尤溪縣金柑園土壤重金屬污染狀況及其風(fēng)險評估

黃銳敏 鄭云云 蘇德森

摘 要：為明晰尤溪縣金柑園土壤中重金屬含量現(xiàn)狀，并對其進行風(fēng)險評估。采集來自尤溪縣管前鎮(zhèn)和八字橋鄉(xiāng)20個果園共100件土壤樣品，分析了As、Hg、Pb、Cd、Cu、Cr等重金屬含量，并采用單因子指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法和Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法對土壤污染情況進行評估。結(jié)果表明：尤溪縣金柑園土壤樣品pH在4.52～6.45，呈弱酸性。重金屬含量均符合農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控國家標準對旱田土壤環(huán)境質(zhì)量的要求。20個果園中6種重金屬的單因子污染指數(shù)除Hg外均在0.7以內(nèi);綜合污染指數(shù)大于0.7小于1，表明土壤中6種重金屬污染處于警戒線水平。潛在生態(tài)風(fēng)險評估指數(shù)為126.4，表明尤溪縣主要金柑果園土壤處于輕度生態(tài)危害水平。尤溪縣20個金柑果園土壤中6種重金屬雖然達到輕度污染水平，但還處于果園安全生產(chǎn)對產(chǎn)地土壤中重金屬含量限定的范圍內(nèi)。

關(guān)鍵詞：金柑;產(chǎn)地環(huán)境;重金屬;風(fēng)險評估

中圖分類號：S 666?? 文獻標志碼：A?? 文章編號：0253-2301（2022）03-0057-06

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2022.03.010

Heavy Metal Pollution in the Soil of Kumquat Orchards in Youxi County and Its Risk Assessment

HUANG Rui-min， ZHENG Yun-yun， SU De-sen*

[Laboratory of Agricultural Product Quality and Safety Risk Assessment， Ministry of Agriculture and Rural Affairs

（Fuzhou）/Institute of Agricultural Quality Standards and Testing Technology， Fujian Academy of Agricultural Sciences/

Fujian Key Laboratory of Agricultural Product Quality and Safety， Fuzhou， Fujian 350003， China]

Abstract： In order to clarify the present situation of heavy metal content in the soil of kumquat orchards in Youxi County and to evaluate its risk， a total of 100 soil samples were collected from 20 orchards in Guanqian town and Baziqiao town of Youxi County， and the contents of heavy metals such as As， Hg， Pb， Cd， Cu and Cr were analyzed. Then， the soil pollution was evaluated by the single factor index， Nemero comprehensive index and Hakanson potential ecological risk index. The results showed that the pH of the soil samples from the kumquat orchards in Youxi County ranged from 4.52 to 6.45， showing the weak acidity. The contents of heavy metals all met the requirements of the national standards for soil pollution risk control of agricultural land. The single factor pollution indexes of six heavy metals in the 20 orchards were all within 0.7 except Hg. The comprehensive pollution index was greater than 0.7 and less than 1， indicating that the pollution of six heavy metals in the soil was at the warning level. The assessment index of potential ecological risk was 126.4， indicating that the soil of the main kumquat orchards in Youxi County was at the level of mild ecological damage. Although the six heavy metals in the soil of 20 kumquat orchards in Youxi County reached the level of mild pollution， it was still within the limits of heavy metal content in the soil of producing areas for the safe production of orchards.

