江門五邑某地區(qū)農(nóng)田重金屬治理調(diào)查及研究

摘要：重金屬污染因具有毒性、容易經(jīng)食物鏈在動植物和人體內(nèi)慢慢累積，對人體的健康和大自然生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了嚴重的威脅。隨著工業(yè)快速發(fā)展、農(nóng)藥及化肥的廣泛使用，農(nóng)田土壤、灌溉用的水源以及大氣的重金屬污染越來越嚴重，研究農(nóng)田土壤等介質(zhì)的重金屬污染狀況及修復(fù)治理技術(shù)對農(nóng)產(chǎn)品安全具有重要意義。本文綜述了于江門地區(qū)選定某一個重金屬污染比較嚴重的農(nóng)田為測試點，研究該地區(qū)稻谷、土壤及農(nóng)田灌溉水的污染現(xiàn)狀，對實施治理前后的稻米、土壤、灌溉水進行重金屬的鉛、鎘污染情況進行監(jiān)測和分析研究。

關(guān)鍵詞：稻谷;農(nóng)田土壤;重金屬;治理

中圖分類號：X53

文獻標識碼：A

引言

食品安全問題及其相關(guān)的人體健康風(fēng)險一直是全球關(guān)注的焦點。水稻作為世界第二大糧食作物，也是我國第一大糧食作物，稻米的品質(zhì)與人們的健康密切相關(guān)。江門市是著名的“魚米之鄉(xiāng)”、廣東省的農(nóng)業(yè)大市。201 8年全市落實各級糧食高產(chǎn)創(chuàng)建示范點32個、示范面積0.87萬hm2，預(yù)計全市糧食播種面積24.26萬hm2、總產(chǎn)91萬t。隨著人們對食品安全意識的提高，稻谷的重金屬污染問題越來越受到社會的關(guān)注和重視，綜合國內(nèi)外農(nóng)田土壤重金屬污染狀況，農(nóng)田土壤重金屬污染主要來源于固體廢棄物堆放及處置、工業(yè)廢物大氣沉降、污水農(nóng)灌和農(nóng)用物質(zhì)的不合理施用。摸清稻米的重金屬污染的主要來源與現(xiàn)狀，在水稻生產(chǎn)過程實施對重金屬污染的有效控制，對提高江門市農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全和市場競爭力具有重大的指導(dǎo)意義。

1調(diào)查和分析方法

1.1 儀器與材料

1.1.1儀器

日本日立2-2000原子吸收分光光度計;WX -8000微波消解儀。

1.1.2材料

選取田地土壤受Cd、Ph等重金屬復(fù)合污染。先進行土壤Cd、Ph重金屬含量及土壤pH測定，摸清本底值，做好記錄。通過對示范田選地的土壤Cd、Ph重金屬監(jiān)測，確定選取的示范田位于江門五邑地區(qū)某一制衣廠附近的農(nóng)田片區(qū)。選取距離該制衣廠50m的農(nóng)田地塊，并開墾起壟成6個4 X 4m2的正方形水稻種植地塊，每個種植地塊之間相互間隔1m，并分別編號為1、2、3、4、5、6號。下文每個種植地塊均以編號表示。

采樣依照NY/T 395、NY/T 396、GB/T 23349、NY/T 5344.2等標準，灌溉水樣本為田間水，土壤樣本為耕地30cm以下土壤，肥料樣本為該監(jiān)測點耕地使用的復(fù)混肥，地上部作物選用華航35號水稻作為實驗用作物。

各地塊鈍化劑的使用為，1號地塊作為平行不添加任何鈍化劑或活化劑，2號地塊加入檸檬酸lOkg，3號地塊加入貝殼粉25kg，4號地塊加入硅藻土25kg，5號地塊加入膨潤土25kg，6號地塊加入海泡石25kg，各地塊加入相應(yīng)鈍化劑、活化劑后與泥土混攪均勻，放置一周后引水浸泡，隨后把培育好的秧苗分種到各地塊當(dāng)中。

