天然草场土壤、牧草中重金属含量对放牧家畜的影响

2012-04-29张静李希来裴海昆

湖北农业科学 2012年20期

张静　李希来　裴海昆

摘要：对青海省3个主要天然放牧草场中土壤、牧草和家畜中汞、砷、镉、铅重金属的累积与迁移规律进行研究。结果表明，黄南州河南县和海南州共和县土壤中汞含量超过限量值，海北州祁连县土壤中镉含量超过限量值，其他指标均符合标准要求。牦牛肌肉、羊肌肉中铅含量与饲养环境中土壤、牧草中铅含量均无显著相关关系（P>0.05），与饲养环境牧草中砷、汞含量也无显著相关关系（P>0.05），牦牛肌肉中汞、镉含量与饲养环境土壤、牧草中汞、镉的含量具有显著相关关系（P<0.05），羊肌肉中砷含量与饲养环境土壤、牧草中砷的含量具有显著相关关系（P<0.05）。从总迁移系数看，汞的迁移系数最大，其次为砷。汞、砷向羊肌肉中的迁移系数大于牦牛肌肉，镉向牦牛、羊肌肉迁移的系数最小。

关键词：放牧家畜；天然草场；土壤重金属；相关性

中图分类号：S852.16+5文献标识码：A文章编号：0439-8114（2012）20-4579-04

畜牧业是青海国民经济发展的重要资源依托，其质量的优劣对该地区的畜牧业发展具有极其重要的影响，草场中重金属含量是衡量畜产品品质的重要指标[1，2]。青海有机畜牧业的发展与草场土壤、牧草和家畜中的重金属含量有直接关系。土壤中的重金属累积到一定程度就会对土壤-植物-禽畜系统产生毒害[3]，重金属污染物对人类具有潜在危害，可以通过食物链最终危害到人类健康，与大多数的污染物不同，重金属的特殊威胁在于它不能被微生物所分解。相反地，生物体可以富集重金属，并把它转化为毒性更大的金属有机化合物。研究表明，汞能沿着食物链由植食性动物向肉食性动物进行传递[4]。由于食物链是重金属富集的主要途径，而食物链中的重金属主要来自饲养环境中的土壤、水，重金属从土壤向食物链迁移的状况直接影响人类摄取重金属的水平，最终对人类的健康造成威胁。因此，研究污染性元素的迁移及累积规律，是环境科学的重要任务之一[5]。一般情况下，土壤中自然存在的汞、砷、镉、铅不至危害到人类健康，造成土壤中汞、砷、镉、铅富集的原因是人类因素引入的。随着人类活动，如采矿、草地杂毒草和鼠虫害的化学防除、人工草地的建设以及其他非有机的干扰活动（如施肥、农药的使用等），对青海草地畜牧业经营干扰程度的加强，草地畜牧业生产往往会受到重金属的污染。本试验研究汞、砷、镉、铅4种重金属在“土壤—牧草—家畜”生态环境中迁移与累积规律，为制定放牧家畜无公害牛羊肉生产地环境质量标准和生产技术规范提供科学参考依据。

1材料与方法

1.1试验地概况

试验地选择青海省海南州共和县江西沟、黄南州河南县优干宁镇、海北州祁连县阿柔乡3个试验区。试验区属高原大陆性气候。其气候特点为雨热同季，干湿季差别明显；热量不足，无霜期短，降水变率大，时空分布不均；光照时间长，太阳辐射强；冷季漫长干冷，暖季短促润凉。海南州共和县江西沟地处青藏高原北隅，1月均温-14 ℃，7月均温18.3 ℃，年降水量300～400 mm，平均海拔3 200 m，一般海拔2 160～5 360 m。黄南州河南县优干宁镇平均气温-0.9～8.5 ℃，年降水量549.4 mm，平均海拔在3 500 m以上。海北州祁连县位于青海省海北藏族自治州北部，东、北部与甘肃省接壤，地处祁连山南麓中端。年平均气温-1.8 ℃，年降水量270～550 mm，一般海拔2 180～5 287 m。

1.2材料

海南州共和县江西沟、黄南州河南县优干宁镇、海北州祁连县阿柔乡3个试验区，分别采集土壤样品、牧草样品及牦牛肉样品、羊肉样品。

1.2.1土壤样品采集每试验区选3个样地在牛羊放牧或采食地按对角线法选择5个采样点采集土样，采样时去除地表的草根再取土，除去草根、石头等杂物，在80 ℃烘箱中烘干至恒重，用玛瑙研钵将其研磨并过100目筛，装袋备用。

