西蘭花基地土壤環境質量與生態風險評價

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 化學與生命科學院，浙江 金華 321004;2.浙江省農業科學院 環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，環境污染導致的食品質量安全問題頻繁發生，食品質量安全受到越來越多的關注［1－3］。農產品作為食品生產的原料，其質量安全成為食品質量安全的重中之重。土壤是農產品生產的基質，其環境狀況與農產品質量密切相關。良好的土壤產地質量環境是安全衛生、無污染農產品生產的前提［4－5］。因此，科學地評價農產品產地土壤環境質量，預防與治理產地土壤污染，對農產品質量安全至關重要［6－8］。

目前，對土壤重金屬污染已有不少研究，主要集中在基本農田、菜地、污灌區、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律［9－11］。為了解近年來農業生產活動 (肥料、農藥的使用，污水灌溉)對土壤重金屬含量的影響，我們結合前人研究結果［12－15］，以相應的國家與地方標準為參照，選取Hg、Cd、Cr、Pb、As作為評價因子，對溫嶺市濱海鎮西蘭花生產基地的土壤重金屬進行采樣分析，對其土壤環境質量狀況進行評價，以期為西蘭花的安全生產和農田土壤環境質量的綜合管理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

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，屬亞熱帶季風氣候區。濱海鎮位于浙江溫黃(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，是我國規模最大的西蘭花生產基地和國際重要的冬、春西蘭花出口生產基地之一［16］。

1.2 樣品采集與數據分析

根據西蘭花基地種植現狀，結合當地地形地貌特征，依據不同農戶、不同地塊及地理環境等特點，按照 《農田環境質量檢測技術規范》 (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)。

土壤樣品經風干后寄農業部農產品質量監督檢驗測試中心 (杭州)分析 (表1)。

1.3 評價標準與方法

1.3.1 土壤質量評價標準與方法

土壤質量的評價標準不同，得出的評價結果也有不同。本項研究采用GB 15612—1995國家土壤環境質量二級標準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。評價方法及分級標準參照國家農業行業標準 《農田環境質量檢測技術規范》(NY/T 395—2000)推薦的單項污染指數和綜合污染指數法進行評價。

表1 土壤質量檢測項目、標準與方法

表2 不同參照標準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;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境質量二級標準。

土壤單項污染指數污染程度判斷標準為: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Pi＜1的情況下，仍對各樣點進行綜合污染指數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重的污染物給環境造成的危害。其計算公式:

式中:P綜表示綜合污染指數;(Ci/Si)max表示污染物中單項污染指數最大值;(Ci/Si)ave表示各單項污染指數的平均值。由此得到的土壤污染分級評價標準見表3。

表3 土壤污染分級標準

1.3.2 土壤生態風險評價標準與方法

生態風險評價是在生態環境被一個或多個脅迫因素影響后，對不利生態后果出現的可能性進行評價的過程［18］。常用的方法有Hakanson潛在生態危害指數法、地質累積指數法和概率風險評估方法，本研究采用Hakanson潛在生態危害指數法。該法不僅考慮土壤重金屬含量，而且將重金屬的生態效應、環境效應以及毒理學效應聯系在一起，采用具有可比的等價屬性指數分級法進行評價［19－20］。其公式為:

式中:為單項污染系數，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量一級標準自然背景值，Cd為多種污染物的污染系數之和 (多因子污染參數)，為潛在生態危害系數 (單因子生態危害參數)，為某一種金屬的毒性響應系數，采用Hakanson制定的標準化重金屬毒性系數 (Hg=40，Cd=30，As=10，Pb=5，Cr=2)為評價依據，RI為潛在生態危害指數 (多因子生態危害參數)。重金屬污染生態危害系數和生態危害指數分級標準列于表4。

表4 、RI及污染強度分級標準

表4 、RI及污染強度分級標準

Ei r RI 污染程度＜40 ＜65輕微生態危害40～＜80 65～＜130 中等生態危害80～＜160 130～＜260 強生態危害160～＜320 ≥260 很強生態危害≥320極強生態危害

2 結果與分析

2.1 土壤環境質量現狀

土壤采樣點的重金屬分析結果 (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。參照土壤環境質量國家二級標準值，所有采樣點的重金屬含量均未超標，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14.5%外，其余重金屬含量未超標，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 土壤環境質量評價

各采樣點的重金屬單因子污染指數Pi和綜合污染指數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準時，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P綜=0.7，樣點6綜合污染指數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。當以國家土壤質量二級標準值為參考標準時，各樣點重金屬均未受到污染，處于“安全清潔”狀態。

2.3 土壤潛在生態風險評價

采樣地的重金屬生態風險評價結果 (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準時，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危害水平，其余樣點則均處于輕微生態危害程度。以國家土壤質量一級標準自然背景值為參照標準時，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

表7 土壤樣點的重金屬生態風險評價結果

3 小結與討論

本研究發現，溫嶺市濱海鎮西蘭花生產基地土壤無嚴重重金屬污染，滿足國家土壤質量二級標準，符合國家對蔬菜生產基地的基本要求，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準時，供試土壤中個別樣點 (樣點8)的Hg含量超標，為輕微污染，潛在生態風險指數達到中等生態危害水平，這可能與西蘭花生產過程中化肥與農藥的使用以及污水灌溉中Hg含量過高有關。因此應加強對該地土壤Hg的關注，了解其來源，及早防治，避免向更嚴重方向發展;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，還有待于對其相關性進行進一步分析與研究。

對土壤進行生態風險評價時以國家土壤質量自然背景值標準為參考值，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。結果表明，當以國家土壤質量自然背景值標準為參考值時，部分樣點潛在生態風險污染程度達到中等生態危害水平，這可能是因為濱海地區成土母質是近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量自然背景值有差異。總體而言，該地區農業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，存在潛在的生態危害，提醒我們在今后的土地利用規劃中應當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標準數據庫，并以此為基礎，建立西蘭花安全生產檔案及規范，詳細記錄西蘭花生產過程中農藥化肥的使用情況及污水灌溉狀況，定期對產地環境進行檢測評價，對西蘭花進行質量安全檢測評價，發現問題及時提出相應對策，保障產地環境與西蘭花生產的安全。

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