庫爾勒香梨主產區土壤重金屬污染評價及分布研究

趙多勇,郭慶軍，王 成, 康 露,宋 斌，楊 蓮,

曹雙瑜1，馬 磊1，衛 陽1，李明慧1

(1.新疆農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所/農業部農產品質量安全風險評估實驗室(烏魯木齊)/

新疆農產品質量安全實驗室，烏魯木齊　830091;2.中國科學院地理科學與資源研究所，北京　100101)

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庫爾勒香梨主產區土壤重金屬污染評價及分布研究

趙多勇1,郭慶軍2，王 成1, 康 露1,宋 斌1，楊 蓮1,

曹雙瑜1，馬 磊1，衛 陽1，李明慧1

(1.新疆農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所/農業部農產品質量安全風險評估實驗室(烏魯木齊)/

新疆農產品質量安全實驗室，烏魯木齊830091;2.中國科學院地理科學與資源研究所，北京100101)

摘要：【目的】明確新疆庫爾勒香梨主產區梨園土壤重金屬殘留水平及空間分布，并評價其安全性。【方法】以新疆庫爾勒市、尉犁縣、輪臺縣、庫車縣、沙雅縣、新和縣、阿克蘇市、阿瓦提縣等8縣市香梨主產區為研究區域，采集86份梨園土壤(0~40 cm)，使用電感耦合等離子質譜法測定鉛(Pb)、鎘(Cd)、砷(As)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、銅(Cu)6種重金屬元素含量，運用風險評價法評價香梨主產區梨園土壤重金屬污染程度及其風險大小，明確重點防控因子，采用普通克里格法分析香梨主產區土壤重金屬的空間分布。【結果】8個縣市香梨主產區土壤中6種重金屬元素含量均低于國家標準中最大允許限量。土壤砷、鉛、鎘、鉻、鎳、銅單因子污染指數分別為0.442、0.22、0.33、0.18、0.444、0.12，內梅羅指數為0.47。【結論】從重金屬污染等級來說，香梨主產區梨園土壤均處于安全級別；從風險控制的角度來說，6種重金屬污染風險均在可接受的水平，風險排序由高到低依次為Ni>As>Cd>Pb>Cr>Cu。

關鍵詞：庫爾勒香梨；土壤；重金屬；污染評價；空間分布

0 引 言

【研究意義】土壤是產地環境的基本要素，良好的產地環境是確保農產品質量安全的基礎。鉛、鎘、砷等重金屬是國家環保部重點防控的重金屬元素，也是對人體健康危害較大的重金屬元素。庫爾勒香梨產地土壤環境重金屬污染評價是指導林果業安全生產的重要基礎，也是特色林果產品質量安全監管及全程質量控制的重要依據。為了保障新疆庫爾勒香梨消費安全，增加消費者對庫爾勒香梨的消費信心，掌握并分析新疆庫爾勒香梨主產區土壤重金屬殘留水平，對庫爾勒香梨全程質量控制具有十分重要的意義。【前人研究進展】庫爾勒香梨是新疆特色果品之一，也是新疆巴音郭楞蒙古自治州和阿克蘇地區的主導產業。新疆庫爾勒香梨作為我國第一個地理標志性農產品，主要分布于新疆庫爾勒市、尉犁縣、輪臺縣、庫車縣、沙雅縣、新和縣、阿克蘇市、阿瓦提縣等縣市，其特殊的品質與南疆獨特的氣候、土壤等多種因素形成有關。近10年來，庫爾勒香梨種植面積一直穩定在6.67×104hm2(100萬畝)以上，產量由2005年的36.8×104t增加至2014年的95×104t噸[1]。近年來，新疆庫爾勒香梨已出口到美國、英國、加拿大、澳大利亞、秘魯、伊朗、新加坡和香港等20多個國家和地區，以庫爾勒香梨等為代表的特色農產品在國內外市場占據的地位越來越重要。在從種植到加工的整個鏈條中，產地環節是最關鍵的一個環節。隨著農藥、化肥等農業投入品的不合理使用，梨園土壤環境質量受到了嚴重威脅，香梨重金屬殘留已成為人們備受關注的問題。【本研究切入點】以新疆庫爾勒香梨主產區梨園土壤為研究對象，重點分析了新疆8縣市梨園土壤中Pb、Cd、Ni、As、Cr、Cu等重金屬含量，同時評價了土壤重金屬污染水平。【擬解決的關鍵問題】研究產地環節新疆庫爾勒香梨存在的關鍵重金屬危害因子，掌握重金屬殘留水平與污染等級，為管理部門制定風險控制措施提供參考。

