罗汉果主产区土壤重金属潜在生态危害评价

王 娟，韩子钧，彭培好，曾其国

（1.成都理工大学 生态资源与景观研究所，成都610051；2.成都师范学院，成都610041）

许多优势农产品只限定于某一特定的地理区域内，是因为岩石类型、地球化学、地形地貌等农业地质背景条件的综合作用影响了农作物的产量和品质［1－4］。人们已逐渐认识到地质背景条件对特色农产品产量和品质形成起着决定性作用，并加大了对地质背景和农作物关系的研究［5－7］，服务于农业的相关地质工作也逐渐成为了土壤学、地质学和农学科技工作者共同关注的焦点。

罗汉果既作为药品又作为食品，随着经济全球化步伐的加快和农产品供求关系的变化，其产品质量安全问题已成为当地政府的重要课题。因此，产区重金属元素的研究对评价罗汉果产品质量安全和产地环境质量安全指标至关重要。近年来，国内外学者主要对城市土壤重金属的污染状况和沉积物重金属污染进行了研究［8－14］，也有不少研究者采用Hakanson指数法对重金属的潜在生态危害进行了评价［15，16］。对于罗汉果的研究，目前主要集中在生物学特性、药理或资源开放方面［17－21］，而针对其产区土壤重金属的污染及潜在生态危害方面评价尚未见报道。本文旨在研究地层条件下罗汉果主产区重金属含量及其产品质量，为喀斯特地区农业产业发展及分区提供依据。

1 研究区概况

研究区位于桂林市西北部的永福县、临桂县和龙胜 县 （109°37′～111°15′E，24°38′～26°17′N）。该区以喀斯特峰丛－峰林谷地地貌为主，基岩裸露，地形崎岖，土壤贫瘠，主要为南方红壤、砖红壤和黄壤等酸性土壤。南亚热带季风气候，年均气温20.4℃，平均年降水量1541.4mm，地带性植被以亚热带常绿阔叶林为主。研究区主要出露地层为下元古界上板溪群（Pt21），震旦系并层，未分（湘桂边境组，Z）；前寒武纪混合花岗岩（γ2），寒武系清溪组（C－q），寒武系边溪组（C－b）；泥盆系莲花山组与那高岭组并层（D1），泥盆系郁江组与东岗岭阶并层（D2）；白垩系红色碎屑岩（K）8套地层［22］。罗汉果为该区传统特色农产品。

2 材料与方法

2.1 样品的采集与处理

2.1.1 土壤样品采集

以研究区8套不同地层类型上的表层土壤为基本调查单元。每个地层类型为1个采样点，均利用手持GPS定位定点。根据藤本植物生物学特性，采样深度一般为A层土壤（表层0～60cm）的土柱。在采样点周围大约30m半径范围内采集5个点的土柱组合为1件样品。每件土壤样品质量为1kg，密封标记，待测。

2.1.2 植物样品采集

植物样品与土壤样品对应，选取100cm×100cm的样方采集，样点距地边1m以上，在每个地层采样点采集成熟的罗汉果果实。采样植株应健康、无病虫害，并贴上标签，做好相应的记录，存放在保鲜袋中，并迅速冷藏待测。

2.2 样品测试

土壤样品与植物样品测试的重金属元素均为As、Cd、Pb、Hg、Cr；测试方法及检出限见表1、表2。

表1 土壤样品测试方法及检出限Table 1 Analytical methods and detection limits of soil samples

表2 植物样品测试方法及检出限Table 2 Analytical methods and detection limits of plant samples

2.3 潜在生态危害指数评价方法

本文运用Hakanson的潜在生态危害指数法［23］。此方法是国际上土壤重金属研究广泛应用的方法之一，它综合考虑了重金属元素的毒性、污染的敏感性以及区域背景值的差异，并给出重金属元素潜在生态风险程度的定量划分，计算方法如下。

单个重金属污染指数Cf，i

式中：Cf，i为第i重金属污染指数；Cm，i为第i重金属的实测值；Cs，i为第i金属元素的标准值。

单个重金属的潜在生态危害指数Er，i

式中：Tr，i为毒性系数，重金属元素的毒性大小序列为Hg＞Cd＞As＞Pb＞Cr。规范处理后的毒性响应系数定值为 Tr，Cr＝2，Tr，Pb＝5，Tr，As＝10，Tr，Cd＝30，Tr，Hg＝40。

