海南園地灌溉水和土壤質(zhì)量評價①

張俊華 李翠微 謝 茵 孟 磊

(1 海南省農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護(hù)總站 海南?？?571100;2 海南大學(xué) 海南海口 570228)

海南省園地面積87.45 萬hm2，其園地農(nóng)產(chǎn)品大都是與飲食息息相關(guān)且獨(dú)具地域特色的熱帶水果、熱作香飲料和南藥等。2017 年，海南水果產(chǎn)量303.81 萬t，檳榔產(chǎn)量25.51 萬t，椰子產(chǎn)量2.33 億個［1］。因此，海南園地農(nóng)產(chǎn)品成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增收的重要渠道。灌溉水環(huán)境質(zhì)量和園地土壤環(huán)境質(zhì)量決定著園地農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全。作為全國人民重要的“南果園”、南藥和熱帶香飲料生產(chǎn)基地，海南園地農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量受到國人關(guān)注。政府通過實(shí)行品牌認(rèn)證來加大對園地農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量管理的力度，這對促進(jìn)種植業(yè)者提高生產(chǎn)管理水平，從源頭保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全具有十分重大的意義［2］。為推進(jìn)熱帶農(nóng)產(chǎn)品品牌建設(shè)，做強(qiáng)做優(yōu)熱帶特色高效農(nóng)業(yè)，海南正加快推進(jìn)品牌認(rèn)證工作。目前，海南省已擁有13 個認(rèn)證的有機(jī)食品、144 個認(rèn)證的綠色食品、1 163 個認(rèn)證的無公害農(nóng)產(chǎn)品及115個海南省名牌農(nóng)產(chǎn)品［3］。為了解海南園地農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)環(huán)境質(zhì)量，選取121個擬申報(bào)無公害農(nóng)產(chǎn)品認(rèn)定的園地，檢測其灌溉水和土壤相關(guān)指標(biāo)，利用單項(xiàng)質(zhì)量指數(shù)法與綜合質(zhì)量指數(shù)法評價其環(huán)境質(zhì)量，以期在新形勢新標(biāo)準(zhǔn)下，為海南農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)“質(zhì)量興農(nóng)、綠色興農(nóng)、品牌強(qiáng)農(nóng)”的目標(biāo)提供數(shù)據(jù)支撐和政策建議。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 園地環(huán)境概況

海南島地處北緯18°10＇～20°10＇，東經(jīng)108°37＇～111°03＇，是我國最具熱帶氣候特色的省份。海南島全年暖熱，年均溫23～26℃，年日照時數(shù)1 750～2 550 h；全島雨量充沛，年均降雨量1 600 mm 以上，但冬春降雨少，而夏秋雨多［4］，形成明顯的干濕季節(jié)；從區(qū)域來看，則是島東部降雨多西部少，造成中部和東部氣候濕潤，西南部沿海相對干燥。區(qū)域氣候資源的差異造就了海南園藝農(nóng)產(chǎn)品種植的自然分區(qū)。

海南農(nóng)業(yè)用水量大，水質(zhì)優(yōu)良。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017 年，海南全省用水總量為45.56億m3，其中農(nóng)業(yè)用水量為33.33 億m3［5］。地表水質(zhì)總體優(yōu)良率（達(dá)到或好于Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)）為90.1%。全省91.8%河流斷面、84.4%湖庫點(diǎn)位水質(zhì)符合或優(yōu)于Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，南渡江、昌化江、萬泉河三大河流干流、主要大中型湖庫及大多數(shù)中小河流水質(zhì)優(yōu)良［4］。由于地形、母質(zhì)和生物氣候的多樣性，海南島土壤類型種類豐富，瓊北以玄武巖磚紅壤為主，土壤中Cu、Zn、Cr、Ni 高背景含量為自然來源；西南部以花崗巖磚紅壤、砂頁巖磚紅壤分布較廣［6-8］。土地利用類型主要為園地和耕地等，園地多分布于坡地及旱地。

1.1.2 樣品

于2016 年1～5 月和9～12 月期間，在海南全島選擇典型性園地，同時采集土壤和灌溉水樣品。園地農(nóng)產(chǎn)品種類包括熱帶水果、綠茶、檳榔、椰子等，共采集121個園地的土壤和灌溉水樣品，采樣點(diǎn)在全省各市縣的分布見圖1。

1.2 方法

1.2.1 樣品采集

灌溉水樣品根據(jù)《NY/T 396-2000 農(nóng)用水源環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行采集，其中地表水選取進(jìn)水中段，采集水面下0.3 m 處樣品，多點(diǎn)混合形成2 000 mL 水樣；地下水直接按壓取2 000 mL水樣。

