天然草場土壤、牧草中重金屬含量對放牧家畜的影響

張靜　李希來　裴海昆

摘要：對青海省3個主要天然放牧草場中土壤、牧草和家畜中汞、砷、鎘、鉛重金屬的累積與遷移規(guī)律進(jìn)行研究。結(jié)果表明，黃南州河南縣和海南州共和縣土壤中汞含量超過限量值，海北州祁連縣土壤中鎘含量超過限量值，其他指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。牦牛肌肉、羊肌肉中鉛含量與飼養(yǎng)環(huán)境中土壤、牧草中鉛含量均無顯著相關(guān)關(guān)系（P>0.05），與飼養(yǎng)環(huán)境牧草中砷、汞含量也無顯著相關(guān)關(guān)系（P>0.05），牦牛肌肉中汞、鎘含量與飼養(yǎng)環(huán)境土壤、牧草中汞、鎘的含量具有顯著相關(guān)關(guān)系（P<0.05），羊肌肉中砷含量與飼養(yǎng)環(huán)境土壤、牧草中砷的含量具有顯著相關(guān)關(guān)系（P<0.05）。從總遷移系數(shù)看，汞的遷移系數(shù)最大，其次為砷。汞、砷向羊肌肉中的遷移系數(shù)大于牦牛肌肉，鎘向牦牛、羊肌肉遷移的系數(shù)最小。

關(guān)鍵詞：放牧家畜；天然草場；土壤重金屬；相關(guān)性

中圖分類號：S852.16+5文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：0439-8114（2012）20-4579-04

畜牧業(yè)是青海國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要資源依托，其質(zhì)量的優(yōu)劣對該地區(qū)的畜牧業(yè)發(fā)展具有極其重要的影響，草場中重金屬含量是衡量畜產(chǎn)品品質(zhì)的重要指標(biāo)[1，2]。青海有機(jī)畜牧業(yè)的發(fā)展與草場土壤、牧草和家畜中的重金屬含量有直接關(guān)系。土壤中的重金屬累積到一定程度就會對土壤-植物-禽畜系統(tǒng)產(chǎn)生毒害[3]，重金屬污染物對人類具有潛在危害，可以通過食物鏈最終危害到人類健康，與大多數(shù)的污染物不同，重金屬的特殊威脅在于它不能被微生物所分解。相反地，生物體可以富集重金屬，并把它轉(zhuǎn)化為毒性更大的金屬有機(jī)化合物。研究表明，汞能沿著食物鏈由植食性動物向肉食性動物進(jìn)行傳遞[4]。由于食物鏈?zhǔn)侵亟饘俑患闹饕緩?，而食物鏈中的重金屬主要來自飼養(yǎng)環(huán)境中的土壤、水，重金屬從土壤向食物鏈遷移的狀況直接影響人類攝取重金屬的水平，最終對人類的健康造成威脅。因此，研究污染性元素的遷移及累積規(guī)律，是環(huán)境科學(xué)的重要任務(wù)之一[5]。一般情況下，土壤中自然存在的汞、砷、鎘、鉛不至危害到人類健康，造成土壤中汞、砷、鎘、鉛富集的原因是人類因素引入的。隨著人類活動，如采礦、草地雜毒草和鼠蟲害的化學(xué)防除、人工草地的建設(shè)以及其他非有機(jī)的干擾活動（如施肥、農(nóng)藥的使用等），對青海草地畜牧業(yè)經(jīng)營干擾程度的加強(qiáng)，草地畜牧業(yè)生產(chǎn)往往會受到重金屬的污染。本試驗(yàn)研究汞、砷、鎘、鉛4種重金屬在“土壤—牧草—家畜”生態(tài)環(huán)境中遷移與累積規(guī)律，為制定放牧家畜無公害牛羊肉生產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范提供科學(xué)參考依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地選擇青海省海南州共和縣江西溝、黃南州河南縣優(yōu)干寧鎮(zhèn)、海北州祁連縣阿柔鄉(xiāng)3個試驗(yàn)區(qū)。試驗(yàn)區(qū)屬高原大陸性氣候。其氣候特點(diǎn)為雨熱同季，干濕季差別明顯；熱量不足，無霜期短，降水變率大，時空分布不均；光照時間長，太陽輻射強(qiáng)；冷季漫長干冷，暖季短促潤涼。海南州共和縣江西溝地處青藏高原北隅，1月均溫-14 ℃，7月均溫18.3 ℃，年降水量300～400 mm，平均海拔3 200 m，一般海拔2 160～5 360 m。黃南州河南縣優(yōu)干寧鎮(zhèn)平均氣溫-0.9～8.5 ℃，年降水量549.4 mm，平均海拔在3 500 m以上。海北州祁連縣位于青海省海北藏族自治州北部，東、北部與甘肅省接壤，地處祁連山南麓中端。年平均氣溫-1.8 ℃，年降水量270～550 mm，一般海拔2 180～5 287 m。

