浙中地区水生蔬菜及其生长环境重金属污染调查与评价
2016-09-29王方园徐金玲周卫东谢晓君
王方园, 龙 珠, 徐金玲, 周卫东, 谢晓君
(1.浙江师范大学 地理与环境科学学院,浙江 金华 321004;2.兰溪市环境保护监测站,浙江 兰溪 321100;3.金华市地质大队测试中心,浙江 金华 321001)
浙中地区水生蔬菜及其生长环境重金属污染调查与评价
王方园1,龙珠1,徐金玲2,周卫东3,谢晓君1
(1.浙江师范大学 地理与环境科学学院,浙江 金华321004;2.兰溪市环境保护监测站,浙江 兰溪321100;3.金华市地质大队测试中心,浙江 金华321001)
通过对浙中地区主要水生蔬菜基地的铅、镉、铬、铜、锌、砷进行调查研究.结果表明：土壤重金属平均含量均高于背景值;水体中铅、铬、铜、锌平均含量较低,砷、镉未检测出.采用单因子污染指数与内梅罗综合污染指数相结合的方法对水生蔬菜污染情况及其生长环境质量状况进行评价.结果显示:土壤中镉的单项污染指数为5.37,其他几种重金属均小于0.70,说明调查区域的土壤受到重度镉污染,其他几种重金属污染不明显.综合污染指数为3.87,属于重度级污染;水体中重金属的单项污染指数均小于1,综合污染指数小于0.70,属于安全级.水生蔬菜重金属的单项污染指数大小排序为:铅(2.95)>铬(2.24)>锌(1.54)>镉(0.53)>铜(0.40)>砷(0.27),表明调查区域水生蔬菜已经受到铅、铬污染,锌轻污染,而镉、铜、砷没有构成污染.综合污染指数为 2.29,表明各重金属对水生蔬菜的复合污染属中度级污染.
水生蔬菜;重金属;污染调查;评价;浙江
(1.InstituteofGeographyandEnvironmentalSciences,ZhejiangNormalUniversity,Jinhua321004,China; 2.EnvironmentalProtectionMonitoringStation,Lanxi321100,China; 3.GeologicalBrigadeTestingCenter,Jinhua321001,China)
与陆生蔬菜相比,工业排放极易成为水生蔬菜生长环境的源头性污染[1].水生蔬菜具有发达的维管束组织，容易从水体、淤泥沉积层及大气吸收或转移重金属,更加容易受到重金属污染[2-5].如Rai等[6]和Dwivedi等[7]的调查表明,水蕹干质量1 g,最多可以蓄积镉11 μg、铬13 μg、砷0.05 μg.黄凯丰等[8-12]研究镉离子胁迫浓度为25 mg/L时,葑红早肉质茎中镉离子残留量超标.铅、镉复合胁迫茭白可溶性蛋白含量和最终产量均低于单一胁迫处理.复合胁迫时的铅、镉积累量均明显高于单一胁迫;镉、铅胁迫均能显著降低两茭白品种叶片中DNA提取的量及DNA增色效应的程度，均能促进两茭白品种根系和叶片中NPT,GSH,PCs的含量及茭白各亚细胞组分中铅、镉积累量的显著增加.刘本文等[13]研究镉对茭白各器官的胁迫,结果均表现为较低浓度促进生长,较高浓度则抑制生长.常福辰等[14]研究发现,2 mg/L以上的汞离子胁迫能导致茭白黑粉菌的消亡,导致茭白茎尖不能膨大.熊春晖等[15]研究不同浓度梯度铅、镉复合胁迫,发现莲藕产生了总叶绿素含量、荷叶中可溶性糖含量下降等毒性反应.许晓光等[16]在不同浓度镉或铅的土壤中栽培莲藕,对镉和铅在莲藕各器官中的累积规律进行了研究,发现莲藕各器官铅、镉的累积量随外施浓度的增加而增加,铅、镉在匍匐茎中积累量最高.
莲藕、茭白是浙中地区主要的水生蔬菜，种植面积不断扩大,至 2010 年,占水生蔬菜种植面积的86%，水生蔬菜栽培大都在主要水系周边区域，受水环境重金属污染可能性要高于陆生蔬菜.本研究选择不同区域水生环境莲藕、茭白为水生蔬菜的代表,对莲藕和茭白及其生长环境中铅、镉、铬、铜、锌和砷 6 种重金属赋存和污染状况进行调查、研究及分析，掌握浙中地区重金属在莲藕、茭白及其生长环境中的污染状况,从而为相关部门提供参考.