土壤樣品根據(jù)《NY/T 395-2012 農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行采集，根據(jù)地形選擇以梅花點(diǎn)法或?qū)蔷€法或蛇形法采集表層土壤，每個園地選取5個采樣點(diǎn)進(jìn)行采樣，對部分園地進(jìn)行加密采樣，選取15～20 個采樣點(diǎn)進(jìn)行采樣。瓜菜地采集0～20 cm 耕層土壤，熱帶水果地采集0～40 cm 土壤。采集到的土壤樣品在現(xiàn)場混合均勻后，采取四分法，得到1～2 kg 土壤樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，然后經(jīng)過磨樣、制樣后備用。

1.2.2 樣品分析

灌溉水pH 采用電位法測定，總Hg 采用原子熒光法測定，總Cd 和總Pb 采用火焰原子吸收分光光度法測定，總As 采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定，Cr6-采用二苯碳酰二胼分光光度法測定，CN-采用分光光度法測定，COD 采用重鉻酸鹽法測定，石油類采用紫外分光光度法測定。

土壤pH 采用電位法測定，Hg 采用冷原子吸收分光光度法測定，Cd 和Pb 采用石墨爐原子吸收分光光度法測定，As 采用原子熒光法測定，Cr、Ni和Cu采用火焰原子吸收分光光度法測定。

1.2.3 評價標(biāo)準(zhǔn)與方法

評價采用單項(xiàng)污染指數(shù)與綜合污染指數(shù)相結(jié)合的方法進(jìn)行。

按照《GB 15618-2018 土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值）和《NY 5010-2016無公害農(nóng)產(chǎn)品種植業(yè)產(chǎn)地環(huán)境條件》（灌溉水基本指標(biāo)）規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo)限值（表1）對檢測結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)公式計(jì)算出灌溉水和土壤單項(xiàng)污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)，按照《HJ 332-2006 食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)》（表2）進(jìn)行等級劃定評價。

表1 灌溉水和土壤環(huán)境質(zhì)量評價指標(biāo)限值

表2 農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

采用WPS 2019 和ArcGIS 12.0 對樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并作圖，采用SPSS 18.0 對統(tǒng)計(jì)結(jié)果作相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 園地灌溉水環(huán)境質(zhì)量評價

121 個園地灌溉水樣單項(xiàng)及綜合污染指數(shù)全部＜0.5。其中，Hg 和CN-未檢出，其單項(xiàng)及綜合污染指數(shù)全部為0；Cd 單項(xiàng)污染指數(shù)（PCd）0～0.45，平均為 0.058；As 單項(xiàng)污染指數(shù) （PAs） 0～0.28，平均為 0.011；Pb 單項(xiàng)污染指數(shù) （PPb） 0.01～0.12，平均為 0.022；Cr6-單項(xiàng)污染指數(shù) （PCr）0.01～0.42，平均為0.071；COD 單項(xiàng)污染指數(shù)（PCOD）0.002～0.32，平均為0.062，石油類單項(xiàng)污染指數(shù) （P石油類） 0.002～0.19，平均為0.052；灌溉水綜合污染指數(shù)（P） 0.016～0.33，平均為0.089。因此，灌溉水環(huán)境質(zhì)量評價結(jié)果為清潔（圖2）。

2.2 園地土壤環(huán)境質(zhì)量評價

121 個園地土壤單項(xiàng)及綜合污染指數(shù)平均值全部＜0.7，其整體環(huán)境質(zhì)量評價為清潔，但部分點(diǎn)的環(huán)境質(zhì)量超出標(biāo)準(zhǔn)（圖3）。在所有指標(biāo)中，Hg環(huán)境質(zhì)量最優(yōu)，其單項(xiàng)污染指數(shù)0.002 2～0.48，平均值為0.041，清潔率100%；其次為Pb，其單項(xiàng)污染指數(shù)0.003 3～0.98，平均值0.26，清潔率96.7%，尚清潔率3.3%，超標(biāo)率為0；Cd 單項(xiàng)污染指數(shù)（PCd）0.003～2.7，平均值為0.2，清潔率95.87%，尚清潔率2.48%，超標(biāo)率1.65%；As 單項(xiàng)污染指數(shù)（PAs）0.01～5.55，平均值0.26，清潔率94.21%，尚清潔率0.83%，超標(biāo)率4.96%；Cr 單項(xiàng)污染指數(shù)（PCr）0.011～2.45，平均值0.33，清潔率83.47%，尚清潔率4.13%，超標(biāo)率12.4%；Ni單項(xiàng)污染指數(shù)（PNi）0.001 3～3.49，平均值0.51，清潔率82.64%，尚清潔率2.48%，超標(biāo)率14.88%；Cu 單項(xiàng)污染指數(shù) （PCu） 0.001 5～1.59，平均值0.32，清潔率82.64%，尚清潔率4.96%，超標(biāo)率12.4%。土壤綜合污染指數(shù)（P）0.05～3.99，平均值0.61，清潔率78.52%，尚清潔率3.3%，超標(biāo)率18.18%。

