新余市食用林产品产地土壤重金属潜在生态风险评价

何小芳，严苗苗，莫润宏，吕件根

(1.江西省新余市林业产业发展管理局，江西 新余 338000；2.江西省新余市林业局，江西 新余 338000；3.国家林业局经济林产品质量检验检测中心(杭州)，杭州 富阳 310000)

新余市作为国家森林城市，林业产业实现由“稳步恢复”向“可持续发展”的跨越，油茶、竹笋等特色食用林产品产业成为林业发展的主力军，带着绿色、安全、无污染标签的食用林产品迅速占领市场。随着食品安全意识的不断增强，人们较多的关注林产品质量安全，却忽视了产地土壤的安全风险。相关研究表明，土壤重金属无法被微生物降解，但能被植物富集影响食品安全和人体健康[1-2]。目前，对农业土壤重金属污染的研究和风险评价已经较为全面[3-6]，但由于林地土壤相对复杂，加之尚无精耕细作，鲜有对食用林产品产地土壤污染的风险评估。1980年，Håkanson[7]针对水体沉积物提出潜在生态危害指数法后，该法被引入评价农田、城市等土壤重金属潜在生态风险。为了更准确合理的利用潜在生态危害指数法来评价食用林产品土壤重金属的潜在生态风险，需要在Håkanson分级标准的基础上，结合参评重金属种类和毒性大小，科学合理地调整单项潜在生态风险指数(E)和综合潜在生态风险指数(RI)的风险等级划分标准进行评价[8-9]。为了解新余市主要食用林产品产地土壤重金属污染情况，研究了新余市4个行政区域种植面积较大的油茶林地和竹林林地土壤样品中总砷(As)、铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)和总汞(Hg)5种重金属含量，应用土壤单项污染指数法、负荷指数法和潜在生态危害指数法分别对土壤重金属污染和潜在生态风险进行评价，旨在为了解新余市食用林产品土壤重金属污染现状，为新余市食用林产品安全生产提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域与样品采集

研究区域选择在新余市所辖渝水区、仙女湖区、高新区、分宜县等区域的20余个乡镇中具有一定种植规模的油茶基地和竹林。土壤以黄壤为主，少量山地黄棕壤，弱酸性土壤，根据实际生产需要，合理施用过复合肥。

样品采集时间为2015—2016年，采集油茶林、竹林土壤共78份。土壤取样采用区域随机法，在油茶竹林基地以1～3 hm2为一个采样单元，随机采集土壤样品混合(不少于10个取样点)，每个基地取样3份。土壤样品采集深度在0～20 cm，每点样品采集量基本一致。

1.2 样品处理与分析

土壤取回实验室，拣出枯枝、杂草、落叶和石块等，摊平阴干，初步碾碎后用四分法取0.5 kg土样，于玛瑙研钵充分研磨，过100目尼龙筛备用。土壤中Pb、Cr和Cd采用HNO3-HClO4-HF湿法消解，石墨炉原子吸收法测定，每个样品测定2次平行；土壤中As和Hg采用1∶1王水消解，原子荧光光谱法测定，每个样品测定2次平行。

1.3 评价方法

1.3.1 土壤单项污染指数法 单项污染指数计算公式如下：

(1)

(1)式中Pi为单项污染指数，Ci为测定浓度，Cn参考LY/T 1678—2014《食用林产品产地环境通用要求》[10]标准中提出的各重金属限量。当Pi<1时，表示未污染；Pi≥1时，表示污染；Pi值越大，表示污染越严重。

1.3.2 污染负荷指数法 污染负荷指数计算公式如下：

(2)

根据Tomlinson、王婕等[11-12]的研究结论，可将PLI值对应的污染程度划分如下：PLI≤1为无污染，1

1.3.3 潜在生态危害指数法 以Håkanson提出的潜在生态危害指数法为基础，结合徐争启等[13]提出潜在生态危害指数法评价中重金属毒性系数的计算，确定了本研究中5种重金属的毒性响应系数Ti，并通过毒性响应系数Ti与重金属单项污染指数Pi的乘积来计算重金属单项潜在生态危害系数(Ei)，用于评价土壤重金属的污染程度，计算公式如下：

Ei=Ti×Pi

(3)

公式中Pb、Cr、Cd、As和Hg毒性响应系数Ti分别为5、2、30、10和40。

E值分级标准的第一级(轻微生态风险)上限值由本研究中污染物最大毒性响应系数(THg=40),单项污染指数(P=1)相乘得到，其他风险级别的上限值则以上一级分级值的2倍确定。Ti MAX为本研究中污染物最大毒性响应系数(THg=40)，单项污染指数P=1。其他风险级别的上限值则以上一级分级值的2倍确定。