1 研究区域概况
浙中地区位于长江流域以南,气候温和,江河与湖泊众多,湿地与水资源丰富,对种植水生蔬菜具有得天独厚的优势[17].近十几年来,浙江省加大对水生蔬菜的研究力度,在设施高效栽培、反季节栽培、新品种选育及市场培育等方面不断创新[18].品种创新的同时,更加注重栽培,形成了以浙中地区为中心,以冷水茭白、反季节高山茭白和双季莲藕为主的水生蔬菜块状特色经济.2001—2010年,浙江省水生蔬菜种植面积从31 007 hm2增加到41 667 hm2,增长了36.78%.其中:莲藕种植面积从4 933 hm2增加到7 780 hm2,增长了57.68%,产量从14.44 万吨增加到18.78 万吨,增长了30.03%;茭白面积从20 427 hm2发展到27 940 hm2,占水生蔬菜总面积的68.15%.茭白产量从55.01 万吨增加到64.92 万吨,产量增长了18.01%,占水生蔬菜产量的72.18%[19].茭白、莲藕的产量和效益居国内领先水平.
近年来,浙中地区中小企业发展快速,如不锈钢、电机、汽配、机械、阀门、小商品等各类生产制造装备业增加迅猛,“三废”排放导致环境受到区域性污染.重金属是水生蔬菜优先控制的污染物之一, 铅、镉、砷是我国水生蔬菜重点监控的项目[20].因此,查明种植区域重金属污染物在耕层土壤和水体中的含量,开展重金属污染评价,可为水生蔬菜安全种植和无公害蔬菜生产基地的建立提供科学依据.
2 材料与方法
2.1调查区域的选择
根据浙中地区水生蔬菜主要种植基地、各类工业企业分布的实际情况和地理位置分布的差异,笔者的调查区域已能覆盖整个浙中地区并且能够反映出浙中地区的环境状况.共设具有代表性的4个调查区域,分别是金华市的金东区、婺城区、义乌市、武义县.金东区的采样基地为赤松镇茭白基地，共4个采样单元；婺城区的采样基地为金华市农业科技示范基地,共3个采样单元；义乌市的采样基地为新江村和沈宅村莲藕基地,共4个采样单元；武义县的王宅镇为工业园区,而白姆乡基本无工业企业分布,选取王宅镇和白姆乡的茭白基地为采样点，共6个采样单元.采集远离城区与工业园区,地处偏僻、人迹罕至的白姆山脚、山口冯水库、朱丝了地区的土壤样、水样作为参考的背景值,每个采样单元以1～3个种植地作为取样点.采用梅花式采样法采集水样、土壤样、蔬菜样.具体采样信息见表 1 和图 1.
表1 采样信息
图1采样点区域分布图
2.2样品采集与预处理
在所调查区域分别采集水生蔬菜样及其生长环境中的土壤和水样,水生蔬菜以莲藕、茭白为代表.
1)土壤样采集与预处理.采集浅水耕土层, 深度为20 cm,采集的土壤量大于2 000 g,置于通风处自然干燥,去掉碎石、植物残体及其他杂物,每份样品采用四分法取样进行磨碎处理,过60目筛,低温保存,用湿式消解法预处理[21].
2)水样采集与预处理.采集调查区域水生蔬菜生长环境中的水样,做好记录.过 0.45 μm 滤膜,用硝酸调 pH 值至 2 左右,低温保存,用硝酸预处理[22].
3)水生蔬菜样采集与预处理.采集调查区域的水生蔬菜,做好记录.用自来水冲去表层尘土, 再由超纯水洗净,晾干后置烘箱中于 60 ℃条件下烘至恒重,粉碎后过 100目筛,低温保存,用硝酸和高氯酸处理[23].
2.3重金属测定方法
采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(IRIS Intrepid II XSP美国热电公司)分析样品中的铅、镉、铬、铜、锌5种重金属元素,采用双道原子荧光光谱法(AFS-230E 北京海光仪器公司)分析砷.实验所用试剂均为优级纯,超纯水为milliQ(Advantage)纯水仪制备.
2.4评价方法
首先用背景值比较法分析重金属在土壤、水环境中的含量情况,再用单因子污染指数[24]和综合污染指数[25]的方法评价土壤、水体和水生蔬菜中重金属污染的状况.
1)背景值比较法.背景值是指在未受污染影响的情况下,其化学元素的正常含量[26].化学元素含量超过了背景值,表明环境可能受到了污染.