1材料與方法

1.1　材 料

研究區域位于天山南麓、塔里木盆地北緣，海拔850~1 125 m，屬于內陸干旱溫帶氣候，日光充足，降水量少、蒸發量大。年平均氣溫為10.5~11.5℃，年降雨量30~80 mm。主要包括新疆庫爾勒市、尉犁縣、輪臺縣、庫車縣、沙雅縣、新和縣、阿克蘇市和阿瓦提縣8個縣市。

1.1.1庫爾勒香梨

庫爾勒香梨梨園土壤樣品于2013年9月和2014年9月采自新疆8個縣市的生產基地，共采集梨園86份土壤樣品繪出，采樣點具體分布。土壤樣品按梅花形布點的方式用取土鉆采集0~ 40 cm層次的土壤，將樣品混勻后、自然風干、用自動研磨儀粉碎后過100目尼龍篩，收集篩下物備用。表1

表1 庫爾勒香梨果園土壤樣品信息
Table 1Information of soil sample from pear orchard

序號Num.采樣位置Samplelocation樣本數Samplesize序號Num.采樣位置Samplelocation樣本數Samplesize1庫爾勒市沙依東園藝場10恰爾巴格鄉7和什力克鄉3托布力其鄉3哈拉玉宮鄉2蘭干鄉4阿瓦提農場32尉犁縣興平鄉2尉犁鎮1古勒巴格鄉1塔里木鄉13輪臺縣哈爾巴克鄉2園藝場34沙雅縣海樓鄉3沙雅鎮25阿克蘇市拜什吐格曼鄉7良種場2依干旗鄉106庫車縣阿拉哈格鎮5二八臺農場2牙哈鎮1齊滿鎮1尹西哈熱鎮17新和縣排先拜巴扎鄉3玉奇喀特鄉28阿瓦提縣多浪鄉1阿依巴格鄉2烏魯卻勒鎮1青年農場1

1.1.2儀器與設備

主要實驗試劑：硝酸(優級純)、氫氟酸(優級純)。主要實驗設備：天平(AR5120)、實驗室電動研磨儀(PUIVerisette 2，德國)、微波消解儀(Mars 240/50型，美國CEM公司)、電感耦合等離子質譜儀(7700X型，美國安捷倫科技公司)。

1.2　方 法

1.2.1 樣品消解及重金屬測定

土壤樣品采用微波消解儀進行消解，土壤樣品稱樣量為0.200 0 g，酸體系為8 mL濃HNO3+ 1 mL HF；采用逐步升溫的方式消解，消解溫度為190℃。所有樣品消解完畢后，均采用超純水(18.2MΩ)定容后測定。

土壤樣品中的Pb、Cd、As、Cr、Ni、Cu等元素含量使用電感耦合等離子質譜儀測定；樣品在測定過程中，使用國家標準物質中心的新疆北部土壤(GBW10007426)標準物質作為質控樣，進行質量控制。

1.2.2 土壤重金屬污染評價1.2.2 .1單因子污染指數法[2-6]

參考食用農產品產地環境質量評價標準(HJ332-2006)[7]，評價庫爾勒香梨主產區土壤重金屬污染程度。列出評價指數范圍及風險等級分級1。單個污染元素的所有分指數的算術平均值計算公式如下。表2

(1)

公式(1)中，Pi為污染指數；Ci為重金屬含量實測值；Si為重金屬評價標準；i為某種重金屬；N為樣品總數。

表2基于污染指數的環境介質質量分級
Table2Resultsandstandardsofenvironmentalmediaqualitygradebasedpollutionindices

