马铃薯种植区不同土壤类型镉赋存形态及风险评估

来源：核心期刊咨询网时间：12

摘要：摘要：【目的】研究喀斯特馬铃薯种植区土壤镉的赋存形态及农产品安全问题，为马铃薯种植区风险评估提供理论依据。【方法】以贵州省马铃薯主栽区域某县马铃薯及相应3种土壤类型(黄棕壤、棕壤和石灰土)为研究对象，采用CaCl2/BCR提取法测定土壤镉的赋存形态，

　　摘要：【目的】研究喀斯特馬铃薯种植区土壤镉的赋存形态及农产品安全问题，为马铃薯种植区风险评估提供理论依据。【方法】以贵州省马铃薯主栽区域某县马铃薯及相应3种土壤类型(黄棕壤、棕壤和石灰土)为研究对象，采用CaCl2/BCR提取法测定土壤镉的赋存形态，以相关性和多因素方差分析探讨土壤pH、有机质、阳离子交换量(CEC)、总镉及其交互作用对镉赋存形态的影响;以富集系数和有效性评估土壤镉累积能力;采用地质累积指数法和潜在生态危害指数法比较土壤总镉和有效镉的生态风险。

　　【结果】研究区域土壤总镉含量均值为1.394 mg/kg，变异系数为0.25;土壤镉分级提取的5种赋存形态中，弱酸态镉占总镉比例最大，达28%～58%，可还原态镉仅占4%～13%，其余3种形态介于二者之间。总镉对有效镉、弱酸态镉、可氧化态镉和残渣态镉等4种镉赋存形态均有极显著影响(P<0.01，下同)，总镉与pH的交互作用对有效镉影响大于总镉和pH对有效镉的主效影响，而pH与有机质、pH与CEC交互影响弱于pH对有效镉的主效影响，土壤镉赋存形态的差异主要受总镉和土壤pH、有机质、CEC共同影响。

　　种植区马铃薯块茎镉含量均值为0.086 mg/kg，富集系数为6%，有效性为15%。种植区土壤总镉地质累积指数(Igeo)为2～3级，表明土壤处于中度污染至强污染，综合潜在生态风险指数(RI)为100.571～281.430，表明土壤处于轻微污染至中度污染。在马铃薯种植区3种土壤类型中，黄棕壤和棕壤pH均值分别为5.90和5.63，相对较低，但黄棕壤中有机质和CEC含量最低，黄棕壤马铃薯的镉有效性均值为17%，主要以弱酸态镉形态存在，有利于马铃薯吸收富集，其富集系数均值为7%，且其潜在风险均值为212.371。

　　反之，石灰土中pH较高，为6.87，石灰土和棕壤中有机质和CEC较高，马铃薯富集能力较低，所以其镉活性较低，潜在风险较低。【结论】马铃薯种植区3种土壤类型中黄棕壤总镉含量最高，活性最强，对应马铃薯中镉富集能力最强，其潜在风险较大，应注重对该类型土壤在马铃薯种植区域的监管。

　　关键词： 马铃薯;镉;赋存形态;有效性;土壤类型;风险评估

　　引言

　　【研究意义】镉是我国土壤最主要的污染物，给受污染区域的农作物安全生产带来极大的超标风险(徐佳慧等，2020)，在镉—土壤—生物这一复杂的动态链式反应中，仅有部分土壤镉能被生物吸收利用。因此，研究土壤镉中各赋存形态及运用镉的形态组分评估生物有效性，有利于进一步定量评估重金属的危害性和治理修复重金属污染土壤。

　　【前人研究进展】化学提取法是常用于研究土壤镉赋存形态的手段(Colzato et al.，2017)，能以微量样品展现土壤镉的存在形态和比例。目前已有大量关于采用化学提取法分析水稻田、大白菜种植区等土壤镉赋存形态和生物有效性的研究报道(袁波等，2011;叶兴银等，2018;彭云霄等，2019)，同时深入探讨酸碱度(刘丹青等，2013)、氧化还原条件(王成文等，2016)、多种金属离子(臧彩云等，2017)、有机碳(杨美玉等，2018)等对镉赋存形态的影响，并从土壤镉与生物的反应环境(Colzato et al.，2017)、不同形态镉的化学性质(Castillo-Michel et al.，2016)及不同形态镉与植物镉含量的相关性(袁波等，2011)等方面，论证了有效镉能更精确表征土壤中镉的生态风险。衡量不同pH条件下农用地总镉的农产品质量安全、农作物生长或土壤生态环境风险，主要根据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618—2018)中筛选值和管控值;评估土壤重金属环境质量常用内梅罗(Nemerow)综合污染指数法和地质累积指数法。何腾兵等(2018)采用内梅罗指数法评估贵州喀斯特地区施用10年猪粪肥的黄壤剖面土壤环境质量及潜在风险，结果表明施用10年猪粪肥的表层土壤中镉风险高于未施用猪粪肥的表层土壤;张俊辉等(2019)采用内梅罗指数法评估植被叶子的镉污染程度，结果表明部分植被样点铬、镍和镉污染严重超标，需加以重视。

