某旱地土壤及蔬菜鎘污染風(fēng)險評價

匡政成，郭利雙，楊春安，陳浩東，李育強，匡逢春，曾鳳霞，曾紅遠

（1.湖南省棉花科學(xué)研究所，湖南 常德 415101；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410128；3.湖南省農(nóng)業(yè)對外經(jīng)濟合作中心，湖南 長沙 410128）

蔬菜是人類食物的重要組成部分。近年來隨著我國人民生活水平的不斷提高，人均蔬菜攝入量逐年提升，對蔬菜質(zhì)量安全也日趨重視［1］。但長期的礦山開采、冶煉等工業(yè)行為勢必對農(nóng)用土壤造成一定程度的重金屬污染［2］，同時蔬菜種植戶為追求高產(chǎn)和賣相不合理使用農(nóng)藥和化肥也加劇了這一現(xiàn)象發(fā)生。鎘污染是近年來最具代表性的重金屬污染之一［3］，也是影響蔬菜等質(zhì)量安全、危害人類健康的主要因素，其關(guān)注度居高不下。在前人的研究中，對土壤及其生長的作物污染風(fēng)險程度進行綜合評價并提出合理建議，是有效管理土壤、防止污染物進入食物鏈影響人類健康的重要手段。

針對土壤鎘污染形勢的日益緊張，從土壤質(zhì)量安全入手，以某旱地為研究對象，采集了18份耕作層土壤樣品和12份蔬菜可食用部位樣品，分析該區(qū)域鎘污染特征及其對蔬菜質(zhì)量安全的影響，評價該旱地土壤污染風(fēng)險和潛在生態(tài)危害，為預(yù)防農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛在風(fēng)險、指導(dǎo)其它類似污染區(qū)域的農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供參考。

1 材料和方法

1.1 樣品的采集

1.1.1 土壤樣品采集

2018年12月在某旱地中隨機選取18個采樣點，每個采樣點按照五點混合采樣法采集1 m×1 m面積內(nèi)耕作層（0～20 cm）土壤1 kg，自然風(fēng)干備用。

1.1.2 植物樣品采集

2018年10～12月在該旱地中選取紫蘇、蘿卜、大白菜、紅薯等4種蔬菜作物，每種蔬菜隨機選取5個位點，每個位點按照五點混合采樣法采集5 m×5 m面積內(nèi)植株10～50株，將紫蘇莖葉、蘿卜塊根、大白菜葉、紅薯塊根分離、洗凈并放入烘箱，105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重備用。

1.2 Cd含量檢測

采集的土壤和植物樣品送至分析測試中心進行Cd含量檢測。

1.3 土壤Cd污染風(fēng)險評價方法

1.3.1 地累積指數(shù)法

運用地累積指數(shù)法［4］評價該旱地Cd污染情況，其計算公式為：

式中，Igeo為地累積指數(shù)；Ci為重金屬Cd在土壤中的實測含量；Cn為土壤環(huán)境背景值，該研究取湖南土壤Cd元素背景值（0.126 mg／kg）。

根據(jù)Igeo將土壤Cd污染程度分為7個等級：當(dāng)Igeo≤0時，處于0級，表示土壤未受到Cd污染；0＜Igeo≤1時，處于1級，表示土壤受到輕度Cd污染；1＜Igeo≤2時，處于2級，表示土壤受到中度Cd污染；2＜Igeo≤3時，處于3級，表示土壤受到中強Cd污染；3＜Igeo≤4時，處于4級，表示土壤受到強Cd污染；4＜Igeo≤5時，處于5級，表示土壤受到很強Cd污染；Igeo＞5時，處于6級，表示土壤受到極強Cd污染。

1.3.2 潛在生態(tài)危害指數(shù)法

采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法［5］來評價該旱地Cd對生物體的潛在危害，其計算公式為：

Er＝30×Ci／Cn

式中，Er為重金屬Cd潛在生態(tài)危害指數(shù)；Ci為重金屬Cd在土壤中的實測含量；Cn為土壤環(huán)境背景值，該研究取土壤Cd元素背景值（0.126 mg／kg）。

根據(jù)潛在生態(tài)危害指數(shù)Er的的大小，將重金屬Cd生態(tài)危害程度分為5個等級：Er＜40時，表示輕微生態(tài)危害；40≤Er＜80時，表示中等生態(tài)危害；80≤Er＜160時，表示強生態(tài)危害；160≤Er＜320時，表示很強生態(tài)危害；Er≥320時，表示極強生態(tài)危害。

