家庭農(nóng)場種植前后土壤環(huán)境質(zhì)量狀況比較

楊夢娜

（上海必諾檢測技術(shù)服務(wù)有限公司，上海 閔行 201100）

農(nóng)田土壤是是影響食品安全的重要因素之一[1]。2014年發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》指出，我國耕地土壤點(diǎn)位污染超標(biāo)率達(dá)19.4%。隨著城市化的推進(jìn)，土壤污染狀況日益嚴(yán)峻。長三角地區(qū)作為經(jīng)濟(jì)大區(qū)，土壤污染問題較為突出[2]。農(nóng)田土壤重金屬動態(tài)監(jiān)測是農(nóng)田土壤安全利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一[3]。農(nóng)田土壤中Cd、Pb、Hg和As都有超標(biāo)現(xiàn)象發(fā)生，其中水稻田中Cd超標(biāo)比例尤為突出。污水灌溉、大氣沉降、施肥、畜禽糞便、污泥等都有可能造成土壤重金屬累積超標(biāo)[4]。土壤酸性物質(zhì)、農(nóng)作物的種類也對不同的重金屬有著吸附聚集作 用[5-6]。

松江區(qū)位于上海市西南部，土壤為湖沼相沉積粘土，氣候?qū)俦眮啛釒Ъ撅L(fēng)區(qū)，氣候溫和[7]。根據(jù)《松江第三次農(nóng)業(yè)普查主要數(shù)據(jù)公報(bào)》，松江區(qū)2016年末耕地面積17 392.0公頃，灌溉的耕地面積為12 347.4公頃，地表水為灌溉用水。松江作為國內(nèi)最早開展“家庭農(nóng)場”的區(qū)域，在促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的同時(shí)，對于土壤生態(tài)環(huán)境改善也有著積極的作用[8]。為進(jìn)一步跟蹤了解家庭農(nóng)場的土壤環(huán)境質(zhì)量變化狀況，2020年選取6個(gè)家庭農(nóng)場，對種植前后的土壤環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了監(jiān)測。以GB15618-2018中農(nóng)用土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩查必測基本項(xiàng)目為對象，對家庭農(nóng)場環(huán)境進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警評估，以期為保障農(nóng)作物安全種植、提高農(nóng)田產(chǎn)地土壤生態(tài)安全水平提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

采樣區(qū)位于上海市松江區(qū)。根據(jù)家庭農(nóng)場狀況，選取6個(gè)監(jiān)測點(diǎn)（A、B、C、D、E和F），在水稻種植前后分別取土壤樣品各1次。每個(gè)農(nóng)場按梅花布點(diǎn)法，設(shè)5個(gè)分點(diǎn)，采集表層土壤。土樣采集后自然風(fēng)干，去除石塊、雜草，過篩備用。

1.2 樣品分析

土壤環(huán)境質(zhì)量主要檢測鉛、鎘、汞、砷、鉻、銅、鋅和鎳的含量。土壤重金屬分析過程中使用標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品（GBW07401）進(jìn)行分析質(zhì)量控制。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬分布特征

種植前后土壤Zn僅增加1.3%，As增加了42.7%，Cd和Pb分別增加了22.2%和9.9%，相反Ni和Cr分別降低了41.4%和51.7%，Hg和Cu分別減少了14.3%和8.4%。Cr含量在種植前顯著高于上海市以及松江區(qū)土壤平均值，As含量則是在種植后高于平均水平，Hg含量則是前后均明顯高于背景值，見表1[9-10]。

表1 家庭農(nóng)場中各區(qū)域重金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)對比（單位：mg/kg）

各個(gè)采樣區(qū)金屬元素種植前后質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值變化見圖1。Cu、Zn種植前后變化幅度較小。種植前A和C區(qū)土壤Ni明顯高于其他區(qū)域，種植后各區(qū)之間無明顯差別。各區(qū)種植后土壤中Cr明顯降低；反之，As均有不同程度增加；Hg在A區(qū)和E區(qū)有明顯下降。種植后土壤中Cd除D區(qū)降低，其他區(qū)域呈現(xiàn)不同程度上升，這可能是由于水稻根部對Cd有聚集效應(yīng)[11-12]；F區(qū)域土壤中種植前Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于其他區(qū)域，種植后各區(qū)Pb無異常高值。

