農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染現(xiàn)狀及檢測(cè)方法

張飛+鴿元艷+任小榮

摘要 為分析華北基本氣候概況，首先統(tǒng)計(jì)1951—2013年夏季6—8月以及3個(gè)月平均降水情況，然后分析3個(gè)月降水區(qū)域距平，并進(jìn)行夏季平均降水時(shí)空分析及500、700、850 hPa的環(huán)流分析。結(jié)果表明，華北夏季各月降水遞減，轉(zhuǎn)變發(fā)生在20世紀(jì)80年代。時(shí)空分析中，距平場(chǎng)的前3個(gè)特征量的累積解釋方差達(dá)到54%，也出現(xiàn)類似于區(qū)域距平分析結(jié)果，即華北的確在變干旱。不同高度的旱澇環(huán)流分析表明，對(duì)華北降水影響較大的是副高，其位置的異常使華北降水變化很大，引起旱澇變化。

關(guān)鍵詞 夏季降水；旱澇變化；時(shí)空分布；環(huán)流分析；華北地區(qū)

中圖分類號(hào) P434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）24-0181-05

Temporal and Spatial Distribution Characteristics and Circulation Analysis of Drought and Flood in

Northern China in Summer

YANG Shuai ZHOU Peng SHAN Kun

（Langfang Meteorological Bureau in Hebei Province，Langfang Hebei 065000）

Abstract In order to analyze the basic climate profile in northern China，the average precipitations of June，July，August and the three months during 1951-2013 were counted，and then the precipitation anomalies of the three months were analyzed.The temporal and spatial analysis of summer precipitation and the circulation analysis of 500 hPa，700 hPa and 850 hPa were conducted.The results showed that in anomaly analysis，the precipitation in the summer of northern China was decreasing，and the change occurred in the 1980s. In the spatiotemporal analysis，the cumulative explanatory variance of the first three feature quantities of the anomalies was 54%，and the results were similar to the regional anomalies，which indicated northern China was getting drought. The analysis of diastolic and diversion of different heights showed that subtropical high had a great effect on the precipitation in northern China. The abnormal position of the subtropical high affected the great change of precipitation in northern China，causing the drought and flood changed.

Key words summer precipitation；drought and flood change；temporal and spatial distribution；circulation analysis；northern China

1 重金屬的危害與農(nóng)產(chǎn)品污染現(xiàn)狀

重金屬是指原子密度>5 g/cm3的一類金屬元素，主要包括鎘（Cd）、鉻（Cr）、汞（Hg）、鉛（Pb）、銅（Cu）等45種。重金屬會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害。汞（Hg）進(jìn)入人體后直接進(jìn)入肝臟，對(duì)視力、神經(jīng)及大腦影響極大；砷（As）含有劇毒，會(huì)致人迅速死亡，長(zhǎng)期少量攝入會(huì)導(dǎo)致慢性中毒和致癌；鉛（Pb）會(huì)直接傷害人的大腦，特別是對(duì)胎兒的神經(jīng)系統(tǒng)有巨大的傷害，造成先天智力低下，且進(jìn)入人體后很難排除，是重金屬污染中毒性較大的一種；鈷（Co）對(duì)皮膚有放射性損傷等。上述重金屬中任何一種被人體攝入后都能引起頭痛、頭暈、神經(jīng)錯(cuò)亂、失眠、健忘、結(jié)石、關(guān)節(jié)疼痛、癌癥等[1-2]。

食用被重金屬污染的農(nóng)產(chǎn)品是重金屬進(jìn)入人體的主要途徑，近年來我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品中重金屬的污染日趨嚴(yán)重，各地不斷暴出嚴(yán)重的農(nóng)作物重金屬污染事件，如2013年湖南大部分地區(qū)的稻谷鎘含量超國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的13.1倍，徹底成為了毒大米，長(zhǎng)期食用“鎘大米”會(huì)造成慢性鎘中毒。農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染歸根結(jié)底來源于土壤污染，國(guó)土資源部和環(huán)境保護(hù)部聯(lián)合發(fā)布的全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)顯示，我國(guó)受重金屬污染的土壤已達(dá)到2 000萬hm2，占全國(guó)總土壤面積的1/6，重金屬通過污染的土壤進(jìn)入農(nóng)作物并不斷積累，最終由食物鏈進(jìn)入人體，導(dǎo)致多種疾病，從而危害人體健康[3-5]。

