菜地土壤重金属污染风险评价*

严登峰

菜地土壤重金属污染风险评价*

严登峰

福建省环境监测中心站

对福建18个县（市、区）菜地土壤重金属含量进行了分析，采用单因子污染指数、内梅罗综合污染指数和潜在生态风险指数对菜地土壤重金属污染状况进行评价。单因子污染指数和内梅罗综合污染指数评价结果显示，调查的菜地土壤处于清洁至轻度污染，其中受轻度污染的采样地占22.2%，其余均为清洁（尚清洁）。潜在生态风险评价结果显示，菜田土壤处于低风险至较重风险，其中低风险、中风险和较重风险的采样地分别占11.1%、66.7%和22.2%，Cd和Hg的累积是引起采样地菜田土壤环境质量下降的主要因素。

菜地 重金属 生态风险

蔬菜是人类饮食结构的重要组成部分，是人体必需的各种矿物质元素和维生素的主要来源之一。蔬菜的质量安全与土壤状况有着密切联系，重金属在土壤中的累积不仅影响蔬菜生长和品质，还通过食物链危及人类健康[1-3]。本文利用对福建18个县（市、区）郊区菜地的采样监测，分析了土壤中Pb、Hg、Cd、Ni、Cr、Cu、Zn和As等8种重金属的含量，旨在了解福建省菜地土壤的质量状况，为重金属污染的有效治理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集与处理

土壤采自福建省18个县（市、区）的郊区菜地，共112个样品。采集土样时，采用对角线多点采样混合法，采集深度为0~20cm耕作层。采集的土样装入布袋运回实验室，经自然风干、磨碎、过100目筛后装入磨口瓶待测。

1.2 样品分析测定方法

土壤pH采用电位法测定；Pb、Cd、Ni、Cr、Cu、Zn采用盐酸—硝酸—氢氟酸—高氯酸消解，火焰原子吸收分光光度法测定；Hg和As采用盐酸—硝酸消解，原子荧光法测定。

1.3 评价方法

根据测定的土壤pH值，结合国家《蔬菜产地环境技术条件》（NY848-2004）中的土壤环境质量要求和福建省土壤重金属含量背景值(Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn和Ni的背景值分别为0.054、0.081、5.87、21.6、34.9、41.3、82.7和13.5mg·kg-1)[4]，采用单因子污染指数、内梅罗综合污染指数和Hacanson潜在生态风险指数分别对菜地土壤重金属污染状况进行评价。

1.3.1单因子污染指数

单因子污染指数计算公式如下：

式中，P为重金属元素的污染指数，C为实测重金属含量值，S为土壤环境质量标准（NY/T 848-2004）。其中P≤1表示未受污染，2≥P＞1时，表明土壤受到轻度污染，2 <P< 3时，表明土壤受到中度污染，P≥3时，表明土壤受到重度污染[3,5,6]。

1.3.2内梅罗综合污染指数

内梅罗综合污染指数评价法兼顾单因素污染指数的均值和最大值的重金属综合污染评价方法，为目前比较普遍采用的评价方法之一[6，7]。其公式为：

式中，综为采样点的内梅罗综合污染指数，P为采样点重金属污染物单项污染指数的最大值，为采样点单因子指数的均值。其中P综≤0.7时，表示清洁（安全）；0.73时，表示土壤受到重度污染。

1.3.3 Hacanson潜在生态风险指数法[1]

潜在生态风险指数体现了生物有效性和相对贡献比例及地理空间差异等特点，能综合反映沉积物中重金属的影响潜力[8]。其公式为：

式中，为土壤中多种重金属的综合潜在生态风险指数，为重金属元素的潜在生态风险指数，为重金属元素的毒性系数，各种重金属的毒性系数分别为：Zn = 1，Cr = 2，Cu = Ni = Pb = 5，As = 10，Cd = 30，Hg = 40[9]，为重金属元素的富集系数，C为样品重金属元素的实测值，为参比值（即本地的土壤背景值）。Hacanson潜在生态风险指数的分级评价标准见表1。

表1 重金属元素潜在生态风险指数分级评价标准

2 结果与分析

2.1 蔬菜地土壤重金属含量情况

经调查分析，从福建18个县（市、区）采集的112个土壤样品中，重金属含量除Pb和As均达到《蔬菜产地环境技术条件》（NY848-2004）中的土壤环境质量要求外，其余6种重金属均有不同程度的超标，其超标率分别为：汞21.4%、镉17.9%、铜11.6%、镍8.9%、铬3.6%、锌1.8%。各采样地pH和重金属含量均值见表2，调查的菜园土壤整体呈酸性。调查的菜地土壤中，荔城区、龙海市、新罗区调查的汞均值超出国家二级标准，龙文区、连城县和蕉城区的镉均值超出国家二级标准，大田县和建瓯市的镍均值超出国家二级标准，建瓯市的铜均值超出国家二级标准，其中连城县的汞和镉、建瓯的铜和镍均超标，应引起相关部门的重视。与福建省的背景值相比，所有采样地调查点的汞与镉均值都高于背景值，铅均值只有芗城区低于背景值，而铜、锌、砷、镍和铬分别有7、7、9、8和11个采样地均值低于背景值，表明8种重金属在不同采样地土壤中累积程度有差异，而Hg、Cd和Pb在调查的菜园土壤中累积明显。

