南京市江宁区某街道农庄土壤重金属含量分析与风险评价

蒋彩云，邵梦佳，郑 萍，胡海祥，陈昌云

(1. 江苏经贸职业技术学院 健康学院/江苏省食品安全工程技术研发中心，江苏 南京 211168;2. 南京晓庄学院 环境科学学院，江苏 南京 211171；3. 江苏安舜技术服务有限公司，江苏 苏州 215300)

随着农村家庭农场的迅速发展，越来越多的城乡居民开始选择直接找农庄购买农产品.虽然这种新兴的消费模式实现了“从农田直接到餐桌”，缩短了产业链，但缺少农产品质量检测程序，虽然种植过程可以给与指导和控制，但是往往忽视对土壤本身的质量评价，同样使得农产品的质量安全无法得到保证.根据2019年12月31日国务院汇总的第三次全国国土调查报告的数据和2020年中国生态环境状况公报的报告显示，我国现有耕地191792.79万亩，而耕地的质量平均水平为4.76等[1]，其中，重金属是影响农用地土壤环境质量的主要原因，且重金属镉为主要污染物.我国每年因土壤重金属污染导致的粮食污染超过1200万吨，减产至少1000万吨，合计经济损失达200多亿元[2].土壤重金属污染不仅会减少农产品的产量，影响农产品的质量，还能通过植物富集，危害到人体的健康[3-5].因此，加强土壤的重金属风险评价对于保证农产品的质量、保障人民健康至关重要.

本文以南京市江宁区某种植业发展较好的街道为研究对象，分别选取贯穿该街道南北的6家规模较大、具有代表性的农庄(分别命名为A农庄、B农庄、C农庄、D农庄、E农庄、F农庄)，种植总面积约900亩，种植品种涉及各种常见蔬菜和水果.本次研究对6家农庄的土壤及蔬菜重金属含量进行测定，并对其进行风险评价，为保障家庭农庄农产品的质量安全提供参考.

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

1.1.1 仪器

电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES-5100，安捷伦科技有限公司)、电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS-7800，安捷伦科技有限公司)、微波消解仪(CEM MARS6，深圳市德诚旺科技有限公司)、控温电热板(X2S54-24，盐城苏信电热设备有限公司)、电子分析天平(XXS204，瑞士Mettler-Toledo 公司).

1.1.2 试剂

盐酸(HCI)、硝酸(HNO3)、过氧化氢(H2O2)均为分析纯，来源于南京晚晴化玻仪器有限公司；镉标准溶液、砷标准溶液、铅标准溶液、铬标准溶液、镍标准溶液均来源于国家有色金属及电子材料分析测试中心；汞标准溶液来源于坛墨质检标准物质中心.

1.2 实验方法

1.2.1 土壤样品制备与检测方法

运用五点取样法[6]，分别采取0～20 cm的表层土壤1 kg，6家家庭农庄共取18个土壤样品.参考HJ803-2016[7]进行样品前处理，采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)测定土壤样品中Cu、Zn、Hg、As、Cd、Cr、Ni、Pb 8种重金属的含量.

1.2.2 蔬菜样品制备与检测方法

在土壤采样的部位取成熟期的蔬菜样品3～5株[8]，6家家庭农庄共20个蔬菜样品.参考GB5009.268—2016[9]进行样品前处理，运用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定蔬菜样品中Cr、Ni、As、Cd、 Hg 、Pb 6种重金属的含量.

1.3 评价方法

分别运用单因子指数法和多因子指数评价法来评价土壤和蔬菜的重金属污染程度[10，11]，其中多因子指数评价法采用内罗梅污染指数法.

1.3.1 单因子指数法

计算公式为：

(1)

Pi为测定物质中污染物i的环境质量指数，Ci为测定物质中重金属元素的实测浓度，Si为测定物质的重金属污染的评价标准，所测土壤的pH值在6.5～7.5.当Pi≤1时，表示该测定物质未受到某种重金属的污染，当13时，表示该测定物质受到某种重金属的重度污染.土壤重金属的评价标准与蔬菜重金属标准依据国家相关标准[12，13].

1.3.2 内梅罗污染指数法

计算公式：

(2)

2 结果与分析

2.1 土壤重金属污染评价

采取6个家庭农庄(分别命名为A-F)土壤样品18份，土壤pH值范围均在6.5～7.5.检测其中Cu、Zn、Hg、As、Cd、Cr、Ni、Pb的含量，检测结果以农庄为单位分类(表1).6家农场土壤中各重金属的含量并未超标[12]，但有4家农场(C、D、E、F)的Cd含量存在超标，超标率为66.67%.