Key words： Kumquat; Environment of producing area; Heavy metals; Risk assessment

金柑亦稱金橘、金彈、金桔、綠桔，屬蕓香科金柑屬植物，為我國特產(chǎn)水果，是食用、藥用兼觀賞的多用途果樹，主要分布在福建、江西、廣西、浙江、湖南等省份[1-3]。福建省尤溪縣是全國金柑四大產(chǎn)區(qū)之一，素有“中國金柑之鄉(xiāng)”之稱，種植金柑已有超過300年歷史，現(xiàn)有金柑種植面積近0.27萬hm2，年產(chǎn)量達3.5萬t。尤溪金柑先后被列為福建名牌產(chǎn)品和國家地理標志保護產(chǎn)品[4-6]。隨著社會的發(fā)展，人們消費觀念的改變，對食品質(zhì)量安全的要求越來越高[7]。土壤重金屬被認為是影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的重要因素，也是影響果品中重金屬含量的主因之一[8-10]。因此對金柑果園土壤重金屬污染進行調(diào)查與評估，對保障其果品質(zhì)量安全具有至關(guān)重要的作用，有利于推動金柑產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

目前已有研究人員對部分區(qū)域的特色果品進行了果園土壤重金屬方面的調(diào)查和污染評估。黃雁飛等[11]對廣西主要火龍果果園進行了土壤重金屬污染分析，結(jié)果顯示果園土壤中重金屬含量有持續(xù)增高趨勢。陳學(xué)民等[12]對天水蘋果園土壤重金屬富集狀況進行了評價及來源分析，結(jié)果表明果園土壤中Cd富集程度比較明顯。楊玉等[13]在對長沙和株洲地區(qū)的葡萄果園重金屬進行調(diào)查中發(fā)現(xiàn)土壤中Cd、Hg和Cr有不同程度污染。賀靈等[14]研究贛南臍橙果園種植區(qū)域土壤后，得出As、Cd、Cr、Cu和Pb有不同程度超標。李曉彤等[15]在對陜西省的獼猴桃果園土壤進行重金屬污染調(diào)查和評價中發(fā)現(xiàn)土壤中As含量超標。金柑類果園的產(chǎn)地土壤研究較少，未見針對福建省金柑主要產(chǎn)地重金屬污染評價方面的研究。

本研究選取福建省金柑主產(chǎn)區(qū)尤溪縣管前鎮(zhèn)和八字橋鄉(xiāng)金柑果園土壤，采集100份土壤樣品，測定As、Hg、Pb、Cd、Cu、Cr等重金屬含量，采用單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法對其重金屬污染狀況進行評價，同時采用Hacanson潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法對其潛在風(fēng)險因子進行評估，以期為尤溪金柑加強質(zhì)量監(jiān)管和科學(xué)種植提供研究依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

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》標準布置采樣點，采集0～60 cm表層土壤。每個果園采集5個不同位置土壤樣品，采集20個果園（其中管前鎮(zhèn)采集11個果園，八字橋鄉(xiāng)采集9個果園，編號為Y1～Y20），共100份土壤樣品。采集的土壤樣品放置于土壤前處理室自然晾干，研磨過100目尼龍篩混勻后分裝于樣品袋中備用。

1.2 樣品分析方法

樣品按照采用電位法測定其pH值（NY/T 1377-2007）。樣品中Hg、As采用原子熒光法進行測定（GB/T 22105-2008），Pb、Cd采用石墨爐原子吸收法進行測定（GB/T 17141-1997），Cr采用比色法進行測定（NY/T 1121.12-2006），Cu采用火焰原子吸收法進行測定（GB/T17138-1997）。

1.3 土壤金屬含量評價

以GB 15618-2018《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標準》[16]中農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值作為評價標準（表1），采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)羅梅綜合指數(shù)法對土壤現(xiàn)狀進行評價。

1.3.1 單因子污染指數(shù)法 通過單因子污染指數(shù)法進行評價，可以確定主要的重金屬污染物及其危害程度。一般以污染指數(shù)來表示，以重金屬含量實測值和評價標準相比除去量綱計算污染指數(shù)[17]。

單因子污染指數(shù)的計算公式為：Pi=Ci/Si

式中，Pi 為土壤中第i種污染物的環(huán)境質(zhì)量指數(shù);Ci為第i種污染物的實際濃度;Si為第i種污染物的評價標準值。單因子指數(shù)污染分級標準見表2。

