某旱地土壤及蔬菜镉污染风险评价

匡政成，郭利双，杨春安，陈浩东，李育强，匡逢春，曾凤霞，曾红远

（1.湖南省棉花科学研究所，湖南 常德 415101；2.湖南农业大学生物科学技术学院，湖南 长沙 410128；3.湖南省农业对外经济合作中心，湖南 长沙 410128）

蔬菜是人类食物的重要组成部分。近年来随着我国人民生活水平的不断提高，人均蔬菜摄入量逐年提升，对蔬菜质量安全也日趋重视［1］。但长期的矿山开采、冶炼等工业行为势必对农用土壤造成一定程度的重金属污染［2］，同时蔬菜种植户为追求高产和卖相不合理使用农药和化肥也加剧了这一现象发生。镉污染是近年来最具代表性的重金属污染之一［3］，也是影响蔬菜等质量安全、危害人类健康的主要因素，其关注度居高不下。在前人的研究中，对土壤及其生长的作物污染风险程度进行综合评价并提出合理建议，是有效管理土壤、防止污染物进入食物链影响人类健康的重要手段。

针对土壤镉污染形势的日益紧张，从土壤质量安全入手，以某旱地为研究对象，采集了18份耕作层土壤样品和12份蔬菜可食用部位样品，分析该区域镉污染特征及其对蔬菜质量安全的影响，评价该旱地土壤污染风险和潜在生态危害，为预防农业生产潜在风险、指导其它类似污染区域的农业结构调整提供参考。

1 材料和方法

1.1 样品的采集

1.1.1 土壤样品采集

2018年12月在某旱地中随机选取18个采样点，每个采样点按照五点混合采样法采集1 m×1 m面积内耕作层（0～20 cm）土壤1 kg，自然风干备用。

1.1.2 植物样品采集

2018年10～12月在该旱地中选取紫苏、萝卜、大白菜、红薯等4种蔬菜作物，每种蔬菜随机选取5个位点，每个位点按照五点混合采样法采集5 m×5 m面积内植株10～50株，将紫苏茎叶、萝卜块根、大白菜叶、红薯块根分离、洗净并放入烘箱，105℃杀青30 min，80℃烘干至恒重备用。

1.2 Cd含量检测

采集的土壤和植物样品送至分析测试中心进行Cd含量检测。

1.3 土壤Cd污染风险评价方法

1.3.1 地累积指数法

运用地累积指数法［4］评价该旱地Cd污染情况，其计算公式为：

式中，Igeo为地累积指数；Ci为重金属Cd在土壤中的实测含量；Cn为土壤环境背景值，该研究取湖南土壤Cd元素背景值（0.126 mg／kg）。

根据Igeo将土壤Cd污染程度分为7个等级：当Igeo≤0时，处于0级，表示土壤未受到Cd污染；0＜Igeo≤1时，处于1级，表示土壤受到轻度Cd污染；1＜Igeo≤2时，处于2级，表示土壤受到中度Cd污染；2＜Igeo≤3时，处于3级，表示土壤受到中强Cd污染；3＜Igeo≤4时，处于4级，表示土壤受到强Cd污染；4＜Igeo≤5时，处于5级，表示土壤受到很强Cd污染；Igeo＞5时，处于6级，表示土壤受到极强Cd污染。

1.3.2 潜在生态危害指数法

采用潜在生态危害指数法［5］来评价该旱地Cd对生物体的潜在危害，其计算公式为：

Er＝30×Ci／Cn

式中，Er为重金属Cd潜在生态危害指数；Ci为重金属Cd在土壤中的实测含量；Cn为土壤环境背景值，该研究取土壤Cd元素背景值（0.126 mg／kg）。

根据潜在生态危害指数Er的的大小，将重金属Cd生态危害程度分为5个等级：Er＜40时，表示轻微生态危害；40≤Er＜80时，表示中等生态危害；80≤Er＜160时，表示强生态危害；160≤Er＜320时，表示很强生态危害；Er≥320时，表示极强生态危害。

