上海近郊5種作物重金屬含量及濃縮效應(yīng)研究

上海近郊5種作物重金屬含量及濃縮效應(yīng)研究

1農(nóng)作物重金屬健康危害隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快，環(huán)境質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，重金屬污染日益嚴(yán)重。污染事件的頻發(fā)也是2009年中國(guó)環(huán)境的主要問題之一。環(huán)保部此前所做的全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查顯示,目前全國(guó)10%以上的耕種土地面積已受到重金屬污染。土壤中重金屬污染可直接導(dǎo)致食物被污染,污染物通過食物鏈進(jìn)入人體以及其他生物體內(nèi),從而影響正常生理功能。我國(guó)的陜西、湖南、山西等省區(qū)是重金屬污染的高發(fā)地區(qū)。土壤中重金屬污染主要是由灌溉污染、大氣沉降等因素所致。由于城市近郊是城市蔬菜類農(nóng)副產(chǎn)品供應(yīng)的主要來源地,所以近郊土壤成為首先易被污染的區(qū)域,這些因素都加大了農(nóng)作物的受污風(fēng)險(xiǎn)。在以往的研究中,對(duì)農(nóng)作物重金屬健康危害的研究主要集中在糧食以及葉類蔬菜上。本文則關(guān)注被普遍忽略的根莖農(nóng)作物。選用鮮有報(bào)道的、適宜在淤泥中生長(zhǎng)、在上海市場(chǎng)比較多見的芋頭等根莖農(nóng)作物作為研究對(duì)象,對(duì)比不同污染水平的土壤對(duì)重金屬的濃縮效應(yīng),并據(jù)此考察其健康安全風(fēng)險(xiǎn)。2采樣與采集2.1樣品采集(1)濕地土壤的選擇包括土壤樣品和農(nóng)作物樣品。在上海地區(qū)選擇不同功能區(qū)的濕地土壤以及在其上生長(zhǎng)的根莖農(nóng)作物,即芋頭、山藥、地瓜、藕和土豆,并對(duì)這些樣品進(jìn)行簡(jiǎn)單預(yù)處理。(2)江蘇省4所上海近郊的江橋鎮(zhèn)(S1)、崇明縣(S2)、浦東新區(qū)(S3)、奉賢區(qū)(S4)、青浦區(qū)(S5)和江蘇蘇州西部(S6)。2.2樣品預(yù)處理程序和分析分別對(duì)土壤樣品和農(nóng)作物樣品按以下步驟進(jìn)行預(yù)處理,并運(yùn)用ICP儀器進(jìn)行相關(guān)分析。(1)u3000酸、堿、hf①將土樣自然風(fēng)干磨碎后,過100目尼龍篩;②稱取0.5g土壤樣品,加入3mL濃HNO3、1mL濃HClO4、0.5mL濃HF,置入聚四氟乙烯高壓釜內(nèi),加熱至150℃并持續(xù)4h,冷卻后取出,在電爐上烘烤近干;③加入0.25mLHNO3定容至10mL后,利用等離子體發(fā)射光譜法ICP分析重金屬含量。(2)樣品灰化、烘烤時(shí)間①用自來水和去離子水洗凈后切片,置于0～60℃鼓風(fēng)干燥箱中烘干后,剪碎備用;②取0.5g干燥樣品,置于坩堝內(nèi),放入馬福爐,在200℃炭化1h,隨后逐步升溫,在460℃～470℃下灰化,總時(shí)長(zhǎng)為14～18h;③待樣品完全灰化,取出放冷,加入3mL濃HNO3、1.5mL濃HClO4,同樣置入聚四氟乙烯高壓釜內(nèi),加熱至150℃并持續(xù)4h,冷卻后取出,在電爐上烘烤近干;④與土壤樣品預(yù)處理步驟③相同。3結(jié)果與討論3.1土壤重金屬含量實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,土壤中地殼元素(Na,Ca,Mg,Al,Fe,Mn)的豐度明顯比文獻(xiàn)值低,僅K元素含量較高,可能與在土壤中施鉀肥有關(guān);而重金屬元素(Ni,Cr,Cu,Cd,As,Zn,Pb)的含量都比文獻(xiàn)值高,表明上海近郊土壤中重金屬含量整體偏高,其中Pb,Zn和As污染較為嚴(yán)重。上海近郊濕地土壤元素含量平均值與文獻(xiàn)值的比值見圖1。