泸州市蔬菜种植地土壤重金属污染特征及生态风险评价

刘春莉，林 瑜，杨怀金

(1.泸州市环境监测中心站，四川 泸州 646000；2.成都信息工程大学资源环境学院， 成都 610225；3. 大气环境模拟与污染控制四川省高校重点实验室，成都 610225)

· 环境评价 ·

泸州市蔬菜种植地土壤重金属污染特征及生态风险评价

刘春莉1，林 瑜2,3，杨怀金2,3

(1.泸州市环境监测中心站，四川 泸州 646000；2.成都信息工程大学资源环境学院， 成都 610225；3. 大气环境模拟与污染控制四川省高校重点实验室，成都 610225)

为了解泸州市蔬菜种植地土壤重金属的污染状况，分析了泸州市蔬菜地土壤中的pH值、有机质以及重金属(Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu)含量，并用单因子污染指数法、综合污染指数法、地积累指数法以及潜在生态危害指数法对该地区土壤重金属污染状况以及生态风险进行评价。结果表明，该地区土壤中 Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu的平均含量水平未超过四川土壤背景值土壤。利用农业行业标准(NY/T391-2000)中土壤污染元素的浓度限值进行评价，泸州市蔬菜种植地土壤重金属均未超标。地积累指数及潜在生态危害综合指数评价结果表明，泸州市蔬菜种植地土壤中重金属污染处于轻微污染或无污染以及轻微的潜在生态风险水平，Cd的潜在生态危害系数最高，贡献最大。

泸州；重金属；土壤；生态风险；

1 引 言

土壤为人类提供各种生产资料，是社会经济必不可少的一部分,是人类社会最基本、最重要的自然资源之一[1]。随着人类生活水平以及生活质量的提高, 食品安全已经越来越引起人们的关注, 专家指出, 只关注食物生产的效率和效益是远远不够的, 而更应该考虑的是生产方式对资源、环境以及消费者的影响，是因为这些已成为食物价值的重要组成部分, 并且对食物生产政策、农产品国际贸易产生了重要影响。未来的发展趋势是, 有且只有在洁净的土地上并且用洁净的生产方式生产的食品才更具有竞争力, 才能更好地满足消费者的需求。我国大部分地区开展了对土壤中重金属的研究, 如对城市、蔬菜基地、优势农产区及农业土壤等进行了大量的研究[2～6], 并取得了一定的成果。除了人为活动因素影响( 工业、农业和交通等) 外,成土母质的差异也是影响土壤重金属元素含量的主要因素。蔬菜是人们日常生活中必不可少的食物, 其生长速度快, 生长期较短, 可食用部分的比例较高, 与人类日常生活关系密切。导致蔬菜中重金属含量超标的主要原因是其种植环境的污染。本文以泸州市蔬菜种植地土壤为研究对象，分析不同重金属(Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu)的含量水平，利用综合污染指数法、地积累指数法、潜在生态风险指数法对土壤重金属的污染特征、生态风险进行评价，以采取有效措施防治重金属污染。

2 材料与方法

2.1 样品布设

根据产地原料生产特点和土壤利用状况, 随机采样布点, 共设15个采样点，采集15个土壤样品。分别位于特兴镇魏园村、 况场镇丰咀村、 特兴镇走马村。其中特兴镇魏园村分别为果菜类和根茎类蔬菜土壤，况场镇丰咀村为叶菜类蔬菜土壤，特兴镇走马村为果菜类蔬菜土壤。每个村设置5个采样点, 每个土壤样品由3～5个分样组成，采样深度为0～20cm，各分样混合后用四分法取1 kg土壤装袋带回实验室。将采集的土壤样品置于阴凉通风处自然风干，剔除样品中的残渣、杂物等，用研钵研磨、过100目筛备用。采样点示意图如下图 所示。

图 采样点位图Fig. sampling points distribution

2.2 分析项目和分析方法

采用常规方法测定土壤的有机质含量[7]，采用国家标准分析方法测定泸州市蔬菜地土壤的pH值和Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu6种重金属元素[8]。

