长春市西郊保护地土壤－作物系统铬、汞的形态研究

2014-12-29赵荟薇苏慧杰唐艳茹

长春师范大学学报 2014年4期

丁鹏，赵荟薇，苏慧杰，唐艳茹

由于各种环境与人为因素的存在，土壤遭受了不同程度的重金属污染，农作物也不可避免地受到严重的污染［1－3］。土壤－农作物系统中，重金属残留时间长，隐蔽性强，通过在作物体内富集而进入食物链，在人体的某些器官中积蓄起来造成慢性中毒，严重危害人体健康［4－5］。重金属引起的土壤及农作物污染问题，近年来引起国内的极大关注［6－8］。作为城乡结合部的城市郊区，往往是供应城市农副产品的生产基地，市郊更与人们的菜篮子密不可分［9－10］，重金属污染问题尤其受到人们重视。

重金属铬是一种毒性很大的重金属，容易进入人体细胞，对肝、肾等内脏器官和DNA造成损伤，在人体内蓄积具有致癌性并可能诱发基因突变［11］;重金属汞对人体健康危害极大，直接导致心脏、甲状腺、肝、肾等发生病变，甚至导致神经系统紊乱［12］。随着生活水平的提高，人们对郊区农作物产品质量有了更高的期望［13］，因此本文研究了长春市郊区保护地土壤及农作物受重金属铬和汞污染的状况，对本市人民身体健康具有现实意义，为防治土壤－作物系统重金属污染提供了依据。

1 材料与方法

1.1 土壤样品的采集与处理

供试样品取自长春市西郊保护地，选取肥力分布均匀的土地，用蛇形法布设10个采样点，土壤采集深度为20cm(耕作层深度)，混匀，自然风干，玛瑙钵中细磨，过100目筛，用四分法弃去多余部分，装入具磨口的广口瓶，备用。

1.2 农作物样品的采集与处理

蔬菜样品白菜、菠菜、油麦菜、小油菜、地瓜、土豆等采自长春市某蔬菜市场，取可食部位用自来水将依附于表面的尘土等附着物冲洗掉，再用去离子水漂洗。培养皿中，在80～90℃杀青30min后，在65℃的烤箱中烘至恒重。将烘干样用不锈钢的高速粉碎机进行粉碎，保存备用。

1.3 样品前处理

土壤pH值的确定用酸度计，水土比为2.5∶1。土壤与蔬菜样品采用氢氟酸－高氯酸－硝酸消解法［14］，消解时做空白样。土壤中重金属Hg经消解后采用双硫腙比色法测定［15］，Cr经消解后用二苯碳酞二肼(简称DPC)比色法测定［16］。

1.4 土壤中重金属的形态分析

采用BCR法［17］，将重金属的形态分为4种，即酸可提取态、氧化物结合态、有机结合态和残渣态。提取剂依次为冰醋酸、氯化铵、醋酸钠、盐酸与硝酸。

1.5 农作物中重金属形态分析

将重金属的形态分为:乙醇提取态、去离子水提取态、氯化钠提取态、盐酸提取态、残留态，提取剂分别为乙醇、去离子水、氯化钠溶液、盐酸。

1.6 评价方法

(1)单因子污染指数法

式中:Pi为污染物i的单项污染指数Ci;为污染物i的实测浓度;Si为污染物i的评价标准。

(2)内梅罗综合污染指数法

式中:Psum为综合污染指数;为污染物中污染指数最大值;为污染物中污染指数平均值。

2 结果与讨论

2.1 土壤中重金属Cr、Hg的含量及形态分布

表1 土壤重金属Cr、Hg的含量

采用酸度计测定土壤样品的pH值为7.11;此条件下，测定结果见表1，土壤重金属Cr、Hg的含量分别为0.4212 mg·kg－1和54.6625 mg·kg－1;由单因子污染指数法计算重金属 Cr、Hg的单因子污染指数分别为0.8424和0.2733。由内梅罗综合污染指数法得到土壤中重金属Cr和Hg的综合污染指数为0.7144。这两种金属都未超过GB15618－1995《土壤环境质量标准》二级标准限值，表明土壤未受污染，土壤状况良好。

表2 土壤中重金属Cr、Hg的形态分布

土壤中重金属的形态分析数据见表2，发现土壤中重金属Cr的存在形态主要是残渣态，各种形态顺序为:残渣态＞有机结合态＞氧化物结合态＞酸可提取态;土壤中重金属Hg的存在形态主要是氧化物结合态和有机结合态，约占75%左右，而酸可提取态含量甚微。

2.2 农作物中重金属Cr、Hg的含量及形态分布

表3 农作物中重金属Cr、Hg的浓度 mg·kg－1(鲜重)

表3列出了常见6种蔬菜作物中铬、汞的含量以及其单项污染指数和综合污染指数。6种农作物样品重金属Cr、Hg的含量均未超标，单项污染指数都小于1;内梅罗综合污染指数都小于1，表明蔬菜中重金属含量都在安全范围内，未受污染。根据综合污染指数比较，可以判断菠菜和油麦菜对重金属Cr、Hg的富集能力比其它四种作物样品强，白菜中重金属Cr、Hg的含量较其它农作物样品中重金属含量少。总体来讲，叶类作物比块茎类作物重金属含量大，富集能力较强。

表4 农作物中重金属Cr、Hg的形态分布 mg·kg－1(鲜重)

表4列出了6种蔬菜中铬、汞的不同形态含量。6种蔬菜中，重金属Cr的存在形态以残渣态为主，其次是乙醇提取态、氯化钠提取态、盐酸提取态、去离子水提取态。Hg的形态以乙醇提取态为主，相同蔬菜中不同重金属的存在形态不同，不同蔬菜中同一种重金属的存在形态也不同。

2.3 污染评价

按中国绿色食品发展中心推荐的分级标准进行土壤污染分级见表5。由表1和表5对比可知，土壤及农作物中重金属Cr、Hg的单项污染指数都小于1，表明土壤及农作物均未受到污染，其中重金属汞的单项污染指数即将接近于1，要预防土壤在以后的生产中受到汞污染;表3也表明蔬菜对铬富集能力稍强。通过对表3和表5分析可知，土壤Cr、Hg的综合污染指数0.7＜Psum≤1，污染等级为警戒级，调查土壤处于尚清洁状态;6种作物Cr、Hg的综合污染指数都小于1，其中菠菜的综合污染指数较其它蔬菜的综合污染指数大，接近于1。应采取一些措施避免土壤及菠菜在以后的生产中受到重金属的污染。

表5 土壤污染分级标准

3 结论

(1)长春市西郊保护地土壤单因子污染指数低于1，但综合污染指数为0.7＜P综≤1，说明土壤处于尚清洁水平，但达到了警戒级污染。(2)所产的6种蔬菜重金属含量均未超标，但菠菜的综合污染指数接近于1，即将达到轻度污染，在以后的生产中要采取防治措施以免土壤及蔬菜受到污染。其它几种蔬菜都处于安全水平。(3)总体来讲，叶菜类蔬菜重金属的含量大于根茎类重金属的含量，同一种蔬菜对不同重金属的富集能力不同，不同种蔬菜对同一种重金属的富集能力不同。(4)重金属Cr在土壤中的存在形态主要以残渣态为主，而Hg在土壤中主要以氧化物结合态和有机结合态为主。

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