本次調(diào)查一共采集土壤樣本54個;采集大米樣本54個;采集灌溉水樣本24個;采集肥料樣本6個。

1.1.3樣品制備

按照標準要求，對采集的樣品進行制備

灌溉水：加入硝酸至pH值小于2;

土壤：樣品經(jīng)過晾干、粗磨縮分后細磨，最后過100目尼龍篩。

大米：先晾干采集回來的稻谷，然后脫殼研磨成均勻樣本。

肥料：用研磨器研磨成均勻樣本。

1.2實驗方法

1.2.1 大米樣品和土壤樣品的處理。

稱取0.50g試樣于聚四氟乙烯內(nèi)罐，加硝酸4mL（土壤樣品還需加入3mL鹽酸和2mL氫氟酸），蓋好內(nèi)蓋，旋緊外罐，放入微波消解儀。程序升溫至大米樣品180℃，土壤樣品220℃，保持lOmin，讓其在儀器內(nèi)自然冷卻，將消化液洗入或過濾入容量瓶中，用純凈水洗滌罐，洗液合并于容量瓶中定容至刻度，混勻待測。并做試劑空白試驗。

1.2.2標準系列制備

使用儀器自動稀釋功能，分別吸取配制好的鎘和鉛標準使用液注入石墨爐，測定鉛和鎘各自的吸光值得出各自吸光值與濃度的一元線性回歸方程。

1.2.3測定

根據(jù)儀器性能調(diào)至最佳狀態(tài)，分別吸取樣液和試劑空白液注入石墨爐，測定樣液中鎘和鉛的吸光值，代入標準系列的一元線性回歸方程中求得樣液中鎘和鉛的含量。

1.2.4結(jié)果計算

x= （C - C0）×v

mxl000

X——試樣中鎘/鉛含量，單位為mg/kg;

c-—一試樣消化液測定濃度。單位為ng/mL;

co——試劑空白液測定濃度，單位為ng/mL;

m——試樣質(zhì)量，單位為克（g）;

v——試樣消化液總體積，單位為毫升（mL）。 （土壤樣品結(jié)果以干基計）

1.2.5水樣和肥料樣品的處理。

稱取試樣于燒杯中，加硝酸lOmL（肥料樣品還需加入30mL鹽酸），在電熱板上加熱消解，蒸至ImL左右以趕盡硝酸，冷卻后，加水（肥料為鹽酸溶液）溶解殘渣，通過濾紙濾入lOOmL容量瓶中，用純凈水洗滌燒杯，洗液合并于容量瓶中并定容至刻度，混勻待測。并做試劑空白試驗。

1.2.6標準系列制備

分別吸取一定體積鎘和鉛的標準溶液配制成標準使用液注入火焰檢測器，測定各標準使用液的吸光值并求得各自吸光值與濃度關(guān)系的一元線性回歸方程，繪制校準曲線。

1.2.7測定

根據(jù)儀器性能調(diào)至最佳狀態(tài)，吸人試劑空白，將儀器調(diào)零。吸入樣液注入火焰檢測器，分別記錄鉛和鎘的吸光值，代人一元線性回歸方程中求得樣液中鉛和鎘的含量。

1.2.8結(jié)果計算

X=C×V/m

X——試樣中鉛/鎘含量，單位為mg/kg或mg/L;

c-—一試樣消化液測定濃度，單位為ug/mL;

m——試樣質(zhì)量，單位為g或mL;