表1 土壤重金属检测结果 单位：mg/kg

运用单因子指数评价法对6家家庭农庄的土壤重金属污染状况进行评价.表2是土壤样品重金属含量的两种单因子指数方法的计算结果.由表2可知，6家家庭农庄耕地中的重金属Cd元素的单因子指数在0.7～1.63，平均值为1.13，表明该土壤属于重金属轻度污染；而Cu、Zn、Hg、As、Cr、Ni及Pb的平均值都低于0.3，除了重金属Hg元素未检出，Cu、Zn、As、Cr、Ni、Pb的平均值分别是0.17、0.18、0.09、0.14、0.20、0.12，表明该土壤未受到重金属的污染.内梅罗综合污染指数的范围在0～1.40，平均值为0.35，根据内梅罗综合污染指数评价标准分析，有87.5%的土壤处于清洁水平(0～0.7)，有12.5%的土壤属于轻度污染(0.7～1)，表明6家家庭农庄的土壤综合状况属于清洁水平.

表2 土壤的单因子和综合污染指数评价表

2.2 蔬菜重金属污染评价

采取6个家庭农庄蔬菜20份，分别检测其中Cr、Ni、As、Cd、 Hg 、Pb 6种重金属的含量，检测结果见表3.蔬菜中Cr、Ni、As、Cd、Hg、Pb的含量均未超标[13].运用两种因子指数方法再对其进行评价.

表3 蔬菜重金属检测数据 单位：mg/kg

表4是蔬菜样品重金属含量的两种因子指数方法的计算结果.由表4可知，6家家庭农庄耕地的蔬菜中Cr、Ni、As、Cd、Hg 、Pb元素的单因子指数的最大值均小于1，说明蔬菜并未受到重金属的污染，能够放心食用.蔬菜样品的内梅罗综合污染指数的范围在0.0316～0.3625，平均值为0.1821.根据内梅罗综合污染指数评价标准分析，所有蔬菜样品均处于清洁水平，说明6家家庭农庄的蔬菜都没有受到重金属的污染.

表4 蔬菜单因子和综合污染指数评价表

2.3 蔬菜对重金属的富集特征

富集系数(BCF)是指蔬菜与土壤中重金属含量的比值，可体现出相同土壤重金属含量条件下蔬菜对于重金属的吸收能力[14].本次研究采取18个土壤样品和20个蔬菜样品的可食部位(青菜、萝卜等7个种类)，分别检测其中Cr、Ni、As、Cd、 Hg 、Pb的平均含量(见表5)，计算不同种类蔬菜重金属含量的平均值与土壤中重金属含量平均值的比值.因土壤中Hg含量未检出，故计算其余5种的富集系数，结果见表6.

表5 各类蔬菜和土壤的重金属含量检测数据平均值 单位：mg/kg

表6 各类蔬菜土壤数据富集系数(BCF)

从上表可知，青菜、萝卜、大蒜的重金属富集顺序从大到小一致，皆为Cd>Ni>As>Pb>Cr；芹菜的重金属富集顺序为Cd>Ni>As>Cr>Pb；油菜的重金属富集顺序为Cd>As>Ni>Cr>Pb；莴苣对重金属的富集能力从强到弱依次为Cd>Ni>Pb>As>Cr；白菜对重金属的富集能力从强到弱依次为Cd>As>Pb>Cr>Ni.不同种类的蔬菜对重金属富集的能力有所不同，叶菜类(青菜、白菜)的富集能力要高于根茎类(萝卜、芹菜、萝卜、大蒜)；不同的蔬菜对不同的重金属的富集效果也不同[15]，蔬菜对重金属Cd的吸收能力最强，白菜较其他几种蔬菜更容易富集重金属Cd、As、Pb、Cr，萝卜富集重金属Cr、Ni、As、Cd、Pb的能力相对较差.

3 总结

本论文测定了南京市江宁区某街道6家家庭农庄的土壤和蔬菜的重金属含量，并采用因子指数评价法对重金属状况进行分析和风险评价.研究结果显示：该街道的土壤存在轻度的Cd污染，但总体综合评价属于清洁状态；蔬菜的重金属含量均在正常的范围之内，可安全食用.本次研究为家庭农庄的农产品食品安全提供了数据支撑，可作为家庭农庄的农产品质量安全的参考依据，同时也为家庭农庄土壤和蔬菜的重金属污染状况评价提供了方法和基础.