多种重金属综合潜在生态危害指数Ri

依据Ei和Ri的值，参考土壤中重金属潜在生态危害系数、生态危害指数、污染程度三者的关系，划分土壤的潜在生态危害评价等级（表3）。

表3 潜在生态危害评价标准划分Table 3 Evaluation criteria of potential ecological risk

3 结果分析

3.1 不同地层上A层土壤质量分析

从5种重金属元素含量（表4）来看，不同地层上A层土壤的质量表现各异。其中，As在Pt21、D2、γ2、C－q和D1地层之上A层土壤中的含量大于土壤背景值，表明土壤存在As污染；Cd在C－q、C－b、K和D1地层之上A层土壤中的含量大于土壤背景值，土壤存在Cd污染；Cr在C－q、D1和C－b地层上A层土壤中的含量大于土壤背景值，土壤存在Cr污染；Hg在D1、D2、C－q、K、γ2和Z地层A层土壤中的含量大于土壤背景值，土壤存在Hg污染；Pb在C－q、C－b、γ2和Z地层A层土壤中的含量大于土壤背景值，土壤存在Pb污染。

3.2 土壤重金属元素潜在生态危害分析

根据潜在生态危害评价标准（表5），由表5中Ri值可以看出，罗汉果主产区8套地层上A层土壤5种重金属的综合潜在生态危害程度表现为中度生态危害、强度生态危害和很强生态危害。其中K地层上土壤重金属表现为中度生态危害；Z、C－b、D1、D2和γ2共5套地层上土壤重金属表现为强度生态危害；Pt21和C－q地层上土壤重金属表现为很强生态危害。产生污染的主要重金属元素有3种（Pb、Cr、As），Hg和 Cd元素在8套地层上均表现为轻度生态危害。5种重金属元素在8套地层上A层土壤单元素潜在生态危害程度依大小排序，Z地层：Pb＞Cr＞As＞Hg＞Cd；Pt21地层：As＞Pb＞Cr＞Hg＞Cd；γ2地层：As＞Pb＞Cr＞Hg＞Cd；C－b地层：Pb＞Cr＞As＞Cd＞Hg；C－q地层：Pb＞Cr＞As＞Hg＞Cd；K地层：Pb＞Cr＞As＞Hg＞Cd；D1地层：Pb＞Cr＞As＞Hg＞Cd；D2地层：As＞Cr＞Pb＞ Hg＞Cd。

表4 不同地层A层土壤重金属元素含量（w／10－6）Table 4 The contents of heavy metal elements in the A layer soil above different formations

表5 土壤重金属元素的潜在生态危害评价指数Table 5 The evaluation index of potential ecological risk from heavy metal elements in the A layer soil

3.3 不同地层上罗汉果果实重金属含量

罗汉果是桂北喀斯特生态区的传统中药材和进出口商品，它的质量安全直接影响该地区的生态产业发展。由表6可见，在各地层的罗汉果果实中As、Cd、Cr、Pb、Hg等重金属的含量均远低于国家绿色行业标准。这表明各地层上的A层土壤尽管在质量上存在不同重金属元素种类的污染以及不同程度的重金属元素的潜在生态危害，但各地层土壤上发育的罗汉果果实的优质性，进一步表征了罗汉果在这一地区的良好适应性和抗污染性。

表6 不同地层条件下罗汉果果实中重金属元素含量（w／10－6）Table 6 The contents of heavy metal elements in Siraitia grosvenorii under the circumstances of different formations

4 结论与讨论

研究区8套不同地层上A层土壤综合潜在生态危害基本属于中度及中度以上，其中K地层A层土壤区为中度污染区，C－q、Pt21地层A层土壤区则为强度污染区，且产生污染的重金属主要为Pb、Cr、As等。研究区作为桂北喀斯特生态区的重要组成部分，生态建设任务艰巨，当地可依据本结果筛选生态耐污物种，调整生态建设的布局。

研究区8套不同地层上的罗汉果果实中5种重金属（As、Cd、Cr、Pb、Hg）的含量均远低于国家绿色行业标准。表明了各地层上的A层土壤尽管在质量上存在不同重金属元素种类的污染以及不同程度的重金属元素的潜在生态危害，但各地层土壤上发育的罗汉果果实的优质性，进一步表征了罗汉果在这一地区的良好适应性和抗污染性。在桂北喀斯特生态区应加大对该生态资源植物的开发力度，促进区域经济的发展和生态环境的建设。

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