1.2材料

海南州共和縣江西溝、黃南州河南縣優(yōu)干寧鎮(zhèn)、海北州祁連縣阿柔鄉(xiāng)3個試驗(yàn)區(qū)，分別采集土壤樣品、牧草樣品及牦牛肉樣品、羊肉樣品。

1.2.1土壤樣品采集每試驗(yàn)區(qū)選3個樣地在牛羊放牧或采食地按對角線法選擇5個采樣點(diǎn)采集土樣，采樣時去除地表的草根再取土，除去草根、石頭等雜物，在80 ℃烘箱中烘干至恒重，用瑪瑙研缽將其研磨并過100目篩，裝袋備用。

1.2.2牧草樣品采集在土壤樣品的采集點(diǎn)采集1 m2樣方的可食牧草，在65 ℃烘箱中烘干至恒重，粉碎過40目篩，裝袋備用。

1.2.3肉樣采集在試驗(yàn)區(qū)的屠宰期隨機(jī)選擇各10只（頭）體格相近，年齡3～4歲的牦牛，年齡1～2歲的羊，選取肌肉部分采用不銹鋼攪拌機(jī)將其打磨成糊狀，待測。

1.3試驗(yàn)方法

土壤、牦牛肌肉、羊肌肉、牧草樣品中鎘、鉛含量的測定采用石墨爐原子吸收分光光度法[6-8]；土壤、牦牛肌肉、羊肌肉、牧草樣品中汞含量的測定采用冷原子吸收分光光度法[6-8]，土壤樣品采用硫酸-硝酸-高錳酸鉀消解。土壤樣品中砷含量測定采用二乙基二硫代氨基甲酸銀分光光度法[6]，肉、牧草樣品砷含量測定銀鹽法[7，8]。

1.4統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)用SPSS 11.5進(jìn)行LSD檢驗(yàn)及回歸分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同放牧區(qū)土壤、牧草、牛羊肌肉組織中重金屬含量分析

由表1可知，3個不同放牧地區(qū)土壤中汞、砷、鎘、鉛的含量差異顯著（P<0.05），其中黃南州河南縣、海南州共和縣汞的含量超過土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限量值[9]，其含量依次為黃南州河南縣>海南州共和縣>海北州祁連縣；海北州祁連縣鎘的含量超過土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限量值，其含量依次為海北州祁連縣>海南州共和縣>黃南州河南縣；砷和鉛的含量均符合土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求[9]。在研究區(qū)中4種重金屬的污染程度以汞最大，其次是鎘。

黃南州河南縣、海南州共和縣土壤中汞的含量以及海北州祁連縣鎘的含量超過土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限量值，但牧草、牦牛肌肉組織、羊肌肉組織中汞、砷、鎘、鉛含量均不超標(biāo)，符合國家食品衛(wèi)生和飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[7，8]，這可能與草地牧草積累重金屬的能力以及土壤重金屬含量有關(guān)，牧草中重金屬含量隨土壤污染程度加重而增加。試驗(yàn)結(jié)果表明，青海省3個主要放牧區(qū)生產(chǎn)的牛羊肉產(chǎn)品中汞、砷、鎘、鉛重金屬指標(biāo)符合國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[7]。

