廣西羅漢果土壤-立地條件的鉛污染評(píng)價(jià)

廣西羅漢果土壤-立地條件的鉛污染評(píng)價(jià)

0土壤-羅漢果系統(tǒng)鉛的分布與污染巖石-土壤系統(tǒng)的重金屬元素積累和轉(zhuǎn)移受到地層條件的影響1.2它對(duì)不同地層條件下土壤-植物中重金屬含量和污染的影響，有助于選擇受質(zhì)量和條件良好的地方種植農(nóng)產(chǎn)品，提高經(jīng)濟(jì)效益。鉛是一種毒性較大的重金屬,可通過土壤-植物系統(tǒng)致使植物生長緩慢并通過食物鏈進(jìn)入人體威脅人類健康［3］。因此,鉛在土壤-作物系統(tǒng)中的累積及效應(yīng)受到廣泛關(guān)注。羅漢果主產(chǎn)于廣西永福、臨桂和龍勝等縣,為廣西著名土特產(chǎn)品,少數(shù)學(xué)者對(duì)羅漢果中重金屬銅和鎘的含量進(jìn)行了分析,評(píng)價(jià)了羅漢果的藥用安全性［4］,但關(guān)于不同地層條件下土壤-羅漢果系統(tǒng)中鉛的分布與污染研究尚未有報(bào)道。據(jù)此,本研究通過實(shí)地采樣,分析廣西羅漢果產(chǎn)區(qū)不同地層下土壤-羅漢果系統(tǒng)中鉛含量特征,運(yùn)用地質(zhì)累積指數(shù)法評(píng)價(jià)羅漢果產(chǎn)區(qū)土壤鉛污染程度,運(yùn)用單項(xiàng)指數(shù)污染法評(píng)價(jià)了羅漢果根、莖、葉、果的鉛污染程度,為羅漢果的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。1震旦系并層結(jié)構(gòu)研究區(qū)位于桂北龍勝縣、臨桂縣、永福縣。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)志,研究區(qū)主要地層為元古界上板溪群(Pt12);震旦系并層,未分(湘桂邊境組Z);前寒武紀(jì)混合花崗巖(γ2);寒武系清溪組(∈q);寒武系邊溪組(∈b);泥盆系蓮花山組與那高嶺組并層(D1);泥盆系郁江組與東崗嶺階并層(D2);白堊系紅色碎屑巖(K)等［5］。1.1試驗(yàn)樣品的測定根據(jù)研究區(qū)地質(zhì)圖并結(jié)合野外考察選擇代表性羅漢果種植地,于8個(gè)地層土壤表層采集土壤樣品,采集深度約為表層0~60cm的土柱,以采樣點(diǎn)為中心,于30m半徑范圍內(nèi)采集5個(gè)點(diǎn)的土柱并合為1件樣品,每件土壤樣品1kg,土壤樣品經(jīng)過前處理、風(fēng)干、磨細(xì)過160目尼龍篩。土壤中重金屬元素鉛的檢測方法為電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS),原子發(fā)射光譜法(AES)檢出限為0.02μg/mL;在土壤采樣點(diǎn),選取100cm×100cm的樣方進(jìn)行羅漢果采樣,樣地與地邊距離在1m以上,采樣羅漢果植株應(yīng)健康,無病蟲害,采集羅漢果根、莖、葉、果4個(gè)不同器官的植物樣品,貼上標(biāo)簽,存于保鮮袋中迅速冷藏待測。以原子熒光法測定羅漢果不同器官中鉛含量,檢出限為0.001μg/mL［6］。1.2廣西a層土壤鉛污染程度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用地質(zhì)累積指數(shù)評(píng)價(jià)羅漢果產(chǎn)區(qū)土壤鉛污染程度。地質(zhì)累積指數(shù)又叫Muller指數(shù),是德國海德堡大學(xué)Muller教授于20世紀(jì)60年代提出的一種用于研究水環(huán)境沉積物中重金屬元素污染狀況的評(píng)價(jià)方法,并逐漸應(yīng)用于其他沉積物重金屬污染程度評(píng)價(jià)［7］。