2.3 土壤重金屬含量相關(guān)性分析

海南園地土壤重金屬含量相關(guān)性分析結(jié)果表明（表3），土壤Hg、Cd、As、Pb 含量彼此間均極顯著正相關(guān)；Cr、Cu、Ni 含量彼此間均極顯著正相關(guān)；Pb與Cr、Cu、Ni含量分別極顯著負(fù)相關(guān)。

3 討論與結(jié)論

海南島地表水環(huán)境質(zhì)量優(yōu)良，98.4%面積的地表水為三類或更優(yōu)水質(zhì)，適用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對水域的各類需求［9］，園地灌溉水主要來自于地表水或深層地下水，基本不存在灌溉水污染問題。本文對全省范圍121個園地灌溉水的環(huán)境質(zhì)量評價結(jié)果也印證了這一結(jié)論，海南園地灌溉水Pb、Cd、Hg、As、CN-、Cr6-、COD、石油類單項(xiàng)及綜合污染指數(shù)

全部＜0.5，園地灌溉水環(huán)境質(zhì)量清潔。這也與張永發(fā)等［10］對海南省2009～2011 年農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地灌溉水質(zhì)量評價結(jié)果一致。此外，分析發(fā)現(xiàn)，121 個園地灌溉水樣 Pb、Cd、Hg、As、CN-、Cr6-、COD 的最高含量均低于“綠色食品產(chǎn)地環(huán)境要求”，僅有1個樣品石油類含量略高于“綠色食品產(chǎn)地環(huán)境要求”［11］。說明海南園地灌溉水污染物含量較低，從拓展提升國內(nèi)、國際熱作產(chǎn)品市場角度考慮，可以引進(jìn)國際農(nóng)產(chǎn)品檢測認(rèn)證機(jī)構(gòu)，制訂比國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格的限量指標(biāo)。

表3 土壤重金屬含量相關(guān)性分析（皮爾森系數(shù)）

與前人對海南土壤環(huán)境質(zhì)量評價結(jié)論一致［12-13］，本研究發(fā)現(xiàn)海南園地土壤環(huán)境質(zhì)量整體清潔，但部分樣品存在重金屬超標(biāo)。主要超標(biāo)元素為As、Cr、Cu、Ni，相關(guān)性分析結(jié)果顯示，As、Pb 彼此間極顯著正相關(guān)，Cr、Cu、Ni 彼此間極顯著正相關(guān)。同一來源土壤重金屬元素之間通常存在一定相關(guān)性，重金屬元素間相關(guān)性顯著和極顯著說明元素一般具有同源關(guān)系［14-16］。說明海南園地土壤Cr、Cu、Ni 超標(biāo)且具有同源關(guān)系；個別龍眼、芒果等果園土壤As 雖超標(biāo)，但與Cr、Cu、Ni不存在相關(guān)性，說明與其來源不同。海南表層土壤重金屬元素含量從根本上取決于土壤母質(zhì)特征，其中Cr、Ni高含量基本來源于土壤高背景值，As、Pb 含量受到外源重金屬元素加入影響［7-9，17］。綜合分析認(rèn)為，海南部分園地土壤Cr、Cu、Ni 超標(biāo)主要是土壤背景值高所致，個別果園土壤As 超標(biāo)可能與不合理施用化肥、垃圾肥、農(nóng)藥有關(guān)。土壤重金屬超標(biāo)，并不意味著農(nóng)產(chǎn)品重金屬超標(biāo)［18-19］，農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量受除土壤之外的眾多因素影響［20］。我國部分土壤重金屬高背景值地區(qū)，多年來生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品一直是安全的，甚至是出口創(chuàng)匯的主打產(chǎn)品［21］。由此可見，對于海南部分園地由高背景值導(dǎo)致的土壤重金屬超標(biāo)，是否存在污染，仍需作進(jìn)一步研究。

海南省園地灌溉水質(zhì)較好，適合發(fā)展高標(biāo)準(zhǔn)清潔生產(chǎn)。海南省園地土壤環(huán)境質(zhì)量整體清潔，適合發(fā)展無公害農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)。部分點(diǎn)位存在Cr、Ni、Cu 超標(biāo)，主要在?？?、澄邁、文昌、臨高等瓊北高背景值地區(qū)；東方、三亞個別果園出現(xiàn)As的外源污染。建議對上述地區(qū)采取加密采樣、加采農(nóng)產(chǎn)品樣等措施，明確土壤是否存在重金屬污染，以保障品牌農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)。此外，園地生產(chǎn)應(yīng)避免含有害重金屬元素農(nóng)藥、肥料尤其是垃圾肥的使用，以免對土壤、農(nóng)作物生長和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)造成不良影響。