周振民

（華北水利水電學(xué)院，河南鄭州 450045）

生態(tài)環(huán)境污染和糧食安全性風(fēng)險(xiǎn)是生態(tài)系統(tǒng)及其組分所承受的風(fēng)險(xiǎn)中的重要內(nèi)容．它指在一定區(qū)域內(nèi)，具有不確定性的生態(tài)環(huán)境和糧食安全性災(zāi)害、事故及人類行為對(duì)生態(tài)環(huán)境和糧食系統(tǒng)及其組分可能產(chǎn)生的不利作用，包括對(duì)生態(tài)環(huán)境和糧食營(yíng)養(yǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的損害，從而危及人類的安全和健康．因而開展污水灌溉區(qū)糧食安全風(fēng)險(xiǎn)分析具有十分重要的實(shí)用價(jià)值．

筆者選擇河南省開封市污水灌溉區(qū)為實(shí)驗(yàn)區(qū)，開展生態(tài)環(huán)境和糧食安全性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究．污灌實(shí)驗(yàn)區(qū)位于開封市15 km的興隆鄉(xiāng)太平崗村二組，該地區(qū)地勢(shì)平坦，地面比降為1/2 500～1/3 000．土壤為黃河沖積平原土質(zhì)，質(zhì)地為壤土或沙壤土，有機(jī)質(zhì)少，pH 值為 8．45 ～ 8．60，孔隙度為 43．30% ～50．26%，密度為1．32 ～ 1．50 g/cm3．主要作物有水稻、玉米、棉花、花生、大豆等．自然條件在河南省平原區(qū)具有一定的代表性．污水灌溉實(shí)驗(yàn)采用惠濟(jì)河水體污水，主要研究污水灌溉對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境的污染［1］，以及土壤污染引起的糧食安全問題．

1 污灌區(qū)生態(tài)環(huán)境和糧食安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1．1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立原則

評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的合理性及科學(xué)性是決定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的關(guān)鍵［2］．為保證指標(biāo)選擇適當(dāng)，必須遵循以下幾條主要原則．

1）全面性及層次性．目標(biāo)污染物的篩選與評(píng)價(jià)中所涉及的因素是多方面的，既有理化特性，也有環(huán)境毒理方面的因素．因此，建立指標(biāo)體系時(shí)，應(yīng)全面反映各影響因素;同時(shí)，要區(qū)分清楚各指標(biāo)間的關(guān)系，使之具有明確的層次性．

2）代表性．評(píng)價(jià)指標(biāo)要具有一定的代表性，要準(zhǔn)確反映土壤環(huán)境和糧食安全的變化特征．

3）可操作性．污染物的環(huán)境行為大多數(shù)屬于復(fù)合污染，其污染機(jī)制十分復(fù)雜．因此，這里只能考慮單一化學(xué)物質(zhì)篩選，以便有較強(qiáng)的可操作性．

4）簡(jiǎn)潔實(shí)用性．評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇應(yīng)明確反映系統(tǒng)與指標(biāo)之間的相互關(guān)系，確定的指標(biāo)力求簡(jiǎn)潔，含義清晰明確，便于應(yīng)用操作，具有實(shí)用性．

5）科學(xué)性．指標(biāo)體系的選擇涉及到生態(tài)環(huán)境和糧食安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、環(huán)境化學(xué)及環(huán)境生物等諸多學(xué)科領(lǐng)域，因此，要廣泛征求相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域有關(guān)專家的意見，反復(fù)斟酌、論證及比選，以求獲得較為理想的評(píng)價(jià)結(jié)果．

6）定性與定量相結(jié)合．污灌區(qū)生態(tài)環(huán)境和糧食安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)盡可能選擇定量化的指標(biāo)，對(duì)于難以量化的也不能忽略，應(yīng)定性描述．