1.4 数据处理和分析

采用Excel 2007和SPSS 21软件进行数据处理及分析。

富集系数（BCF）＝蔬菜收获部分重金属含量／土壤相应元素含量

2 结果与分析

2.1 土壤镉分布特征

该旱地18个采样点的土壤镉检测结果见表1，镉含量分布在0.19～0.29 mg／kg，平均含量为0.22 mg／kg，均超过湖南土壤Cd元素背景值（0.126 mg／kg）。通过与《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》（GB 15618－2018）中规定的农用地土壤污染风险筛选值相比，18个采样点Cd含量均低于农用地土壤污染风险筛选值，土壤污染风险较低。根据变异系数（CV）将土壤Cd含量空间变异性分为3种：强变异（CV≥100%）、中等变异（10%≤CV＜100%）和弱变异（CV＜10%）［6］，该旱地土壤Cd含量变异系数为10.9%，属于中等变异，说明该旱地土壤Cd分布不均匀，存在一定的空间变异性。

表1 旱地土壤Cd含量统计

2.2 土壤镉风险评价

潜在生态危害指数法和地积累指数法是分析评价土壤中重金属污染风险的常用方法。前者是根据重金属性质和环境特点，从沉积学角度评价中间污染风险，后者则是研究沉积物及其它物质中重金属污染程度的定量指标。高月、王佳等［7～12］在分析评价金属矿区、冶炼厂周边土壤及流域沉积物的污染风险时均运用此方法。本研究中，18个采样点地累积指数在－0.01～0.12之间，平均值为0.07，详见表2。其中未受到Cd污染采样点1个，占总份数的5.56%；受到轻度Cd污染采样点17个，占总份数的94.44%；说明该旱地土壤Cd污染程度较轻。通过潜在生态危害指数分析，18个点的潜在生态危害指数在44.29～68.81之间，平均值为53.08，处于中等生态危害水平。

表2 旱地土壤Cd地累积指数的评价结果

2.3 蔬菜可食用部位镉含量及其富集系数

四种蔬菜可食用部位的Cd含量及其富集系数详见图1和表3。图表中4种蔬菜对土壤镉的吸收积累能力存在显著差异，其中大白菜叶Cd富集系数最大，含量最高，平均值为2.44 mg／kg；其次是萝卜块根，平均为1.58 mg／kg；红薯块根Cd含量最低，平均为0.08 mg／kg。从结果看，同是块根作物，但对镉的积累能力差异较大，说明蔬菜对镉的积累可能与品种特性有较大相关性。通过与《食品安全国家标准－食品中污染物限量》（GB 2762－2017）中Cd的限量相比，萝卜块根和大白菜叶Cd含量超标，不宜食用。建议该旱地可作为红薯或紫苏种植用地。

图1 四种蔬菜可食部位Cd含量及富集系数差异

表3 蔬菜可食部位Cd含量及其富集系数

3 讨 论

植物对重金属吸收、富集能力主要通过富集系数（BCF）来反映，富集系数越大，表明植物对重金属的吸收累积能力越强［11］。该研究对紫苏、萝卜、大白菜、红薯等4种蔬菜可食用部位Cd富集能力进行比较，结果显示不同蔬菜收获部位对重金属Cd的吸收累积存在一定差异，这与前人的研究结论相符［12］；4种蔬菜可食用部位的Cd富集能力依次为大白菜叶＞萝卜块根＞紫苏茎叶＞红薯块根，这种差异可能与植物特性、品种属性等因素有关。大白菜和萝卜均属于十字花科，说明部分十字花科植物具有更强的Cd吸收累积能力，这与前人的研究结论基本一致；同时大白菜和萝卜主要生长在冬季，长期的低温环境提高了大白菜和萝卜抗氧化系统水平［13］，抗逆性及抵抗重金属胁迫能力增强，进而影响作物对Cd的吸收累积。

4 结 论

土壤是人类和动植物赖以生存的基础，地累积指数表明该旱地土壤已出现Cd轻度污染，这与当地长期的过量农药、化肥施用以及周边工业污染等人类活动有关。潜在生态危害指数表明，该旱地整体表现为中等生态危害，应当引起足够重视。鉴于以上土壤风险背景，建议该地冬季推广种植绿肥或Cd低累积作物，不建议继续种植大白菜、萝卜等高Cd累积作物，预防食用风险，并适量减少化肥施用量，防止土壤镉污染加剧。