昆明陽宗海沿岸農(nóng)田土壤及農(nóng)作物砷污染特征研究與評價

鄒鯉嶺，李昌盛,郎學偉

(1.云南國土資源職業(yè)學院，云南 昆明 650217；2.曲靖師范學院，云南 曲靖 655011)

【研究意義】陽宗海是云南九大高原湖泊之一，地跨澄江、呈貢、宜良三地，位于東經(jīng)102°5′～103°02′，北緯24°51′～24°58′，距昆明36 km，屬于珠江流域南盤江水系[1]。2008年發(fā)生了陽宗海砷污染事件，據(jù)報道, 2008 年以來, 水體中砷濃度持續(xù)上升[2]。陽宗海水作為周邊主要的農(nóng)業(yè)用水，會導致土壤砷超標，并可能在農(nóng)作物中富集?！厩叭搜芯窟M展】目前研究砷在土壤-農(nóng)作物系統(tǒng)中累積遷移的文章很多，許多研究表明普通人群攝入砷的最重要途徑是通過土壤-農(nóng)作物-人體暴露進行的，對中國12個省、市膳食調查研究表明，成年男子攝入砷總量75.6 %都來源于農(nóng)作物和糧食[3]。對陽宗海湖水砷進行監(jiān)測及處理的研究較多，關于對周邊農(nóng)作物和土壤砷進行調查研究較少。砷是一種具有較強生物毒性、難降解性、生物富集性及生物放大性的重金屬元素。農(nóng)作物中砷的含量是反應農(nóng)產(chǎn)品質量好壞的重要指標?！颈狙芯壳腥朦c】故以陽宗海胡家莊周邊農(nóng)田土壤及農(nóng)作物為研究對象，對其砷元素含量進行測定及評價。農(nóng)作物砷含量采用單項污染指數(shù)法進行評價，土壤砷含量采用內梅羅綜合污染指數(shù)法、潛在生態(tài)危害指數(shù)及地累積指數(shù)法進行評價，并分析農(nóng)作物和土壤中重金屬污染狀況的相關性?！緮M解決的關鍵問題】以期為陽宗海周邊村莊居民食品安全問題提供相關的參考依據(jù)，還能給土壤-農(nóng)作物砷遷移轉化提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

以胡家莊周邊農(nóng)田為研究對象，根據(jù)距離陽宗海從近到遠的順序，按照S形布置采樣點，用GPS記錄采樣點見圖1，記為ZY01～ZY10。采集農(nóng)田土壤、白菜和花椰菜,各采集10個。

每點取農(nóng)作物2～3株匯合成1個樣，樣品采集約1 kg，裝入聚乙烯塑料袋，扎緊袋口封裝，在24 h內將樣品存放至低溫環(huán)境中[4]。同時，農(nóng)作物周邊土壤，取表層(0～20 cm)土壤，每個樣點取土樣6～10個混合為1個樣，對采集的土壤樣品反復按四分法棄取，最后留下1.0 kg左右，除去異物，將樣品裝入布袋，送實驗室備測[5]。

1.2 樣品測試

土壤樣品和玉米樣品送昆明礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心檢測，采用食品中重金屬檢測方法(GB/T 5009)[6]檢測農(nóng)作物重金屬含量。土壤樣品中重金屬含量采用農(nóng)田土壤環(huán)境質量監(jiān)測技術規(guī)范(NYT 395-2000)[7]檢測。

1.3 評價標準

1.3.1 農(nóng)作物砷污染評價標準 農(nóng)作物重金屬采用國家制定的(GB2762-2017)《食品安全國家標準食品中污染物限量》進行評價[8]。

農(nóng)作物中重金屬元素的污染程度用單項污染指數(shù)法評價[4]，其計算公式：

p=c/s

(1)

式中,p為農(nóng)作物中砷的單項污染指數(shù)；c為砷的實測濃度，mg·kg-1；s為砷的評價標準，mg·kg-1；根據(jù)p值劃分質量等級，p≤1為未受污染；p>1為已受污染；污染越嚴重則p值越大。

1.3.2 土壤砷污染評價標準 采用GB 15618-2018《土壤環(huán)境質量農(nóng)用地土壤污染風險管控標準(試行)》(6.5

采用內梅羅綜合污染指數(shù)法來評價土壤重金屬元素的污染情況，公式如下[2]：

(2)

