云南省蘭坪縣鉛鋅礦周邊農田玉米土壤pb含量測定

云南省蘭坪縣鉛鋅礦周邊農田玉米土壤pb含量測定

1重金屬污染嚴重,危害持續(xù)發(fā)展云南省不僅是一個動植物王國，也是一個色彩王國。云南的礦產(chǎn)資源種類繁多,儲量在我國位居前列,分布廣泛,開發(fā)利用率高,礦業(yè)經(jīng)濟發(fā)展迅速。有色金屬礦的開采和冶煉是重金屬進入生物圈的重要途徑,再加上產(chǎn)業(yè)布局和結構不合理,資源無序開采、企業(yè)的治理水平低,環(huán)境監(jiān)管能力不足、對重金屬污染重視不夠等原因,重金屬在環(huán)境或生態(tài)系統(tǒng)中長時間存留、積累和遷移造成一些重金屬礦區(qū)及周邊土壤重金屬污染嚴重,在部分蔬菜、茶葉、三七等農產(chǎn)品中出現(xiàn)重金屬超標問題。重金屬污染對云南省環(huán)境質量、食品安全和農業(yè)可持續(xù)發(fā)展構成了嚴重威脅[2~3]。土壤作為環(huán)境的主要組成部分,不僅提供人類生存所需的各種營養(yǎng)物質,而且接受來自工業(yè)和生活廢水、固體廢物、農藥化肥及大氣降塵等物質的污染。重金屬以其在土壤中難降解、毒性強、具有積累效應等特征受到科學家們的廣泛關注[4~5]。土壤重金屬污染物主要有汞、鎘、鉛、銅、鉻、砷、鎳、鐵、錳、鋅等。重金屬對土壤的污染基本上是一個不可逆轉的過程[6~8]。其中,鉛在土壤中易與有機物結合,極不易溶解;土壤鉛多發(fā)現(xiàn)在表層土,表土鉛在土壤中幾乎不向下移動。鉛對植物的危害表現(xiàn)為使葉綠素含量下降,阻礙植物的呼吸及光合作用;鉛對人的危害則是累積中毒[9~10]。云南蘭坪鉛鋅礦位于云南省怒江州蘭坪白族普米族自治縣金鼎鎮(zhèn)東3.5km的鳳凰山,是我國迄今探明儲量最大的鉛鋅礦床,也是亞洲第一、世界第四大鉛鋅礦,礦區(qū)探明鉛鋅金屬總儲量達1429萬t。其鉛鋅尾礦規(guī)模大,周邊農田污染較為嚴重。因此,研究蘭坪鉛鋅礦區(qū)周邊農田土壤及玉米重金屬Pb污染狀況,采取有效措施,減少重金屬Pb通過食物鏈進入人體有重要意義[11~12]。2材料和方法2.1采樣地海拔高度及經(jīng)緯度樣品采集于2012年9月,供試的13個玉米樣和對應的土樣采自哨上礦區(qū)和大龍老礦區(qū),分別編號為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13,表1是各個采樣地點的海拔高度及經(jīng)緯度。2.2土壤和玉米樣品的采集和處理2.2.1樣品采集和土壤采集在玉米植株的收獲期進行采樣;避開路邊、田埂、溝邊、肥堆、污染嚴重等特殊地段,在13個采樣點采集樣品;將玉米連根拔起,玉米全株保留并彎折裝袋做好標記;同時采集根區(qū)土壤,以根系分布深度確定采集深度,取土樣至1.5kg左右;將土樣捏碎并做好對應標記;運往實驗室儲存?zhèn)溆谩?.2.2土樣的研細和篩子的制備將從野外采集回來的土壤—玉米體系登記編號。土壤:首先將土壤攤成薄薄的一層,置于室內通風自然陰干,在土樣半干時,需將大土塊捏碎,以免完全干后結成硬塊,難以磨細。把風干后的土樣,放在事先準備好的平面硬紙上用木棍研細,以便其通過0.25mm的篩子。最后用0.25mm的篩子過篩備用。