地質(zhì)累積指數(shù)側(cè)重于反映單個(gè)元素的污染程度,屬于單項(xiàng)污染指數(shù)［8］。其計(jì)算公式如下:式中,Igeo為地質(zhì)累積指數(shù);Cn為元素n的實(shí)測值,mg/kg;1.5為修正指數(shù),是考慮到區(qū)域巖石差異可能引起背景值的波動(dòng)而設(shè)的;Bn為地球化學(xué)背景值,mg/kg,本研究將該值取為廣西A層土壤鉛元素背景中位值19.5mg/kg。地質(zhì)累積指數(shù)通過級(jí)別劃分確定污染程度,廣泛使用的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是Forstner提出的7級(jí)劃分法,具體劃分標(biāo)準(zhǔn)見文獻(xiàn)。采用單項(xiàng)污染指數(shù)評(píng)價(jià)農(nóng)產(chǎn)品或植物重金屬污染程度。計(jì)算公式為:式中,Pi為污染物i的單項(xiàng)污染指數(shù);ci為被測對(duì)象中污染物i實(shí)測值;si為污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。鉛的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用對(duì)外貿(mào)易經(jīng)濟(jì)合作部《藥用植物及制劑進(jìn)出口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》,其限量值標(biāo)準(zhǔn)≤0.2mg/kg。當(dāng)Pi≤1為非污染;當(dāng)1≤Pi<2時(shí)為輕度污染;當(dāng)2≤Pi<3時(shí)為中度污染;當(dāng)Pi>3時(shí)為重度污染［8］。2結(jié)果與分析2.1土壤鉛含量分布表1為不同地層土壤中鉛元素含量,由表1可看出:研究區(qū)8個(gè)地層土壤中,Pb平均含量排序?yàn)?∈q>∈b>γ2>Z>D1>D2>K>Pt12,∈q地層鉛含量最高,為46.7mg/kg,D2地層含量最低,為17.5mg/kg,最大值為最小值的2.67倍。各地層最大值為最小值的1.05~1.49倍,表明各地層中鉛含量變化不大。就變異系數(shù)而言,γ2>D1>D2>Pt12>∈q>Z>K>∈b,其中,γ2地層最大,∈b地層最小,但均未超過30%,同樣表明各地層土壤鉛含量分布差異不大,可以推測不存在明顯的點(diǎn)污染,各地層土壤中鉛的來源較為一致。但8個(gè)地層的土壤Pb含量均值都大于廣西土壤背景值。將各地層土壤鉛元素平均含量與國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)比較,所有土壤樣點(diǎn)均未受到鉛污染,其中,∈b、∈q地層中的鉛含量達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn),僅約為標(biāo)準(zhǔn)值的1/7、1/6;其余6個(gè)地層土壤中鉛含量達(dá)到國家土壤一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。2.2q地層污染程度表2為不同地層土壤鉛Muller指數(shù)評(píng)價(jià)分級(jí),由表2可看出:羅漢果產(chǎn)區(qū)土壤Pb污染級(jí)別均為1級(jí),污染程度為無污染,僅在∈q地層個(gè)別土壤樣點(diǎn)處為2級(jí)污染級(jí)別,土壤受到輕度污染。以均值排列,各地層Igeo值依次為∈q>∈b>γ2>Z>D1>K>Pt12>D2,∈q地層污染指數(shù)最高,D2地層的污染指數(shù)最低。桂林羅漢果產(chǎn)區(qū)土壤總體上無鉛污染。