2)单因子污染指数法
其中：Pi为污染物i的单因子污染指数;Si为污染物i的评价标准;Ci为污染物i的实测浓度.分级标准为:Pi≤1属非污染;1
3)内梅罗综合污染指数法
其中：P综合为综合污染指数;(Ci/Si)ave为污染物污染指数平均值;(Ci/Si)max为污染物污染指数最大值.综合污染指数分级标准为:P综合≤0.70为1级,属安全级;0.70
2.5评价标准
按照食用农产品产地环境质量评价标准(HJ/T332—2006),对分析土壤进行评价,按灌溉水质量评价指标限值(HJ/T332—2006)评价水体;按照《食品中污染物限量》GB2762—2012评价水生蔬菜中铅、镉、铬、砷，GB15199—1994《食品中铜限量卫生标准》评价铜,国家蔬菜食品卫生标准 GB13106—1991《食品中锌限量卫生标准》评价锌.具体的评价指标限值见表2.
表2 评价指标限值
表3 不同区域水生蔬菜基地土壤重金属含量 mg/kg
3 结果与讨论
3.1生长环境背景值比较法
采集远离城区与工业区,地处偏僻或人迹罕至的白姆山脚下、山口冯水库、朱丝了地区的土壤和水样作为背景值.调查区域的土壤和水样通过与背景值的比较,可以了解重金属的变化状况.
3.1.1土壤重金属含量分析
不同调查区域土壤中重金属含量见表 3，研究区域和背景地的测试结果进行t检验，得出金东区的铅、镉含量与背景值相比均存在显著差异(P<0.05).金东区基地的砷(0.028mg/kg)、镉(1.650 mg/kg)、铬 (27.620 mg/kg)、铜 (15.660 mg/kg)、铅 (28.360 mg/kg)、锌 (84.970 mg/kg) 平均含量均超过了背景值.砷、铜分别是背景值的13.75，3.80倍,其他几种重金属则稍高于背景值;婺城区基地的砷(0.034 mg/kg)、镉 (1.600 mg/kg)、铬(31.830 mg/kg)、铜(6.410 mg/kg)、铅(25.270 mg/kg)、锌(72.630 mg/kg),均超过了背景值,其中砷是背景值的17倍,其他5种重金属稍高于背景值,均在2倍以下;义乌市基地的镉(1.710 mg/kg)、铬(36.420 mg/kg)、锌(108.340 mg/kg)、砷(0.074 mg/kg)平均含量最高,分别是背景值的1.31,2.11,2.20,37 倍;武义县基地铅平均含量最高,为 34.130 mg/kg,是背景值的1.99倍.镉、铬、铜、锌、砷平均含量分别是背景值的1.17,1.61,2.83,1.78,7.10 倍.4 个水生蔬菜基地土壤中重金属平均含量均高于背景值,义乌市基地最高,武义县基地最低,表明水生蔬菜基地土壤可能存在一定重金属污染的潜在因素.
3.1.2水体重金属含量分析
不同调查区域水体中重金属含量见表 4,研究区域和背景地的测试结果进行t检验，发现所有调查基地的铬、铜与背景值相比均存在显著差异(P<0.05).背景地水体中镉、铬、铜、砷未检测出,铅、锌平均含量分别为0.010 2 mg/L和0.165 3 mg/L;表明未受人类因素影响的水体中重金属含量极低，甚至未检测出.调查区域水体的砷、镉未检测出,表明调查区域水体中受砷、镉的影响不显著;金东区基地、婺城区基地、义乌市基地、武义县基地的铬平均含量分别是背景值的12.10,13.58,14.81,16.61倍;铜平均含量分别是背景值的7.47,8.12,12.65,5.08倍;金东区基地铅平均含量低于背景值,其他基地重金属则比背景值略高.武义县基地锌平均含量略高于背景值,其他基地重金属则比背景值低.由调查结果可知,水生蔬菜生长水环境重金属含量较低.
表4 不同区域水体的重金属含量 mg/L
3.2生长环境重金属含量评价
3.2.1土壤中重金属含量评价
不同区域水生蔬菜基地土壤重金属评价.由表 5 可知,调查区域土壤中重金属单项污染指数,镉为5.37,其他均小于0.70.说明该土壤受到重度镉污染,其他几种重金属污染不明显,综合污染指数为3.87,大于3为5级,属于重度污染.调查结果与杨柳桦等[27]对浙中地区某市蔬菜基地土壤重金属污染状况研究结果基本一致.6 种重金属的变异系数大小排序为:砷 (4.97)>镉(0.39)>铜(0.23)>铬(0.11)>铅(0.10)>锌(0.07).变异系数越大,说明受人类活动干扰越强烈,在空间上的分布差异越大[28].铅、铬、铜、锌的变异系数均在 0.20左右,表明这4种重金属元素不受外界人为因素的干扰.