1.3.2 內(nèi)梅羅指數(shù)法 單因子指數(shù)只能反映各個重金屬元素的污染程度，不能全面反映土壤污染狀況，而綜合污染指數(shù)兼顧了單因子污染指數(shù)平均值和最高值，可以突出污染較重的重金屬污染的作用[18]。

綜合污染指數(shù)計算方法如下：

P綜=（P2imax+P2ave）/2

式中：P綜是采樣點的綜合污染指數(shù);Pimax為i采樣點重金屬污染物單項污染指數(shù)最大值，Pave 為測定點的所有污染物單項污染指數(shù)的平均值。根據(jù)內(nèi)梅羅污染綜合指數(shù)法，將土壤的污染情況劃分為 5 個等級[19]，污染等級劃分標準見表3。

1.4 土壤潛在生態(tài)風(fēng)險因子評價方法

對溶膠質(zhì)重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險評估方法采用瑞典學(xué)者Hakanson[20]提出的潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)計算方法。其計算公式為：

Cif=Cis/Cin

式中：Cif為重金屬i相對參比值的污染系數(shù);Cis為重金屬i的實測濃度;Cin為重金屬i的評價參比值。福建省土壤中砷、汞、鉛、鎘、銅和鉻的背景值分別為5.78、0.081、34.9、0.054、21.6和41.3 mg·kg-1[21]。潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)的計算依據(jù)如下：

Eir=Tir×Cif

RI=∑ni=1Eir

式中：RI為多元素環(huán)境風(fēng)險綜合指數(shù);Eir為第i種重金屬環(huán)境風(fēng)險指數(shù);Tir為重金屬i毒性響應(yīng)系數(shù)[22]。它主要反映重金屬毒性水平和環(huán)境對重金屬污染的敏感程度。

2 結(jié)果與分析

2.1 尤溪縣金柑園土壤pH值和重金屬含量比較分析

2.1.1 土壤pH值 由圖1可知，管前鎮(zhèn)11個果園土壤pH值范圍為5.54～6.45，平均值為6.00，八字橋鄉(xiāng)9個果園pH值范圍為4.52～5.17，平均值為4.90?？芍俗謽蜞l(xiāng)果園土壤pH值略低于管前鎮(zhèn)果園土壤pH值，但均小于7，呈弱酸性。

2.1.2 土壤重金屬含量 由表5可知，20個果園土壤重金屬含量均超出農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控國家標準[26]對旱田土壤環(huán)境質(zhì)量的要求。參照福建省土壤背景值[21]（未受人類污染影響的自然環(huán)境中化學(xué)元素和化合物的含量），20個果園中的Pb和Cr含量均超出福建省土壤背景值，其中Cd的累積最為明顯。管前鎮(zhèn)果園As和Cu含量低于土壤背景值，無明顯積累。

2.2 土壤環(huán)境質(zhì)量評價

2.2.1 單因子污染指數(shù)評價 由表6可知，管前鎮(zhèn)金柑果園表層土壤重金屬單因子綜合污染指數(shù)平均值的排序為Pb（0.50）>Cd（0.40）>Cu（0.34）>Cr（0.14）>Hg（0.05）>As（0.03），八字橋鄉(xiāng)果園土壤重金屬單因子綜合污染指數(shù)平均值的排序為Pb（0.71）>Cu（0.48）>Cd（0.47）>Cr（0.32）>As（0.09）>Hg（0.06），尤溪縣20個被調(diào)查的果園中上述6種重金屬單項污染指數(shù)均小于1，說明尤溪縣主要金柑果園的土壤處于尚未被污染狀態(tài)。

2.2.2 綜合污染指數(shù)評價 由于單因子污染指數(shù)法評價不能反映土壤中重金屬的整體污染情況，因此采用一種兼極值的綜合評價方法來評定土壤綜合污染水平。從表6可知，尤溪縣20個果園的重金屬綜合污染指數(shù)均小于1，根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量分級標準可以判斷這些果園的重金屬污染水平處于尚清潔狀態(tài)。但是土壤綜合污染指數(shù)均大于0.7，表明該地區(qū)的果園污染水平雖然處于尚清潔狀態(tài)，但重金屬污染已達到了警戒線水平。