質量分級QualityGrade指數范圍IndexRange評價結果EvaluationResult1PN≤0.7安全20.73嚴重污染

1.2.2 .2內梅羅指數法[8]

內梅羅指數是一種突出最大值的記權型多因子環境質量指數。土壤等環境介質重金屬污染狀況綜合評價采用內梅羅綜合污染指數法，表達式如下：

(2)

公式(2)中，PN為內梅羅綜合污染指數；(Ci/Si)max為土壤或灰塵等環境介質重金屬元素中污染指數的最大值；(Ci/Si)ave為土壤或灰塵等介質各污染指數的平均值。

2 結果與分析

2.1　梨園土壤重金屬含量

庫爾勒香梨主產區梨園土壤中Pb、Cd、As、Cr、Ni、Cu的含量統計分析顯示。Pb含量范圍在11.60~25.88 mg/kg，Cd含量范圍為0.14~0.37 mg/kg；As含量范圍為5.11~16.54 mg/kg；Cr含量范圍為32.43~70.72 mg/kg；Ni含量范圍為19.29~43.49 mg/kg；Cu含量范圍為16.10~50.78 mg/kg。與食用農產品產地環境質量評價標準[9]中規定的土壤中污染物限量相比，8縣市梨園土壤樣品6種重金屬含量均低于食用農產品產地環境質量評價標準(HJ332-2006)。表3

表3庫爾勒香梨主產區土壤(0~40 cm)中重金屬含量統計
Table 3 Statistical analysis of heavy metal concentrations in soil from different region(mg/kg)

樣品產地Samplesource樣本數Samplesize鉛(Pb)鎘(Cd)砷(As)鉻(Cr)鎳(Ni)銅(Cu)庫爾勒市KorleCity2016.67±2.210.19±0.089.23±1.5642.23±4.6823.95±2.7120.41±2.65尉犁縣YuliCounty516.28±1.830.19±0.0511.46±1.4347.35±5.6225.64±4.5522.14±3.16輪臺縣LuntaiCounty518.83±2.820.20±0.0411.88±2.1057.48±7.9035.22±6.6234.09±10.27沙雅縣ShayaCounty517.52±4.940.22±0.0811.88±3.0950.29±13.1829.35±8.7225.62±8.57新和縣XinheCounty515.60±1.100.19±0.0110.39±0.9645.52±4.6524.93±2.7621.20±3.34庫車縣KucheCounty518.01±2.140.20±0.0111.88±1.0655.07±6.0630.68±3.6826.61±3.76阿克蘇市AkesuCity1020.18±1.480.21±0.0113.38±1.9744.41±6.8026.71±3.6124.50±3.43阿瓦提縣AwatiCounty514.65±2.040.18±0.0311.35±1.4140.13±5.2824.36±3.1120.89±3.43最小值Max11.600.145.1132.4319.2916.10最大值Min25.880.3716.5470.7243.4950.78算數平均值Ave17.330.2011.0446.1326.6223.87限量標準a(pH>7.5)Limitstandard800.602525060200

2.2 　梨園土壤重金屬污染安全性評價

運用單因子污染指數法對研究區域土壤重金屬污染水平進行評價，土壤重金屬污染評價結果。結果表明，Pb、Cd、As、Cr、Ni、Cu的單因子污染指數范圍分別為0.18~0.24、0.31~0.37、0.37~0.54、0.16~0.23、0.41~0.59、0.10~0.17，由單因子污染指數范圍可知，香梨主產區梨園土壤6種重金屬含量均處于安全級別。若從控制風險的角度來說，6種重金屬的風險級別由大到小依次為Ni>As>Cd>Pb>Cr>Cu；這說明Ni和As雖然均處于安全級別，但二者是6種重金屬中今后重點監控的重金屬污染因子。同時，由內梅羅指數計算可知，該指數為0.47，說明8縣市梨園土壤(0 ~ 40 cm)處于安全級別。表4

新疆庫爾勒香梨主產區8縣市梨園土壤(0~ 40 cm)6種重金屬含量空間分布結果可以看出，香梨主產區8縣市梨園土壤中6種重金屬含量均低于食用農產品產地環境質量評價標準，但也存在一定的空間分布差異。由空間分布圖可知，庫車縣、輪臺縣梨園土壤中鉛、鉻、鎳和銅含量略高于其他縣市，尉犁縣鎘、砷、鉻、鎳含量相對低于其他縣市。圖1~6