表2 采样地土壤重金属含量情况 单位：mg·kg-1

2.2 菜园土壤污染评价

2.2.1单因子指数评价

在调查的土壤样品中，8种重金属单因子指数由高到低的顺序为：镉(0.72)＞铜(0.68)＞汞(0.64)＞锌(0.48)＞镍(0.43)＞铬0.33＞铅0.22＞砷0.15。各采样地的单因子指数见表5，As、Pb、Cr、和Zn的值均小于1，表明菜地未受这几种重金属污染。有3个采样地Cd、有4个采样地Hg、有2个采样地Ni、有1个采样地Cu的值大于1，其中Hg、Cd、Ni和Cu的最高值分别为1.56、1.48、1.39和1.22，表明这些采样地均受到重金属的轻度污染，其中连城的菜地土壤同时受到Cd和Hg的轻度污染，建瓯的菜地土壤同时受到Cu和Ni的轻度污染。

2.2.2内梅罗综合污染指数评价

各采样点的内梅罗综合污染指数处于0.21~1.17之间（见表3），表明调查的福建菜田土壤处于安全至轻度污染阶段，其中50%的采样地是安全（清洁）的，27.8%的采样地处于警戒限，22.2%的采样地处于轻污染，无中、重污染土壤。

表3 采样地土壤重金属污染指数

2.2.3 Hacanson潜在生态风险指数评价

福建各采样地的Hacanson潜在生态风险指数见表4，Cd的风险系数在58.5~246.9之间，处于中风险至重风险，其中22.2%的采样地处于中风险，66.7%的采样地处于较重风险，11.1%的采样地处于重风险；Hg的风险系数在29.8~231.3之间，处于低风险至重风险，其中16.7%的采样地处于低风险，38.9%的采样地处于中风险，38.9%的采样地处于较重风险，5.5%的采样地处于重风险；各采样地的As、Pb、Cr、Zn和Ni风险系数均小于40，为低风险。各采样地菜园土壤的多种重金属潜在生态风险指数在136~423之间，表明这些采样地土壤重金属潜在风险处于低风险至重风险之间，其中11.1%的采样地处于低风险，66.7%的采样地处于中风险，22.2%的采样地处于较重风险，无重风险和极重风险土壤。

表4 采样地土壤潜在生态风险指数

3 结果与讨论

监测结果表明，调查地重金属含量除Pb和As均达到《蔬菜产地环境技术条件》（NY848-2004）中的土壤环境质量要求外，其余6种重金属均有不同程度的超标。单向污染指数与内梅罗综合污染指数评价结果显示，调查分析的菜地土壤处于清洁（尚清洁）至轻度污染。从潜在生态危害指数来看，各菜地土壤中Cd的潜在生态风险处于中风险至重风险，Hg的潜在生态风险处于低风险至重风险，其余6种重金属均为低风险，多种重金属总的潜在生态风险处于低风险至较重风险，Cd和Hg的累积是导致采样地土壤潜在生态风险指数升高的重要因素。

土壤中重金属元素含量是其有效性和潜在毒性的物质基础，袁波等认为用土壤中重金属的有效态含量表征其生态风险更准确[10]。许炼烽等认为，土壤中重金属元素对蔬菜生长和残留的影响，受蔬菜品种、重金属元素的种类和形态，以及土壤粘粒含量、土壤有机质含量和pH等物理化学性质和栽培措施等因素的影响[11]。为了菜地土壤安全，确保蔬菜安全优质，关键在于控制污染源输入，严格控制工业“三废”排放，控制污水灌溉、污泥施用以及含重金属农药、化肥的施用。增施有机肥，有机质在土壤中具有一定的还原能力，可促进土壤溶液中汞和镉形成硫化物而沉淀，减少水溶态，降低毒性，提高环境容量，使用有机肥时注意腐殖质的性质和种类以及注意陪伴离子造成的影响[12]。合理安排蔬菜生产基地位置，根据不同蔬菜对重金属富集的差异，合理进行生产布局[11]。建议采用生物修复技术，即利用生物作用削减、净化土壤中重金属或降低重金属毒性。生物修复技术对土壤肥力结构没有破坏，且能有效改善土壤理化性质,永久性修复土壤基质[13]。

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福建省环保科技项目 “汀江流域不同介质和不同形态重金属富集特征及其预警阈值研究” （编号：2015 R025）。