西蘭花基地土壤環(huán)境質(zhì)量與生態(tài)風(fēng)險評價

許俊麗，呂曉男，鄧勛飛，任周橋，麻萬諸，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)量安全問題頻繁發(fā)生，食品質(zhì)量安全受到越來越多的關(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、無污染農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的前提［4－5］。因此，科學(xué)地評價農(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，對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全至關(guān)重要［6－8］。

目前，對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，研究的重點是揭示不同土地利用類型的土壤重金屬累積特征、土地利用方式對土壤重金屬積累的影響及重金屬的時空分布變化規(guī)律［9－11］。為了解近年來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動 (肥料、農(nóng)藥的使用，污水灌溉)對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)的國家與地方標(biāo)準(zhǔn)為參照，選取Hg、Cd、Cr、Pb、As作為評價因子，對溫嶺市濱海鎮(zhèn)西蘭花生產(chǎn)基地的土壤重金屬進行采樣分析，對其土壤環(huán)境質(zhì)量狀況進行評價，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，四季分明，年平均氣溫17.3℃，年平均降水量1 693 mm，無霜期約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，是我國規(guī)模最大的西蘭花生產(chǎn)基地和國際重要的冬、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、不同地塊及地理環(huán)境等特點，按照 《農(nóng)田環(huán)境質(zhì)量檢測技術(shù)規(guī)范》 (NY/T 395—2000)，采用GPS定位采集土壤耕層樣品13個 (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)督檢驗測試中心 (杭州)分析 (表1)。

1.3 評價標(biāo)準(zhǔn)與方法

1.3.1 土壤質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)與方法

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

表1 土壤質(zhì)量檢測項目、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

單因子評價公式:Pi=Ci/Si。

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

土壤單項污染指數(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，在污染物單項污染指數(shù)Pi＜1的情況下，仍對各樣點進行綜合污染指數(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表示污染物中單項污染指數(shù)最大值;(Ci/Si)ave表示各單項污染指數(shù)的平均值。由此得到的土壤污染分級評價標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 土壤污染分級標(biāo)準(zhǔn)

1.3.2 土壤生態(tài)風(fēng)險評價標(biāo)準(zhǔn)與方法

生態(tài)風(fēng)險評價是在生態(tài)環(huán)境被一個或多個脅迫因素影響后，對不利生態(tài)后果出現(xiàn)的可能性進行評價的過程［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)險評估方法，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屬性指數(shù)分級法進行評價［19－20］。其公式為:

式中:為單項污染系數(shù)，C為表層土壤重金

i屬濃度實測值，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家土壤質(zhì)量一級標(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)為評價依據(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)分級標(biāo)準(zhǔn)列于表4。

表4 、RI及污染強度分級標(biāo)準(zhǔn)

表4 、RI及污染強度分級標(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 強生態(tài)危害160～＜320 ≥260 很強生態(tài)危害≥320極強生態(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)量國家二級標(biāo)準(zhǔn)值，所有采樣點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)，其它樣點重金屬含量均未超過該地土壤元素背景值上限。

2.2 土壤環(huán)境質(zhì)量評價

各采樣點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，樣點8 Hg的Pi=1.1，處于1～2之間，表示該樣點土壤受到輕度Hg污染，其余樣點各種金屬的Pi＜1，土壤未受單個重金屬污染。樣點2綜合污染指數(shù)P綜=0.7，樣點6綜合污染指數(shù)P綜在0.68～0.7，表明樣點2和樣點6土壤未被污染，重金屬綜合污染等級處于安全，屬“清潔”水平;其余各樣點P綜在0.7～1.0，土壤重金屬綜合污染等級處于警戒線，屬“尚清潔”水平。當(dāng)以國家土壤質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)值為參考標(biāo)準(zhǔn)時，各樣點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)險評價

采樣地的重金屬生態(tài)風(fēng)險評價結(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，只有樣點8中Hg的=44.00＞40，表明該處土壤Hg的污染程度達到中等生態(tài)危害水平，其余樣點則均處于輕微生態(tài)危害程度。以國家土壤質(zhì)量一級標(biāo)準(zhǔn)自然背景值為參照標(biāo)準(zhǔn)時，樣點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 土壤樣點的重金屬含量

表6 土壤樣點重金屬污染指數(shù)

表7 土壤樣點的重金屬生態(tài)風(fēng)險評價結(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)基地土壤無嚴(yán)重重金屬污染，滿足國家土壤質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)，符合國家對蔬菜生產(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，供試土壤中個別樣點 (樣點8)的Hg含量超標(biāo)，為輕微污染，潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)達到中等生態(tài)危害水平，這可能與西蘭花生產(chǎn)過程中化肥與農(nóng)藥的使用以及污水灌溉中Hg含量過高有關(guān)。因此應(yīng)加強對該地土壤Hg的關(guān)注，了解其來源，及早防治，避免向更嚴(yán)重方向發(fā)展;其余樣點雖未受到單個重金屬污染，但大部分樣點綜合污染指數(shù)處于警戒線水平，說明不同重金屬之間存在相互作用，還有待于對其相關(guān)性進行進一步分析與研究。