1．2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立

這里以污灌區(qū)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀為基準(zhǔn)，灌溉水標(biāo)準(zhǔn)采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）．土壤標(biāo)準(zhǔn)采用《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995），參考河南省主要元素的土壤環(huán)境背景值，將開封市污灌區(qū)土壤生態(tài)環(huán)境污染和糧食安全風(fēng)險(xiǎn)劃分為5個(gè)等級(jí)：極?。á瘢⑿。á颍?、中等（Ⅲ）、大（Ⅳ）、極大（Ⅴ），不同級(jí)別重金屬元素含量范圍見表1．根據(jù)《中國(guó)藥典》（2005年版）、《藥用植物及制劑外經(jīng)貿(mào)綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》、《國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和保?。üδ埽┦称吠ㄓ脴?biāo)準(zhǔn)》（GB 16740—1997），將小麥污染風(fēng)險(xiǎn)分為5個(gè)等級(jí)［3］：保健、無公害、食品限值、藥材標(biāo)準(zhǔn)、重污染，即極?。á瘢?、小（Ⅱ）、中等（Ⅲ）、大（Ⅳ）、極大（Ⅴ）．經(jīng)過分析，建立了土壤受重金屬污染條件下的糧食安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見表1．

表1 污灌區(qū)土壤生態(tài)環(huán)境污染和糧食安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2 污灌區(qū)生態(tài)環(huán)境和糧食安全性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

自20世紀(jì)70年代以來，基于重金屬總量的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法中常用且具有代表性的主要有：內(nèi)梅羅指數(shù)法、沉積物富集系數(shù)法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法等．這些評(píng)價(jià)方法各具特色，適用范圍不一．這里選擇內(nèi)梅羅指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)污水灌溉區(qū)小麥安全性風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)［4］．

2．1 內(nèi)梅羅指數(shù)法

內(nèi)梅羅指數(shù)是一種兼顧極值或稱突出最大值的計(jì)權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)．該方法特別考慮了污染最嚴(yán)重的因子，它在加權(quán)過程中避免了權(quán)系數(shù)中主觀因素的影響．內(nèi)梅羅指數(shù)的計(jì)算公式為［5］：

式中：Ii為環(huán)境中第i種污染物的分指數(shù);Ci為環(huán)境中第i種污染物的濃度;Si為環(huán)境中第i種污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［6］;I為綜合污染指數(shù);Imax為各單因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)中最大者;Iave為各單因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)中的平均值．

一般來說，I＞1，說明環(huán)境質(zhì)量已不能滿足評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的要求，即存在風(fēng)險(xiǎn);I=1，說明環(huán)境質(zhì)量處于臨界狀態(tài);I＜1，說明環(huán)境質(zhì)量較評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的要求好，即生態(tài)環(huán)境不存在風(fēng)險(xiǎn)．

2．2 潛在生態(tài)危害指數(shù)法

潛在生態(tài)危害指數(shù)法是瑞典科學(xué)家Hakanson根據(jù)重金屬性質(zhì)及環(huán)境行為特點(diǎn)，從沉積學(xué)角度提出來的對(duì)土壤或沉積物中重金屬污染進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法．該方法不僅考慮土壤重金屬含量，而且將重金屬的生態(tài)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)與毒理學(xué)聯(lián)系在一起，采用具有可比的等價(jià)屬性指數(shù)分級(jí)法進(jìn)行評(píng)價(jià)．潛在生態(tài)危害指數(shù)涉及到單項(xiàng)污染系數(shù)、重金屬毒性響應(yīng)系數(shù)以及潛在生態(tài)危害單項(xiàng)系數(shù)［7］．

表2 重金屬污染的土壤參比值和毒性響應(yīng)系數(shù)

表3 和RI的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表3 和RI的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

生態(tài)危害系數(shù) 生態(tài)危害程度Ei f＜40或RI＜150輕微40≤Eif＜80或150≤RI＜300 中等80≤Eif＜160或300≤RI＜600 較強(qiáng)160≤Eif＜320 或 RI≥600 強(qiáng)Ei f≥320極強(qiáng)

3 評(píng)價(jià)結(jié)果

3．1 生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)

潛在生態(tài)危害指數(shù)法以濃度、數(shù)量、毒性和敏感性4個(gè)前提條件為基礎(chǔ)，其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)計(jì)算結(jié)果見表4．由表4可知，土壤受Cr和Pb污染程度較輕，處于低潛在風(fēng)險(xiǎn)，這是由于土壤中含量較高的重金屬元素Cr的毒性響應(yīng)參數(shù)較低，Pb的含量和毒性響應(yīng)參數(shù)都較低;雖然Cd含量低，但毒性較高，且易遷移，從而使得其潛在生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)較高;As含量較高且毒性較大，易遷移，從而使得其潛在生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)較高;樣品6和樣品8的Cd污染程度較高，毒性響應(yīng)參數(shù)也較高，故其潛在生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)較高，土壤潛在生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的計(jì)算結(jié)果很高，潛在危害程度極強(qiáng)［9］．