2.3 分析测定结果

大多数植物和微生物适宜在微酸性、中性或微碱性环境，最适pH在6.1～7.5之间[9]。而泸州市蔬菜地土壤pH值范围在4.51～6.09之间，平均值为5.0，所有采样点土壤pH都小于6.1，说明泸州市土壤可能受到环境或肥力的影响，土壤pH值在恶化，需要在生产中引起重视，防止情况的继续发生。而土壤的有机质含量可以在一定程度上说明土壤的肥力，有机质含量高，土壤肥力越高，更适宜植物的生长[9]。泸州市蔬菜地土壤有机质含量水平不高，有机质含量范围在1.19%～2.02%，平均值为1.51%，有机质含量主要分布在1.0%～2.0%之间。测定结果见表1 。

表1 泸州市蔬菜种植地土壤重金属含量水平Tab.1 The concentrations of heavy metals in soils of vegetable field in Luzhou (mg/kg)

3 结果与讨论

3.1 评价方法及模式

采用单因子污染指数、综合污染指数法[10]、地积累指数法[11]、潜在生态风险指数法[11]对土壤重金属的污染特征、生态风险进行评价。

3.1.1 单因子污染指数法

单因子污染指数计算公式如下：

Pi=Ci/Li

(1)

式中：Ci为某污染物测定值(mg/kg)，Li为评价标准值(mg/kg)。Pi>1表示污染，Pi<1表示未污染，且Pi值越大，表示污染越严重。

3.1.2 综合污染指数法

综合污染指数采用内梅罗指数法，计算公式如下：

(2)

3.1.3 地积累指数法

采用评价沉积物重金属污染常用的地积累指数

法，对研究区域土壤中重金属污染水平进行了评价。地积累指数(Igeo)的计算公式如下：

(3)

式中，Cn为土壤中重金属元素的含量(mg/kg)；Bn为土壤中该元素的地球化学背景值；1.5为修正指数。本文采用四川省土壤背景值作为参照标准。

3.1.4 潜在生态危害指数法

生态危害指数法是根据重金属性质及环境行为特点，对土壤中重金属污染风险进行评价的方法[11]。其计算公式为：

(4)

3.2 评价分级标准

土壤中各项污染物的分级标准见表2～表5。

表2 单因子污染指数分级标准Tab.2 Classification standard of single factor index

表3 土壤中各项污染物的综合评价分级标准Tab.3 The comprehensive pollution classification standard of each pollutant in soil

表4 地积累指数等级划分Tab.4 Grading of geo-accumulation index

表5 生态危害指数分级标准Tab.5 Classification standard of ecological risk index

3.3 土壤重金属污染评价

3.3.1 综合污染指数法

泸州市蔬菜种植地土壤中6种重金属的单因子污染指数如表6所示。评价标准采用中华人民共和国农业行业标准(NY/T391-2000)中 土壤污染元素的浓度限值进行评价。从表6中可以看出，泸州市蔬菜种植地土壤中各重金属单因子污染指数除有3处种植地Cr超标、有一种植地Cd超标外，其他采样点的重金属单因子污染指数均<1，未超标。由单项污染指数的均值来看，泸州市蔬菜种植地污染物由高到低依次为：Cr>Cd>As>Cu>Hg>Pb。从综合污染指数来看，特兴镇魏园村有2个采样点、况场镇丰咀村有一个采样点的综合污染指数大于1，污染等级为轻污染，污染水平为基质、作物开始受污染，特兴镇魏园村和特兴镇走马村各有1个采样点、况场镇丰咀村有3个采样点的综合污染指数大于0.7，污染等级为警戒级，污染水平为尚清洁，其余各采样点的综合污染指数均<0.7，污染等级为安全，污染水平为清洁。

表6 土壤污染指数及分级结果Tab.6 Soil pollution indexes and classification result

续表6

地点分采样点作物类型PCdPHgPAsPPbPCrPCuP内分级果菜类0.400.140.480.080.670.280.63安全果菜类0.630.200.490.060.680.260.65安全果菜类0.870.140.280.020.910.300.79警戒级果菜类0.530.350.180.010.640.300.61安全

