貴陽市南明河中下游水東段沿岸菜地農(nóng)作物重金屬污染評價

張桂玲 羅緒強 廖艷梅 高琴 趙娜 梁紅花 陳穎

摘 要：為了解貴陽市南明河水東段沿岸菜地農(nóng)作物的重金屬污染情況，在該區(qū)域內(nèi)選取了較為常見的5種農(nóng)作物為研究對象，分別對其Cd、Pb、Zn、Ni含量進行了測定分析。結(jié)果表明：（1）貴陽市南明河中下游東段沿岸菜地土壤中的Cd、Pb、Zn、Ni平均含量分別為2.61 mg/kg、51.03 mg/kg、1491.46 mg/kg和42.04 mg/kg，其中，Zn污染非常嚴重，Cd污染較為嚴重，而Pb、Ni為輕度污染。土壤重金屬Cd、Pb、Ni可能有相同的來源;（2）不同重金屬在5種農(nóng)作物及其不同器官中的含量均為Zn>Pb>Ni>Cd，其中，Pb、Ni、Cd含量均超過了食品中污染物限量的國家食品安全標準，Zn含量高于食品中Zn限量的衛(wèi)生標準。農(nóng)作物重金屬復(fù)合污染中，Cd 與 Pb、Cd 與 Zn、Pb與 Zn之間具有協(xié)同作用;（3）研究區(qū)各農(nóng)作物及其根、莖、葉器官均受到Cd、Pb、Zn、Ni污染，除辣椒莖中的Zn處于輕度污染外，Cd、Pb、Zn、Ni全部為重度污染;（4）葉菜類蔬菜大白菜葉器官抗土壤Cd、Pb污染能力較弱，應(yīng)盡量避免在Cd、Pb污染土壤上種植大白菜。

關(guān)鍵詞：城市流域;農(nóng)作物;重金屬;污染評價;南明河水東段

中圖分類號：X53;X820.4

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0457（2019）03-0056-07 國際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2019.03.010

Abstract：In order to understand the situation of heavy metal contamination along the Shuidong section of the middle and lower reaches of Nanming River in Guiyang City，five common crops were selected as the research objects，and the contents of Cd，Pb，Zn and Ni were measured and analyzed. The results showed that，（1） the average contents of Cd，Pb，Zn and Ni in the soil of vegetable field along the Shuidong section of the middle and lower reaches of the Nanming River in Guiyang City were 2.61 mg/kg，51.03 mg/kg，1491.46 mg/kg and 42.04 mg/kg，among which the pollution of Zn and Cd were serious，and Pb and Ni were mild. Cd，Pb and Ni in soil might have the same source. （2） The contents of heavy metals，in five crops including their different organs，were Zn > Pb > Ni > Cd. Among them，Pb，Ni and Cd exceeded the national food safety standards of contaminant limits，and Zn was higher than the hygienic standards of zinc limits in food. Among combined pollution of heavy metals in the crops，there is a synergistic effect between Cd and Pb，Cd and Zn，Pb and Zn. （3） All crops and their roots，stems and leaf organs in the study area were polluted by Cd，Pb，Zn and Ni. Except for Zn in the pepper stem，the Cd，Pb，Zn and Ni were all heavily polluted. （4） The leaf organs of leafy vegetables，such as Chinese cabbage，were vulnerable to soil Cd and Pb pollution，and should avoid planting Chinese cabbage on Cd and Pb contaminated soils.