V——試樣消化液總體積，單位為mL。

2結(jié)果與分析

2.1 稻谷對重金屬的吸收和影響因素

2.1.1 稻谷中鉛鎘含量的比較

將各個地塊的稻谷樣品鉛、鎘含量進行統(tǒng)計，分別比較水稻重金屬含量的高低。在受到重金屬污染的土壤上生長的植物，必然會吸收重金屬并累積。能夠影響水稻富集重金屬的因素有很多種，其中包括水稻的種類、土壤質(zhì)地和有機質(zhì)、土壤pH值、土壤Eh值、土壤中污染物類型和化學(xué)添加劑等。重金屬含量差異，究其原因，除了水稻品種的不同外，還會受氣候因素和種植期長短的影響。

2.1.2稻谷對重金屬的富集規(guī)律

在同樣條件下，水稻的品種不一樣，吸收重金屬的機制都會存在不同，因此重金屬的累積量會存在差異。同一品種的不同器官也是如此，因為形態(tài)及結(jié)構(gòu)的不同。重金屬在水稻植株內(nèi)的分布規(guī)律是在新陳代謝旺盛的器官累積量較大，而在營養(yǎng)貯藏器官中累積量小，重金屬在水稻不同形態(tài)器官中含量順序是：葉部<籽實<穗<主莖<根莖部<根部。所以，雖說秸稈可以還田做肥料，但同時也是把積存的重金屬重新污染到土壤里，給治理帶來一定的困難。

劉曉庚等[1]研究表明食用大米中重金屬含量相對稻谷較低，稻谷中重金屬的含量隨加工程度的升級而降低，越精細的大米重金屬的含量就越低。從谷粒到精米，鉛、鎘的去除率分別是約57%、24%和41%。

其他研究[2]表明，重金屬元素被水稻糙米吸收的程度：As

2.1.3結(jié)果對比

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)匯總后，得出表1數(shù)據(jù)，由此可見各種鈍化劑、活化劑對重金屬治理都有一定程度的效果，當(dāng)中對鉛和鎘具有最好治理效果的是5號地塊使用的膨潤土。而6號地塊所加入的海泡石并沒有什么效果，相反還被肥料里所含有的重金屬物質(zhì)加重了泥土中的重金屬含量。

2.1.4 影響稻谷吸收重金屬的因素

說到稻谷糙米中重金屬的來源，主要來自于土壤、灌溉水、大氣這三大因素，在收割、翻曬和加工所使用到的設(shè)備中也會存在重金屬污染，其中起到最主要作用的是灌溉水和土壤。與稻谷中重金屬的含量呈正相關(guān)的是土壤中重金屬的含量[3]，一旦土壤中重金屬濃度高的時候，就會影響水稻根系的正常功能。當(dāng)然，每一種類型的土壤，它的有機質(zhì)、pH值、孔隙度、酶活性等理化性質(zhì)都存在不同，是會直接地影響到重金屬在土壤中的遷移與固定，使水稻對重金屬的吸收與富集產(chǎn)生影響。筆者認為，在影響水稻吸收富集微量污染元素的眾多因素中，土壤中有效態(tài)重金屬含量和土壤的氧化還原狀況是主要因素。

2.2土壤重金屬的來源

2.2.1 隨固體廢棄物進入土壤的重金屬

固體廢棄物的種類繁多，如工業(yè)固體廢棄物、廢棄電池、廢棄機車、農(nóng)藥瓶、塑料袋等，它們成分復(fù)雜，不同種類所帶來的危害方式和污染程度都會不同，其工業(yè)固體廢棄物污染最為嚴重。這類廢棄物在堆放或處理過程中，日曬雨淋使重金屬極易移動，以漏斗狀、輻射狀向周圍土壤、水體擴散。其中有一些固體廢棄物被直接或通過加工作為肥料施入土壤，造成土壤重金屬污染。

2.2.2 隨農(nóng)用物資進入土壤的重金屬

農(nóng)藥、化肥、農(nóng)用塑料地膜和滴灌塑料管道，這些都是很常用的農(nóng)用物資，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展當(dāng)中起著重大的推動作用，但長期不合理使用，會導(dǎo)致土壤受到重金屬污染的。因為絕大多數(shù)的塑料制品都是石油化工的制成品，生產(chǎn)過程中加入了含有鎘、鉛等熱穩(wěn)定劑，或多或少也會含有其他重金屬的成分，這些都增加了土壤重金屬污染。

