羅漢果主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬潛在生態(tài)危害評價(jià)

王 娟，韓子鈞，彭培好，曾其國

（1.成都理工大學(xué) 生態(tài)資源與景觀研究所，成都610051；2.成都師范學(xué)院，成都610041）

許多優(yōu)勢農(nóng)產(chǎn)品只限定于某一特定的地理區(qū)域內(nèi)，是因?yàn)閹r石類型、地球化學(xué)、地形地貌等農(nóng)業(yè)地質(zhì)背景條件的綜合作用影響了農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)［1－4］。人們已逐漸認(rèn)識到地質(zhì)背景條件對特色農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)形成起著決定性作用，并加大了對地質(zhì)背景和農(nóng)作物關(guān)系的研究［5－7］，服務(wù)于農(nóng)業(yè)的相關(guān)地質(zhì)工作也逐漸成為了土壤學(xué)、地質(zhì)學(xué)和農(nóng)學(xué)科技工作者共同關(guān)注的焦點(diǎn)。

羅漢果既作為藥品又作為食品，隨著經(jīng)濟(jì)全球化步伐的加快和農(nóng)產(chǎn)品供求關(guān)系的變化，其產(chǎn)品質(zhì)量安全問題已成為當(dāng)?shù)卣闹匾n題。因此，產(chǎn)區(qū)重金屬元素的研究對評價(jià)羅漢果產(chǎn)品質(zhì)量安全和產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量安全指標(biāo)至關(guān)重要。近年來，國內(nèi)外學(xué)者主要對城市土壤重金屬的污染狀況和沉積物重金屬污染進(jìn)行了研究［8－14］，也有不少研究者采用Hakanson指數(shù)法對重金屬的潛在生態(tài)危害進(jìn)行了評價(jià)［15，16］。對于羅漢果的研究，目前主要集中在生物學(xué)特性、藥理或資源開放方面［17－21］，而針對其產(chǎn)區(qū)土壤重金屬的污染及潛在生態(tài)危害方面評價(jià)尚未見報(bào)道。本文旨在研究地層條件下羅漢果主產(chǎn)區(qū)重金屬含量及其產(chǎn)品質(zhì)量，為喀斯特地區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展及分區(qū)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于桂林市西北部的永?？h、臨桂縣和龍勝 縣 （109°37′～111°15′E，24°38′～26°17′N）。該區(qū)以喀斯特峰叢－峰林谷地地貌為主，基巖裸露，地形崎嶇，土壤貧瘠，主要為南方紅壤、磚紅壤和黃壤等酸性土壤。南亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫20.4℃，平均年降水量1541.4mm，地帶性植被以亞熱帶常綠闊葉林為主。研究區(qū)主要出露地層為下元古界上板溪群（Pt21），震旦系并層，未分（湘桂邊境組，Z）；前寒武紀(jì)混合花崗巖（γ2），寒武系清溪組（C－q），寒武系邊溪組（C－b）；泥盆系蓮花山組與那高嶺組并層（D1），泥盆系郁江組與東崗嶺階并層（D2）；白堊系紅色碎屑巖（K）8套地層［22］。羅漢果為該區(qū)傳統(tǒng)特色農(nóng)產(chǎn)品。

2 材料與方法

2.1 樣品的采集與處理

2.1.1 土壤樣品采集

以研究區(qū)8套不同地層類型上的表層土壤為基本調(diào)查單元。每個地層類型為1個采樣點(diǎn)，均利用手持GPS定位定點(diǎn)。根據(jù)藤本植物生物學(xué)特性，采樣深度一般為A層土壤（表層0～60cm）的土柱。在采樣點(diǎn)周圍大約30m半徑范圍內(nèi)采集5個點(diǎn)的土柱組合為1件樣品。每件土壤樣品質(zhì)量為1kg，密封標(biāo)記，待測。

2.1.2 植物樣品采集

植物樣品與土壤樣品對應(yīng)，選取100cm×100cm的樣方采集，樣點(diǎn)距地邊1m以上，在每個地層采樣點(diǎn)采集成熟的羅漢果果實(shí)。采樣植株應(yīng)健康、無病蟲害，并貼上標(biāo)簽，做好相應(yīng)的記錄，存放在保鮮袋中，并迅速冷藏待測。

2.2 樣品測試

土壤樣品與植物樣品測試的重金屬元素均為As、Cd、Pb、Hg、Cr；測試方法及檢出限見表1、表2。

表1 土壤樣品測試方法及檢出限Table 1 Analytical methods and detection limits of soil samples

表2 植物樣品測試方法及檢出限Table 2 Analytical methods and detection limits of plant samples

2.3 潛在生態(tài)危害指數(shù)評價(jià)方法

本文運(yùn)用Hakanson的潛在生態(tài)危害指數(shù)法［23］。此方法是國際上土壤重金屬研究廣泛應(yīng)用的方法之一，它綜合考慮了重金屬元素的毒性、污染的敏感性以及區(qū)域背景值的差異，并給出重金屬元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度的定量劃分，計(jì)算方法如下。

單個重金屬污染指數(shù)Cf，i

式中：Cf，i為第i重金屬污染指數(shù)；Cm，i為第i重金屬的實(shí)測值；Cs，i為第i金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)值。

單個重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)Er，i

式中：Tr，i為毒性系數(shù)，重金屬元素的毒性大小序列為Hg＞Cd＞As＞Pb＞Cr。規(guī)范處理后的毒性響應(yīng)系數(shù)定值為 Tr，Cr＝2，Tr，Pb＝5，Tr，As＝10，Tr，Cd＝30，Tr，Hg＝40。

