新余市食用林產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

何小芳，嚴(yán)苗苗，莫潤(rùn)宏，呂件根

(1.江西省新余市林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展管理局，江西 新余 338000；2.江西省新余市林業(yè)局，江西 新余 338000；3.國(guó)家林業(yè)局經(jīng)濟(jì)林產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心(杭州)，杭州 富陽(yáng) 310000)

新余市作為國(guó)家森林城市，林業(yè)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)由“穩(wěn)步恢復(fù)”向“可持續(xù)發(fā)展”的跨越，油茶、竹筍等特色食用林產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)成為林業(yè)發(fā)展的主力軍，帶著綠色、安全、無(wú)污染標(biāo)簽的食用林產(chǎn)品迅速占領(lǐng)市場(chǎng)。隨著食品安全意識(shí)的不斷增強(qiáng)，人們較多的關(guān)注林產(chǎn)品質(zhì)量安全，卻忽視了產(chǎn)地土壤的安全風(fēng)險(xiǎn)。相關(guān)研究表明，土壤重金屬無(wú)法被微生物降解，但能被植物富集影響食品安全和人體健康[1-2]。目前，對(duì)農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染的研究和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)已經(jīng)較為全面[3-6]，但由于林地土壤相對(duì)復(fù)雜，加之尚無(wú)精耕細(xì)作，鮮有對(duì)食用林產(chǎn)品產(chǎn)地土壤污染的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。1980年，H?kanson[7]針對(duì)水體沉積物提出潛在生態(tài)危害指數(shù)法后，該法被引入評(píng)價(jià)農(nóng)田、城市等土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。為了更準(zhǔn)確合理的利用潛在生態(tài)危害指數(shù)法來(lái)評(píng)價(jià)食用林產(chǎn)品土壤重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，需要在H?kanson分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合參評(píng)重金屬種類和毒性大小，科學(xué)合理地調(diào)整單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(E)和綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)[8-9]。為了解新余市主要食用林產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染情況，研究了新余市4個(gè)行政區(qū)域種植面積較大的油茶林地和竹林林地土壤樣品中總砷(As)、鉛(Pb)、鎘(Cd)、鉻(Cr)和總汞(Hg)5種重金屬含量，應(yīng)用土壤單項(xiàng)污染指數(shù)法、負(fù)荷指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法分別對(duì)土壤重金屬污染和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，旨在為了解新余市食用林產(chǎn)品土壤重金屬污染現(xiàn)狀，為新余市食用林產(chǎn)品安全生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域與樣品采集

研究區(qū)域選擇在新余市所轄渝水區(qū)、仙女湖區(qū)、高新區(qū)、分宜縣等區(qū)域的20余個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)中具有一定種植規(guī)模的油茶基地和竹林。土壤以黃壤為主，少量山地黃棕壤，弱酸性土壤，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，合理施用過(guò)復(fù)合肥。

樣品采集時(shí)間為2015—2016年，采集油茶林、竹林土壤共78份。土壤取樣采用區(qū)域隨機(jī)法，在油茶竹林基地以1～3 hm2為一個(gè)采樣單元，隨機(jī)采集土壤樣品混合(不少于10個(gè)取樣點(diǎn))，每個(gè)基地取樣3份。土壤樣品采集深度在0～20 cm，每點(diǎn)樣品采集量基本一致。

1.2 樣品處理與分析

土壤取回實(shí)驗(yàn)室，揀出枯枝、雜草、落葉和石塊等，攤平陰干，初步碾碎后用四分法取0.5 kg土樣，于瑪瑙研缽充分研磨，過(guò)100目尼龍篩備用。土壤中Pb、Cr和Cd采用HNO3-HClO4-HF濕法消解，石墨爐原子吸收法測(cè)定，每個(gè)樣品測(cè)定2次平行；土壤中As和Hg采用1∶1王水消解，原子熒光光譜法測(cè)定，每個(gè)樣品測(cè)定2次平行。