表4 開封市污灌區(qū)土壤重金屬潛在生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

3．2 小麥籽粒重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

應(yīng)用內(nèi)梅羅指數(shù)法對(duì)開封市污灌區(qū)小麥籽粒重金屬污染安全性風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)．由于農(nóng)作物籽粒重金屬含量直接關(guān)系到農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量問題，因此，將小麥籽粒中的重金屬含量與農(nóng)作物的食品衛(wèi)生限量標(biāo)準(zhǔn)相比較，對(duì)小麥進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，計(jì)算結(jié)果見表5．從表5可以看出，小麥籽粒受Pb污染最為嚴(yán)重，污染指數(shù)大于1的樣點(diǎn)數(shù)占樣點(diǎn)總數(shù)的80%;Cd，Cr，As污染次之，污染指數(shù)大于1的樣點(diǎn)數(shù)分別占樣點(diǎn)總數(shù)的70%，50%，10%．這說明由于該污灌區(qū)長(zhǎng)期利用污水灌溉已經(jīng)導(dǎo)致重金屬在小麥籽粒中產(chǎn)生了不同程度的積累．除元素Cd在小麥籽粒和土壤中的污染程度一致外，其他元素在小麥籽粒種子和土壤中的污染程度均表現(xiàn)出一定的差異［10］．這主要是由于各采樣點(diǎn)土壤理化性質(zhì)和重金屬的種類、濃度以及存在形態(tài)等的差異而造成的．這也表明了重金屬在土壤—小麥系統(tǒng)中遷移的復(fù)雜性．

表5 開封市污灌區(qū)小麥籽粒重金屬污染指數(shù)

從表5還可以看出，10個(gè)小麥籽粒樣品中以樣品10受重金屬污染最嚴(yán)重，其綜合污染指數(shù)達(dá)4．70;樣品1受重金屬污染次之，其綜合污染指數(shù)達(dá)4．14;樣品6受重金屬污染較輕，綜合污染指數(shù)小于1，為0．82．各采樣點(diǎn)籽粒和土壤污染程度的差異性表明，即使對(duì)于同一植物，影響重金屬元素遷移的因素仍然是比較復(fù)雜的．

4 結(jié)語

評(píng)價(jià)結(jié)果表明，開封市污灌區(qū)土壤和小麥中均發(fā)生了重金屬污染．土壤樣本8的污染風(fēng)險(xiǎn)最高，受Cd污染最嚴(yán)重，As污染次之，Cr，Pb污染程度較輕，處于低潛在風(fēng)險(xiǎn)，但它們?cè)谕寥乐械暮坑械囊呀咏鼑?guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值．小麥籽粒受Pb污染最嚴(yán)重，Cd，Cr，As污染次之．但小麥籽粒樣品以樣品10的污染風(fēng)險(xiǎn)最為嚴(yán)重．這種小麥籽粒和土壤污染風(fēng)險(xiǎn)的差異性表明，即使對(duì)于同一植物，影響重金屬元素遷移的因素仍然是比較復(fù)雜的，有待進(jìn)一步研究．

開封市污灌區(qū)長(zhǎng)期利用污水灌溉，已經(jīng)導(dǎo)致重金屬在小麥籽粒中發(fā)生不同程度的積累，重金屬在土壤—小麥系統(tǒng)中的積累將最終通過能量流動(dòng)所遵循的十分之一定律危害人類健康，因此，重金屬在土壤—小麥系統(tǒng)中的積累不容忽視．

［1］周振民．污水資源化與污水灌溉技術(shù)研究［M］．鄭州：黃河水利出版社，2006．

［2］王慎強(qiáng)．我國(guó)土壤環(huán)境保護(hù)研究的回顧與展望［J］．土壤，1999（5）：255－260．

［3］張學(xué)詢，吳燕玉，陳濤，等．張士灌渠鎘、鉛等重金屬遷移分布規(guī)律及其治理途徑［J］．環(huán)境學(xué)，1982，3（6）：7－10．

［4］中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站．中國(guó)土壤元素背景值［M］．北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1990．

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