某旱地土壤及蔬菜鎘污染風險評價

匡政成，郭利雙，楊春安，陳浩東，李育強，匡逢春，曾鳳霞，曾紅遠

（1.湖南省棉花科學研究所，湖南 常德 415101；2.湖南農業大學生物科學技術學院，湖南 長沙 410128；3.湖南省農業對外經濟合作中心，湖南 長沙 410128）

蔬菜是人類食物的重要組成部分。近年來隨著我國人民生活水平的不斷提高，人均蔬菜攝入量逐年提升，對蔬菜質量安全也日趨重視［1］。但長期的礦山開采、冶煉等工業行為勢必對農用土壤造成一定程度的重金屬污染［2］，同時蔬菜種植戶為追求高產和賣相不合理使用農藥和化肥也加劇了這一現象發生。鎘污染是近年來最具代表性的重金屬污染之一［3］，也是影響蔬菜等質量安全、危害人類健康的主要因素，其關注度居高不下。在前人的研究中，對土壤及其生長的作物污染風險程度進行綜合評價并提出合理建議，是有效管理土壤、防止污染物進入食物鏈影響人類健康的重要手段。

針對土壤鎘污染形勢的日益緊張，從土壤質量安全入手，以某旱地為研究對象，采集了18份耕作層土壤樣品和12份蔬菜可食用部位樣品，分析該區域鎘污染特征及其對蔬菜質量安全的影響，評價該旱地土壤污染風險和潛在生態危害，為預防農業生產潛在風險、指導其它類似污染區域的農業結構調整提供參考。

1 材料和方法

1.1 樣品的采集

1.1.1 土壤樣品采集

2018年12月在某旱地中隨機選取18個采樣點，每個采樣點按照五點混合采樣法采集1 m×1 m面積內耕作層（0～20 cm）土壤1 kg，自然風干備用。

1.1.2 植物樣品采集

2018年10～12月在該旱地中選取紫蘇、蘿卜、大白菜、紅薯等4種蔬菜作物，每種蔬菜隨機選取5個位點，每個位點按照五點混合采樣法采集5 m×5 m面積內植株10～50株，將紫蘇莖葉、蘿卜塊根、大白菜葉、紅薯塊根分離、洗凈并放入烘箱，105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重備用。

1.2 Cd含量檢測

采集的土壤和植物樣品送至分析測試中心進行Cd含量檢測。

1.3 土壤Cd污染風險評價方法

1.3.1 地累積指數法

運用地累積指數法［4］評價該旱地Cd污染情況，其計算公式為：

式中，Igeo為地累積指數；Ci為重金屬Cd在土壤中的實測含量；Cn為土壤環境背景值，該研究取湖南土壤Cd元素背景值（0.126 mg／kg）。

根據Igeo將土壤Cd污染程度分為7個等級：當Igeo≤0時，處于0級，表示土壤未受到Cd污染；0＜Igeo≤1時，處于1級，表示土壤受到輕度Cd污染；1＜Igeo≤2時，處于2級，表示土壤受到中度Cd污染；2＜Igeo≤3時，處于3級，表示土壤受到中強Cd污染；3＜Igeo≤4時，處于4級，表示土壤受到強Cd污染；4＜Igeo≤5時，處于5級，表示土壤受到很強Cd污染；Igeo＞5時，處于6級，表示土壤受到極強Cd污染。

1.3.2 潛在生態危害指數法

采用潛在生態危害指數法［5］來評價該旱地Cd對生物體的潛在危害，其計算公式為：

Er＝30×Ci／Cn

式中，Er為重金屬Cd潛在生態危害指數；Ci為重金屬Cd在土壤中的實測含量；Cn為土壤環境背景值，該研究取土壤Cd元素背景值（0.126 mg／kg）。

根據潛在生態危害指數Er的的大小，將重金屬Cd生態危害程度分為5個等級：Er＜40時，表示輕微生態危害；40≤Er＜80時，表示中等生態危害；80≤Er＜160時，表示強生態危害；160≤Er＜320時，表示很強生態危害；Er≥320時，表示極強生態危害。