Key words：urban watershed; crops; heavy metal;contamination assessment; Shuidong section of Nanming river

貴陽市南明河是喀斯特地貌下的流域[1]，發(fā)源于貴州省安順市平壩區(qū)馬場鎮(zhèn)林卡境內(nèi)的白泥田，為長江流域烏江水系清水河的源頭河流，自貴陽市花溪區(qū)進入城區(qū)西南段，東北向流經(jīng)南明、云巖兩城區(qū)，主體自西向東至開陽、龍里兩縣和福泉市交界的兩岔河與獨木河匯合注入清水河[2]，河長148 km，流域面積 2182 km2，其中在貴陽市境內(nèi)約 100 km，流域面積 1433 km2，是流經(jīng)貴陽市區(qū)最大的一條河流[3]。

城市中的流域是人為活動的優(yōu)勢區(qū)域，隨著城市化進程的加快和城市擴張以及人民生活水平的提高，人類社會與生態(tài)環(huán)境之間的物質(zhì)交換活動愈加頻繁，廢水的排放量不斷增加[1]。貴陽市南明河多數(shù)河段均已遭受到不同程度的污染[3]，其中，重金屬污染情況尤其突出，且受重金屬污染的地帶同時伴隨著有機污染物的綜合污染，底泥中重金屬和有機質(zhì)含量的高峰值均出現(xiàn)在南明河中下游，污染物主要來自水體[2]。

盡管貴陽市對南明河污染治理已采取有力措施并取得一定成效[4]，但重金屬在土壤和農(nóng)作物中的積累富集仍然是現(xiàn)今不可忽視的環(huán)境問題之一，尤其是在居民自主種植區(qū)域，長期使用污染河水灌溉極易造成土壤重金屬污染，土壤及作物的安全性值得考究[5]。本文以貴陽市南明河中下游水東段沿岸菜地農(nóng)作物為研究對象，分析了不同種類農(nóng)作物中不同重金屬的富集情況，以期為該河段沿岸居民自主種植農(nóng)作物的質(zhì)量及其健康風險評價提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與制備

以貴陽市水口寺大橋為起點，新東橋為終點，選取南明河中下游水東段沿岸菜地為研究區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)選取了較為常見的葉菜類蔬菜大白菜（Brassica pekinensis）、空心菜（Ipomoea aquatica）和茄果類蔬菜茄子（Solanum melongena L.）、辣椒（Capsicum annuum L.）、南瓜（Cucurbita moschata）等共5種農(nóng)作物為研究對象。所有農(nóng)作物樣品均采用多點混合法且整株手工采集，共采集農(nóng)作物樣品42個（大白菜、茄子、南瓜各6個，空心菜9個，辣椒15個）;在農(nóng)作物種植地用木鏟采集相應(yīng)的土壤，各點所取土樣質(zhì)量盡量相同，多點混合成一個樣品，共采集土壤樣品6個，采集深度為表層（耕作層）0～20 cm。

樣品帶回實驗室后，農(nóng)作物樣品盡快用自來水沖洗其表面附著的泥土灰塵，再用超純水漂洗，晾干，于70℃下烘干至恒重，取出后將農(nóng)作物分別分根、莖、葉等部分進行粉碎，過0.149 mm尼龍篩，塑料袋封裝干燥保存，備用。土壤樣品在實驗室內(nèi)平鋪在牛皮紙上自然風干，除去石礫及動植物殘體等異物，粉碎，過0.149 mm尼龍篩，塑料袋封裝干燥保存，備用。

1.2 樣品處理

稱取農(nóng)作物樣品0.5000 g（土壤樣品，0.2500 g），置于10 mL聚四氟乙烯坩堝底部。加4 mL硝酸和1 mL氫氟酸（土壤樣品，加4 mL硝酸和2 mL氫氟酸），輕輕晃動坩堝，使樣品混合均勻，蓋上坩堝蓋子。將坩堝放入不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，擰緊反應(yīng)釜蓋子。將反應(yīng)釜在200℃鼓風干燥箱中持續(xù)加熱8 h，自然冷卻至室溫后取出坩堝。將坩堝置于220℃電熱板上敞開加熱至樣品呈粘稠狀，自然冷卻后加入2 mL上述硝酸，再次置于220℃電熱板上敞開加熱至樣品呈粘稠狀，如此反復(fù)3次，樣品被完全消解，氫氟酸被完全除盡，消煮液呈清澈透明狀。用超純水將冷卻后的消煮液全部轉(zhuǎn)移到50 mL容量瓶中（土壤樣品，全部轉(zhuǎn)移到25 mL容量瓶中），定容，搖勻，同時做試劑空白。