3.3.2 地积累指数法

地积累指数常用于评价沉积物中重金属的污染情况，同时也用于评价土壤中重金属污染程度。本文利用四川省土壤背景值，根据公式计算不同采样点的地积累指数(Igeo)，如表 7 所示。由表7可以看出，该研究区域重金属污染属无污染到中等污染及以下污染。其中，Cd的污染指数最大，为0.58，属无污染到中等污染，其余金属元素均无污染，说明该蔬菜种植地除Cd有轻微的污染，存在一定风险，其余元素均对该区域蔬菜食用人群无风险。

表7 泸州市蔬菜种植地土壤中地积累指数和划分等级Tab.7 Geo accumulation index and classification of heavy metals pollution of the soil of vegetable field in Luzhou

3.3.3 潜在生态危害指数法

表8 泸州市蔬菜种植地土壤中潜在生态危害指数)和危害指数(RI)Tab.8 Potential ecological risk coefficients ) and risk indices (RI)of heavy metals in soil of vegetable field in Luzhou

续表8

地点作物类型EirCdHgAsPbCrCuRI危害程度平均RI叶菜类87.3460.336.440.292.423.75160.56中等危害特兴镇走马村果菜类41.7735.415.770.131.353.1587.58轻微危害110.99果菜类45.5722.3011.540.682.042.2884.41轻微危害果菜类72.1533.4411.730.522.082.09122.01轻微危害果菜类98.7323.616.730.162.752.43134.41轻微危害果菜类60.7657.054.330.081.932.38126.53轻微危害

4 结 论

(1)泸州市蔬菜种植地土壤中 Hg、As、Pb、Cu 的平均含量水平未超过四川土壤背景值，Cd、Cr的平均含量水平超过四川土壤背景值。利用农业行业标准(NY/T391-2000)中土壤污染元素的浓度限值进行评价，泸州市蔬菜种植地土壤重金属均未超标。

(2)综合污染指数、地积累指数及潜在生态危害综合指数评价结果表明，泸州市蔬菜种植地土壤中重金属污染处于轻微污染或无污染以及轻微的潜在生态风险水平，Cd 的潜在生态危害系数最高，贡献最大。

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Pollution Characteristics and Ecological Risk Assessment of Heavy Metals in Soils of Vegetable Field in Luzhou

LIU Chun-li1，LIN Yu2,3，YANG Huai-jin2,3

(1.LuzhouEnvironmentalMonitoringStation,Luzhou,Sichuan646000,China; 2.TheCollegeofResource&Environment,ChengduUniversityofInformationTechnology,Chengdu610225,China; 3.AirEnvironmentModeling&PollutionControllingKeyLaboratoryofSichuanHigherEducationInstitutes,Chengdu610225,China)

In order to understand the heavy metal pollution situation in soil of vegetable filed in Luzhou, this paper analyzed the pH value, organic matter and heavy metals (Cd, Hg, As, Pb, Cr, Cu) content in soil. Pollution characteristics and ecological risk of heavy metals in soils were evaluated by Single factor pollution index method, integrated pollution index method, geo-accumulation index(Igeo)method and potential ecological risk index(RI)method. The results indicated that the average concentrations of Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu were under the soil background values of Sichuan. Based on the National Agriculture Industry Standard for Soil, all heavy metal concentrations were under the limit. Evaluation results of geo-accumulation index and potential ecological risk index indicated that the soils were at the slight ecological hazard level, Cd has the highest coefficient of potential ecological hazard.

Luzhou; heavy metal; soil; ecological risk

2017-03-21

刘春莉 (1979- )， 女， 四川泸州人， 2003年毕业于成都信息工程大学环境科学专业，工学学士， 工程师， 主要从事环境监测与环境影响评价工作。

X833;X53

A

1001-3644(2017)03-0127-06