鄱陽(yáng)湖入湖河口土壤重金屬污染評(píng)價(jià)及藜蒿食用安全分析

宋鵬飛，曾雪真，倪才英，2* ，趙思穎

(1．江西師范大學(xué) 地理與環(huán)境學(xué)院，江西 南昌 330022;2．江西師范大學(xué) 鄱陽(yáng)湖濕地與流域研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330022)

鄱陽(yáng)湖是我國(guó)最大的季節(jié)性淡水湖，位于長(zhǎng)江中下游南岸，江西省北部，全湖面積3．6×103km2，流域面積1．6×105km2，吸納了江西全省流域面積97%的江河水。充沛的水量使得鄱陽(yáng)湖成為世界重要的生態(tài)濕地，在生物多樣性保護(hù)中具有重要的地位，因而被列為中國(guó)生物多樣性保護(hù)的關(guān)鍵區(qū)域。

近年來(lái)，隨著鄱陽(yáng)湖周邊地區(qū)工業(yè)化和城市化的發(fā)展以及礦山開發(fā)，鄱陽(yáng)湖的水土環(huán)境也受到了不同程度的污染，其中尤以五河口重金屬污染較為嚴(yán)重［1］。當(dāng)前有關(guān)鄱陽(yáng)湖區(qū)域的重金屬污染研究主要集中在重金屬污染的監(jiān)測(cè)及生態(tài)評(píng)價(jià)等方面，如胡春華［2］等對(duì)鄱陽(yáng)湖流域溶解態(tài)重金屬行為特征及健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)Cu、Pb、Zn等化學(xué)非致癌物引起的健康危害的個(gè)人年均風(fēng)險(xiǎn)值遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)值，而化學(xué)致癌物Cr的健康危害的風(fēng)險(xiǎn)值超出可接受水平5～6個(gè)數(shù)量級(jí);李鳴［3］等對(duì)鄱陽(yáng)湖五河入湖口重金屬污染的分析評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)五大河口均受到重金屬的嚴(yán)重污染尤其是Cu的污染，Cu單因子污染指數(shù)在饒河入湖口和樂(lè)安河口分別高達(dá)31．75，27．69;張杰［4］等對(duì)鄱陽(yáng)湖主要入湖口重金屬的分布及潛在進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，表明Cu、Pb、Cd、Zn這4種重金屬含量均超過(guò)鄱陽(yáng)湖相應(yīng)背景值且呈積累富集的趨勢(shì)，其中信江入湖口、饒河入湖口以及三江口已受到重金屬的嚴(yán)重污染，潛在生態(tài)危害均為中等，而污染最輕的區(qū)域?yàn)槟现骱^(qū)。

藜蒿(Artemisia selengensis)是一種半野生傳統(tǒng)特產(chǎn)蔬菜，別名蘆蒿、蔞蒿等，為菊科蒿屬多年生草本植物。藜蒿是鄱陽(yáng)湖區(qū)特色野生食用植物，深受廣大消費(fèi)者喜愛。研究表明藜蒿含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，蛋白質(zhì)含量高，礦物質(zhì)及微量元素組成豐富，含有多種維生素和膳食纖維，并且具有保健藥理作用［5］。祝云龍［6］對(duì)大通湖及東洞庭湖藜蒿和蓮藕中重金屬元素的含量特征，發(fā)現(xiàn)藜蒿重金屬Cu、Pb、Hg、As的富集能力比蓮藕強(qiáng)。潘靜嫻［7］等在藜蒿大量上市期間對(duì)藜蒿進(jìn)行了取樣分析，發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地、市場(chǎng)和品種的蔞蒿食用部位均出現(xiàn)Cd的富集，并且采用土壤試驗(yàn)的方法進(jìn)一步證明了藜蒿是一種Cd、Zn的超量富集植物。

以上研究表明，黎蒿是重金屬富集植物，鄱陽(yáng)湖黎蒿的重金屬富集情況及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)如何，暫無(wú)文獻(xiàn)系統(tǒng)報(bào)道。為此，本文以鄱陽(yáng)湖5條主要入湖河口(撫河河口因未找到大片生長(zhǎng)的黎蒿，故未采集)的藜蒿及其生長(zhǎng)土壤為研究對(duì)象，通過(guò)采樣分析，揭示鄱陽(yáng)湖濕地土壤重金屬污染及黎蒿的食用安全情況，為廣大湖區(qū)黎蒿愛好者及政府管理部門提供參考。