1.3 評(píng)價(jià)方法

1.3.1 土壤單項(xiàng)污染指數(shù)法 單項(xiàng)污染指數(shù)計(jì)算公式如下：

(1)

(1)式中Pi為單項(xiàng)污染指數(shù)，Ci為測(cè)定濃度，Cn參考LY/T 1678—2014《食用林產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境通用要求》[10]標(biāo)準(zhǔn)中提出的各重金屬限量。當(dāng)Pi<1時(shí)，表示未污染；Pi≥1時(shí)，表示污染；Pi值越大，表示污染越嚴(yán)重。

1.3.2 污染負(fù)荷指數(shù)法 污染負(fù)荷指數(shù)計(jì)算公式如下：

(2)

根據(jù)Tomlinson、王婕等[11-12]的研究結(jié)論，可將PLI值對(duì)應(yīng)的污染程度劃分如下：PLI≤1為無(wú)污染，1

1.3.3 潛在生態(tài)危害指數(shù)法 以H?kanson提出的潛在生態(tài)危害指數(shù)法為基礎(chǔ)，結(jié)合徐爭(zhēng)啟等[13]提出潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)中重金屬毒性系數(shù)的計(jì)算，確定了本研究中5種重金屬的毒性響應(yīng)系數(shù)Ti，并通過(guò)毒性響應(yīng)系數(shù)Ti與重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)Pi的乘積來(lái)計(jì)算重金屬單項(xiàng)潛在生態(tài)危害系數(shù)(Ei)，用于評(píng)價(jià)土壤重金屬的污染程度，計(jì)算公式如下：

Ei=Ti×Pi

(3)

公式中Pb、Cr、Cd、As和Hg毒性響應(yīng)系數(shù)Ti分別為5、2、30、10和40。

E值分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的第一級(jí)(輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn))上限值由本研究中污染物最大毒性響應(yīng)系數(shù)(THg=40),單項(xiàng)污染指數(shù)(P=1)相乘得到，其他風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別的上限值則以上一級(jí)分級(jí)值的2倍確定。Ti MAX為本研究中污染物最大毒性響應(yīng)系數(shù)(THg=40)，單項(xiàng)污染指數(shù)P=1。其他風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別的上限值則以上一級(jí)分級(jí)值的2倍確定。

綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)(RI)則是以重金屬單項(xiàng)潛在生態(tài)危害系數(shù)(Ei)的累加計(jì)算，計(jì)算公式如下：

RI=∑Ei

(4)

根據(jù)H?kanson分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，RI值第一級(jí)上限值(150)除以8種污染物的毒性響應(yīng)系數(shù)總值(133)，得到單位毒性響應(yīng)系數(shù)的分級(jí)值(1.13)，乘以本研究5種重金屬的毒性響應(yīng)系數(shù)總值(87)，并取十位的整數(shù)得到本研究的第一級(jí)分級(jí)界限值(98.3≈100)。重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 研究區(qū)域土壤重金屬污染現(xiàn)狀

通過(guò)測(cè)定研究區(qū)域土壤樣品的pH值發(fā)現(xiàn)均不超過(guò)6.0，為酸性土壤，故以LY/T 1678-2014《食用林產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境通用要求》[10]中pH小于6.5的土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為限量值，進(jìn)行5種重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)分析。表2可知，新余市食用林產(chǎn)品產(chǎn)地土壤5種重金屬含量均處于一個(gè)較低的水平，土壤中As、Hg、Pb、Cd和Cr平均含量分別為12.62,0.14,29.3,0.073,58.27 mg/kg，均未超過(guò)限量值。油茶基地土壤中As、Pb和Cr的污染水平略高于竹林土壤，而竹林土壤中Hg和Cd的污染水平略高于油茶基地土壤(表3)。

