長(zhǎng)春市西郊保護(hù)地土壤－作物系統(tǒng)鉻、汞的形態(tài)研究

丁 鵬，趙薈薇，蘇慧杰，唐艷茹

由于各種環(huán)境與人為因素的存在，土壤遭受了不同程度的重金屬污染，農(nóng)作物也不可避免地受到嚴(yán)重的污染［1－3］。土壤－農(nóng)作物系統(tǒng)中，重金屬殘留時(shí)間長(zhǎng)，隱蔽性強(qiáng)，通過在作物體內(nèi)富集而進(jìn)入食物鏈，在人體的某些器官中積蓄起來造成慢性中毒，嚴(yán)重危害人體健康［4－5］。重金屬引起的土壤及農(nóng)作物污染問題，近年來引起國(guó)內(nèi)的極大關(guān)注［6－8］。作為城鄉(xiāng)結(jié)合部的城市郊區(qū)，往往是供應(yīng)城市農(nóng)副產(chǎn)品的生產(chǎn)基地，市郊更與人們的菜籃子密不可分［9－10］，重金屬污染問題尤其受到人們重視。

重金屬鉻是一種毒性很大的重金屬，容易進(jìn)入人體細(xì)胞，對(duì)肝、腎等內(nèi)臟器官和DNA造成損傷，在人體內(nèi)蓄積具有致癌性并可能誘發(fā)基因突變［11］;重金屬汞對(duì)人體健康危害極大，直接導(dǎo)致心臟、甲狀腺、肝、腎等發(fā)生病變，甚至導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)紊亂［12］。隨著生活水平的提高，人們對(duì)郊區(qū)農(nóng)作物產(chǎn)品質(zhì)量有了更高的期望［13］，因此本文研究了長(zhǎng)春市郊區(qū)保護(hù)地土壤及農(nóng)作物受重金屬鉻和汞污染的狀況，對(duì)本市人民身體健康具有現(xiàn)實(shí)意義，為防治土壤－作物系統(tǒng)重金屬污染提供了依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品的采集與處理

供試樣品取自長(zhǎng)春市西郊保護(hù)地，選取肥力分布均勻的土地，用蛇形法布設(shè)10個(gè)采樣點(diǎn)，土壤采集深度為20cm(耕作層深度)，混勻，自然風(fēng)干，瑪瑙缽中細(xì)磨，過100目篩，用四分法棄去多余部分，裝入具磨口的廣口瓶，備用。

1.2 農(nóng)作物樣品的采集與處理

蔬菜樣品白菜、菠菜、油麥菜、小油菜、地瓜、土豆等采自長(zhǎng)春市某蔬菜市場(chǎng)，取可食部位用自來水將依附于表面的塵土等附著物沖洗掉，再用去離子水漂洗。培養(yǎng)皿中，在80～90℃殺青30min后，在65℃的烤箱中烘至恒重。將烘干樣用不銹鋼的高速粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 樣品前處理

土壤pH值的確定用酸度計(jì)，水土比為2.5∶1。土壤與蔬菜樣品采用氫氟酸－高氯酸－硝酸消解法［14］，消解時(shí)做空白樣。土壤中重金屬Hg經(jīng)消解后采用雙硫腙比色法測(cè)定［15］，Cr經(jīng)消解后用二苯碳酞二肼(簡(jiǎn)稱DPC)比色法測(cè)定［16］。

1.4 土壤中重金屬的形態(tài)分析

采用BCR法［17］，將重金屬的形態(tài)分為4種，即酸可提取態(tài)、氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)。提取劑依次為冰醋酸、氯化銨、醋酸鈉、鹽酸與硝酸。

1.5 農(nóng)作物中重金屬形態(tài)分析

將重金屬的形態(tài)分為:乙醇提取態(tài)、去離子水提取態(tài)、氯化鈉提取態(tài)、鹽酸提取態(tài)、殘留態(tài)，提取劑分別為乙醇、去離子水、氯化鈉溶液、鹽酸。

1.6 評(píng)價(jià)方法

(1)單因子污染指數(shù)法

式中:Pi為污染物i的單項(xiàng)污染指數(shù)Ci;為污染物i的實(shí)測(cè)濃度;Si為污染物i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