　　【本研究切入点】目前环境质量的评估主要针对环境中重金属全量的生态风险，与有效镉比较，总镉无法精确表征土壤中镉的生态风险。马铃薯为贵州省粮食的主要来源之一，贵州省近一半的耕地面积种植马铃薯，而有关马铃薯种植区土壤镉有效性的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】针对贵州省马铃薯主种植区不同土壤类型开展镉赋存形态研究，比较主种植区土壤总镉和有效镉与马铃薯镉含量的相关性，以及土壤总镉和有效镉风险评估结果，为马铃薯种植区中不同土壤类型镉污染的风险评估提供参考依据。

　　1 材料与方法

　　1. 1 研究区概况

　　研究区域位于贵州省西北部某县(东经103°36′～104°45′，北纬26°36′～27°26′)，属亚热带季风性湿润气候区，年平均气温10 ℃左右，年降水量890 mm，平均海拔2200 m。该区域成土母岩以砂页岩和玄武岩为主，主要土壤类型是黄棕壤、棕壤和石灰土。县内耕地面积22.2×104 ha(航测)，其马铃薯年均种植面积11.0×104 ha。

　　1. 2 样品采集与制备

　　通过前期充分调研该县马铃薯种植用地中重金属基本情况，根据种植力度最大的4个镇内单位面积主栽品种位点数，按照点位权重，结合样点地形等因素挑选30块田地作为采样对象，由该县西南向东北方向土壤类型依次为石灰土、棕壤和黄棕壤，为耕种熟化的旱地。每块田地采用五点法采集0～20 cm 耕层土样，混匀后采用四分法反复取舍，保留2 kg左右的土样装入布袋，共采集土样30份(黄棕壤15份，采样点编号为HZ-1～HZ-15;棕壤7份，采样点编号为Z-1～Z-7;石灰土8份，采样点编号为S-1～S-8，下同)。室内风干后四分法取缩分研磨10目和100目尼龙筛制备土壤样品，其中10目用于pH测定;100目用于有机质、总镉和各赋存形态镉含量测定。供试土壤理化性质见表1。同时在对应土壤样品采集位点上协同采集马铃薯样品30份运回实验室，经自来水洗净后，再用超纯水多次润洗，然后切片，65 ℃下烘干至恒重，研磨粉碎，过40目尼龙筛用于马铃薯中镉含量测定。

　　1. 3 样品测定

　　土壤pH采用电位法测定(水土比为2.5∶1)，有机质含量采用重铬酸钾—外加热法测定(鲁如坤，1999)。土壤和植物样品中总镉含量运用高压密闭消解法消解，使用ICP-MS(美国，Thermo Fisher X2)测定。土壤不同形态镉采用CaCl2/BCR法测定(高焕方等，2017)，采用石墨炉原子吸收法测定样品中镉含量，土壤样品采用国家标准物质GBW07443(GSS-5)和GBW07443(GSF-3)进行质量控制(何腾兵等，2018)。

　　1. 4 评估方法

　　1. 4. 1 地质累积指数 计算公式如下：

　　Igeo=log2[Cn/1.5BEn]

　　式中，Igeo為地质累积指数;Cn为样品中元素n的浓度;BEn为环境背景浓度值，贵州土壤镉背景值为 0.21 mg/kg(何腾兵等，2018);1.5为修正系数，通常表征沉积特征、岩石地质及其他影响。地质累积指数分为7个级别：Igeo<0，表示无污染，污染级别是0级;0≤Igeo<1，表示无污染～中度污染，污染级别是1级;1≤Igeo<2，表示中度污染，污染级别是2级;2≤Igeo<3，表示中度污染～强污染，污染级别是3级;3≤Igeo<4，表示强污染，污染级别是4级;4≤Igeo<5，表示强污染～极强污染，污染级别是5级;Igeo≥5，表示极强污染，污染级别是6级(Müller，1969)。

　　推荐阅读：高原农业是正规期刊吗

转载请注明来自：http://www.qikan2017.com/lunwen/nye/19019.html