表4庫爾勒香梨主產區土壤(0~ 40 cm)中重金屬污染評價(單因子污染指數Pi)
Table 4 Evaluation results of heavy metal pollution in soil from different region (single-factor index)

樣品產地Samplesource鉛(Pb)鎘(Cd)砷(As)鉻(Cr)鎳(Ni)銅(Cu)庫爾勒市KorleCity0.210.310.370.170.400.10尉犁縣YuliCounty0.200.320.460.190.430.11輪臺縣LuntaiCounty0.240.340.480.230.590.17沙雅縣ShayaCounty0.220.370.480.200.490.13新和縣XinheCounty0.200.320.420.180.420.11庫車縣KucheCounty0.230.330.480.220.510.13阿克蘇市AkesuCity0.250.350.540.180.450.12阿瓦提縣AwatiCounty0.180.310.450.160.410.10算數平均值Ave0.220.330.4420.180.4440.12

圖1 梨園土壤(0~40 cm)鉛含量空間分布
Fig.1Spatial distribution of Pb in soil(0-40 cm)from pear orchard

圖2 梨園土壤(0~40 cm)鎘含量空間分布
Fig.2Spatial distribution of Cd in soil(0-40 cm)from pear orchard

圖3梨園土壤(0~40 cm)砷含量空間分布
Fig.3Spatial distribution of As in soil(0-40 cm)from pear orchard

圖4梨園土壤(0~40 cm)鉻含量空間分布
Fig.4Spatial distribution of Cr in soil(0-40 cm)from pear orchard

圖5梨園土壤(0~40 cm)鎳含量空間分布
Fig.5Spatial distribution of Ni in soil(0-40 cm)from pear orchard

圖6梨園土壤(0~40 cm)銅含量空間分布
Fig.6Spatial distribution of Cu in soil(0-40 cm)from pear orchard

3 討 論

研究比較分析了8個縣市香梨主產區梨園土壤中重金屬含量，同時評價了多種重金屬污染水平，6種重金屬在不同產地的含量表現規律不同，8縣市梨園土壤樣品6種重金屬含量均低于食用農產品產地環境質量評價標準(HJ332-2006)，例如，在土壤中的Pb、Cd、Ni、As、Cr、Cu等6種重金屬是國家重點防控的危害因子，而在香梨主產區梨園土壤中Pb、Cd、As、Cr等污染級別較低，這可能與產地環境工業污染小，屬于非交通要道區域有關。Chen等[9]探討了8種國產梨品種的礦物元素含量，結果表明，庫爾勒香梨、碭山梨、鴨梨、京白梨、南果梨、五九香梨、湖南沙梨、二宮白梨等8種國產梨中，K、Na、Ca、Mg、Zn、Cu、Fe、Mn、B等礦物元素組成存在一定的差異，其中，庫爾勒香梨中K元素顯著高于其他梨品種，說明香梨產地境可能是引起果實礦質元素升高的重要原因。古麗巴哈爾·沙吾提等[10]探討了庫爾勒香梨與喀什地方梨中的Ca、Zn、Fe、Cu、K、Na、Co、Ni等8種礦物元素含量差異，結果表明，庫爾勒香梨中Fe、Mg等元素遠高于喀什地方梨，而Ca、Zn、Cu、K、Na、Co和Ni等元素低于喀什地方梨。上述研究均說明，土壤環境或者農業投入品的使用等因素有可能是導致香梨果實變化的因素，梨園土壤重金屬元素與果實重金屬元素的含量關系還有待于進一步深入探討。

4 結 論

4.18個縣市香梨主產區土壤中6種重金屬含量均低于國家標準中最大允許限量，處于安全級別。若從風險控制的角度來說，As和Ni是今后庫爾勒香梨主產區土壤需要重點監控的重金屬污染因子。