表2 新余市食用林產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬含量

由表3可知，新余市4個(gè)行政區(qū)域的油茶基地土壤和竹林土壤中5種重金屬的單項(xiàng)污染指數(shù)均小于1；5種重金屬的污染負(fù)荷指數(shù)均小于1?？梢娔壳靶掠嗍惺秤昧之a(chǎn)品土壤中重金屬污染處于較低水平，未出現(xiàn)明顯的污染狀況。

研究發(fā)現(xiàn)渝水區(qū)個(gè)別鄉(xiāng)鎮(zhèn)油茶基地土壤中Pb含量(46.4 mg/kg)，竹林土壤中Hg、Cd含量(0.24 mg/kg、0.278 mg/kg)較高；仙女湖區(qū)個(gè)別油茶基地土壤中Pb含量(47.1 mg/kg)較高；分宜縣個(gè)別油茶基地土壤中Cr含量(115.80 mg/kg)較高，均已接近限量值，可能存在重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)。

表3 油茶林、竹林土壤單項(xiàng)污染指數(shù)

2.2 研究區(qū)域土壤重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)

基于重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，對(duì)新余市2種典型食用林產(chǎn)品(油茶和竹筍)土壤中5種重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)(Ei)和綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)(RI)(表4)評(píng)價(jià)表明，油茶林地和竹林地土壤中5種重金屬單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)(Ei)均小于40，綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)(RI)均小于100，重金屬的潛在生態(tài)危害程度均為輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，目前均處于未污染或輕微污染狀態(tài)。土壤中重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)：RI油茶林

表4 油茶林、竹林潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)(Ei)和風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)(RI)

表5 新余市不同行政區(qū)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)(Ei)和風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)(RI)

從新余市4個(gè)行政區(qū)域的可食林產(chǎn)品土壤中5種重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子(Ei)和綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)(RI)(表5)看，重金屬單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)(Ei)均小于40，綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)(RI)均小于100，表明整體上4個(gè)行政區(qū)域的可食林產(chǎn)品土壤中重金屬潛在生態(tài)危害程度均為輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，危害指數(shù)RI由小到大依次為高新區(qū)、渝水區(qū)、分宜縣、仙女湖區(qū)。

3 結(jié) 論

(1)新余市食用林產(chǎn)品產(chǎn)地土壤中5種重金屬的平均含量由大到小依次為Cd、Hg、As、Pb和Cr，且均未超過(guò)《食用林產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境通用要求》(LY/T 1678—2014)中的限量標(biāo)準(zhǔn)。

(2)新余市食用林產(chǎn)品產(chǎn)地土壤中重金屬污染單因子由大到小依次為P鉛、P汞、P鉻、P砷和P鎘；油茶林重金屬污染單因子由大到小依次為P鉛、P汞、P鉻、P砷和P鎘，竹林由大到小依次為P汞、P鉛、P鉻、P鎘和P砷；油茶林土壤中鉛污染指數(shù)較高，而竹林土壤中汞的污染指數(shù)較高。土壤中5種重金屬的單項(xiàng)污染指數(shù)和污染負(fù)荷指數(shù)均小于1?？梢娦掠嗍惺秤昧之a(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染處于較低水平，未出現(xiàn)明顯的污染狀況。

(3)新余市4個(gè)行政區(qū)域食林產(chǎn)品土壤中5種重金屬單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)(Ei)均小于40，重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)RI由大到小依次為：RI高新區(qū)、RI渝水區(qū)、RI分宜縣和RI仙女湖區(qū)均小于100，處于輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；就油茶林和竹林而言，土壤中5種重金屬單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)(Ei)均小于40，重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)：RI油茶林

(4)渝水區(qū)個(gè)別鄉(xiāng)鎮(zhèn)油茶基地土壤中Pb含量，竹林土壤中Hg、Cd含量較高；仙女湖區(qū)個(gè)別油茶基地土壤中Pb含量較高；分宜縣個(gè)別油茶基地土壤中Cr含量較高，均已接近限量值，可能引起土壤出現(xiàn)重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)加強(qiáng)管理和監(jiān)測(cè)。

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