2 農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染的來源

農(nóng)產(chǎn)品重金屬的污染來自土壤污染，了解土壤的重金屬污染來源才能有的放矢地防止農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染。通過查閱大量的文獻(xiàn)，了解到土壤的重金屬污染主要源于如下幾種方式。

2.1 大氣沉降endprint

農(nóng)作物對(duì)大氣中重金屬污染物有吸收和富集的作用，重金屬污染物超過一定的限量就會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物毒害或死亡。大氣中的重金屬主要來自于汽車尾氣、工業(yè)生產(chǎn)廢氣排放產(chǎn)生的大量含重金屬的有害氣體和粉塵等，大部分重金屬通過自然沉降、雨淋沉降等方式進(jìn)入土壤。我國(guó)大氣中的重金屬含量已嚴(yán)重超標(biāo)，熊秋林等[6]研究了北京取暖期和非取暖期大氣降塵中重金屬污染，收集了北京大氣沉降樣品66份進(jìn)行測(cè)試，數(shù)據(jù)表明，采暖期北京大氣降塵中Mo、Cd、Bi、Zn 4種重金屬污染最嚴(yán)重，四者質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為8.7、2.7、3.0、660.5 mg/kg，分別超出各自北京背景值的656.9%、495.8%、457.5%和395.2%；非采暖期北京大氣降塵中Cd、Zn、Pb 3種重金屬污染最嚴(yán)重，三者質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5.3、822.0、177.2 mg/kg，分別超出各自北京背景值的1 065.0%、516.2%和403.1%。由此可見，不管是采暖期還是非采暖期，北京大氣沉降重金屬污染均比較嚴(yán)重。

2.2 污水灌溉

污水灌溉是指用經(jīng)過處理后達(dá)到灌溉要求的污水來灌溉農(nóng)田、森林和草地等，污水灌溉有利有弊，因?yàn)槲鬯泻胸S富的氮、磷、鎂、鋅、鉀等養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)懸浮物，所以用污水灌溉的稻田，節(jié)省水肥，降低了成本。但工業(yè)污水也含有大量Cd、Cr、Pb、As、Hg等不利于農(nóng)作物生長(zhǎng)的有害重金屬，這些重金屬離子將隨著污水灌溉進(jìn)入土壤從而被農(nóng)作物吸收。王 霞等[7]研究了污水灌溉對(duì)農(nóng)作物重金屬含量的影響因素，認(rèn)為灌溉污水中重金屬離子和陰陽離子濃度與農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量成正相關(guān)關(guān)系。李養(yǎng)養(yǎng)等[8]對(duì)陜西省城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水和排水、市政污水、污水廠污泥中Hg、As、Cd、Cr、Pb等金屬污染物濃度進(jìn)行了分析與檢測(cè)，獲得了近3 000個(gè)有效數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)表明，污水中含有的重金屬總量巨大，Hg、As、Cd、Cr、Pb 5種重金屬污染物的總量超過114 t/年，全省污水廠污泥中Hg、Cd、Cr、Cu、As、Pb、Zn和Ni 8種重金屬總含量在0.56‰～1.54‰干重之間，總量約為154.03 t。

2.3 重金屬礦山冶煉廠酸性廢水排放

重金屬礦山的尾礦中含有大量的重金屬，在尾礦堆積過程中，重金屬離子被酸溶出產(chǎn)生大量的酸性廢水，隨著降雨和尾礦壩排水一并進(jìn)入水環(huán)境或直接帶入土壤，造成間接或直接的土壤重金屬污染；此外，礦山的冶煉廠的廢水中也含有大量的重金屬，廢水的排放也會(huì)引起重金屬污染。閉向陽等[9]對(duì)遭受某銅礦冶煉廠鎘污染的湖北省某鎮(zhèn)約30 km2的農(nóng)田土壤進(jìn)行了調(diào)查，對(duì)土壤耕作層與亞耕層以及污染源中全量Cd和有效態(tài)Cd含量進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)定，受中度污染、受輕度污染及未受Cd污染的土壤面積分別占14.3%、82.1%、3.6%。

2.4 農(nóng)藥和化肥濫用

農(nóng)藥和化肥中含有大量重金屬離子，施用含有Pb、Hg、Cr、Cd、As等重金屬的農(nóng)藥和濫用化肥，將直接導(dǎo)致土壤中重金屬的污染。朱朝云等[10]分析了京津渤地區(qū)某農(nóng)藥企業(yè)廠區(qū)及周邊表層土壤中Pb、Hg、Cu、Ni、Cd、Zn、Cr和As等重金屬，結(jié)果表明，企業(yè)內(nèi)部存在明顯的As污染，特別是生產(chǎn)區(qū)土壤中As的濃度已達(dá)到土壤三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的2.59倍，其周邊土壤也普遍存在Pb、Cd、Cr和Hg等累積現(xiàn)象。