玉米:用水將采集回來的玉米洗干凈,把玉米的根、莖、葉、果實分別裝進不同的信封里放進烘箱進行烘干,首先在105℃的高溫條件下殺菌30min,然后再在70℃的環(huán)境下烘干2d。烘干后拿出碾碎備用。2.3測量2.3.1土壤中氨基酸揮發(fā)性的測定土壤pH值采用pHS—3C型精密pH計測定,水土比2.5∶1。稱取通過0.25mm孔徑篩子的風干土樣,放入燒杯中,加入蒸餾水25ml,用玻璃棒攪拌1min,使土體充分散開,放置0.5h,此時應避免空氣中有氨或揮發(fā)性酸的影響,然后用酸度計測定。2.3.2高氯酸溶液的制備稱取通過0.25mm孔徑尼龍篩的風干土5.000g,置于150ml的三角瓶中,用少量水濕潤樣品,加王水20ml,輕輕搖勻,蓋上小漏斗,過夜,置于電熱板或電砂鍋上,在通風櫥中低溫加熱至微沸(140~160℃),待棕色氮氧化物基本趕完后取下冷卻。沿壁加入高氯酸10~20ml(視樣品中有機質的含量而定),繼續(xù)加熱消化產(chǎn)生濃白煙揮發(fā)大部分高氯酸,三角瓶中樣品呈灰白色糊狀,取下冷卻。用水約20ml洗滌容器內壁,搖勻,以中速定量濾紙過濾到100ml容量瓶中再用熱水洗滌殘渣3~4次,冷卻后用水定容。同時做空白試驗。而后用分光光度計測其含Pb濃度。2.3.3高氯酸溶液的制備分別稱取通過0.25mm篩根、莖、葉、果實1.000g,分別置于150ml的三角瓶中,用少量水濕潤樣品,加入硝酸∶高氯酸=3∶1的混合液20ml,輕輕搖勻,蓋上小漏斗,過夜,置于電熱板或電砂鍋上,在通風櫥中低溫加熱至微沸(140~160℃),待棕色氮氧化物基本趕完后取下冷卻。沿壁加入高氯酸10~20ml(視樣品中有機質的含量而定),繼續(xù)加熱消化產(chǎn)生濃白煙揮發(fā)大部分高氯酸,三角瓶中樣品呈灰白色糊狀,取下冷卻。用水約20ml洗滌容器內壁,搖勻,以中速定量濾紙過濾到100ml容量瓶中再用熱水洗滌殘渣3~4次,冷卻后用水定容。同時做空白試驗。而后用原子吸收分光光度計測其含Pb濃度。2.4數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和處理運用SPSS17.0進行方差分析和相關性分析,運用MicrosoftWord2007進行圖表繪制。3結果與分析3.1土壤重金屬含量分布和含量如表2和表3所示,蘭坪鉛鋅礦區(qū)土壤pH值為5.15~7.54,其中1、4、8、9、11這5個采樣點的土壤偏堿性,其他采樣點偏酸性。土壤Pb含量1126.12~3640.25mg/kg,平均含量1990.51mg/kg。玉米中重金屬選用國家糧食二級標準及土壤環(huán)境質量標準(GB15618-1995)為評價標準。13個土壤樣品中Pb含量超出相應pH值條件下土壤重金屬Pb限量標準7.5~25.8倍。13個土壤樣品的Pb含量存在一定差異,變異系數(shù)為44%,各點Pb含量的離散程度大。1號樣品采自廢棄礦山,很多礦石還未進行冶煉,所以土壤的Pb含量很高,而5、6、7、8、9號樣品采自馳宏公司附近的農田,馳宏公司是蘭坪大型的鉛鋅礦冶煉廠,附近堆積了大量的礦渣,旁邊的農田受到了很大的影響,所以Pb含量也很高。3.2玉米中pb含量的變化如表4和表5所示,蘭坪鉛鋅礦區(qū)玉米根Pb含量為57.15~516.18mg/kg,平均含量219.17mg/kg。