1.3 試劑與儀器

硝酸、氫氟酸等：優(yōu)級純，國藥集團化學試劑有限公司;Cd、Pb、Zn、Ni標準儲備液：均為 1000μg/mL，國家標準物質(zhì)中心;水：超純水，電阻率≥18.2 MΩ·cm（25℃），本實驗自制。

原子吸收分光光譜儀：PE-5100-PC型，珀金埃爾默儀器有限公司;超純水機：TST-UPWB-20型，石家莊泰斯特儀器設(shè)備有限公司;電熱板：DB-3型，北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司;分析天平：BSA224S-CW型，賽多利斯（上海）貿(mào)易有限公司;水熱反應(yīng)釜：THC-F4型，濟寧市兗州區(qū)天合化學科技有限公司。

1.4 測定條件及方法

采用原子吸收分光光譜儀測定樣品中的Cd、Pb、Zn、Ni共4種元素的含量。本試驗所使用的容器均用10%的稀硝酸溶液浸泡過夜，再用超純水清洗烘干后使用。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

采用 Microsoft Excel 2010和IBM SPSS Statistics 19 軟件對實驗數(shù)據(jù)進行處理和統(tǒng)計分析。

1.6 評價方法

1.6.1 土壤重金屬污染程度

采用土壤污染因子（CF）評價土壤重金屬的污染程度。計算公式如下：

CF重金屬=C重金屬/C背景值（1）

式中，CF重金屬為土壤中某重金屬的污染因子;C重金屬為土壤中某重金屬含量的實測值（mg/kg）;C背景值為當?shù)赝寥乐性撝亟饘俚谋尘昂浚╩g/kg）。根據(jù)CF值大小，土壤污染程度可分為7個水平：CF值<1，無污染;CF值1～2，輕度污染;CF值2～3，中度污染;CF值3～4，污染較為嚴重;CF值4～5，嚴重污染;CF值5～6，嚴重污染到非常嚴重污染;CF值>6，非常嚴重污染[6]。

1.6.2 農(nóng)作物對重金屬的富集

采用富集系數(shù)（BCF）評價農(nóng)作物對土壤中某種重金屬富集的難易程度[7-8]。計算公式如下：

BCF=CV/CS（2）

式中，BCF為農(nóng)作物某組織或器官的重金屬富集系數(shù);CV為農(nóng)作物某組織或器官中的重金屬含量（mg/kg）;CS為土壤中的重金屬含量（mg/kg）。BCF數(shù)值越小，表明農(nóng)作物某組織或器官吸收重金屬的能力越差，抗土壤重金屬污染的能力則越強[9]。

1.6.3 農(nóng)作物重金屬污染程度

采用單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)法（內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法）[10-12]對農(nóng)作物做重金屬污染評價。其中，單因子污染指數(shù)法按下式計算：

Pi=Ci/Si（3）

式中，Pi為重金屬i的污染指數(shù);Ci為農(nóng)作物中重金屬i的實測值（mg/kg）;Si為農(nóng)作物中重金屬i的評價標準（mg/kg）。當Pi≤1 時，表示農(nóng)作物未受污染;當Pi>1時，表示農(nóng)作物受到污染。綜合污染指數(shù)計算方法如下：

Pi綜合=[（ P2iavg+ P2imax）/2]0.5（4）

式中，Pi綜合為重金屬i的綜合污染指數(shù);Piavg為重金屬i的單因子污染指數(shù)的平均值（mg/kg）;Pimax為重金屬i的單因子污染指數(shù)的最大值（mg/kg）。通常，設(shè)定綜合污染指數(shù)Pi綜合≤0.7為安全等級，Pi綜合≤1.0為警戒限，Pi綜合≤2.0為輕污染，Pi綜合≤3.0為中污染，Pi綜合>3.0為重污染。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤中的重金屬含量及污染評價