海南州共和縣、黃南州河南縣的牧草中汞、砷、鎘含量差異不顯著（P>0.05），但兩州牧草中的汞、砷含量極顯著高于海北州祁連縣牧草中的含量（P<0.01），海北州祁連縣牧草中鉛的含量極顯著高于其他兩州（P<0.01）。這可能與土壤環(huán)境中重金屬的含量、存在的形態(tài)以及牧草對不同重金屬的積累能力有關(guān)。植物從土壤中攝取重金屬主要取決于土壤中重金屬的總量、形態(tài)、土壤理化性質(zhì)等，不同的植物從土壤中吸取重金屬的能力不同，同種植物對不同重金屬的積累能力也不同。3個試驗(yàn)區(qū)之間的牦牛肌肉、羊肌肉中，鉛、鎘含量差異不顯著（P>0.05）（羊肌肉中未檢出鎘含量），黃南州河南縣牦牛肌肉中砷、汞含量顯著高于其他兩個地區(qū)，羊肌肉中汞含量差異不顯著（P>0.05）。海北州祁連縣羊肌肉中砷含量差異極顯著低于其他地區(qū)（P<0.01）。

2.2牦牛肌肉、羊肌肉組織中重金屬含量與土壤、牧草中重金屬含量的相關(guān)性

由表2可知，牦牛肌肉中汞、鎘的含量與飼養(yǎng)環(huán)境土壤、牧草中汞、鎘的含量具有顯著的相關(guān)關(guān)系，牦牛肌肉中砷含量與飼養(yǎng)環(huán)境土壤中砷含量有顯著的相關(guān)關(guān)系（R=0.946，P<0.05），但與飼養(yǎng)環(huán)境牧草中砷含量無顯著相關(guān)關(guān)系（R=0.364，P>0.05），牦牛肌肉中鉛含量與飼養(yǎng)環(huán)境土壤、牧草中鉛含量的線性回歸模型方差檢驗(yàn)（土壤：R=0.049，P>0.05；牧草：R=0.520，P>0.05），說明牦牛肌肉中鉛的含量與飼養(yǎng)環(huán)境土壤、牧草中鉛的含量無顯著的相關(guān)關(guān)系，這一研究結(jié)果相同于蔡秋等[10]牛肌肉組織中的鉛含量與土壤環(huán)境、飼料無顯著的相關(guān)關(guān)系。

羊肌肉中砷含量與飼養(yǎng)環(huán)境土壤、牧草中砷含量的線性回歸模型方差檢驗(yàn)（土壤：R=0.806，P<0.05；牧草：R=0.969，P<0.05），說明羊肌肉中砷的含量與飼養(yǎng)環(huán)境土壤、牧草中砷的含量具有顯著的相關(guān)關(guān)系，羊肌肉中汞含量與飼養(yǎng)環(huán)境土壤中汞含量具有顯著的相關(guān)關(guān)系（R=0.684，P<0.05），但與飼養(yǎng)環(huán)境牧草中汞含量無顯著的相關(guān)關(guān)系（R=0.647，P>0.05），羊肌肉中鉛含量與飼養(yǎng)環(huán)境土壤、牧草中鉛含量的線性回歸模型方差檢驗(yàn)（土壤：R=0.037，P>0.05；牧草：R=0.501，P>0.05），說明羊肌肉中鉛的含量與飼養(yǎng)環(huán)境土壤、牧草中鉛的含量無顯著的相關(guān)關(guān)系。

研究區(qū)牧草中重金屬元素向牦牛肌肉、羊肌肉組織遷移的遷移系數(shù)[10]（見表3）。由表3可知，從總的遷移系數(shù)看，汞的遷移系數(shù)最大，其次為砷。汞、砷向羊肌肉的遷移系數(shù)大于牦牛肌肉，鎘向牦牛肌肉、羊肌肉遷移的系數(shù)最小，這可能與不同重金屬在肌肉組織中蓄積的能力不同，不同畜種對重金屬蓄積能力也不同有關(guān)。鎘向肌肉組織的遷移較少[11，12]，這是由于進(jìn)入機(jī)體的鎘首先進(jìn)入肝臟，然后與肝臟的金屬硫蛋白結(jié)合成鎘的金屬硫蛋白復(fù)合物向腎臟轉(zhuǎn)移，通過這種方式將鎘束縛成相對穩(wěn)定的形式，鎘在體內(nèi)的分布主要集中在腎臟[13]。

