上海近郊5种作物重金属含量及浓缩效应研究

上海近郊5种作物重金属含量及浓缩效应研究

1农作物重金属健康危害随着工业化和城市化进程的加快，环境质量受到严重影响，重金属污染日益严重。污染事件的频发也是2009年中国环境的主要问题之一。环保部此前所做的全国土壤污染状况调查显示,目前全国10%以上的耕种土地面积已受到重金属污染。土壤中重金属污染可直接导致食物被污染,污染物通过食物链进入人体以及其他生物体内,从而影响正常生理功能。我国的陕西、湖南、山西等省区是重金属污染的高发地区。土壤中重金属污染主要是由灌溉污染、大气沉降等因素所致。由于城市近郊是城市蔬菜类农副产品供应的主要来源地,所以近郊土壤成为首先易被污染的区域,这些因素都加大了农作物的受污风险。在以往的研究中,对农作物重金属健康危害的研究主要集中在粮食以及叶类蔬菜上。本文则关注被普遍忽略的根茎农作物。选用鲜有报道的、适宜在淤泥中生长、在上海市场比较多见的芋头等根茎农作物作为研究对象,对比不同污染水平的土壤对重金属的浓缩效应,并据此考察其健康安全风险。2采样与采集2.1样品采集(1)湿地土壤的选择包括土壤样品和农作物样品。在上海地区选择不同功能区的湿地土壤以及在其上生长的根茎农作物,即芋头、山药、地瓜、藕和土豆,并对这些样品进行简单预处理。(2)江苏省4所上海近郊的江桥镇(S1)、崇明县(S2)、浦东新区(S3)、奉贤区(S4)、青浦区(S5)和江苏苏州西部(S6)。2.2样品预处理程序和分析分别对土壤样品和农作物样品按以下步骤进行预处理,并运用ICP仪器进行相关分析。(1)u3000酸、碱、hf①将土样自然风干磨碎后,过100目尼龙筛;②称取0.5g土壤样品,加入3mL浓HNO3、1mL浓HClO4、0.5mL浓HF,置入聚四氟乙烯高压釜内,加热至150℃并持续4h,冷却后取出,在电炉上烘烤近干;③加入0.25mLHNO3定容至10mL后,利用等离子体发射光谱法ICP分析重金属含量。(2)样品灰化、烘烤时间①用自来水和去离子水洗净后切片,置于0～60℃鼓风干燥箱中烘干后,剪碎备用;②取0.5g干燥样品,置于坩埚内,放入马福炉,在200℃炭化1h,随后逐步升温,在460℃～470℃下灰化,总时长为14～18h;③待样品完全灰化,取出放冷,加入3mL浓HNO3、1.5mL浓HClO4,同样置入聚四氟乙烯高压釜内,加热至150℃并持续4h,冷却后取出,在电炉上烘烤近干;④与土壤样品预处理步骤③相同。3结果与讨论3.1土壤重金属含量实验结果显示,土壤中地壳元素(Na,Ca,Mg,Al,Fe,Mn)的丰度明显比文献值低,仅K元素含量较高,可能与在土壤中施钾肥有关;而重金属元素(Ni,Cr,Cu,Cd,As,Zn,Pb)的含量都比文献值高,表明上海近郊土壤中重金属含量整体偏高,其中Pb,Zn和As污染较为严重。上海近郊湿地土壤元素含量平均值与文献值的比值见图1。此外,在6个采样点测定土壤中重金属含量与国家二级土壤标准的比值(表1)中,Cd的比值都大于1,表明在上海近郊土壤中Cd超标严重,而其他重金属在这6个样品中都符合国家土壤环境二级标准。但在采样点S3,As,Ni和Zn的含量均高于0.7,已达安全标准的警戒值。3.2重金属作物的分布3.2.1对重金属的浓缩作用在植物生长过程中,土壤中包括重金属在内的组分会迁移到植物中。不同农作物对各种重金属的浓缩效应差别较大。通过实验,可得出以下结论:①本文研究的5种农作物对As和Pb的浓缩效应相对较低;②山药对Zn的浓缩效应最高;③芋头对大多数重金属都有较高的浓缩效应;④土豆对这些重金属的浓缩效应最低。5种农作物对重金属的浓缩因子见图2。(BCF=作物中金属含量/土壤中金属含量)为更清楚地反映这5种农作物对重金属的综合浓缩效应以及重金属由土壤向农作物的迁移趋势,对图2中的数据进行处理后,经过进一步分析,即可得出农作物对重金属的平均浓缩因子,相关结论如下:①As和Pb的平均浓缩因子较低;②Zn,Cr,Ni,Cu和Cd在农作物中的浓缩因子分别是As的27,24,20,16倍和8倍;③这5种农作物对重金属的浓缩因子总和分别为0.11,0.41,1.01,1.16和1.71,可清楚地反映出这些农作物对重金属的综合吸收效应,进而得出,对重金属的浓缩能力排序是芋头>山药>藕>地瓜>土豆。3.2.2食用重金属含量的检测通过对重金属在这5种农作物(干重)中含量的测定,发现除土豆外,其他农作物中都存在重金属超标的现象,其中Pb和Cr超标最为严重。(注:由于Ni和Cu无相应标准值,因此本节只讨论Cr,Cd,As,Pb和Zn这5种重金属。)据此,对5种农作物的食用安全性进行了分析,结论如下:①As和Cd在5种农作物中的含量都低于国家规定的标准值,可安全食用;②虽然Zn在这5种农作物中的含量低于标准值,但其在芋头和藕中的含量已非常接近规定的安全界限;③除在土豆中的含量低于规定值外,Cr和Pb在其他4种农作物中均超标。因此,从食用安全性上讲,除土豆外,其余4种农作物都不符合安全食用标准。测定的5种农作物的食用安全值见表2。(注:“+”表示农作物样品中测定值低于粮食中的规定值,“++”则表示该测定值非常接近其规定值,数值表示实际含量与规定值的比值。)4农作物重金属含量检测结果根据国家土壤环境二级标准,上海近郊土壤中的重金属元素远远高于文献值,显示出该地区土壤已受到重金属污染,其中Cd在所有采样点的土壤中都超标,因此其污染程度最为严重。其次,Ni,As,和Zn在个别采样点的含量也已经达到了警戒线。不同农作物对各种重金属的生物浓缩作用