由表1可以看出，貴陽市南明河中下游水東段沿岸菜地土壤中的Cd、Pb、Zn、Ni含量全部高于貴州省土壤元素背景值[13-14]和中國土壤環(huán)境背景值[15]。土壤中Cd、Pb、Zn、Ni平均含量分別為2.61、51.03、1491.46和42.04 mg/kg，其中，Pb、Ni含量均低于農(nóng)用地土壤污染風險篩選值（pH 6.5～7.5）[16]，但Cd、Zn含量均已遠遠超過此值。土壤中4種重金屬的土壤污染因子（CF）大小為：Zn>Cd>Pb>Ni。其中，Zn的CF值>6，說明土壤中重金屬Zn污染非常嚴重;Cd的 CF 值在3～4區(qū)間，污染較為嚴重;而Pb、Ni的CF值均在1～2區(qū)間，為輕度污染。

土壤中的4種重金屬含量數(shù)據(jù)均屬于正偏態(tài)分布（偏度>0），變異系數(shù)均較小，屬于弱變異，表明不同采樣點之間土壤重金屬含量的變化性較弱，均勻性較好。總體上，4 種重金屬含量在空間上的變異性大小順序為：Zn>Cd>Pb>Ni。

一般來說，元素含量之間顯著正相關(guān)，表明它們可能有相同的來源，而元素含量之間顯著負相關(guān)，則表明它們可能有不同的來源[10，17]。為了解貴陽市南明河中下游水東段沿岸菜地土壤重金屬的來源，對土壤中4種重金屬含量進行了相關(guān)分析（見表2）。相關(guān)分析結(jié)果表明：土壤Cd含量與Pb含量和Ni含量均顯著正相關(guān)（P<0.05），表明Cd與Pb和Ni可能有相同的來源。

2.2 農(nóng)作物中的重金屬含量

由表3可知，不同重金屬在 5 種農(nóng)作物及其不同器官中的含量均為 Zn>Pb>Ni>Cd，其中，Pb、Ni、Cd含量均超過了食品中污染物限量的國家食品安全標準[18]，Zn含量全部高于食品中鋅限量的衛(wèi)生標準[19]。Cd、Pb、Zn、Ni在不同農(nóng)作物根中的含量均為空心菜>大白菜>辣椒;Cd在莖中的含量為南瓜>空心菜>茄子>辣椒，在葉中為茄子>大白菜>空心菜>辣椒>南瓜;Pb在莖中的含量為茄子>南瓜>空心菜>辣椒，在葉中為大白菜>辣椒>茄子>空心

2.3 農(nóng)作物中重金屬含量的相關(guān)性

農(nóng)作物中各重金屬元素間相關(guān)性為顯著或極顯著，說明它們之間一般是復(fù)合污染或具有同源關(guān)系[5]。從表4可以看出，貴陽市南明河中下游水東段沿岸菜地農(nóng)作物中，重金屬Cd 與 Pb、Cd 與 Zn、Pb與 Zn的含量間均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P<0.01），其它元素間的相關(guān)性均不顯著（P>0.05），說明貴陽市南明河中下游水東段沿岸菜地中的Cd、 Pb、 Zn污染可能具有同源關(guān)系，農(nóng)作物重金屬復(fù)合污染中，Cd 與 Pb、Cd 與 Zn、Pb與 Zn之間具有協(xié)同作用[5，12，20-21]。