1.4 數(shù)據(jù)處理和分析

采用Excel 2007和SPSS 21軟件進行數(shù)據(jù)處理及分析。

富集系數(shù)（BCF）＝蔬菜收獲部分重金屬含量／土壤相應(yīng)元素含量

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤鎘分布特征

該旱地18個采樣點的土壤鎘檢測結(jié)果見表1，鎘含量分布在0.19～0.29 mg／kg，平均含量為0.22 mg／kg，均超過湖南土壤Cd元素背景值（0.126 mg／kg）。通過與《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618－2018）中規(guī)定的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值相比，18個采樣點Cd含量均低于農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值，土壤污染風(fēng)險較低。根據(jù)變異系數(shù)（CV）將土壤Cd含量空間變異性分為3種：強變異（CV≥100%）、中等變異（10%≤CV＜100%）和弱變異（CV＜10%）［6］，該旱地土壤Cd含量變異系數(shù)為10.9%，屬于中等變異，說明該旱地土壤Cd分布不均勻，存在一定的空間變異性。

表1 旱地土壤Cd含量統(tǒng)計

2.2 土壤鎘風(fēng)險評價

潛在生態(tài)危害指數(shù)法和地積累指數(shù)法是分析評價土壤中重金屬污染風(fēng)險的常用方法。前者是根據(jù)重金屬性質(zhì)和環(huán)境特點，從沉積學(xué)角度評價中間污染風(fēng)險，后者則是研究沉積物及其它物質(zhì)中重金屬污染程度的定量指標(biāo)。高月、王佳等［7～12］在分析評價金屬礦區(qū)、冶煉廠周邊土壤及流域沉積物的污染風(fēng)險時均運用此方法。本研究中，18個采樣點地累積指數(shù)在－0.01～0.12之間，平均值為0.07，詳見表2。其中未受到Cd污染采樣點1個，占總份數(shù)的5.56%；受到輕度Cd污染采樣點17個，占總份數(shù)的94.44%；說明該旱地土壤Cd污染程度較輕。通過潛在生態(tài)危害指數(shù)分析，18個點的潛在生態(tài)危害指數(shù)在44.29～68.81之間，平均值為53.08，處于中等生態(tài)危害水平。

表2 旱地土壤Cd地累積指數(shù)的評價結(jié)果

2.3 蔬菜可食用部位鎘含量及其富集系數(shù)

四種蔬菜可食用部位的Cd含量及其富集系數(shù)詳見圖1和表3。圖表中4種蔬菜對土壤鎘的吸收積累能力存在顯著差異，其中大白菜葉Cd富集系數(shù)最大，含量最高，平均值為2.44 mg／kg；其次是蘿卜塊根，平均為1.58 mg／kg；紅薯塊根Cd含量最低，平均為0.08 mg／kg。從結(jié)果看，同是塊根作物，但對鎘的積累能力差異較大，說明蔬菜對鎘的積累可能與品種特性有較大相關(guān)性。通過與《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)－食品中污染物限量》（GB 2762－2017）中Cd的限量相比，蘿卜塊根和大白菜葉Cd含量超標(biāo)，不宜食用。建議該旱地可作為紅薯或紫蘇種植用地。

圖1 四種蔬菜可食部位Cd含量及富集系數(shù)差異

表3 蔬菜可食部位Cd含量及其富集系數(shù)

3 討 論

植物對重金屬吸收、富集能力主要通過富集系數(shù)（BCF）來反映，富集系數(shù)越大，表明植物對重金屬的吸收累積能力越強［11］。該研究對紫蘇、蘿卜、大白菜、紅薯等4種蔬菜可食用部位Cd富集能力進行比較，結(jié)果顯示不同蔬菜收獲部位對重金屬Cd的吸收累積存在一定差異，這與前人的研究結(jié)論相符［12］；4種蔬菜可食用部位的Cd富集能力依次為大白菜葉＞蘿卜塊根＞紫蘇莖葉＞紅薯塊根，這種差異可能與植物特性、品種屬性等因素有關(guān)。大白菜和蘿卜均屬于十字花科，說明部分十字花科植物具有更強的Cd吸收累積能力，這與前人的研究結(jié)論基本一致；同時大白菜和蘿卜主要生長在冬季，長期的低溫環(huán)境提高了大白菜和蘿卜抗氧化系統(tǒng)水平［13］，抗逆性及抵抗重金屬脅迫能力增強，進而影響作物對Cd的吸收累積。

4 結(jié) 論

土壤是人類和動植物賴以生存的基礎(chǔ)，地累積指數(shù)表明該旱地土壤已出現(xiàn)Cd輕度污染，這與當(dāng)?shù)亻L期的過量農(nóng)藥、化肥施用以及周邊工業(yè)污染等人類活動有關(guān)。潛在生態(tài)危害指數(shù)表明，該旱地整體表現(xiàn)為中等生態(tài)危害，應(yīng)當(dāng)引起足夠重視。鑒于以上土壤風(fēng)險背景，建議該地冬季推廣種植綠肥或Cd低累積作物，不建議繼續(xù)種植大白菜、蘿卜等高Cd累積作物，預(yù)防食用風(fēng)險，并適量減少化肥施用量，防止土壤鎘污染加劇。