù);Ci為土壤中污染物i的實(shí)測(cè)濃度;Si為溫黃平原土壤元素背景值上限或國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

土壤單項(xiàng)污染指數(shù)污染程度判斷標(biāo)準(zhǔn)為:Pi≤1，表示土壤未受污染;1＜Pi≤2，表示輕度污染;2＜Pi≤3，表示中度污染;Pi＞3，表示重度污染。因此Pi值越大，污染程度越重。

鑒于土壤是個(gè)復(fù)雜的綜合體系，各污染物之間存在一定的相互作用，為更好地反映土壤的污染狀況，在污染物單項(xiàng)污染指數(shù)Pi＜1的情況下，仍對(duì)各樣點(diǎn)進(jìn)行綜合污染指數(shù)P綜分析。這樣不僅考慮了各污染物的平均污染水平，也反映了污染最為嚴(yán)重的污染物給環(huán)境造成的危害。其計(jì)算公式:

式中:P綜表示綜合污染指數(shù);(Ci/Si)max表示污染物中單項(xiàng)污染指數(shù)最大值;(Ci/Si)ave表示各單項(xiàng)污染指數(shù)的平均值。由此得到的土壤污染分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。

表3 土壤污染分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.3.2 土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是在生態(tài)環(huán)境被一個(gè)或多個(gè)脅迫因素影響后，對(duì)不利生態(tài)后果出現(xiàn)的可能性進(jìn)行評(píng)價(jià)的過(guò)程［18］。常用的方法有Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)法、地質(zhì)累積指數(shù)法和概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，本研究采用Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)法。該法不僅考慮土壤重金屬含量，而且將重金屬的生態(tài)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)以及毒理學(xué)效應(yīng)聯(lián)系在一起，采用具有可比的等價(jià)屬性指數(shù)分級(jí)法進(jìn)行評(píng)價(jià)［19－20］。其公式為:

式中:為單項(xiàng)污染系數(shù)，C為表層土壤重金

i屬濃度實(shí)測(cè)值，為參比值，土壤參比值采用浙江溫黃平原土壤重金屬元素背景值上限和國(guó)家土壤質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)自然背景值，Cd為多種污染物的污染系數(shù)之和 (多因子污染參數(shù))，為潛在生態(tài)危害系數(shù) (單因子生態(tài)危害參數(shù))，為某一種金屬的毒性響應(yīng)系數(shù)，采用Hakanson制定的標(biāo)準(zhǔn)化重金屬毒性系數(shù) (Hg=40，Cd=30，As=10，Pb=5，Cr=2)為評(píng)價(jià)依據(jù)，RI為潛在生態(tài)危害指數(shù) (多因子生態(tài)危害參數(shù))。重金屬污染生態(tài)危害系數(shù)和生態(tài)危害指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)列于表4。

表4 、RI及污染強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表4 、RI及污染強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

Ei r RI 污染程度＜40 ＜65輕微生態(tài)危害40～＜80 65～＜130 中等生態(tài)危害80～＜160 130～＜260 強(qiáng)生態(tài)危害160～＜320 ≥260 很強(qiáng)生態(tài)危害≥320極強(qiáng)生態(tài)危害

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀

土壤采樣點(diǎn)的重金屬分析結(jié)果 (表5)表明，其重金屬含量水平分別為 Hg 0.10～0.20 mg·kg－1，Cd 0.05 ～ 0.16 mg·kg－1，Cr 75.30 ～90.90 mg·kg－1，Pb 23.70 ～ 29.60 mg·kg－1，As 4.50～8.40 mg·kg－1。參照土壤環(huán)境質(zhì)量國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值，所有采樣點(diǎn)的重金屬含量均未超標(biāo)，適用于一般蔬菜地。參照浙江溫黃平原土壤元素背景值，除樣點(diǎn)8中Hg含量超標(biāo)14.5%外，其余重金屬含量未超標(biāo)，其它樣點(diǎn)重金屬含量均未超過(guò)該地土壤元素背景值上限。

