云南省兰坪县铅锌矿周边农田玉米土壤pb含量测定

云南省兰坪县铅锌矿周边农田玉米土壤pb含量测定

1重金属污染严重,危害持续发展云南省不仅是一个动植物王国，也是一个色彩王国。云南的矿产资源种类繁多,储量在我国位居前列,分布广泛,开发利用率高,矿业经济发展迅速。有色金属矿的开采和冶炼是重金属进入生物圈的重要途径,再加上产业布局和结构不合理,资源无序开采、企业的治理水平低,环境监管能力不足、对重金属污染重视不够等原因,重金属在环境或生态系统中长时间存留、积累和迁移造成一些重金属矿区及周边土壤重金属污染严重,在部分蔬菜、茶叶、三七等农产品中出现重金属超标问题。重金属污染对云南省环境质量、食品安全和农业可持续发展构成了严重威胁[2~3]。土壤作为环境的主要组成部分,不仅提供人类生存所需的各种营养物质,而且接受来自工业和生活废水、固体废物、农药化肥及大气降尘等物质的污染。重金属以其在土壤中难降解、毒性强、具有积累效应等特征受到科学家们的广泛关注[4~5]。土壤重金属污染物主要有汞、镉、铅、铜、铬、砷、镍、铁、锰、锌等。重金属对土壤的污染基本上是一个不可逆转的过程[6~8]。其中,铅在土壤中易与有机物结合,极不易溶解;土壤铅多发现在表层土,表土铅在土壤中几乎不向下移动。铅对植物的危害表现为使叶绿素含量下降,阻碍植物的呼吸及光合作用;铅对人的危害则是累积中毒[9~10]。云南兰坪铅锌矿位于云南省怒江州兰坪白族普米族自治县金鼎镇东3.5km的凤凰山,是我国迄今探明储量最大的铅锌矿床,也是亚洲第一、世界第四大铅锌矿,矿区探明铅锌金属总储量达1429万t。其铅锌尾矿规模大,周边农田污染较为严重。因此,研究兰坪铅锌矿区周边农田土壤及玉米重金属Pb污染状况,采取有效措施,减少重金属Pb通过食物链进入人体有重要意义[11~12]。2材料和方法2.1采样地海拔高度及经纬度样品采集于2012年9月,供试的13个玉米样和对应的土样采自哨上矿区和大龙老矿区,分别编号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13,表1是各个采样地点的海拔高度及经纬度。2.2土壤和玉米样品的采集和处理2.2.1样品采集和土壤采集在玉米植株的收获期进行采样;避开路边、田埂、沟边、肥堆、污染严重等特殊地段,在13个采样点采集样品;将玉米连根拔起,玉米全株保留并弯折装袋做好标记;同时采集根区土壤,以根系分布深度确定采集深度,取土样至1.5kg左右;将土样捏碎并做好对应标记;运往实验室储存备用。2.2.2土样的研细和筛子的制备将从野外采集回来的土壤—玉米体系登记编号。土壤:首先将土壤摊成薄薄的一层,置于室内通风自然阴干,在土样半干时,需将大土块捏碎,以免完全干后结成硬块,难以磨细。把风干后的土样,放在事先准备好的平面硬纸上用木棍研细,以便其通过0.25mm的筛子。最后用0.25mm的筛子过筛备用。玉米:用水将采集回来的玉米洗干净,把玉米的根、茎、叶、果实分别装进不同的信封里放进烘箱进行烘干,首先在105℃的高温条件下杀菌30min,然后再在70℃的环境下烘干2d。烘干后拿出碾碎备用。2.3测量2.3.1土壤中氨基酸挥发性的测定土壤pH值采用pHS—3C型精密pH计测定,水土比2.5∶1。称取通过0.25mm孔径筛子的风干土样,放入烧杯中,加入蒸馏水25ml,用玻璃棒搅拌1min,使土体充分散开,放置0.5h,此时应避免空气中有氨或挥发性酸的影响,然后用酸度计测定。2.3.2高氯酸溶液的制备称取通过0.25mm孔径尼龙筛的风干土5.000g,置于150ml的三角瓶中,用少量水湿润样品,加王水20ml,轻轻摇匀,盖上小漏斗,过夜,置于电热板或电砂锅上,在通风橱中低温加热至微沸(140~160℃),待棕色氮氧化物基本赶完后取下冷却。沿壁加入高氯酸10~20ml(视样品中有机质的含量而定),继续加热消化产生浓白烟挥发大部分高氯酸,三角瓶中样品呈灰白色糊状,取下冷却。用水约20ml洗涤容器内壁,摇匀,以中速定量滤纸过滤到100ml容量瓶中再用热水洗涤残渣3~4次,冷却后用水定容。同时做空白试验。而后用分光光度计测其含Pb浓度。2.3.3高氯酸溶液的制备分别称取通过0.25mm筛根、茎、叶、果实1.000g,分别置于150ml的三角瓶中,用少量水湿润样品,加入硝酸∶高氯酸=3∶1的混合液20ml,轻轻摇匀,盖上小漏斗,过夜,置于电热板或电砂锅上,在通风橱中低温加热至微沸(140~160℃),待棕色氮氧化物基本赶完后取下冷却。