綜上所述，農(nóng)產(chǎn)品的重金屬污染主要來自于工業(yè)污染，工業(yè)化程度越高的地區(qū)，其污染越嚴(yán)重，地表含量高于地下，市區(qū)含量遠(yuǎn)高于郊區(qū)和農(nóng)村。重金屬含量也與污染時(shí)間和熟化程度成正比，污染時(shí)間越長(zhǎng)、熟化程度越高的區(qū)域重金屬含量越高。

3 農(nóng)產(chǎn)品重金屬的檢測(cè)

眾多重金屬污染事件的發(fā)生，不斷地給人們敲響警鐘，農(nóng)產(chǎn)品重金屬檢測(cè)是掌握農(nóng)產(chǎn)品污染程度的重要手段。如何運(yùn)用先進(jìn)的檢測(cè)方法檢測(cè)農(nóng)產(chǎn)品重金屬的含量是防治重金屬污染的首要問題。

3.1 農(nóng)產(chǎn)品消解方式

重金屬檢測(cè)的前提是選擇最佳的前處理方式消解樣品，使重金屬從化合物狀態(tài)轉(zhuǎn)換為離子狀態(tài)進(jìn)行分析。目前，常用的前處理方式有濕法消解、干法灰化和微波消解。濕法消解是在樣品中加入氧化性較強(qiáng)的酸（如HNO3、HClO4、H2SO4等），通過加熱破壞有機(jī)質(zhì)，達(dá)到消解的目的；干法灰化是通過高溫灼燒氧化分解有機(jī)物，剩余的無機(jī)物供測(cè)定。這2種方法都可以達(dá)到一定效果，但都存在加入試劑量大、耗時(shí)長(zhǎng)、空白高等缺點(diǎn)，不利于廣泛采用。微波消解采用硝酸（HNO3）結(jié)合雙氧水（H2O2）在高溫高壓密閉條件下消解樣品，消解程度更加完全，且加酸量少、引入空白低、操作簡(jiǎn)便，一次樣品處理可進(jìn)行多元素同時(shí)測(cè)定，已被廣泛應(yīng)用于各項(xiàng)檢測(cè)系統(tǒng)。

3.2 重金屬主要檢測(cè)手段

重金屬的檢測(cè)經(jīng)歷了從傳統(tǒng)化學(xué)分析到儀器分析的階段，目前重金屬的檢測(cè)有電化學(xué)法和光譜法，電化學(xué)法主要有極譜法、電導(dǎo)分析法、伏安法、電位分析法等，光譜法包括原子吸收光譜法（AAS）、原子熒光法（AFS）、電感耦合等離子發(fā)射光譜法（ICP-AES）、電感耦合等離子質(zhì)譜法（ICP-MS）等。芮玉奎等[11]采用ICP-MS法檢測(cè)了轉(zhuǎn)Bt基因玉米中重金屬含量；劉 姣等[12]應(yīng)用原子熒光光度計(jì)和ICP-AES分析了污泥及其焚燒灰渣中的重金屬，并研究了灰渣中重金屬的浸出毒性；陳亮[13]運(yùn)用原子吸收光譜對(duì)重金屬進(jìn)行了檢測(cè)；胡慧琴等[14]運(yùn)用微波輔助激光誘導(dǎo)擊穿光譜增強(qiáng)大米中Cd發(fā)射強(qiáng)度的研究；韓 平等[15]采用便攜式X射線熒光光譜儀快速監(jiān)測(cè)重金屬土壤環(huán)境質(zhì)量等。下面對(duì)各檢測(cè)方法的原理與特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述。

3.2.1 原子吸收光譜法。原子吸收光譜法（AAS）是依椐處于氣態(tài)的被測(cè)元素基態(tài)原子對(duì)該元素的原子共振輻射有強(qiáng)烈的吸收作用而建立的方法，通過光線被吸收后的減弱程度計(jì)算出樣品中待測(cè)元素的含量。該法檢出限低、靈敏度和準(zhǔn)確度高，但只能進(jìn)行單元素分析，測(cè)定不同的元素需要更換該元素?zé)簦焕诙嘣赝瑫r(shí)測(cè)定。endprint