圖1 不同區(qū)域家庭農(nóng)場種植前及種植后各重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)柱狀圖

2.2 重金屬污染評價(jià)

2.2.1 內(nèi)梅羅指數(shù)

內(nèi)梅羅指數(shù)法是廣泛應(yīng)用于土壤中重金屬污染狀況評價(jià)的傳統(tǒng)方法[13]，分為單因素污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)。

2.2.1.1 單因素污染指數(shù)（Pi）

從單因子指數(shù)來看，種植前僅Ni和Hg中出現(xiàn)大于1的Pi值，其余6種金屬Pi值均小于1。A區(qū)2個(gè)點(diǎn)位以及C區(qū)3個(gè)點(diǎn)位Ni的Pi值大于1，E區(qū)有3個(gè)點(diǎn)位Hg的Pi值大于1，所有Pi值均小于3，表明樣品雖然已經(jīng)污染但污染程度不高，且同一區(qū)域污染因子相似。種植后所有單因子Pi值均小于1，為未污染。

2.2.1.2 綜合因子污染指數(shù)（P綜）

從綜合污染程度來看，30個(gè)采樣點(diǎn)綜合因子污染指數(shù)種植前在0.42～1.30之間不等，有4個(gè)點(diǎn)位的P綜值大于1但小于2，表明這4個(gè)點(diǎn)位的土壤已經(jīng)處于輕污染的等級，土壤作物開始受到污染；種植后在0.39～0.83之間，綜合因子污染指數(shù)均小于1，表明所有采樣點(diǎn)土壤均處于警戒線以下，其中21個(gè)采樣點(diǎn)P綜≤0.7，屬于安全范圍清潔水平，占總采樣點(diǎn)的70%。種植前，各區(qū)的綜合因子污染指數(shù)值平均值從低到高的順序：D>B>A>F>E>C。F、E和C區(qū)處于警戒線范圍。種植后，各區(qū)的P綜均小于0.7，屬于安全等級，平均值從低到高依次為：A>F>D>C>E>B（表2）。A、C、E和F區(qū)種植后P綜均低于種植前，其余2個(gè)區(qū)域則在安全范圍內(nèi)有所增加。

2.2.2 潛在生態(tài)指數(shù)法

潛在生態(tài)危害指數(shù)法關(guān)注重金屬遷移累積效應(yīng)，同樣分為單因子和綜合因子兩種評價(jià)方式[14-15]。

單因子及綜合因子潛在生態(tài)危害指數(shù)結(jié)果見表2。種植前，E區(qū)土壤個(gè)別樣品Ei（Hg）＞40為中等生態(tài)危害程度。研究區(qū)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度是Hg>Cd>Ni>As>Cu>Cr>Pb>Zn。綜合因子潛在生態(tài)危害指數(shù)24.8～72.1，均小于150，為輕微生態(tài)危害。所有種植后土壤樣品中的Ei和RI均小于40，僅具有輕微生態(tài)危害。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度是Hg>Cd>As>Cu>Ni>Pb>Zn>Cr。Cd、Ni、As和Hg為潛在易污染重金屬，這與崇明島以及閔行區(qū)農(nóng)田土壤研究結(jié)果一致[16-17]。

表2 家庭農(nóng)場中各區(qū)域綜合因子指數(shù)法單因子以及綜合因子潛在生態(tài)危害指數(shù)法評價(jià)值

3 結(jié)論

①土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)：種植前后土壤Zn、As、Cd和Pb有所增加，反之，Ni、Cr、Hg和Cu不同程度降低。Cr和As六個(gè)區(qū)域的變化一致，Ni、Cd、Pb、Cu、Zn和Hg變化存在差異；②重金屬污染評價(jià)：內(nèi)梅羅指數(shù)及潛在生態(tài)危害指數(shù)均顯示種植后污染狀況好于種植前。Cd、As、Ni和Hg為潛在生態(tài)危害重金屬。綜上說明家庭農(nóng)場模式有利于提升土壤養(yǎng)分，種植后土壤金屬污染狀況有所改善，但監(jiān)測還需要持續(xù)進(jìn)行，特別是潛在生態(tài)危害重金屬。