2.3不同層次品質(zhì)中鉛累積總量不同地層中羅漢果不同器官鉛的含量特點(diǎn)見表3,由表3可看出:1不同地層中羅漢果各器官對(duì)鉛元素有不同程度的累積。羅漢果根部鉛含量為2.69~9.82mg/kg,不同地層中含量關(guān)系為:Z>∈q>γ2>∈b>D1>D2>K,Z地層含量最高,K地層最低。莖部鉛含量為1.17~6.47mg/kg,在各地層中排序?yàn)?Z>γ2>∈q>∈b>D1>K>D2中,Z地層含量最高,D2地層含量最低。葉部鉛含量為:3.52~10.7mg/kg,地層間排序?yàn)?D1>D2>∈q>∈b>γ2>Z>K,D1地層最高,K地層最低。果實(shí)中鉛含量為0.0017~0.0076mg/kg,地層間排序?yàn)镈2>γ2>Z>D1>∈b>Pt12>K>∈q,以D2地層含量最高,∈q地層含最最低。就各器官鉛累積總量而言,大小順序依次為:Z>D1>∈q>γ2>D2>∈b>K>Pt12,Z地層最高,Pt12地層最低。2同一地層中羅漢果各器官以果實(shí)中鉛含量最低,大多數(shù)地層中,鉛含量以葉部最高。Pt12、∈b、D1、K、D2等5個(gè)地層中鉛含量在羅漢果各器官中的大小順序?yàn)槿~>根>莖>果,葉片中鉛含量最高。Z地層為:根>莖>葉>果?！蕅地層為:根>葉>莖>果。γ2地層為:莖>根>葉>果。2.4漢植物對(duì)鉛的富集和轉(zhuǎn)移因數(shù)為了明確羅漢果各器官與土壤鉛含量及各器官間鉛含量的關(guān)系,對(duì)羅漢果各器官間及其與土壤鉛含量間進(jìn)行了相關(guān)性分析,結(jié)果見表4。由表4可以看出:根、莖、果實(shí)鉛含量與土壤鉛含量相關(guān)性顯著(P>0.05),呈正相關(guān),但葉的鉛含量與土壤相關(guān)性不顯著,表明葉片中鉛含量除從土壤中經(jīng)根部運(yùn)輸而來外,還可能受到其他因素的影響。羅漢果各器官之間,根-莖鉛含量相關(guān)性極為顯著,莖-葉、莖-果相關(guān)性不顯著,表明葉、果中鉛含量受其他外界因素影響。為進(jìn)一步反映羅漢果對(duì)鉛的富集與轉(zhuǎn)移能力,計(jì)算了羅漢果地上部分對(duì)鉛的富集因數(shù)(BAC)(植物器官重金屬含量與土壤中重金屬含量的比值)和轉(zhuǎn)移因數(shù)(BTC)(植物某一器官的重金屬含量與上一承運(yùn)器官的重金屬含量的比值)。BAC反映了植物對(duì)某種重金屬的富集能力,富集因數(shù)越大,表明其富集重金屬的能力越強(qiáng)。用BAC1、BAC2、BAC3、BAC4分別表示羅漢果根、莖、葉、果4個(gè)部位對(duì)鉛元素的富集能力。轉(zhuǎn)移因數(shù)反映了重金屬在植物體內(nèi)各器官之間被吸收的能力。用BTC1(羅漢果莖中鉛含量/根部鉛含量)、BTC2(羅漢果葉中鉛含量/莖中鉛含量)、BTC3(羅漢果果實(shí)中鉛含量/莖中鉛含量)分別表示鉛在根-莖、葉-莖、莖-果實(shí)間的遷移能力。表5為不同地層羅漢果各器官的富集因數(shù)與轉(zhuǎn)移因數(shù)。由表5可看出:羅漢果根對(duì)鉛的富集因數(shù)在各地層的排序?yàn)閆>γ2>∈q>D1>D2>∈b>K>Pt12;莖對(duì)鉛的富集因數(shù)的大小關(guān)系為Z>γ2>∈q>D1>∈b>K>D2>Pt12;葉對(duì)鉛的富集因數(shù)大小關(guān)系為D2>D1>Pt12>γ2>Z>∈b>∈q>K;果對(duì)鉛的富集因數(shù)大小關(guān)系為D2>γ2>Z>D1>Pt12>K>∈b>∈q。各地層根、莖、葉、果各器官對(duì)鉛的富集能力都較弱,其平均值分別為0.173038、0.114252、0.222091、0.000176,8個(gè)地層羅漢果植物的不同器官Pb的富集因數(shù)都小于1,說明羅漢果對(duì)鉛具有極強(qiáng)的耐受性。