式中:(c/s)max代表單項污染指數(shù)的最大值；(c/s)ave代表單項污染指數(shù)的平均值。土壤環(huán)境質量分級標準見表1。

表1 土壤分級標準

1.4 評價方法

1.4.1 地累積指數(shù)法 Muller指數(shù)又稱為地質累積指數(shù)[10]，最早是由德國科學家Muller提出， 主要用于評價水體底泥中重金屬污染狀況。后被廣泛作為一種污染定量指標，應用于土壤重金屬污染的評價。該指數(shù)把人為活動對重金屬污染影響、環(huán)境地球的化學背景值以及自然成巖過程引起的背景值變化等因素都考慮進去，能更客觀的反應土壤重金屬污染特性：公式如下：

Igeo= log2(c/k×b)

(3)

式中，Igeo代表砷元素的地累積指數(shù)值；c代表砷元素在土壤中的含量；b代表土壤砷元素的背景值，本研究使用云南省土壤元素背景值(表2)作為參比值[11]；k值取1.5，是作為不同地區(qū)巖石之間的不一致可能引起背景值差異而取的系數(shù)[12]。該指數(shù)表示的污染等級一般共分為7個等級[12]，其指數(shù)值與污染水平的對應關系見表3。

表2 As元素的標準值、自然背景值及毒性系數(shù)

表3 潛在生態(tài)危害指數(shù)、地累積指數(shù)等級劃分

1.4.2 潛在生態(tài)危害指數(shù)法 潛在生態(tài)危害指數(shù)法是由瑞典科學家Hakanson提出的一種沉積物中重金屬評價指標[12]。該指標主要用于評價水體表層沉積物中重金屬的生態(tài)風險水平，目前主要用于評價土壤中重金屬的生態(tài)風險水平，該方法不僅考慮了土壤中重金屬的濃度，還把多元素協(xié)同作用、重金屬的毒性水平、重金屬在環(huán)境中的污染敏感性等因素一同考慮進去，因此在土壤重金屬風險評價中得到了廣泛應用。其計算公式如下：

(4)

(5)

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

數(shù)據(jù)用Microsoft Office Excel 2010系統(tǒng)錄入，采用SPSS 22.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 土壤砷污染現(xiàn)狀及分析

由表4可知，研究區(qū)土壤pH值在6.52～7.1，故土壤砷含量采用GB15618-2018《土壤環(huán)境質量農(nóng)用地土壤污染風險管控標準(試行)》(6.5

表4 采樣點及污染指數(shù)

研究區(qū)域采樣點ZY01到ZY10土壤中重金屬地累積指數(shù)值在0～1，故均屬于輕度污染。陽宗海周邊有火電廠、高爾夫球場和湯池溫泉，對陽宗海砷污染有一定影響。

研究區(qū)域重金屬砷潛在生態(tài)風險指數(shù)顯示，采樣點均為低風險。雖然土壤中含有砷元素，但砷含量不會對土壤安全造成危害。采樣點ZY01到ZY10，潛在生態(tài)風險指數(shù)整體呈現(xiàn)下降趨勢。距離陽宗海越近，土壤潛在生態(tài)風險指數(shù)逐漸增大。

以上幾個指標顯示，研究區(qū)域農(nóng)用地土壤砷污染風險低，砷含量屬于能保證人體健康、農(nóng)作物安全的范圍，但由于砷具有生物放大作用和生物累積性，因此對于土壤砷的來源、影響因素還應繼續(xù)關注。

2.2 農(nóng)作物砷污染現(xiàn)狀及分析

由表4可知，在研究區(qū)P白菜和P花椰菜均小于1，說明該區(qū)域的花椰菜和白菜都未受砷污染。由圖2可知，采樣點ZY01到ZY10，白菜砷含量及花椰菜砷含量整體呈下降趨勢。白菜中砷的含量大于花椰菜。白菜屬于葉菜類，花椰菜屬于果實類，農(nóng)作物的砷量葉菜類>果實類。由此可見，和花椰菜相比，砷更容易在白菜中富集。在砷污染較為嚴重的地方，不要選擇種植白菜。

2.3 農(nóng)作物重金屬與土壤重金屬含量相關性分析

2.3.1 白菜砷含量與土壤砷含量相關性分析 用SPSS軟件做白菜砷和土壤砷含量的相關性分析，得到相關性系數(shù)為0.627(r0.01=0.053),因此認為雖然2個變量總體趨勢有一致性,但并不顯著。由圖3可見，2個變量總體趨勢有一致性，可以說明土壤中砷和白菜中砷是同一來源。白菜砷含量和土壤砷含量的相關性不顯著，說明白菜中的砷不一定來源于土壤，化肥、有機肥及農(nóng)藥的使用也會導致土壤及農(nóng)作物中砷含量升高。