4.28個縣市庫爾勒香梨主產區香梨產品中6種重金屬含量遠遠低于國家標準中最大允許限量，均處于安全級別。

4.3庫爾勒香梨產地土壤中6種重金屬含量均未超過國家限量標準，但從風險控制的角度來說，從風險控制的角度來說，6種重金屬污染風險均在可接受的水平，風險排序由高到低依次為Ni>As>Cd>Pb>Cr>Cu。

致謝:新疆巴音郭楞蒙古自治州沙依東園藝場、庫爾勒市農產品質量安全檢驗檢測中心、阿克蘇市農產品質量安全檢驗檢測中心，庫車縣農產品檢測中心、輪臺縣農業局、尉犁縣農業局、沙雅縣、新和縣農產品檢測中心的相關人員參與了采樣工作，在此一并致以誠摯的謝意。

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Fund project:Science and Technology Project on aid to Xinjiang Uygur Autonomous Region (201491117)，China Postdoctoral Science Foundation Project(2014M562484)，National Project of Fruit Quality and Safety Risk Assessment(GJFP2015002)，Xinjiang Training Project for the Young Doctor Talent of Science and Technology(2013731010)，National Natural Science Foundation of China(41563002)，，

Evaluation and Distribution on Heavy Metal Pollution of Original

Environment of Kuerle Pear in Xinjiang

ZHAO Duo-yong, GUO Qing-jun, WANG Cheng, KANG Lu, SONG Bin, YANG Lian,

CAO Shuang-yu, MA Lei, WEI Yang, LI Ming-hui

(1.ResearchInstituteofQualityStandards&TestingTechnologyforAgro-Products,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences,LaboratoryofQualityandSafetyRiskAssessmentforAgro-Products(Urumqi),MinistryofAgriculture/KeyLaboratoryofAgro-productsQualityandSafetyofXinjiang, /Xinjianglaboratoryofagro-productsqualityandsafety,Urumqi830091,China；2.InstituteofGeographicalSciencesandResources,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China)

Abstract：【Objective】 This project aims to identify the level of the heavy metal residue in Xinjiang Korla Pear and its origin environment and to assess and analyze the safety of the level of residue. 【Method】This experiment was conducted at Korla City, Yuli County, Luntai County, Kuche County, Shaya County, Xinhe County, Akesu City, Awati County, eight main producing areas of the Xinjiang Kuerle pear production. The total of 86 soil samples (0-40 cm) were collected, then inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) method were adopted to determine the content of Pb, Cd, As, Cr, Ni, Cu in these samples respectively. The level of the pollution and the magnitude of the risk from heavy metal in origin environment (including soil) was assessed by risk evaluation method. 【Result】The residues of Pb, Cd, As, Cr, Ni, Cu in soil from eight main producing areas were all below the maximum residue limit requirement of the national standard. Single factor pollution indexs of As, Pb, Cd, Cr, Ni, Cu in soil were 0.442, 0.22, 0.33, 0.18, 0.444, 0.12, and the Nemero index was 0.47. 【Conclusion】According to the level of the heavy metal pollution, surface layer soil were all at safety grade. From the risk management angle, the pollution risk of Pb, Cd, As, Cr, Ni, Cu are all be accepted. The risk from high level to low level was Ni > As > Cd > Pb > Cr > Cu.

Key words:Xinjiang Korla Fragrant Pear; soil; heavy metal; pollution evaluation; spatial distribution

通訊作者:王成(1971-)，男，陜西白河人，研究員，研究方向為農產品質量安全與檢測技術，(E-mail)wangcheng312@sina.com

作者簡介:趙多勇(1980-)，男，新疆奇臺人，副研究員，博士，研究方向為農產品質量與食物安全，(E-mail)luckydyz@163.com

基金項目:自治區科技支疆項目計劃(201491117)；國家博士后基金面上項目(2014M562484)；國家果品質量安全風險評估專項(GJFP2015002)；新疆自治區青年博士科技人才培養項目(2013731010)；國家自然科學基金項目(41563002)

收稿日期：2015-07-13

中圖分類號：S661.2,X825，X56

文獻標識碼：A

文章編號：1001-4330(2016)02-0332-07

doi:10.6048/j.issn.1001-4330.2016.02.020