1.2.2牧草样品采集在土壤样品的采集点采集1 m2样方的可食牧草，在65 ℃烘箱中烘干至恒重，粉碎过40目筛，装袋备用。

1.2.3肉样采集在试验区的屠宰期随机选择各10只（头）体格相近，年龄3～4岁的牦牛，年龄1～2岁的羊，选取肌肉部分采用不锈钢搅拌机将其打磨成糊状，待测。

1.3试验方法

土壤、牦牛肌肉、羊肌肉、牧草样品中镉、铅含量的测定采用石墨炉原子吸收分光光度法[6-8]；土壤、牦牛肌肉、羊肌肉、牧草样品中汞含量的测定采用冷原子吸收分光光度法[6-8]，土壤样品采用硫酸-硝酸-高锰酸钾消解。土壤样品中砷含量测定采用二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法[6]，肉、牧草样品砷含量测定银盐法[7，8]。

1.4统计分析

试验数据统计用SPSS 11.5进行LSD检验及回归分析。

2结果与分析

2.1不同放牧区土壤、牧草、牛羊肌肉组织中重金属含量分析

由表1可知，3个不同放牧地区土壤中汞、砷、镉、铅的含量差异显著（P<0.05），其中黄南州河南县、海南州共和县汞的含量超过土壤环境质量标准限量值[9]，其含量依次为黄南州河南县>海南州共和县>海北州祁连县；海北州祁连县镉的含量超过土壤环境质量标准限量值，其含量依次为海北州祁连县>海南州共和县>黄南州河南县；砷和铅的含量均符合土壤环境质量标准要求[9]。在研究区中4种重金属的污染程度以汞最大，其次是镉。

黄南州河南县、海南州共和县土壤中汞的含量以及海北州祁连县镉的含量超过土壤环境质量标准限量值，但牧草、牦牛肌肉组织、羊肌肉组织中汞、砷、镉、铅含量均不超标，符合国家食品卫生和饲料卫生标准[7，8]，这可能与草地牧草积累重金属的能力以及土壤重金属含量有关，牧草中重金属含量随土壤污染程度加重而增加。试验结果表明，青海省3个主要放牧区生产的牛羊肉产品中汞、砷、镉、铅重金属指标符合国家食品卫生标准[7]。

海南州共和县、黄南州河南县的牧草中汞、砷、镉含量差异不显著（P>0.05），但两州牧草中的汞、砷含量极显著高于海北州祁连县牧草中的含量（P<0.01），海北州祁连县牧草中铅的含量极显著高于其他两州（P<0.01）。这可能与土壤环境中重金属的含量、存在的形态以及牧草对不同重金属的积累能力有关。植物从土壤中摄取重金属主要取决于土壤中重金属的总量、形态、土壤理化性质等，不同的植物从土壤中吸取重金属的能力不同，同种植物对不同重金属的积累能力也不同。3个试验区之间的牦牛肌肉、羊肌肉中，铅、镉含量差异不显著（P>0.05）（羊肌肉中未检出镉含量），黄南州河南县牦牛肌肉中砷、汞含量显著高于其他两个地区，羊肌肉中汞含量差异不显著（P>0.05）。海北州祁连县羊肌肉中砷含量差异极显著低于其他地区（P<0.01）。

2.2牦牛肌肉、羊肌肉组织中重金属含量与土壤、牧草中重金属含量的相关性

由表2可知，牦牛肌肉中汞、镉的含量与饲养环境土壤、牧草中汞、镉的含量具有显著的相关关系，牦牛肌肉中砷含量与饲养环境土壤中砷含量有显著的相关关系（R=0.946，P<0.05），但与饲养环境牧草中砷含量无显著相关关系（R=0.364，P>0.05），牦牛肌肉中铅含量与饲养环境土壤、牧草中铅含量的线性回归模型方差检验（土壤：R=0.049，P>0.05；牧草：R=0.520，P>0.05），说明牦牛肌肉中铅的含量与饲养环境土壤、牧草中铅的含量无显著的相关关系，这一研究结果相同于蔡秋等[10]牛肌肉组织中的铅含量与土壤环境、饲料无显著的相关关系。