1 材料與方法

1．1 樣品采集

藜蒿和土壤樣品于2013年3月采得，分別取自贛江口附近(新建朱港)、信江口附近(余干瑞洪)、饒河口附近(鄱陽(yáng)龍口)及修水口附近(吳城大湖池)(圖1)。在采樣點(diǎn)采集生長(zhǎng)集中連片、長(zhǎng)勢(shì)良好藜蒿根系及莖葉樣品，同時(shí)采集其生長(zhǎng)土壤0～20 cm的土樣，分別裝入干凈的標(biāo)好標(biāo)簽的聚乙烯塑料袋。將樣品標(biāo)號(hào)帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。

1．2 樣品處理

1．2．1 土壤樣品的處理 將采集的土壤樣品除去沙石等雜質(zhì)后，在實(shí)驗(yàn)室里自然風(fēng)干。用瑪瑙研缽研磨過(guò)100目尼龍篩，分別裝入干凈的標(biāo)好標(biāo)簽的聚乙烯塑料袋，并各取50 g裝入標(biāo)好標(biāo)簽的信封，置于烘箱內(nèi)恒溫65℃烘烤12 h，取出并干燥保存。

1．2．2 植物樣品的處理 采集的藜蒿樣品先用自來(lái)水將表面的泥土等污物沖洗干凈，而后再用二次蒸餾水沖洗3遍，瀝去水分。藜蒿分地下部(根)和地上部(莖葉)，至于烘箱內(nèi)恒溫80℃烘干。將烘干后的藜蒿用瑪瑙研缽磨碎，過(guò)100目尼龍篩分別裝入標(biāo)好標(biāo)簽的信封，干燥保存。

1．2．3 測(cè)試項(xiàng)目與方法 經(jīng)過(guò)預(yù)處理的樣品待測(cè)溶液，按照 GB5009．15-1996［8］中規(guī)定，其中植物樣品采用濕式消解法:每個(gè)樣品用分析天平稱取1 g(精確到0．0001 g)，用10 mL的濃硝酸，浸泡一整夜，然后加熱到澄清，再加10 mL濃硝酸，加熱到澄清，最后加3 mL高氯酸，加熱到澄清。然后將消解液移至50 mL容量瓶中定容;土壤樣品采樣壓力消解罐消解法［9］:稱取 0．5 g(精確到0．000 1 g)干樣于聚四氟乙烯內(nèi)罐，加濃硝酸3 mL浸泡過(guò)夜。蓋好內(nèi)蓋，旋緊不銹鋼外套，放入恒溫干燥箱，260～280℃保持4～5 h，在箱內(nèi)自然冷卻至室溫，用滴管將消化液洗入或過(guò)濾入(視消化后試樣的鹽分而定)50 mL容量瓶中，用水少量多次洗滌罐，洗液合并于容量瓶中并用超純水定容至刻度，混勻備用;同時(shí)作空白樣參照。采用石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定樣品中重金屬元素含量。

土壤樣品采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定有機(jī)質(zhì)含量，用電位法測(cè)定土壤pH值。

圖1 采樣點(diǎn)分布圖Fig．1 The distributionmap of sampling points

2 結(jié)果與討論

2．1 土壤重金屬污染狀況

土壤樣品指標(biāo)測(cè)定結(jié)果如表1所示，與1990年發(fā)布的中國(guó)土壤(A層)元素背景平均值及《鄱陽(yáng)湖研究》(1988年)中公布的鄱陽(yáng)湖重金屬元素背景值［10］(表2)比較發(fā)現(xiàn):土壤樣品中的Cu、Pb、Cd含量均高于全國(guó)平均水平和當(dāng)?shù)乇尘爸?，其中朱港Pb含量最高，是全國(guó)平均水平的4．74倍，當(dāng)?shù)乇尘爸档?．31倍;龍口的Cu和Cd含量最高，Cu是全國(guó)平均水平的9．45倍，當(dāng)?shù)乇尘爸档?7．96倍;Cd是全國(guó)平均水平的26．02倍，是當(dāng)?shù)乇尘爸档?．57倍。