對土壤進行生態(tài)風(fēng)險評價時以國家土壤質(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土壤元素自然背景值之間的差異。結(jié)果表明，當(dāng)以國家土壤質(zhì)量自然背景值標(biāo)準(zhǔn)為參考值時，部分樣點潛在生態(tài)風(fēng)險污染程度達到中等生態(tài)危害水平，這可能是因為濱海地區(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，其重金屬含量與國家土壤質(zhì)量自然背景值有差異。總體而言，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。但個別樣點重金屬含量超標(biāo)，存在潛在的生態(tài)危害，提醒我們在今后的土地利用規(guī)劃中應(yīng)當(dāng)對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，并以此為基礎(chǔ)，建立西蘭花安全生產(chǎn)檔案及規(guī)范，詳細記錄西蘭花生產(chǎn)過程中農(nóng)藥化肥的使用情況及污水灌溉狀況，定期對產(chǎn)地環(huán)境進行檢測評價，對西蘭花進行質(zhì)量安全檢測評價，發(fā)現(xiàn)問題及時提出相應(yīng)對策，保障產(chǎn)地環(huán)境與西蘭花生產(chǎn)的安全。

［1］宋啟道，方佳，李玉萍，等.農(nóng)業(yè)產(chǎn)地環(huán)境污染與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全探討［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展，2008(2):61－64.

［2］朱彧，孫志勇.農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全全程控制:GAP HACCP探索與實踐［M］.北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2006:1－2.

［3］王鳳平.我國食品安全質(zhì)量問題及對策［J］.食品科技，2005(9):7－9.

［4］劉鳳枝，師榮光，徐亞平，等.農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量適宜性評價研究［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2007，26(1):6－14.

［5］肖玫，袁界平，陳連勇.食品安全的影響因素與保障措施探討［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2007，23(2):286－289.

［6］郭萍.土壤環(huán)境對蔬菜中重金屬物質(zhì)含量的影響研究［D］.重慶，西南大學(xué)，2008.

［7］Yang Y，Zhang F S，Li H F，et al.Accumulation of cadmium in the edible parts of six vegetable species grown in Cdcontaminated soils［J］.Journal of Environmental Management，2009(90):1117－1122.

［8］石常蘊，周慧.GIS技術(shù)在土地質(zhì)量評價中的應(yīng)用—以蘇州市水田為例［J］.土壤學(xué)報，2001，38(3):248－255.

［9］孫超，陳振樓，畢春娟.上海市崇明島農(nóng)田土壤重金屬的環(huán)境質(zhì)量評價［J］.地理學(xué)報，2009，64(5):619－628.

［10］房世波，潘劍君，成杰民，等.南京市郊蔬菜地土壤中重金屬含量的時空變化規(guī)律［J］.土壤與環(huán)境，2002，11(4):339－342.

［11］霍霄妮，李紅，孫丹峰.北京市農(nóng)業(yè)土壤重金屬狀態(tài)評價［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2009，28(1):66－71.

［12］Chary N S，Kamala C T，Raj D S，et al.Assessing risk of heavy metals from consuming food grown on sewage irrigated soils and food chain transfer［J］. Ecotoxicology and Environmental Safety，2008，69:513－524.

［13］劉子龍，趙政陽，張翠花.陜西蘋果主產(chǎn)區(qū)果園土壤重金屬含量水平及評價［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2009，27(1):21－25.

［14］鄭喜珅，魯安懷，高翔，等.土壤中重金屬污染現(xiàn)狀與防治方法［J］.土壤與環(huán)境，2002，11(1):79－84.

［15］Li Y，Wang Y B，Gou X，et al.Risk assessment of heavy metals in soils and vegetables around non－ferrous metals mining and smelting sites，Baiyin，China［J］.Journal of Environment Sciences，2006，18(6):1124－1134.

［16］鄭衛(wèi)兵.臺州市西蘭花產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀分析與發(fā)展對策研究［D］.杭州，浙江大學(xué)，2004.

［17］汪慶華，董巖翔，周國華，等.浙江省土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值與環(huán)境背景值［J］.生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報，2007，23(2):81－88.

［18］毛小苓，倪晉仁.生態(tài)風(fēng)險評價研究述評［J］.北京大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2005，41(4):646－654.

［19］Hakanson L.An ecological risk index for aquatic pollution control.A sedimentological approach［J］.Water Search，1980，14:975－1001.

［20］劉晶，滕彥國，崔艷芳，等.土壤重金屬污染生態(tài)風(fēng)險評價方法綜述［J］.環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)，2007，19(3):6－11.