1.4 數據處理和分析

采用Excel 2007和SPSS 21軟件進行數據處理及分析。

富集系數（BCF）＝蔬菜收獲部分重金屬含量／土壤相應元素含量

2 結果與分析

2.1 土壤鎘分布特征

該旱地18個采樣點的土壤鎘檢測結果見表1，鎘含量分布在0.19～0.29 mg／kg，平均含量為0.22 mg／kg，均超過湖南土壤Cd元素背景值（0.126 mg／kg）。通過與《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準》（GB 15618－2018）中規定的農用地土壤污染風險篩選值相比，18個采樣點Cd含量均低于農用地土壤污染風險篩選值，土壤污染風險較低。根據變異系數（CV）將土壤Cd含量空間變異性分為3種：強變異（CV≥100%）、中等變異（10%≤CV＜100%）和弱變異（CV＜10%）［6］，該旱地土壤Cd含量變異系數為10.9%，屬于中等變異，說明該旱地土壤Cd分布不均勻，存在一定的空間變異性。

表1 旱地土壤Cd含量統計

2.2 土壤鎘風險評價

潛在生態危害指數法和地積累指數法是分析評價土壤中重金屬污染風險的常用方法。前者是根據重金屬性質和環境特點，從沉積學角度評價中間污染風險，后者則是研究沉積物及其它物質中重金屬污染程度的定量指標。高月、王佳等［7～12］在分析評價金屬礦區、冶煉廠周邊土壤及流域沉積物的污染風險時均運用此方法。本研究中，18個采樣點地累積指數在－0.01～0.12之間，平均值為0.07，詳見表2。其中未受到Cd污染采樣點1個，占總份數的5.56%；受到輕度Cd污染采樣點17個，占總份數的94.44%；說明該旱地土壤Cd污染程度較輕。通過潛在生態危害指數分析，18個點的潛在生態危害指數在44.29～68.81之間，平均值為53.08，處于中等生態危害水平。

表2 旱地土壤Cd地累積指數的評價結果

2.3 蔬菜可食用部位鎘含量及其富集系數

四種蔬菜可食用部位的Cd含量及其富集系數詳見圖1和表3。圖表中4種蔬菜對土壤鎘的吸收積累能力存在顯著差異，其中大白菜葉Cd富集系數最大，含量最高，平均值為2.44 mg／kg；其次是蘿卜塊根，平均為1.58 mg／kg；紅薯塊根Cd含量最低，平均為0.08 mg／kg。從結果看，同是塊根作物，但對鎘的積累能力差異較大，說明蔬菜對鎘的積累可能與品種特性有較大相關性。通過與《食品安全國家標準－食品中污染物限量》（GB 2762－2017）中Cd的限量相比，蘿卜塊根和大白菜葉Cd含量超標，不宜食用。建議該旱地可作為紅薯或紫蘇種植用地。

圖1 四種蔬菜可食部位Cd含量及富集系數差異

表3 蔬菜可食部位Cd含量及其富集系數

3 討 論

植物對重金屬吸收、富集能力主要通過富集系數（BCF）來反映，富集系數越大，表明植物對重金屬的吸收累積能力越強［11］。該研究對紫蘇、蘿卜、大白菜、紅薯等4種蔬菜可食用部位Cd富集能力進行比較，結果顯示不同蔬菜收獲部位對重金屬Cd的吸收累積存在一定差異，這與前人的研究結論相符［12］；4種蔬菜可食用部位的Cd富集能力依次為大白菜葉＞蘿卜塊根＞紫蘇莖葉＞紅薯塊根，這種差異可能與植物特性、品種屬性等因素有關。大白菜和蘿卜均屬于十字花科，說明部分十字花科植物具有更強的Cd吸收累積能力，這與前人的研究結論基本一致；同時大白菜和蘿卜主要生長在冬季，長期的低溫環境提高了大白菜和蘿卜抗氧化系統水平［13］，抗逆性及抵抗重金屬脅迫能力增強，進而影響作物對Cd的吸收累積。

4 結 論

土壤是人類和動植物賴以生存的基礎，地累積指數表明該旱地土壤已出現Cd輕度污染，這與當地長期的過量農藥、化肥施用以及周邊工業污染等人類活動有關。潛在生態危害指數表明，該旱地整體表現為中等生態危害，應當引起足夠重視。鑒于以上土壤風險背景，建議該地冬季推廣種植綠肥或Cd低累積作物，不建議繼續種植大白菜、蘿卜等高Cd累積作物，預防食用風險，并適量減少化肥施用量，防止土壤鎘污染加劇。