至于農(nóng)藥，大多為有機化合物，少數(shù)為有機一無機化合物或純礦物質(zhì)，個別農(nóng)藥在成分中含有汞、砷、銅、鋅等重金屬。

肥料中重金屬含量一般是氮肥<鉀肥<復(fù)合肥<磷肥。鎘是土壤環(huán)境中影響最大的污染元素之一，隨磷肥的使用越來越廣泛，伴隨著其所進入土壤的鎘也一直受到人們的關(guān)注。許多研究表明，隨著磷肥和復(fù)合肥的施用量越來越大，土壤中的有效鎘的含量也在不斷增加，作物吸收鎘元素的量也相應(yīng)增加。

2.3農(nóng)田重金屬污染特點

在灌溉水、土壤和肥料三個因素中，影響稻谷糙米重金屬含量的主要因素是土壤。

根據(jù)測定數(shù)據(jù)，見表2，農(nóng)業(yè)環(huán)境和農(nóng)業(yè)投入品中的重金屬含量以土壤最高，肥料次之，灌溉水基本未檢測重金屬。國內(nèi)外不少研究和文獻都表示，這三者中作為重金屬絕對含量最高的土壤，是影響稻谷糙米重金屬的主要因素，與這次的調(diào)查研究結(jié)果相吻合。

3總結(jié)

隨著人們對舌尖上的安全重視提高，農(nóng)田受重金屬污染這方面也越來越受到關(guān)注，隨著認識的深人人們對健康要求也越來越高，對環(huán)境保護也是越來越重視，因此，對農(nóng)田的重金屬污染修復(fù)治理也提出了更高的要求?，F(xiàn)階段的研究主要都是以較小規(guī)模的試驗上或?qū)嶒炇依?，下一步?yīng)該以多方聯(lián)合增強系統(tǒng)化的進行大面積的農(nóng)田試驗研究。而且單一方向的治理修復(fù)技術(shù)是很難修復(fù)質(zhì)量受到復(fù)合污染的農(nóng)田的，因此如何將多種修復(fù)技術(shù)進行合理的結(jié)合，使修復(fù)技術(shù)能夠復(fù)合使用，才能真正在土壤污重金屬染修復(fù)方面取得突破，形成一個新的發(fā)展趨勢，但復(fù)合修復(fù)技術(shù)也還存在著一些問題，如土壤的多樣性、重金屬污染的多樣性和地域性等，各種修復(fù)技術(shù)實施后，對土壤土著物種的影響以及修復(fù)對生物多樣性帶來影響。對每一種修復(fù)技術(shù)有可能帶來的生態(tài)風(fēng)險以及風(fēng)險控制措施是今后重金屬修復(fù)技術(shù)中必須深入研究的問題。

參考文獻：

[1]劉曉庚等.谷物中重金屬離子遷移及其污染消控研究進展[J].糧食科技與經(jīng)濟，201 3.

[2]王利紅等.重金屬污染與水稻食用安全探討[J].資源與環(huán)境科學(xué)，2010

[3]牟仁祥等.水稻重金屬污染研究進展[J].生態(tài)環(huán)境，2004.

[4]姜橋.統(tǒng)計方法在稻谷重金屬污染情況分析中的應(yīng)用研究[D].北京工業(yè)大學(xué)，201 7.

[5]龔海明等.農(nóng)田土壤重金屬污染監(jiān)測技術(shù)發(fā)展趨勢[J].中國農(nóng)學(xué)通報，201 3.

作者簡介：黃子亮（1989-），男，廣東江門人，大學(xué)本科，助理農(nóng)藝師，研究方向：農(nóng)業(yè)環(huán)境。