3討論

不同放牧地區(qū)土壤中汞含量超過土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限量值，海北州祁連縣鎘的含量超過限量值，其他指標(biāo)符合土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。這可能與3個試驗(yàn)區(qū)近年大面積使用化學(xué)藥劑滅雜草滅鼠害以及人工草地、半人工草地施肥造成土壤中重金屬汞、鎘超標(biāo)有關(guān)，另外海北州祁連縣礦藏資源豐富有大量礦場，土壤汞、鎘超標(biāo)可能與采礦有關(guān)。已報(bào)道有機(jī)肥料中的重金屬和過磷酸鈣中的鎘、鉛對土壤有污染[14]，通過肥料、土壤改良劑和大氣沉積進(jìn)入土壤的鎘使土壤的鎘緩慢增加[3]。隨著人類活動，加大了青海草地畜牧業(yè)經(jīng)營干擾程度，草地畜牧業(yè)生產(chǎn)受到重金屬等污染困擾，生產(chǎn)無公害無污染高品質(zhì)具有市場競爭力的畜產(chǎn)品，必須加強(qiáng)草地畜牧業(yè)經(jīng)營管理，降低污染物從家畜飼養(yǎng)環(huán)節(jié)系統(tǒng)向家畜體內(nèi)遷移和蓄積的途徑，控制使用化學(xué)農(nóng)藥、肥料，控制開采礦藏。

牦牛肌肉中汞、鎘含量與飼養(yǎng)環(huán)境土壤，牧草中汞、鎘含量具有顯著相關(guān)關(guān)系；羊肌肉中砷含量與飼養(yǎng)環(huán)境土壤、牧草中砷的含量具有顯著相關(guān)關(guān)系。牦牛肌肉、羊肌肉組織重金屬元素蓄積與天然飼養(yǎng)環(huán)境中的土壤、牧草和飲用水的重金屬含量及污染程度密切相關(guān)，隨飼養(yǎng)環(huán)境的重金屬含量和污染水平的提高，肌肉組織中的重金屬含量顯著增加，但牦牛肌肉、羊肌肉組織的重金屬含量與土壤、牧草中的含量并非呈單純的正比關(guān)系。牦牛肌肉、羊肌肉中鉛的含量與飼養(yǎng)環(huán)境土壤、牧草中鉛的含量無顯著的相關(guān)關(guān)系，這可能與土壤中鉛含量較低，平均值1.27 mg/kg，遠(yuǎn)低于土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)≤35.00 mg/kg有關(guān)。

由于牦牛肌肉組織中汞含量與飼養(yǎng)環(huán)境土壤、牧草汞含量具有顯著正相關(guān)關(guān)系，汞遷移系數(shù)又大，因此當(dāng)環(huán)境受到汞污染，牦牛肉最易被污染，質(zhì)量受到危害，鎘的遷移系數(shù)最小并不意味家畜不易吸收蓄積鎘，只是鎘向肌肉組織中遷移較少，而主要集中在腎臟。

4小結(jié)

試驗(yàn)表明，草地環(huán)境中的重金屬汞、砷、鎘、鉛可能通過食物鏈向牛、羊肌肉組織中遷移，已報(bào)道青海省海北州祁連縣有害金屬元素鎘在牦牛奶中含量超過食品添加劑聯(lián)合專家委員會制定的PTWI 7 μg/kg標(biāo)準(zhǔn)，與草地環(huán)境被污染有關(guān)[15]。盡管試驗(yàn)區(qū)牛、羊肉中4種重金屬含量不超標(biāo)，但人類活動如采礦、農(nóng)藥、化肥、工礦業(yè)廢氣、廢液等都會造成土壤重金屬污染，土壤中的重金屬累積到一定程度就會對土壤-植物-畜禽系統(tǒng)產(chǎn)生毒害，更為嚴(yán)重的是有毒重金屬在土壤系統(tǒng)中的污染過程具有隱蔽性、長期性和不可逆性的特點(diǎn)，一旦發(fā)現(xiàn)土壤遭到重金屬污染，不僅為時已晚，而且治理非常困難，因此草地畜牧業(yè)生產(chǎn)管理中應(yīng)控制大量使用化肥和農(nóng)藥，建議采用生物方法如控制放牧強(qiáng)度，抑制鼠蟲數(shù)量爆發(fā)和毒雜草的蔓延，控制開礦、采礦，同時制定放牧家畜無公害牛、羊肉生產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范。

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