表1 各樣品土壤有機(jī)質(zhì)、pH值及重金屬含量Tab．1 Soil organicmatter，pH value and heavy metal content of samp les

表2 全國(guó)潮土及區(qū)域土壤重金屬背景值Tab．2 Background values of heavy mental in national alluvial soil and regional soil

2．2 土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

采用污染指數(shù)評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)鄱陽(yáng)湖區(qū)濕地土壤的重金屬污染程度，單因子污染指數(shù)能分別反映各個(gè)污染物的污染程度;為了更加全面、綜合地反映土壤污染的狀況，使用污染綜合指數(shù)法即Nemerow污染指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，以全面反映土壤的環(huán)境質(zhì)量。同時(shí)，采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)土壤環(huán)境質(zhì)量，以期在明確土壤重金屬污染現(xiàn)狀的前提下，揭示其潛在的環(huán)境危害和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

2．2．1 重金屬污染評(píng)價(jià) 土壤中重金屬污染的評(píng)價(jià)方法采用單因子評(píng)價(jià)指數(shù)法，多因子綜合污染指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中，單因子評(píng)價(jià)指數(shù)公式為:

式中:Pi為土壤重金屬元素i的污染指數(shù);Ci為土壤重金屬元素i的實(shí)測(cè)濃度;Si為土壤重金屬元素i的限量標(biāo)準(zhǔn)值。

多因子綜合污染指數(shù)即Nemerow污染指數(shù)［11］的公式為:

表3 土壤綜合污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab．3 The classification standard of soil comprehensive pollution index

一般來(lái)說(shuō)，采用所研究地區(qū)的實(shí)際顆粒物中污染物平均組成作為單因子評(píng)價(jià)與綜合污染評(píng)價(jià)的限量標(biāo)準(zhǔn)值是最合適的［12-13］，所以本文也采用《鄱陽(yáng)湖研究》(1988年)中公布的鄱陽(yáng)湖重金屬元素背景值作為參照標(biāo)準(zhǔn)。各樣地土壤測(cè)定和評(píng)價(jià)結(jié)果如表4。

表4 各樣點(diǎn)污染指數(shù)、綜合污染指數(shù)及污染程度估計(jì)Tab．4 The sampling points pollution index，synthetic pollution index and the degree of pollution

結(jié)果表明:從鄱陽(yáng)湖各河流入湖口的綜合污染指數(shù)看，均受到重金屬的嚴(yán)重污染，并且東部流域河口(龍口)的重金屬污染程度明顯高于西部流域河口(大湖池)。江西省有色金屬冶煉工業(yè)比較發(fā)達(dá)，尤其是銅的開采和冶煉，因此Cu在鄱陽(yáng)湖區(qū)域的污染較突出，表中饒河入湖口(龍口)Cu的污染指達(dá)到最大的47．96，受到Cu的污染最嚴(yán)重，這是由于受德興銅礦開采過(guò)程中重金屬酸性廢水的影響。各樣點(diǎn)Cd污染指數(shù)值都集中在3．0附近，表明鄱陽(yáng)湖區(qū)Cd污染分布相對(duì)均衡。贛江(朱港)重金屬主要來(lái)自贛南有色金屬采礦區(qū)水土流失和沿線的工業(yè)廢水，故朱港Pb污染指數(shù)值明顯高于其他各采樣點(diǎn)，Cu污染指數(shù)也處于較高水平(除饒河入湖口的龍口外)，表明贛江入湖口附近重金屬污染嚴(yán)重，且屬于復(fù)合污染。各地Cu、Pb、Cd綜合污染指數(shù)均在3．0以上，平均為13．92，屬于嚴(yán)重污染級(jí)。其中龍口污染指數(shù)最大，朱港次之，大湖池和瑞洪兩地污染程度相當(dāng)。

2．2．2 重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法是瑞典學(xué)者Hakanson［14］于1980年建立的一套評(píng)價(jià)重金屬元素污染及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度的方法，該方法綜合考慮了重金屬元素的毒性、重金屬元素污染的敏感性，以及重金屬元素區(qū)域背景值的差異，并給出了重金屬元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度的定量劃分，是國(guó)內(nèi)外沉積物質(zhì)量評(píng)價(jià)中應(yīng)用最為廣泛的方法之一。