此外,在6個(gè)采樣點(diǎn)測(cè)定土壤中重金屬含量與國(guó)家二級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)的比值(表1)中,Cd的比值都大于1,表明在上海近郊土壤中Cd超標(biāo)嚴(yán)重,而其他重金屬在這6個(gè)樣品中都符合國(guó)家土壤環(huán)境二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。但在采樣點(diǎn)S3,As,Ni和Zn的含量均高于0.7,已達(dá)安全標(biāo)準(zhǔn)的警戒值。3.2重金屬作物的分布3.2.1對(duì)重金屬的濃縮作用在植物生長(zhǎng)過程中,土壤中包括重金屬在內(nèi)的組分會(huì)遷移到植物中。不同農(nóng)作物對(duì)各種重金屬的濃縮效應(yīng)差別較大。通過實(shí)驗(yàn),可得出以下結(jié)論:①本文研究的5種農(nóng)作物對(duì)As和Pb的濃縮效應(yīng)相對(duì)較低;②山藥對(duì)Zn的濃縮效應(yīng)最高;③芋頭對(duì)大多數(shù)重金屬都有較高的濃縮效應(yīng);④土豆對(duì)這些重金屬的濃縮效應(yīng)最低。5種農(nóng)作物對(duì)重金屬的濃縮因子見圖2。(BCF=作物中金屬含量/土壤中金屬含量)為更清楚地反映這5種農(nóng)作物對(duì)重金屬的綜合濃縮效應(yīng)以及重金屬由土壤向農(nóng)作物的遷移趨勢(shì),對(duì)圖2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后,經(jīng)過進(jìn)一步分析,即可得出農(nóng)作物對(duì)重金屬的平均濃縮因子,相關(guān)結(jié)論如下:①As和Pb的平均濃縮因子較低;②Zn,Cr,Ni,Cu和Cd在農(nóng)作物中的濃縮因子分別是As的27,24,20,16倍和8倍;③這5種農(nóng)作物對(duì)重金屬的濃縮因子總和分別為0.11,0.41,1.01,1.16和1.71,可清楚地反映出這些農(nóng)作物對(duì)重金屬的綜合吸收效應(yīng),進(jìn)而得出,對(duì)重金屬的濃縮能力排序是芋頭>山藥>藕>地瓜>土豆。3.2.2食用重金屬含量的檢測(cè)通過對(duì)重金屬在這5種農(nóng)作物(干重)中含量的測(cè)定,發(fā)現(xiàn)除土豆外,其他農(nóng)作物中都存在重金屬超標(biāo)的現(xiàn)象,其中Pb和Cr超標(biāo)最為嚴(yán)重。(注:由于Ni和Cu無相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值,因此本節(jié)只討論Cr,Cd,As,Pb和Zn這5種重金屬。)據(jù)此,對(duì)5種農(nóng)作物的食用安全性進(jìn)行了分析,結(jié)論如下:①As和Cd在5種農(nóng)作物中的含量都低于國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值,可安全食用;②雖然Zn在這5種農(nóng)作物中的含量低于標(biāo)準(zhǔn)值,但其在芋頭和藕中的含量已非常接近規(guī)定的安全界限;③除在土豆中的含量低于規(guī)定值外,Cr和Pb在其他4種農(nóng)作物中均超標(biāo)。因此,從食用安全性上講,除土豆外,其余4種農(nóng)作物都不符合安全食用標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)定的5種農(nóng)作物的食用安全值見表2。(注:“+”表示農(nóng)作物樣品中測(cè)定值低于糧食中的規(guī)定值,“++”則表示該測(cè)定值非常接近其規(guī)定值,數(shù)值表示實(shí)際含量與規(guī)定值的比值。)4農(nóng)作物重金屬含量檢測(cè)結(jié)果根據(jù)國(guó)家土壤環(huán)境二級(jí)標(biāo)準(zhǔn),上海近郊土壤中的重金屬元素遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于文獻(xiàn)值,顯示出該地區(qū)土壤已受到重金屬污染,其中Cd在所有采樣點(diǎn)的土壤中都超標(biāo),因此其污染程度最為嚴(yán)重。其次,Ni,As,和Zn在個(gè)別采樣點(diǎn)的含量也已經(jīng)達(dá)到了警戒線。不同農(nóng)作物對(duì)各種重金屬的生物濃縮作用