2.3 土壤重金屬潛在風(fēng)險因子評估

由表7可知，5種重金屬元素的潛在風(fēng)險因子排序為Hg（36.5）>Pb（6.8）>Cu（4.6）>As（4.3）>Cr（1.7），均小于40，表明研究區(qū)土壤5種重金屬的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險程度屬于輕度。鎘的風(fēng)險系數(shù)為72.5處在40～80屬于中等生態(tài)風(fēng)險程度。綜合潛在生態(tài)危險指數(shù)（RI）為126.4，屬于輕微生態(tài)危害程度。

綜合上述評價結(jié)果可知，20個果園表層土壤中的6種重金屬元素污染程度較輕，但與福建省土壤背景值相比，土壤中Pb含量除管前鎮(zhèn)1個果園外，其他均超過背景值。管前鎮(zhèn)果園土壤中的Hg含量超過背景值樣點占總數(shù)的54.5%，Cd含量超過背景值樣點占總數(shù)的81.8%。八字橋鄉(xiāng)含1個Hg含量超過背景值樣點，Cd含量超過背景值點占總數(shù)的88.9%，Cu含量超過背景值點占總數(shù)的44.4%，Cr含量均超過背景值。以上結(jié)果表明農(nóng)產(chǎn)品種植過程等人類活動已導(dǎo)致這些重金屬元素在被研究的20個果園表層土壤中有明顯積累，提示尤溪縣金柑種植果園中存在一定的潛在生態(tài)風(fēng)險，雖然未達到嚴重程度，但提前進行合理的預(yù)防非常必要，尤其是對Pb和Cr污染的防治應(yīng)該引起重視。

3 討論與結(jié)論

本研究采用單因子污染指數(shù)法、綜合污染指數(shù)法以及潛在風(fēng)險因子評估法對尤溪縣20個果園的Cu、Pb、Cd、Cr、As、Hg等6種重金屬的污染風(fēng)險進行了評估，結(jié)果表明：（1）除Hg外，土壤中的Cu、Pb、Cd、Cr、As 5種重金屬元素平均含量八字橋鄉(xiāng)略高于管前鎮(zhèn)。管前鎮(zhèn)Pb、Hg和Cd含量超過土壤背景值，Pb和Cd積累較為明顯，分別超過背景值130.2%和223.5%。八字橋鄉(xiāng)果園土壤中Cd、Cu、和Cr含量均超過土壤背景值且積累較為明顯，分別超過背景值141.2%、115.3%和259.6%。（2）土壤中除八字橋鄉(xiāng)果園土壤中的Pb（0.71）外，其他重金屬的單項污染指數(shù)均小于0.7，綜合污染指數(shù)均小于1.0，尤溪縣金柑果園土壤均處于尚清潔狀態(tài)。5種重金屬潛在風(fēng)險因子指數(shù)均小于40，綜合潛在風(fēng)險因子指數(shù)小于150，表明果園土壤處于輕度危害狀態(tài)。結(jié)果表明，尤溪縣20個金柑果園中6種重金屬元素的含量均沒有超過農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控國家標準對旱田土壤環(huán)境質(zhì)量的要求。但部分土壤樣品中的個別重金屬含量超過了福建省土壤重金屬含量的背景值，尤其是土壤中的Cd和Cr，且表現(xiàn)出了明顯的積累趨勢。由于這兩種重金屬的毒性較大，且易為農(nóng)作物所吸收，極易富集并隨食物鏈進入人體而長期累積，對人類的健康有持續(xù)的影響[23-25]，因此重視和加強對果園土壤中重金屬的污染與防治是非常必要的。

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（責(zé)任編輯：柯文輝）