13個玉米根樣品中的Pb含量存在一定差異,它們之間的變異系數(shù)為57%,各點Pb含量的離散程度較大。玉米莖Pb含量為55.25~138.95mg/kg,平均含量為99.20mg/kg,它們之間的變異系數(shù)為30%,各點Pb含量的離散程度不大。玉米葉Pb含量為70.78~230.90mg/kg,平均含量為142.83mg/kg,它們之間的變異系數(shù)為41%,各點Pb含量的離散程度大。玉米籽實中的Pb含量為38.13~117.78mg/kg,平均值為79.18mg/kg,與玉米根、莖、葉中的Pb含量相比較,在玉米籽實中Pb的含量相對較低。與國家頒布的《糧食衛(wèi)生標準(NY861-2004)》中玉米籽實二級標準Pb=0.2mg/kg比較發(fā)現(xiàn),13個樣品玉米籽實樣品的Pb含量都遠遠高于國家糧食標準,超過了19.1~588.9倍。13個玉米籽實樣品的Pb含量存在一定差異,之間的變異系數(shù)為33%,各點Pb含量的離散程度不大。礦區(qū)栽培玉米中不同部位重金屬Pb含量的高低順序為根>葉>莖>籽實,具體平均數(shù)值為219.17、142.86、99.2、79.18mg/kg,根中最高,籽實中最少,根與籽實Pb含量比值達2.8倍,籽實中Pb含量嚴重超標。3.3根、莖、pb含量與土壤pb含量的相關性如表6所示,從相關系數(shù)看,蘭坪鉛鋅礦區(qū)土壤的Pb含量和玉米葉片中的Pb含量的相關系數(shù)為0.87,達到了極顯著正相關關系(p<0.01)。而根、莖中的Pb含量與土壤的Pb含量的相關系數(shù)分別為0.58、0.63,達到顯著的正相關關系(p<0.05);籽實中的Pb含量與土壤的Pb含量的相關系數(shù)為0.40,沒有顯著相關性(p>0.05)。4加強農業(yè)環(huán)保根據(jù)礦區(qū)土壤及玉米植株不同部位重金屬Pb含量的測試結果,可知無論土壤還是玉米植株,它們的重金屬Pb含量都嚴重超標。由于受自然礦體和開采活動的影響,蘭坪鉛鋅礦區(qū)周邊農田土壤受到Pb重金屬的污染,而且在種植的玉米作物體內富集。蘭坪鉛鋅礦區(qū)周邊農田的鉛污染問題十分嚴峻,對該區(qū)采取環(huán)境保護措施已迫在眉睫。根據(jù)玉米不同部位的積累規(guī)律,應及早采取適宜措施,減少重金屬在玉米籽實中的富集,降低Pb通過食物鏈對人畜健康的危害。鑒于蘭坪縣鉛鋅礦區(qū)周邊農田玉米重金屬Pb含量普遍超標,建議礦區(qū)種植其它低累積作物或林木和花草等經(jīng)濟植物,謹慎種植直接食用的糧食作物,從而避免和減少礦區(qū)土壤重金屬Pb在食物鏈中的傳輸和對人畜健康的直接威脅。5土壤、葉、pb含量與玉米(1)蘭坪鉛鋅礦區(qū)土壤的Pb含量超過了相應pH條件下的土壤環(huán)境質量標準(GB15618-1995),超過了7.5~25.8倍。玉米籽實中的Pb含量超過了糧食衛(wèi)生標準(NY861-2004)二級標準,且含量超過了19.1~588.9倍。(2)蘭坪鉛鋅礦區(qū)周邊農田土壤—玉米體系中,玉米根中的Pb含量離散程度較大,土壤、葉中Pb含量離散程度大,莖、籽實中Pb含量離散程度不大。(3)蘭坪鉛鋅礦