由表5還可看出:每個(gè)地層中,均以羅漢果葉對(duì)莖的轉(zhuǎn)移因數(shù)最大,除γ2和Z地層,其余地層轉(zhuǎn)移因數(shù)均大于1,D2層的轉(zhuǎn)移因數(shù)高達(dá)6.51333,表明葉對(duì)莖部鉛元素的運(yùn)輸能力極強(qiáng)。各地層中果實(shí)對(duì)莖部的轉(zhuǎn)移因數(shù)最小,大小關(guān)系為D2>Pt12>D1>K>∈b>γ2>Z>∈q,轉(zhuǎn)移因數(shù)均小于1。羅漢果莖部對(duì)根部鉛的轉(zhuǎn)移因數(shù)在各地層的排序?yàn)棣?>K>Z>D1>∈b>∈q>D2>Pt12,僅有γ2地層轉(zhuǎn)移因數(shù)大于1,表明該地層下羅漢果鉛元素在根莖之間的遷移能力最大。上述結(jié)果表明:羅漢果根-土、莖-根、果-莖界面能有效阻止鉛元素進(jìn)入羅漢果果實(shí)中,這是羅漢果果品部鉛含量極低的重要原因。羅漢果果實(shí)中鉛含量僅為莖中的0.00091、0.00037、0.00316、0.00128、0.00166、0.00124、0.00148倍。2.5外來氣象地層土壤鉛污染評(píng)價(jià)有研究表明:羅漢果除果實(shí)外,其根、葉也有一定的保健和藥用價(jià)值［9－12］,因此,采用單項(xiàng)污染指數(shù)法對(duì)羅漢果根、莖、葉、果4個(gè)器官均進(jìn)行鉛污染評(píng)價(jià),結(jié)果見表6。由表6可看出:8個(gè)地層中羅漢果果實(shí)均未受鉛污染。僅Pt12地層羅漢果4個(gè)器官均未受到污染,其余7個(gè)地層中均存在根、莖、葉某一器官不同程度鉛污染。其中,根部在Z、∈q、∈b、γ2地層輕度污染,Z地層根部的污染指數(shù)已逼近中度污染標(biāo)準(zhǔn);莖部僅在Z、γ2兩個(gè)地層輕度鉛污染;∈q、∈b、γ2、D2地層葉部中度鉛污染,D1地層中度鉛污染,D2的污染指數(shù)也接近中度污染標(biāo)準(zhǔn),這與前面羅漢果葉片中鉛含量較高及葉-莖鉛轉(zhuǎn)移因數(shù)較大的研究結(jié)果一致。3不同層次氣調(diào)土壤鉛殘留的表現(xiàn)廣西羅漢果產(chǎn)區(qū)8套地層土壤中,∈b、∈q地層土壤鉛含量達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn),γ2、Z、D1、D2、K、Pt12這6個(gè)地層土壤鉛含量達(dá)到國家土壤一級(jí)標(biāo)準(zhǔn),Pt12地層鉛含量最低,地質(zhì)累積指數(shù)均小于0,污染級(jí)別與程度為“1級(jí)”、“無污染”,廣西羅漢果產(chǎn)區(qū)各地層土壤未受鉛污染。不同地層中羅漢果各器官對(duì)鉛元素有不同程度的累積。根、莖、葉、果鉛含量最高的地層分別為Z、Z、D1、D2;最低的地層則分別為K、D2、K、∈q。各器官鉛累積總量Z地層最高,Pt12地層最低。同一地層中羅漢果各器官以果實(shí)中鉛含量最低,大多數(shù)地層中,鉛含量以葉部最高。8個(gè)地層羅漢果植物的不同器官Pb的富集因數(shù)都小于1,說明羅漢果植物對(duì)鉛具有極強(qiáng)的耐受性。每個(gè)地層中,均以羅漢果葉對(duì)莖的轉(zhuǎn)移因數(shù)最大,表明葉對(duì)莖部鉛元素的運(yùn)輸能力極強(qiáng)。各地層中果實(shí)對(duì)莖部的轉(zhuǎn)移因數(shù)最小,這是羅漢果果實(shí)鉛含量極低的重要原因。羅漢果果實(shí)單項(xiàng)污染指數(shù)極低,未受鉛污染,8個(gè)地層的羅漢果果實(shí)均為優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品或藥用植物。