單個(gè)重金屬的潛在危害系數(shù)(The potential ecological risk factor):

表5 Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)污染程度Tab．5 Pollution degree by Hakanson’smethod of potential ecological risk factors

潛在生態(tài)危害指數(shù)與污染程度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見表5。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)性指數(shù)值綜合反映了沉積物中Pb、Cu、Cd的污染水平及潛在生態(tài)危害性，是評(píng)價(jià)土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的重要指標(biāo)。鄱陽(yáng)湖濕地土壤重金屬元素評(píng)價(jià)結(jié)果如表6。

表6 潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果Tab．6 Evaluation results by themethod of potential ecological risk factors

表6中各重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)表明，各采樣點(diǎn)潛在生態(tài)危害指數(shù)平均值為201．64，屬中等生態(tài)危害。最大潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在龍口，潛在危害指數(shù)為379．43，屬?gòu)?qiáng)生態(tài)危害;最小潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)大湖池，潛在危害指數(shù)為118．75，屬輕微生態(tài)危害;瑞洪潛在危害指數(shù)值接近輕微生態(tài)危害臨界值，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較大。除龍口外，各地Cd的潛在風(fēng)險(xiǎn)因子值均大于Pb和Cu，這與文獻(xiàn)［4］的研究結(jié)果一致，鄱陽(yáng)湖主要入湖口表層沉積物中重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度的順序?yàn)镃d＞Cu＞Pb，表明Cd是最主要的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)因子，且處于較重的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度。

2．3 藜蒿的食用安全性分析

2．3．1 藜蒿鎘含量 金屬鎘元素?zé)o毒，但Cd的化合物毒性很大，而且屬于積累型，引起慢性中毒的潛伏期可達(dá)10-30年之久。由于土壤對(duì)Cd的吸附能力很強(qiáng)，土壤中呈吸附交換態(tài)的Cd所占比重較大。在酸性條件下，Cd化合物的溶解度增大，毒性也隨之增大。土壤中的Cd非常容易被植物吸收，因此土壤中Cd的含量稍有增加，就會(huì)使植物體內(nèi)Cd的含量相應(yīng)增高［16］。

表7 藜蒿樣品鎘元素含量Tab．7 The content of cadm ium in Artemisia selengensis mg·kg-1

所采集野生藜蒿樣品中鎘含量指標(biāo)如表7。對(duì)比藜蒿樣品與土壤樣品中Cd的含量發(fā)現(xiàn)，各地藜蒿莖葉中的Cd含量均大于當(dāng)?shù)赝寥繡d含量(龍口接近)，這表明藜蒿對(duì)重金屬元素Cd具有較強(qiáng)的吸收能力。經(jīng)計(jì)算各點(diǎn)黎蒿富集系數(shù)(莖葉中某種重金屬含量除以土壤中該元素含量)，發(fā)現(xiàn)它們?yōu)?．95～2．54，平均為1．65，除龍口外，均大于1．00，說(shuō)明黎蒿能富集土壤中 Cd。此外，地上部(莖葉)中 Cd的含量均大于地下部(根)內(nèi)含量，說(shuō)明在藜蒿體內(nèi)重金屬元素Cd也具有較強(qiáng)的遷移能力，遷移系數(shù)為1．34(龍口)～5．47(瑞洪)，平均為2．74。人們平時(shí)選擇食用的，正是藜蒿的地上部(莖葉)，故黎蒿的食用安全隱患較大。

祝云龍［6］在其研究中發(fā)現(xiàn)，洞庭湖中藜蒿重金屬Cd的富集能力比蓮藕強(qiáng)，且在同一植物的不同器官對(duì)各種重金屬的吸收富集能力有明顯差異，一般根部大于莖葉部。簡(jiǎn)敏菲［17］等在研究中也認(rèn)為鄱陽(yáng)湖區(qū)大部分水生植物根部的重金屬含量比莖、葉部分高。這些結(jié)論都與本研究結(jié)果相反，推測(cè)與植物種屬、采樣地域(土壤理化性質(zhì))或根部清洗程度有關(guān)。

