猪粪源有机肥不同施用量下土壤和蔬菜中重金属的累积及风险评价

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为探讨有机肥不同处理量下土壤-蔬菜系统中重金属的累积及其生态风险,本文通过对上海崇明区的不同种类蔬菜进行样品采集,并在当地生产合作社内进行田间试验,以叶菜类、茄果类、豆科类为蔬菜种植类型,设置了猪粪源有机肥不同用量处理(CK,0?t hm-2;T1,20 t?hm-2;T2,40 t?hm-2;T3,60 t?hm-2;T4,80 t?hm-2),在各茬蔬菜种植前施用,每茬蔬菜收获后进行土壤和蔬菜样品的同步采集,测定Cu、Pb、Cd、As含量;此外,通过污染指数等评价方法来评析多茬不同量有机肥施用,对土壤和蔬菜中重金属含量的影响,并对蔬菜摄入的重金属健康风险进行评价。主要结论如下:(1)上海市崇明地产蔬菜Pb、Cd含量均低于食品污染物限量标准,在叶菜类、根茎类、茄果类和瓜类四类蔬菜中重金属含量最高的是叶菜类,叶菜类蔬菜中Pb、Cd含量在不同季节和地域存在一定的差异。崇明地区蔬菜重金属污染评价结果为优良,蔬菜中重金属的健康风险评价结果表明,4类蔬菜中成人和儿童的Pb和Cd的HQ蔬菜值均小于1,无明显健康风险。叶菜类、茄果类和根茎类蔬菜Cd的HQ蔬菜值明显大于Pb,儿童的HQ蔬菜值Pb和Cd大于成人。(2)有机肥不同施用量的田间试验处理下,经过多茬连续施用后,土壤中Cu、Pb、Cd、As含量均符合绿色食品土壤环境质量标准。随着施肥量的不同,种植4茬叶菜的不同处理量土壤中Cu、Cd、As含量有增加趋势,Pb含量无明显增加;种植三茬茄果类蔬菜的土壤中Cu、Pb、Cd、As总含量无明显增加趋势;种植两茬豆科类蔬菜,有机肥处理T4下土壤Cu含量显著高于空白处理,Pb、Cd、As含量无明显差异。(3)4茬叶菜类田间试验下,每茬土壤中醋酸交换态Cu、Pb、Cd、As含量随着种植茬数和施肥量增加总体呈现增加的趋势。经过4茬种植,叶菜土壤形态分析结果表明:Cu的形态含量高低依次为残渣态、可还原态和可氧化态;Pb形态依次为可还原态、残渣态、可氧化态;Cd的醋酸提取态浓度比例占总量的50%以上;As的形态主要为残渣态,醋酸提取态所占全量的比例不足1%,随着施肥量的增大,醋酸提取态浓度呈现不断增加的趋势,有可能会增加蔬菜对土壤中可吸收态As的风险。(4)有机肥不同施用量处理下,叶菜类、茄果类和豆科类蔬菜中Pb、Cd和As含量均符合食品污染物限量标准值;第四茬有机肥不同施用量处理下的叶菜类蔬菜中的Cu含量较高,总体呈现同步累积的趋势。3大类蔬菜的Cu、Pb、Cd、As生物富集系数均小于1;蔬菜种类对重金属的富集能力表现为,叶菜类对重金属的富集能力明显高于茄果类和豆科类,叶菜类蔬菜空心菜对重金属的富集能力显著高于青菜。(5)在叶菜类蔬菜-土壤系统中,土壤的总Cu和醋酸提取态Cu之间相关性不显著,二者分别与叶菜类蔬菜Cu之间存在极显著正相关关系;Pb在蔬菜与土壤中有显著正相关关系;蔬菜中的Cd含量与土壤Cd总量呈显著负相关性;As在该系统内均未存在显著相关性。在茄果类蔬菜-土壤系统内,Pb和As均未存在显著相关性;Cd在茄果类蔬菜和土壤中的含量之间存在极显著正相关关系。在豆科类蔬菜-土壤系统中,Cu、Pb、Cd、As含量在土壤和蔬菜中均不存在显著相关关系,在蔬菜中均呈极显著正相关性。Cu、Pb、Cd、As在土壤-蔬菜系统中迁移、累积较为复杂性,其具体迁移机制仍需进一步探索分析。(6)依据绿色食品土壤环境质量标准,2-4茬蔬菜连作后,不同施用量有机肥处理下土壤中Cu、Pb、Cd、As含量总体在安全范围之内。依据上海市农田土壤环境化学背景值,田间试验土壤中单因子污染指数最大的是Cd,不同有机肥施用量处理下存在部分累积现象;地质累积指数结果表明,三大类蔬菜土壤中的Cu、Pb、Cd、As的地质累积指数均小于0,均表现为无污染。此外,对土壤潜在生态危害进行评价,综合潜在生态风险轻微;不同有机肥施用量处理下,3大类蔬菜土壤中Cu、Pb、As存在轻微潜在生态风险;有机肥高用量处理下叶菜类、豆科类土壤中Cd存在中等潜在生态风险;建议在蔬菜种植过程中监测土壤中Cd的含量变化,以预测土壤中Cd的潜在生态风险。(7)根据食品中污染物限量标准,不同有机肥施用量下,2-4茬叶菜类、茄果类和豆科类蔬菜中Pb、Cd、As的含量特征表明,单因子污染指数均小于1,结果均为优良;蔬菜重金属的暴露风险指数表明,摄入等量蔬菜,HQ蔬菜值均小于1,无明显健康生态风险,儿童蔬菜摄入带来重金属的HQ蔬菜值大于成人。
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