羊肌肉中砷含量与饲养环境土壤、牧草中砷含量的线性回归模型方差检验（土壤：R=0.806，P<0.05；牧草：R=0.969，P<0.05），说明羊肌肉中砷的含量与饲养环境土壤、牧草中砷的含量具有显著的相关关系，羊肌肉中汞含量与饲养环境土壤中汞含量具有显著的相关关系（R=0.684，P<0.05），但与饲养环境牧草中汞含量无显著的相关关系（R=0.647，P>0.05），羊肌肉中铅含量与饲养环境土壤、牧草中铅含量的线性回归模型方差检验（土壤：R=0.037，P>0.05；牧草：R=0.501，P>0.05），说明羊肌肉中铅的含量与饲养环境土壤、牧草中铅的含量无显著的相关关系。

研究区牧草中重金属元素向牦牛肌肉、羊肌肉组织迁移的迁移系数[10]（见表3）。由表3可知，从总的迁移系数看，汞的迁移系数最大，其次为砷。汞、砷向羊肌肉的迁移系数大于牦牛肌肉，镉向牦牛肌肉、羊肌肉迁移的系数最小，这可能与不同重金属在肌肉组织中蓄积的能力不同，不同畜种对重金属蓄积能力也不同有关。镉向肌肉组织的迁移较少[11，12]，这是由于进入机体的镉首先进入肝脏，然后与肝脏的金属硫蛋白结合成镉的金属硫蛋白复合物向肾脏转移，通过这种方式将镉束缚成相对稳定的形式，镉在体内的分布主要集中在肾脏[13]。

3讨论

不同放牧地区土壤中汞含量超过土壤环境质量标准限量值，海北州祁连县镉的含量超过限量值，其他指标符合土壤环境质量标准要求。这可能与3个试验区近年大面积使用化学药剂灭杂草灭鼠害以及人工草地、半人工草地施肥造成土壤中重金属汞、镉超标有关，另外海北州祁连县矿藏资源丰富有大量矿场，土壤汞、镉超标可能与采矿有关。已报道有机肥料中的重金属和过磷酸钙中的镉、铅对土壤有污染[14]，通过肥料、土壤改良剂和大气沉积进入土壤的镉使土壤的镉缓慢增加[3]。随着人类活动，加大了青海草地畜牧业经营干扰程度，草地畜牧业生产受到重金属等污染困扰，生产无公害无污染高品质具有市场竞争力的畜产品，必须加强草地畜牧业经营管理，降低污染物从家畜饲养环节系统向家畜体内迁移和蓄积的途径，控制使用化学农药、肥料，控制开采矿藏。

牦牛肌肉中汞、镉含量与饲养环境土壤，牧草中汞、镉含量具有显著相关关系；羊肌肉中砷含量与饲养环境土壤、牧草中砷的含量具有显著相关关系。牦牛肌肉、羊肌肉组织重金属元素蓄积与天然饲养环境中的土壤、牧草和饮用水的重金属含量及污染程度密切相关，随饲养环境的重金属含量和污染水平的提高，肌肉组织中的重金属含量显著增加，但牦牛肌肉、羊肌肉组织的重金属含量与土壤、牧草中的含量并非呈单纯的正比关系。牦牛肌肉、羊肌肉中铅的含量与饲养环境土壤、牧草中铅的含量无显著的相关关系，这可能与土壤中铅含量较低，平均值1.27 mg/kg，远低于土壤环境质量标准≤35.00 mg/kg有关。

由于牦牛肌肉组织中汞含量与饲养环境土壤、牧草汞含量具有显著正相关关系，汞迁移系数又大，因此当环境受到汞污染，牦牛肉最易被污染，质量受到危害，镉的迁移系数最小并不意味家畜不易吸收蓄积镉，只是镉向肌肉组织中迁移较少，而主要集中在肾脏。

4小结

试验表明，草地环境中的重金属汞、砷、镉、铅可能通过食物链向牛、羊肌肉组织中迁移，已报道青海省海北州祁连县有害金属元素镉在牦牛奶中含量超过食品添加剂联合专家委员会制定的PTWI 7 μg/kg标准，与草地环境被污染有关[15]。尽管试验区牛、羊肉中4种重金属含量不超标，但人类活动如采矿、农药、化肥、工矿业废气、废液等都会造成土壤重金属污染，土壤中的重金属累积到一定程度就会对土壤-植物-畜禽系统产生毒害，更为严重的是有毒重金属在土壤系统中的污染过程具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点，一旦发现土壤遭到重金属污染，不仅为时已晚，而且治理非常困难，因此草地畜牧业生产管理中应控制大量使用化肥和农药，建议采用生物方法如控制放牧强度，抑制鼠虫数量爆发和毒杂草的蔓延，控制开矿、采矿，同时制定放牧家畜无公害牛、羊肉生产地环境质量标准和生产技术规范。

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