2.3.2 花椰菜砷含量與土壤砷含量相關性分析 用SPSS軟件做花椰菜砷和土壤砷含量的相關性分析，得到的相關系數(shù)是0.814(r0.01=0.004),說明相關性在0.01上顯著，說明花椰菜和土壤砷含量的相關性是顯著的，可以看出花椰菜中的砷主要來源于土壤(圖4)。

3 討 論

在胡家莊周邊農(nóng)田，土壤中砷濃度比土壤環(huán)境質量農(nóng)用地土壤污染風險管控標準規(guī)定的風險篩選值要小，可知農(nóng)用地土壤污染風險低。土壤中重金屬地累積指數(shù)評價結果顯示，本研究區(qū)域屬于輕度污染，生態(tài)風險均為低風險。白菜和花椰菜砷含量均達標。采樣點從ZY01到ZY10，土壤砷含量總體呈現(xiàn)距離陽宗海越遠含量越低的趨勢，陽宗海水作為農(nóng)田灌溉主要用水，可能導致少量砷在土壤富集，從取樣點ZY01到ZY10地勢逐漸升高，土壤砷含量逐漸降低，可能因為雨水沖刷等作用導致。白菜和花椰菜砷含量也從ZY01到ZY10呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，白菜中砷含量高于花椰菜，說明白菜和花椰菜相比，砷更易于在白菜中富集。白菜砷和土壤中砷含量的相關性不顯著，說明白菜中的砷不一定來源于土壤，含砷農(nóng)藥的使用也可能導致土壤及農(nóng)作物中砷含量升高。早期，陽宗?；痣娬镜姆勖夯彝品盼恢梦挥陉栕诤Ｎ靼?，粉煤灰中的砷元素一部分可能通過降塵作用進入到陽宗海周邊的土壤，另一部分由于雨水的沖刷，從而進入陽宗海湖水中。據(jù)調查，陽宗海旁高爾夫球場的草坪使用了大量的農(nóng)藥，而這些農(nóng)藥中含有砷元素，陽宗海和草坪中間沒有任何隔斷措施，因此草坪施用農(nóng)藥中的砷對陽宗海砷污染有一定貢獻[13]。采樣點ZY01到ZY10，地累積指數(shù)值整體呈現(xiàn)下降趨勢，在研究區(qū)域，土壤中重金屬砷地累積指數(shù)的貢獻值主要還是來源于陽宗海湖水，離陽宗海越遠，地累積指數(shù)越小。東岸的高爾夫球場及北岸的火電廠、溫泉也對陽宗海砷的累積有所貢獻[9]。花椰菜砷和土壤中砷含量有顯著的相關性，土壤中砷污染風險低，不易遷移轉化到農(nóng)作物體內。較多的研究發(fā)現(xiàn)不同農(nóng)作物種類，對重金屬的富集能力也有明顯差異[14]，葉菜類農(nóng)作物重金屬超標率較高。王麗鳳等[15]的調查結果表明，沈陽市農(nóng)作物中重金屬含量大小順序為葉菜類>根莖類>瓜果類。同一種農(nóng)作物不同器官對同一種重金屬富集程度也有所不同，張志權等[16]認為，Pb被吸收后一般累積在更新周期較長的器官中。李學德等[17]發(fā)現(xiàn)，菠菜葉片和根對Cd的積累量相近，但均高于莖中的；而Pb的積累量則依次為根>莖>葉片。李非里[18]等通過對Cd在辣椒的不同部位富集含有量的調查結果表明，Cd的積累量依次為根>莖葉>果實。農(nóng)作物中的砷含量葉菜類>果實類。由此可見，和花椰菜相比，砷更容易在白菜中富集。在砷污染較為嚴重的地方，不要選擇種植白菜。

4 結 論

云南省陽宗海胡家莊農(nóng)田土壤污染風險低，從采樣點ZY01-ZY10土壤砷整體呈現(xiàn)下降趨勢。白菜、花椰菜砷水平符合國家相關標準，白菜砷含量高于花椰菜，和花椰菜相比，砷更容易在白菜中富集。在砷污染較為嚴重的地方，不要選擇種植白菜。從采樣點ZY01-ZY10白菜砷含量、花椰菜砷含量也呈現(xiàn)下降趨勢。白菜砷含量和土壤砷含量的相關性不顯著，花椰菜砷含量和土壤中砷含量有顯著的相關性。陽宗海水作為灌溉用水不會引起土壤、農(nóng)作物砷超標，白菜及花椰菜砷含量達到食品衛(wèi)生安全標準，可以放心食用。