多種重金屬綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)Ri

依據(jù)Ei和Ri的值，參考土壤中重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)、生態(tài)危害指數(shù)、污染程度三者的關(guān)系，劃分土壤的潛在生態(tài)危害評價(jià)等級（表3）。

表3 潛在生態(tài)危害評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)劃分Table 3 Evaluation criteria of potential ecological risk

3 結(jié)果分析

3.1 不同地層上A層土壤質(zhì)量分析

從5種重金屬元素含量（表4）來看，不同地層上A層土壤的質(zhì)量表現(xiàn)各異。其中，As在Pt21、D2、γ2、C－q和D1地層之上A層土壤中的含量大于土壤背景值，表明土壤存在As污染；Cd在C－q、C－b、K和D1地層之上A層土壤中的含量大于土壤背景值，土壤存在Cd污染；Cr在C－q、D1和C－b地層上A層土壤中的含量大于土壤背景值，土壤存在Cr污染；Hg在D1、D2、C－q、K、γ2和Z地層A層土壤中的含量大于土壤背景值，土壤存在Hg污染；Pb在C－q、C－b、γ2和Z地層A層土壤中的含量大于土壤背景值，土壤存在Pb污染。

3.2 土壤重金屬元素潛在生態(tài)危害分析

根據(jù)潛在生態(tài)危害評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表5），由表5中Ri值可以看出，羅漢果主產(chǎn)區(qū)8套地層上A層土壤5種重金屬的綜合潛在生態(tài)危害程度表現(xiàn)為中度生態(tài)危害、強(qiáng)度生態(tài)危害和很強(qiáng)生態(tài)危害。其中K地層上土壤重金屬表現(xiàn)為中度生態(tài)危害；Z、C－b、D1、D2和γ2共5套地層上土壤重金屬表現(xiàn)為強(qiáng)度生態(tài)危害；Pt21和C－q地層上土壤重金屬表現(xiàn)為很強(qiáng)生態(tài)危害。產(chǎn)生污染的主要重金屬元素有3種（Pb、Cr、As），Hg和 Cd元素在8套地層上均表現(xiàn)為輕度生態(tài)危害。5種重金屬元素在8套地層上A層土壤單元素潛在生態(tài)危害程度依大小排序，Z地層：Pb＞Cr＞As＞Hg＞Cd；Pt21地層：As＞Pb＞Cr＞Hg＞Cd；γ2地層：As＞Pb＞Cr＞Hg＞Cd；C－b地層：Pb＞Cr＞As＞Cd＞Hg；C－q地層：Pb＞Cr＞As＞Hg＞Cd；K地層：Pb＞Cr＞As＞Hg＞Cd；D1地層：Pb＞Cr＞As＞Hg＞Cd；D2地層：As＞Cr＞Pb＞ Hg＞Cd。

表4 不同地層A層土壤重金屬元素含量（w／10－6）Table 4 The contents of heavy metal elements in the A layer soil above different formations

表5 土壤重金屬元素的潛在生態(tài)危害評價(jià)指數(shù)Table 5 The evaluation index of potential ecological risk from heavy metal elements in the A layer soil

3.3 不同地層上羅漢果果實(shí)重金屬含量

羅漢果是桂北喀斯特生態(tài)區(qū)的傳統(tǒng)中藥材和進(jìn)出口商品，它的質(zhì)量安全直接影響該地區(qū)的生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。由表6可見，在各地層的羅漢果果實(shí)中As、Cd、Cr、Pb、Hg等重金屬的含量均遠(yuǎn)低于國家綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這表明各地層上的A層土壤盡管在質(zhì)量上存在不同重金屬元素種類的污染以及不同程度的重金屬元素的潛在生態(tài)危害，但各地層土壤上發(fā)育的羅漢果果實(shí)的優(yōu)質(zhì)性，進(jìn)一步表征了羅漢果在這一地區(qū)的良好適應(yīng)性和抗污染性。

表6 不同地層條件下羅漢果果實(shí)中重金屬元素含量（w／10－6）Table 6 The contents of heavy metal elements in Siraitia grosvenorii under the circumstances of different formations

4 結(jié)論與討論

研究區(qū)8套不同地層上A層土壤綜合潛在生態(tài)危害基本屬于中度及中度以上，其中K地層A層土壤區(qū)為中度污染區(qū)，C－q、Pt21地層A層土壤區(qū)則為強(qiáng)度污染區(qū)，且產(chǎn)生污染的重金屬主要為Pb、Cr、As等。研究區(qū)作為桂北喀斯特生態(tài)區(qū)的重要組成部分，生態(tài)建設(shè)任務(wù)艱巨，當(dāng)?shù)乜梢罁?jù)本結(jié)果篩選生態(tài)耐污物種，調(diào)整生態(tài)建設(shè)的布局。

研究區(qū)8套不同地層上的羅漢果果實(shí)中5種重金屬（As、Cd、Cr、Pb、Hg）的含量均遠(yuǎn)低于國家綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。表明了各地層上的A層土壤盡管在質(zhì)量上存在不同重金屬元素種類的污染以及不同程度的重金屬元素的潛在生態(tài)危害，但各地層土壤上發(fā)育的羅漢果果實(shí)的優(yōu)質(zhì)性，進(jìn)一步表征了羅漢果在這一地區(qū)的良好適應(yīng)性和抗污染性。在桂北喀斯特生態(tài)區(qū)應(yīng)加大對該生態(tài)資源植物的開發(fā)力度，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的建設(shè)。

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