2.4 農(nóng)作物對重金屬的富集

農(nóng)作物某組織或器官的重金屬富集系數(shù)（BCF）能表征重金屬從土壤向農(nóng)作物組織或器官遷移的能力，也是評價農(nóng)作物組織或器官吸收重金屬能力和抗土壤重金屬污染能力的重要指標[9-10，14，22]。由表5可以看出，大白菜根中重金屬的BCF大小為Pb>Zn>Cd>Ni，葉中為Cd>Zn>Pb>Ni，且Cd、Pb、Zn的BCF均為葉部大于根部;空心菜根、莖、葉中的重金屬BCF大小均為Cd>Pb>Zn>Ni，且Cd、Pb的BCF均為根>莖>葉，Zn、Ni的BCF均為根>葉>莖;茄子莖、葉中的重金屬BCF大小均為Cd>Pb>Zn>Ni，且Cd、Pb、Zn的BCF均為莖>葉;辣椒根、莖中的重金屬BCF大小均為Pb>Cd>Ni>Zn，葉中為Pb>Cd>Zn>Ni，Cd、Pb、Zn、Ni的BCF均為葉>根>莖;南瓜莖中的重金屬BCF大小為Cd>Pb>Zn>Ni，葉中為Pb>Cd>Ni>Zn，Cd、Pb、Zn的BCF均為莖>葉。

農(nóng)作物組織或器官內(nèi)重金屬的含量一方面與土壤重金屬的污染程度和污染元素的性質(zhì)有關(guān)，另一方面還與農(nóng)作物組織或器官本身對重金屬的選擇吸收性能有關(guān)[23-26]。農(nóng)作物對 Cd 的富集能力相對其他重金屬元素較強，主要是因為 Cd 的地球化學活性較強，相同條件下容易被農(nóng)作物吸收[27-29]。 大白菜是葉菜類蔬菜，可食用部分葉中Cd、Pb的富集能力均高于根部，表明其葉部抗土壤Cd、Pb污染的能力均較弱[9]，應(yīng)予以重點關(guān)注，盡量避免在Cd、Pb污染土壤上種植大白菜。

2.5 農(nóng)作物中重金屬污染評價

由表6可以看出，研究區(qū)大白菜根和葉、空心菜葉中4種重金屬單因子污染指數(shù)大小排序均為Pb>Zn>Ni>Cd，空心菜根和莖中均為Pb>Zn>Cd>Ni，茄子莖和葉、辣椒葉、南瓜莖中均為Pb>Cd>Zn>Ni，辣椒根和莖、南瓜葉中均為Pb>Cd>Ni>Zn。各農(nóng)作物及其根、莖、葉器官中Cd、Pb、Zn、Ni污染指數(shù)值均大于1，表示它們均受到Cd、Pb、Zn、Ni污染。除茄子莖和葉、辣椒葉外，各農(nóng)作物及其器官中Cd、Pb、Zn、Ni的綜合污染指數(shù)大小順序與單因子污染指數(shù)大小順序均相同。綜合污染指數(shù)以辣椒莖中的Zn最小，為2.0，其余各農(nóng)作物及其器官中Cd、Pb、Zn、Ni的綜合污染指數(shù)均大于3.0，表明除辣椒莖中的Zn處于輕度污染外，各農(nóng)作物及其器官中Cd、Pb、Zn、Ni全部為重度污染[10-12]。

Pb、Cd是具有致畸、致癌和致突變效應(yīng)的有害元素，在人群中的低劑量暴露就可造成多系統(tǒng)、多器官的損傷[29-30]。Ni、Zn雖為人體必需或可能必需的元素，但過度攝入同樣會對人體造成危害，并且會抑制體內(nèi)其他元素的利用[8-12]。研究區(qū)農(nóng)作物中的Cd、Pb、Zn、Ni含量均較高，長期食用該地區(qū)種植的農(nóng)作物可能對人體具有一定的健康風險，應(yīng)予以關(guān)注。

3 結(jié)論與討論

貴陽市南明河中下游水東段沿岸菜地土壤受到重金屬Cd、Pb、Zn、Ni污染，Cd、Zn污染較為嚴重，Cd、Pb、Ni可能有相同的來源。種植區(qū)種植的農(nóng)作物總體上存在一定的安全隱患，大白菜和空心菜等農(nóng)作物及其根、莖、葉器官均受到Cd、Pb、Zn、Ni污染，且?guī)缀跞繛橹囟任廴?。研究區(qū)農(nóng)作物重金屬復(fù)合污染中，Cd 與 Pb、Cd 與 Zn、Pb與 Zn之間具有一定的協(xié)同作用。

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