2．3．2 藜蒿的食用安全分析 Cd是一種有害的重金屬元素，它的生物半衰期長(zhǎng)達(dá)16－33a［18］，排泄緩慢，少量的Cd持續(xù)進(jìn)入人體內(nèi)可因長(zhǎng)期積累對(duì)組織器官造成損傷，在腎臟、肝臟、肺臟、骨骼、生殖系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、胃腸系統(tǒng)、胰臟表現(xiàn)出明顯病變［19］。Rennier等［20］研究表明Cd大部分集中于腸內(nèi)，轉(zhuǎn)移到內(nèi)部器官較少;國(guó)內(nèi)很多報(bào)道也表明，大多數(shù)Cd積聚在內(nèi)臟器官，特別是腎。雖然Cd在體內(nèi)蓄積對(duì)機(jī)體造成很大傷害機(jī)理尚未完全清楚，但Cd是目前具有“三致作用”(致畸、致癌、致突變)的重金屬［21］。

作為鄱陽(yáng)湖區(qū)特色野生食用植物，藜蒿以其味道獨(dú)特，鮮嫩可口，贏得湖區(qū)周邊乃至整個(gè)江西消費(fèi)者的喜愛，藜蒿炒臘肉更是成為贛北地區(qū)的特色名肴，名遍全國(guó)。經(jīng)與我國(guó)規(guī)定的無(wú)公害食品中重金屬濃度的限量標(biāo)準(zhǔn)(GB2762-2005，莖葉類蔬菜0．2 mg/kg)相比較，樣品中藜蒿中重金屬元素Cd含量均已大大超出國(guó)家食品安全標(biāo)準(zhǔn)。其中供食用的地上部(莖葉)平均約超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值16．8倍，最多更是高達(dá)到25倍之多(表7)。研究發(fā)現(xiàn)，整個(gè)鄱陽(yáng)湖區(qū)很多種蔬菜存在重金屬Cd超標(biāo)現(xiàn)象，例如:白菜(平均含量0．17 mg/kg)［22］超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值近4倍，芹菜(平均含量0．37 mg/kg)超標(biāo)近2倍。這兩種蔬菜的Cd超標(biāo)倍數(shù)均低于藜蒿，這表明藜蒿對(duì)于重金屬元素Cd具有較強(qiáng)的富集作用。

近年來(lái)，隨著工業(yè)發(fā)展和鎘化合物應(yīng)用范圍擴(kuò)展(電鍍、電池、油漆等)，排放到環(huán)境中鎘濃度越來(lái)越高，且可在植物體內(nèi)蓄積，還可隨著食物鏈方式聚積在哺乳動(dòng)物體內(nèi)，包括人類。作為消費(fèi)者，我們也漸漸陷入了食品安全的困境。由于鎘元素?cái)z入過(guò)量對(duì)人民生產(chǎn)生活帶來(lái)危害，應(yīng)引起政府部門的重視，要采取堅(jiān)決措施，截?cái)嗤庠存k輸入土壤。

3 結(jié)論

(1)鄱陽(yáng)湖濕地土壤已受重金屬的污染，沉積物中Cu、Pb和Cd 3種重金屬含量平均值均明顯高于其相應(yīng)土壤背景值;鄱陽(yáng)湖沉積物中重金屬含量分布差別較大，其中Cu的污染較突出。

(2)鄱陽(yáng)湖濕地土壤重金屬污染物的平均潛在生態(tài)危害指數(shù)為201．64，屬于中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，最大潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在饒河口(龍口)，最小潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)修水口(大湖池)，其中Cd對(duì)鄱陽(yáng)湖區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)最大。

(3)藜蒿對(duì)于重金屬元素Cd具有較強(qiáng)的富集作用，富集系數(shù)平均為1．65。Cd在藜蒿植物體內(nèi)的遷移能力也較強(qiáng)，其遷移系數(shù)平均為2．74。

(4)在目前我國(guó)無(wú)公害食品(莖葉類蔬菜)中重金屬濃度的限量標(biāo)準(zhǔn)下，藜蒿樣品中的Cd含量均超過(guò)國(guó)家限定值11．70～25．70倍，對(duì)廣大消費(fèi)者的生命安全構(gòu)成較大程度危害。

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