综合潜在生态危害指数(RI)则是以重金属单项潜在生态危害系数(Ei)的累加计算，计算公式如下：

RI=∑Ei

(4)

根据Håkanson分级标准，RI值第一级上限值(150)除以8种污染物的毒性响应系数总值(133)，得到单位毒性响应系数的分级值(1.13)，乘以本研究5种重金属的毒性响应系数总值(87)，并取十位的整数得到本研究的第一级分级界限值(98.3≈100)。重金属潜在生态危害指数分级标准见表1。

表1 重金属潜在生态危害指数分级标准

2 结果与分析

2.1 研究区域土壤重金属污染现状

通过测定研究区域土壤样品的pH值发现均不超过6.0，为酸性土壤，故以LY/T 1678-2014《食用林产品产地环境通用要求》[10]中pH小于6.5的土壤质量标准为限量值，进行5种重金属单项污染指数分析。表2可知，新余市食用林产品产地土壤5种重金属含量均处于一个较低的水平，土壤中As、Hg、Pb、Cd和Cr平均含量分别为12.62,0.14,29.3,0.073,58.27 mg/kg，均未超过限量值。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 新余市食用林产品产地土壤重金属含量

由表3可知，新余市4个行政区域的油茶基地土壤和竹林土壤中5种重金属的单项污染指数均小于1；5种重金属的污染负荷指数均小于1。可见目前新余市食用林产品土壤中重金属污染处于较低水平，未出现明显的污染状况。

研究发现渝水区个别乡镇油茶基地土壤中Pb含量(46.4 mg/kg)，竹林土壤中Hg、Cd含量(0.24 mg/kg、0.278 mg/kg)较高；仙女湖区个别油茶基地土壤中Pb含量(47.1 mg/kg)较高；分宜县个别油茶基地土壤中Cr含量(115.80 mg/kg)较高，均已接近限量值，可能存在重金属污染风险。

表3 油茶林、竹林土壤单项污染指数

2.2 研究区域土壤重金属潜在生态危害指数

基于重金属潜在生态风险评估，对新余市2种典型食用林产品(油茶和竹笋)土壤中5种重金属的潜在生态风险系数(Ei)和综合潜在生态危害指数(RI)(表4)评价表明，油茶林地和竹林地土壤中5种重金属单因子潜在生态风险系数(Ei)均小于40，综合潜在生态危害指数(RI)均小于100，重金属的潜在生态危害程度均为轻微生态风险，目前均处于未污染或轻微污染状态。土壤中重金属的潜在生态危害指数：RI油茶林

表4 油茶林、竹林潜在生态风险(Ei)和风险指数评价(RI)

表5 新余市不同行政区潜在生态风险(Ei)和风险指数评价(RI)

从新余市4个行政区域的可食林产品土壤中5种重金属潜在生态风险因子(Ei)和综合潜在生态危害指数(RI)(表5)看，重金属单因子潜在生态风险系数(Ei)均小于40，综合潜在生态危害指数(RI)均小于100，表明整体上4个行政区域的可食林产品土壤中重金属潜在生态危害程度均为轻微生态风险，危害指数RI由小到大依次为高新区、渝水区、分宜县、仙女湖区。

3 结 论

(1)新余市食用林产品产地土壤中5种重金属的平均含量由大到小依次为Cd、Hg、As、Pb和Cr，且均未超过《食用林产品产地环境通用要求》(LY/T 1678—2014)中的限量标准。

(2)新余市食用林产品产地土壤中重金属污染单因子由大到小依次为P铅、P汞、P铬、P砷和P镉；油茶林重金属污染单因子由大到小依次为P铅、P汞、P铬、P砷和P镉，竹林由大到小依次为P汞、P铅、P铬、P镉和P砷；油茶林土壤中铅污染指数较高，而竹林土壤中汞的污染指数较高。土壤中5种重金属的单项污染指数和污染负荷指数均小于1。可见新余市食用林产品产地土壤重金属污染处于较低水平，未出现明显的污染状况。

(3)新余市4个行政区域食林产品土壤中5种重金属单因子潜在生态风险系数(Ei)均小于40，重金属潜在生态危害指数RI由大到小依次为：RI高新区、RI渝水区、RI分宜县和RI仙女湖区均小于100，处于轻微生态风险；就油茶林和竹林而言，土壤中5种重金属单因子潜在生态风险系数(Ei)均小于40，重金属潜在生态危害指数：RI油茶林

(4)渝水区个别乡镇油茶基地土壤中Pb含量，竹林土壤中Hg、Cd含量较高；仙女湖区个别油茶基地土壤中Pb含量较高；分宜县个别油茶基地土壤中Cr含量较高，均已接近限量值，可能引起土壤出现重金属污染风险，应加强管理和监测。

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