沿壁加入高氯酸10~20ml(视样品中有机质的含量而定),继续加热消化产生浓白烟挥发大部分高氯酸,三角瓶中样品呈灰白色糊状,取下冷却。用水约20ml洗涤容器内壁,摇匀,以中速定量滤纸过滤到100ml容量瓶中再用热水洗涤残渣3~4次,冷却后用水定容。同时做空白试验。而后用原子吸收分光光度计测其含Pb浓度。2.4数据的统计和处理运用SPSS17.0进行方差分析和相关性分析,运用MicrosoftWord2007进行图表绘制。3结果与分析3.1土壤重金属含量分布和含量如表2和表3所示,兰坪铅锌矿区土壤pH值为5.15~7.54,其中1、4、8、9、11这5个采样点的土壤偏碱性,其他采样点偏酸性。土壤Pb含量1126.12~3640.25mg/kg,平均含量1990.51mg/kg。玉米中重金属选用国家粮食二级标准及土壤环境质量标准(GB15618-1995)为评价标准。13个土壤样品中Pb含量超出相应pH值条件下土壤重金属Pb限量标准7.5~25.8倍。13个土壤样品的Pb含量存在一定差异,变异系数为44%,各点Pb含量的离散程度大。1号样品采自废弃矿山,很多矿石还未进行冶炼,所以土壤的Pb含量很高,而5、6、7、8、9号样品采自驰宏公司附近的农田,驰宏公司是兰坪大型的铅锌矿冶炼厂,附近堆积了大量的矿渣,旁边的农田受到了很大的影响,所以Pb含量也很高。3.2玉米中pb含量的变化如表4和表5所示,兰坪铅锌矿区玉米根Pb含量为57.15~516.18mg/kg,平均含量219.17mg/kg。13个玉米根样品中的Pb含量存在一定差异,它们之间的变异系数为57%,各点Pb含量的离散程度较大。玉米茎Pb含量为55.25~138.95mg/kg,平均含量为99.20mg/kg,它们之间的变异系数为30%,各点Pb含量的离散程度不大。玉米叶Pb含量为70.78~230.90mg/kg,平均含量为142.83mg/kg,它们之间的变异系数为41%,各点Pb含量的离散程度大。玉米籽实中的Pb含量为38.13~117.78mg/kg,平均值为79.18mg/kg,与玉米根、茎、叶中的Pb含量相比较,在玉米籽实中Pb的含量相对较低。与国家颁布的《粮食卫生标准(NY861-2004)》中玉米籽实二级标准Pb=0.2mg/kg比较发现,13个样品玉米籽实样品的Pb含量都远远高于国家粮食标准,超过了19.1~588.9倍。13个玉米籽实样品的Pb含量存在一定差异,之间的变异系数为33%,各点Pb含量的离散程度不大。矿区栽培玉米中不同部位重金属Pb含量的高低顺序为根>叶>茎>籽实,具体平均数值为219.17、142.86、99.2、79.18mg/kg,根中最高,籽实中最少,根与籽实Pb含量比值达2.8倍,籽实中Pb含量严重超标。3.3根、茎、pb含量与土壤pb含量的相关性如表6所示,从相关系数看,兰坪铅锌矿区土壤的Pb含量和玉米叶片中的Pb含量的相关系数为0.87,达到了极显著正相关关系(p<0.01)。而根、茎中的Pb含量与土壤的Pb含量的相关系数分别为0.58、0.63,达到显著的正相关关系(p<0.05);籽实中的Pb含量与土壤的Pb含量的相关系数为0.40,没有显著相关性(p>0.05)。4加强农业环保根据矿区土壤及玉米植株不同部位重金属Pb含量的测试结果,可知无论土壤还是玉米植株,它们的重金属Pb含量都严重超标。由于受自然矿体和开采活动的影响,兰坪铅锌矿区周边农田土壤受到Pb重金属的污染,而且在种植的玉米作物体内富集。兰坪铅锌矿区周边农田的铅污染问题十分严峻,对该区采取环境保护措施已迫在眉睫。根据玉米不同部位的积累规律,应及早采取适宜措施,减少重金属在玉米籽实中的富集,降低Pb通过食物链对人畜健康的危害。鉴于兰坪县铅锌矿区周边农田玉米重金属Pb含量普遍超标,建议矿区种植其它低累积作物或林木和花草等经济植物,谨慎种植直接食用的粮食作物,从而避免和减少矿区土壤重金属Pb在食物链中的传输和对人畜健康的直接威胁。5土壤、叶、pb含量与玉米(1)兰坪铅锌矿区土壤的Pb含量超过了相应pH条件下的土壤环境质量标准(GB15618-1995),超过了7.5~25.8倍。玉米籽实中的Pb含量超过了粮食卫生标准(NY861-2004)二级标准,且含量超过了19.1~588.9倍。(2)兰坪铅锌矿区周边农田土壤—玉米体系中,玉米根中的Pb含量离散程度较大,土壤、叶中Pb含量离散程度大,茎、籽实中Pb含量离散程度不大。(3)兰坪铅锌矿