(2)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法

式中:Psum為綜合污染指數(shù);為污染物中污染指數(shù)最大值;為污染物中污染指數(shù)平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤中重金屬Cr、Hg的含量及形態(tài)分布

表1 土壤重金屬Cr、Hg的含量

采用酸度計(jì)測(cè)定土壤樣品的pH值為7.11;此條件下，測(cè)定結(jié)果見表1，土壤重金屬Cr、Hg的含量分別為0.4212 mg·kg－1和54.6625 mg·kg－1;由單因子污染指數(shù)法計(jì)算重金屬 Cr、Hg的單因子污染指數(shù)分別為0.8424和0.2733。由內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法得到土壤中重金屬Cr和Hg的綜合污染指數(shù)為0.7144。這兩種金屬都未超過GB15618－1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值，表明土壤未受污染，土壤狀況良好。

表2 土壤中重金屬Cr、Hg的形態(tài)分布

土壤中重金屬的形態(tài)分析數(shù)據(jù)見表2，發(fā)現(xiàn)土壤中重金屬Cr的存在形態(tài)主要是殘?jiān)鼞B(tài)，各種形態(tài)順序?yàn)?殘?jiān)鼞B(tài)＞有機(jī)結(jié)合態(tài)＞氧化物結(jié)合態(tài)＞酸可提取態(tài);土壤中重金屬Hg的存在形態(tài)主要是氧化物結(jié)合態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)，約占75%左右，而酸可提取態(tài)含量甚微。

2.2 農(nóng)作物中重金屬Cr、Hg的含量及形態(tài)分布

表3 農(nóng)作物中重金屬Cr、Hg的濃度 mg·kg－1(鮮重)

表3列出了常見6種蔬菜作物中鉻、汞的含量以及其單項(xiàng)污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)。6種農(nóng)作物樣品重金屬Cr、Hg的含量均未超標(biāo)，單項(xiàng)污染指數(shù)都小于1;內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)都小于1，表明蔬菜中重金屬含量都在安全范圍內(nèi)，未受污染。根據(jù)綜合污染指數(shù)比較，可以判斷菠菜和油麥菜對(duì)重金屬Cr、Hg的富集能力比其它四種作物樣品強(qiáng)，白菜中重金屬Cr、Hg的含量較其它農(nóng)作物樣品中重金屬含量少?？傮w來講，葉類作物比塊莖類作物重金屬含量大，富集能力較強(qiáng)。

表4 農(nóng)作物中重金屬Cr、Hg的形態(tài)分布 mg·kg－1(鮮重)

表4列出了6種蔬菜中鉻、汞的不同形態(tài)含量。6種蔬菜中，重金屬Cr的存在形態(tài)以殘?jiān)鼞B(tài)為主，其次是乙醇提取態(tài)、氯化鈉提取態(tài)、鹽酸提取態(tài)、去離子水提取態(tài)。Hg的形態(tài)以乙醇提取態(tài)為主，相同蔬菜中不同重金屬的存在形態(tài)不同，不同蔬菜中同一種重金屬的存在形態(tài)也不同。

2.3 污染評(píng)價(jià)

按中國(guó)綠色食品發(fā)展中心推薦的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行土壤污染分級(jí)見表5。由表1和表5對(duì)比可知，土壤及農(nóng)作物中重金屬Cr、Hg的單項(xiàng)污染指數(shù)都小于1，表明土壤及農(nóng)作物均未受到污染，其中重金屬汞的單項(xiàng)污染指數(shù)即將接近于1，要預(yù)防土壤在以后的生產(chǎn)中受到汞污染;表3也表明蔬菜對(duì)鉻富集能力稍強(qiáng)。通過對(duì)表3和表5分析可知，土壤Cr、Hg的綜合污染指數(shù)0.7＜Psum≤1，污染等級(jí)為警戒級(jí)，調(diào)查土壤處于尚清潔狀態(tài);6種作物Cr、Hg的綜合污染指數(shù)都小于1，其中菠菜的綜合污染指數(shù)較其它蔬菜的綜合污染指數(shù)大，接近于1。應(yīng)采取一些措施避免土壤及菠菜在以后的生產(chǎn)中受到重金屬的污染。

