家庭农场种植前后土壤环境质量状况比较

杨梦娜

（上海必诺检测技术服务有限公司，上海 闵行 201100）

农田土壤是是影响食品安全的重要因素之一[1]。2014年发布的《全国土壤污染状况调查公报》指出，我国耕地土壤点位污染超标率达19.4%。随着城市化的推进，土壤污染状况日益严峻。长三角地区作为经济大区，土壤污染问题较为突出[2]。农田土壤重金属动态监测是农田土壤安全利用的关键环节之一[3]。农田土壤中Cd、Pb、Hg和As都有超标现象发生，其中水稻田中Cd超标比例尤为突出。污水灌溉、大气沉降、施肥、畜禽粪便、污泥等都有可能造成土壤重金属累积超标[4]。土壤酸性物质、农作物的种类也对不同的重金属有着吸附聚集作 用[5-6]。

松江区位于上海市西南部，土壤为湖沼相沉积粘土，气候属北亚热带季风区，气候温和[7]。根据《松江第三次农业普查主要数据公报》，松江区2016年末耕地面积17 392.0公顷，灌溉的耕地面积为12 347.4公顷，地表水为灌溉用水。松江作为国内最早开展“家庭农场”的区域，在促进农业发展的同时，对于土壤生态环境改善也有着积极的作用[8]。为进一步跟踪了解家庭农场的土壤环境质量变化状况，2020年选取6个家庭农场，对种植前后的土壤环境质量进行了监测。以GB15618-2018中农用土壤污染风险筛查必测基本项目为对象，对家庭农场环境进行生态风险预警评估，以期为保障农作物安全种植、提高农田产地土壤生态安全水平提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集与处理

采样区位于上海市松江区。根据家庭农场状况，选取6个监测点（A、B、C、D、E和F），在水稻种植前后分别取土壤样品各1次。每个农场按梅花布点法，设5个分点，采集表层土壤。土样采集后自然风干，去除石块、杂草，过筛备用。

1.2 样品分析

土壤环境质量主要检测铅、镉、汞、砷、铬、铜、锌和镍的含量。土壤重金属分析过程中使用标准土壤样品（GBW07401）进行分析质量控制。

2 结果与分析

2.1 土壤重金属分布特征

种植前后土壤Zn仅增加1.3%，As增加了42.7%，Cd和Pb分别增加了22.2%和9.9%，相反Ni和Cr分别降低了41.4%和51.7%，Hg和Cu分别减少了14.3%和8.4%。Cr含量在种植前显著高于上海市以及松江区土壤平均值，As含量则是在种植后高于平均水平，Hg含量则是前后均明显高于背景值，见表1[9-10]。

表1 家庭农场中各区域重金属元素质量分数对比（单位：mg/kg）

各个采样区金属元素种植前后质量分数平均值变化见图1。Cu、Zn种植前后变化幅度较小。种植前A和C区土壤Ni明显高于其他区域，种植后各区之间无明显差别。各区种植后土壤中Cr明显降低；反之，As均有不同程度增加；Hg在A区和E区有明显下降。种植后土壤中Cd除D区降低，其他区域呈现不同程度上升，这可能是由于水稻根部对Cd有聚集效应[11-12]；F区域土壤中种植前Pb质量分数明显高于其他区域，种植后各区Pb无异常高值。

图1 不同区域家庭农场种植前及种植后各重金属质量分数柱状图

2.2 重金属污染评价

2.2.1 内梅罗指数

内梅罗指数法是广泛应用于土壤中重金属污染状况评价的传统方法[13]，分为单因素污染指数和综合污染指数。

2.2.1.1 单因素污染指数（Pi）

从单因子指数来看，种植前仅Ni和Hg中出现大于1的Pi值，其余6种金属Pi值均小于1。A区2个点位以及C区3个点位Ni的Pi值大于1，E区有3个点位Hg的Pi值大于1，所有Pi值均小于3，表明样品虽然已经污染但污染程度不高，且同一区域污染因子相似。种植后所有单因子Pi值均小于1，为未污染。

2.2.1.2 综合因子污染指数（P综）

从综合污染程度来看，30个采样点综合因子污染指数种植前在0.42～1.30之间不等，有4个点位的P综值大于1但小于2，表明这4个点位的土壤已经处于轻污染的等级，土壤作物开始受到污染；种植后在0.39～0.83之间，综合因子污染指数均小于1，表明所有采样点土壤均处于警戒线以下，其中21个采样点P综≤0.7，属于安全范围清洁水平，占总采样点的70%。种植前，各区的综合因子污染指数值平均值从低到高的顺序：D>B>A>F>E>C。F、E和C区处于警戒线范围。种植后，各区的P综均小于0.7，属于安全等级，平均值从低到高依次为：A>F>D>C>E>B（表2）。A、C、E和F区种植后P综均低于种植前，其余2个区域则在安全范围内有所增加。

2.2.2 潜在生态指数法

潜在生态危害指数法关注重金属迁移累积效应，同样分为单因子和综合因子两种评价方式[14-15]。

单因子及综合因子潜在生态危害指数结果见表2。种植前，E区土壤个别样品Ei（Hg）＞40为中等生态危害程度。研究区潜在生态风险程度是Hg>Cd>Ni>As>Cu>Cr>Pb>Zn。综合因子潜在生态危害指数24.8～72.1，均小于150，为轻微生态危害。所有种植后土壤样品中的Ei和RI均小于40，仅具有轻微生态危害。潜在生态风险程度是Hg>Cd>As>Cu>Ni>Pb>Zn>Cr。Cd、Ni、As和Hg为潜在易污染重金属，这与崇明岛以及闵行区农田土壤研究结果一致[16-17]。

表2 家庭农场中各区域综合因子指数法单因子以及综合因子潜在生态危害指数法评价值

3 结论

①土壤重金属质量分数：种植前后土壤Zn、As、Cd和Pb有所增加，反之，Ni、Cr、Hg和Cu不同程度降低。Cr和As六个区域的变化一致，Ni、Cd、Pb、Cu、Zn和Hg变化存在差异；②重金属污染评价：内梅罗指数及潜在生态危害指数均显示种植后污染状况好于种植前。Cd、As、Ni和Hg为潜在生态危害重金属。综上说明家庭农场模式有利于提升土壤养分，种植后土壤金属污染状况有所改善，但监测还需要持续进行，特别是潜在生态危害重金属。