2.2 土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

各采樣點(diǎn)的重金屬單因子污染指數(shù)Pi和綜合污染指數(shù)P綜匯總于表6。以溫黃平原土壤元素背景值上限為參考標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，樣點(diǎn)8 Hg的Pi=1.1，處于1～2之間，表示該樣點(diǎn)土壤受到輕度Hg污染，其余樣點(diǎn)各種金屬的Pi＜1，土壤未受單個(gè)重金屬污染。樣點(diǎn)2綜合污染指數(shù)P綜=0.7，樣點(diǎn)6綜合污染指數(shù)P綜在0.68～0.7，表明樣點(diǎn)2和樣點(diǎn)6土壤未被污染，重金屬綜合污染等級(jí)處于安全，屬“清潔”水平;其余各樣點(diǎn)P綜在0.7～1.0，土壤重金屬綜合污染等級(jí)處于警戒線，屬“尚清潔”水平。當(dāng)以國(guó)家土壤質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值為參考標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，各樣點(diǎn)重金屬均未受到污染，處于“安全清潔”狀態(tài)。

2.3 土壤潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

采樣地的重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果 (表7)顯示:以浙江溫黃平原重金屬元素背景值上限為參照標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，只有樣點(diǎn)8中Hg的=44.00＞40，表明該處土壤Hg的污染程度達(dá)到中等生態(tài)危害水平，其余樣點(diǎn)則均處于輕微生態(tài)危害程度。以國(guó)家土壤質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)自然背景值為參照標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，樣點(diǎn)1和8中Hg的分別為40.00，53.20，在40～80之間，處于中等生態(tài)危害水平;樣點(diǎn)1，4，7，8，13的RI分別為 72.39，69.86，68.93，68.92，65.92，在65～130之間，土壤處于中等生態(tài)危害水平。

表5 土壤樣點(diǎn)的重金屬含量

表6 土壤樣點(diǎn)重金屬污染指數(shù)

表7 土壤樣點(diǎn)的重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果

3 小結(jié)與討論

本研究發(fā)現(xiàn)，溫嶺市濱海鎮(zhèn)西蘭花生產(chǎn)基地土壤無(wú)嚴(yán)重重金屬污染，滿(mǎn)足國(guó)家土壤質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，符合國(guó)家對(duì)蔬菜生產(chǎn)基地的基本要求，適合種植西蘭花。但以浙江溫黃平原土壤元素背景值上限為參考標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，供試土壤中個(gè)別樣點(diǎn) (樣點(diǎn)8)的Hg含量超標(biāo)，為輕微污染，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)達(dá)到中等生態(tài)危害水平，這可能與西蘭花生產(chǎn)過(guò)程中化肥與農(nóng)藥的使用以及污水灌溉中Hg含量過(guò)高有關(guān)。因此應(yīng)加強(qiáng)對(duì)該地土壤Hg的關(guān)注，了解其來(lái)源，及早防治，避免向更嚴(yán)重方向發(fā)展;其余樣點(diǎn)雖未受到單個(gè)重金屬污染，但大部分樣點(diǎn)綜合污染指數(shù)處于警戒線水平，說(shuō)明不同重金屬之間存在相互作用，還有待于對(duì)其相關(guān)性進(jìn)行進(jìn)一步分析與研究。

對(duì)土壤進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)時(shí)以國(guó)家土壤質(zhì)量自然背景值標(biāo)準(zhǔn)為參考值，是為了了解和比較該地土壤元素背景值與我國(guó)土壤元素自然背景值之間的差異。結(jié)果表明，當(dāng)以國(guó)家土壤質(zhì)量自然背景值標(biāo)準(zhǔn)為參考值時(shí)，部分樣點(diǎn)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)污染程度達(dá)到中等生態(tài)危害水平，這可能是因?yàn)闉I海地區(qū)成土母質(zhì)是近1 000年間自然淤積和筑塘圍墾形成的淺海沉積物，其重金屬含量與國(guó)家土壤質(zhì)量自然背景值有差異?？傮w而言，該地區(qū)農(nóng)業(yè)土壤重金屬的污染狀況處于較低水平，適合種植西蘭花。但個(gè)別樣點(diǎn)重金屬含量超標(biāo)，存在潛在的生態(tài)危害，提醒我們?cè)诮窈蟮耐恋乩靡?guī)劃中應(yīng)當(dāng)對(duì)土壤重金屬污染引起必要的重視。為此，建議建立西蘭花安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，并以此為基礎(chǔ)，建立西蘭花安全生產(chǎn)檔案及規(guī)范，詳細(xì)記錄西蘭花生產(chǎn)過(guò)程中農(nóng)藥化肥的使用情況及污水灌溉狀況，定期對(duì)產(chǎn)地環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)評(píng)價(jià)，對(duì)西蘭花進(jìn)行質(zhì)量安全檢測(cè)評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)提出相應(yīng)對(duì)策，保障產(chǎn)地環(huán)境與西蘭花生產(chǎn)的安全。

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