表5 土壤污染分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)論

(1)長(zhǎng)春市西郊保護(hù)地土壤單因子污染指數(shù)低于1，但綜合污染指數(shù)為0.7＜P綜≤1，說明土壤處于尚清潔水平，但達(dá)到了警戒級(jí)污染。(2)所產(chǎn)的6種蔬菜重金屬含量均未超標(biāo)，但菠菜的綜合污染指數(shù)接近于1，即將達(dá)到輕度污染，在以后的生產(chǎn)中要采取防治措施以免土壤及蔬菜受到污染。其它幾種蔬菜都處于安全水平。(3)總體來講，葉菜類蔬菜重金屬的含量大于根莖類重金屬的含量，同一種蔬菜對(duì)不同重金屬的富集能力不同，不同種蔬菜對(duì)同一種重金屬的富集能力不同。(4)重金屬Cr在土壤中的存在形態(tài)主要以殘?jiān)鼞B(tài)為主，而Hg在土壤中主要以氧化物結(jié)合態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)為主。

［1］董彬.中國(guó)土壤重金屬污染修復(fù)研究展望［J］.生態(tài)科學(xué)，2012，31(6):683－687.

［2］王輝，王宜娟，黎星輝，等.洛陽市蔬菜基地土壤重金屬含量對(duì)蔬菜安全性的影響［J］.食品科學(xué)，2010，31(21):369－372.

［3］徐宏林，祝莉玲，楊軍，等.嘉魚蔬菜基地土壤重金屬污染狀況調(diào)查與評(píng)價(jià)［J］.湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，50(7):1347－1349.

［4］龍新憲，肖娥，倪吾鐘.重金屬污染植物修復(fù)研究的現(xiàn)狀與展望［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，13(6):757－762.

［5］周建利，陳同斌.我國(guó)城郊菜地土壤和蔬菜重金屬污染研究現(xiàn)狀與展望［J］.湖北農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，22(5):476－479.

［6］許煉烽.城市蔬菜的重金屬污染及其對(duì)策［J］.生態(tài)科學(xué)，2000，19(1):80－85.

［7］李海華，劉建武，李樹人，等.土壤植物系統(tǒng)中重金屬污染及作物富集研究進(jìn)展［J］.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，34(1):30－34.

［8］朱美英，羅運(yùn)闊，趙曉敏，等.南昌市近郊蔬菜基地土壤和蔬菜中重金屬污染狀況調(diào)查和評(píng)價(jià)［J］.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，27(5):781－784.

［9］房世波，潘劍君，楊武年，等.南京市土壤重金屬污染調(diào)查評(píng)價(jià)［J］.城市環(huán)境與城市生態(tài)，2003，16(4):4－6.

［10］魏秀國(guó)，何江華，陳俊堅(jiān)，等.廣州市蔬菜地土壤重金屬污染狀況調(diào)查及評(píng)價(jià)［J］.土壤與環(huán)境，2002，11(3):252－254.

［11］張峰，馬烈，張芝蘭，等.化學(xué)還原法在Cr污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用［J］.化工環(huán)保，2012，32(5):419－424.

［12］劉芳，王書肖，吳清茹，等.大型煉鋅廠周邊土壤及蔬菜的汞污染評(píng)價(jià)及來源分析［J］，環(huán)境科學(xué)，2013，34(2):712－717.

［13］佟洪金，涂仕華，趙秀蘭.彭州市蔬菜基地土壤中重金屬污染評(píng)價(jià)［J］.西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2003，16:122－126.

［14］陳山.土壤重金屬測(cè)定的前處理方法的改進(jìn)［J］.北方環(huán)境，2012，23(12):155－156.

［15］崔梅.雙硫腙比色法測(cè)定汞［J］.北方環(huán)境，2011，23(9):199－210.

［16］左銀虎.離子液體萃取二苯碳酰二肼分光光度法測(cè)定水中的Cr(Ⅵ)［J］.光譜實(shí)驗(yàn)室，2011，28(6):3004－3007.

［17］王友保，張莉，等.銅尾礦庫區(qū)土壤與植物中重金屬形態(tài)分析［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，16(12):2418－2422.