3.2.2水体中重金属含量评价
表 5 不同区域水生蔬菜基地土壤重金属评价
水环境中重金属的单项污染指数(见表 6)为:铬(0.475)>镉(0.360)>铅(0.140)>锌(0.078)>砷(0.070)>铜(0.058),均小于1,为非污染;综合污染指数0.36为1级标准,属安全级.表明浙中地区水生蔬菜生长水环境受到铬、镉、铅、锌、砷、铜的影响不明显.
3.3水生蔬菜重金属含量分析及评价
3.3.1水生蔬菜重金属含量分析
不同调查区域水生蔬菜重金属含量见表 7.测试结果进行t检验.结果显示:调查区域的铅、镉、铬、铜、锌、砷和国家标准限制值不存在显著差异(P<0.05).金东区基地锌平均含量最高,为 34.121 mg/kg,是最低含量的1.44倍,比国家蔬菜食品卫生标准锌限量标准(20 mg/kg)高14.121 mg/kg.铅、铬的平均含量分别为0.663,1.334 mg/kg,分别比《食品中污染物限量》铅限值(0.2 mg/kg)高0.463 mg/kg、铬限值(0.5 mg/kg)高0.834 mg/kg,其他几种重金属比评价标准限值低.
婺城区基地铅、铬、锌平均含量分别为0.792,1.268,31.830 mg/kg,铅、铬均比评价标准安全限值高,而镉、砷则未超标.锌比《食品中锌限量卫生标准》高,而铜比《食品中铜限量卫生标准》低.
义乌市基地铅、铬、锌的平均含量分别为0.540,0.833,33.124 mg/kg,分别比评价标准限值高0.340,0.333,13.124 mg/kg,镉、铜、砷平均含量分别为0.046,7.400,0.215 mg/kg,均比评价标准限值低.
武义县基地铅、铬、锌的平均含量分别为0.550,1.379,23.711 mg/kg,分别比评价标准限值高0.05,0.879,3.711 mg/kg,镉、铜、砷平均含量分别为0.011,0.658,0.135 mg/kg,均比评价标准限值低,是重金属平均含量相对较低的区域.
调查区域水生蔬菜中铅、铬、锌平均含量均超过了评价标准限值,而镉、铜、砷则未超标.不同区域水生蔬菜重金属含量 相比,义乌市基地最高,武义县基地最低.
3.3.2水生蔬菜中重金属含量评价
不同区域水生蔬菜中重金属评价见表8.
表6 不同区域水体中重金属评价
表 7不同区域水生蔬菜中重金属含量mg/kg
调查区域铅镉铬铜锌砷金东区基地测试值范围0.405～0.9210.007～0.0331.007～1.6711.485～1.92527.268～40.9750.080～0.120平均值0.6630.0201.3341.70534.1210.100婺城区基地测试值范围0.754～0.8300.015～0.0211.233～1.3031.411～1.56230.110～33.5500.182～0.206平均值0.7920.0181.2681.48731.8300.194义乌市基地测试值范围0.190～0.7580.028～0.1080.303～1.3032.748～10.94517.853～45.0180.193～0.245平均值0.5400.0460.8337.40033.1240.215武义县基地测试值范围0.378～0.7930.008～0.0150.305～2.0300.218～1.30020.718～26.8250.098～0.163平均值0.5500.0111.3790.65823.7110.135
表8 不同区域水生蔬菜中重金属评价
由表8可知,水生蔬菜重金属单项污染指数为:铅(2.95)>铬(2.24)>锌(1.54)>镉(0.53)>铜(0.40)>砷(0.27),铅、铬均在2～3之间,属于污染;锌在1～2之间,属于轻污染; 镉、铜、砷均小于1,属于非污染；综合污染指数为2.29,属于中度污染.体现各重金属之间对调查水生蔬菜存在一定的复合污染.土壤中镉属于重度污染，而镉对水生蔬菜没有构成污染，可能是莲藕、茭白生长在淹水状，对镉的富集能力低[29].
4 结 语
1)调查区域土壤中重金属平均含量均超过了背景值,其中义乌市基地镉、铬、锌、砷平均含量最高;金东区铜含量最高;武义县铅含量最高.单因子污染指数除镉为5.37之外,其他均小于0.70,说明调查区域土壤受到重度的镉污染,其他几种重金属影响不明显.综合污染指数为3.87,属于重度污染.镉污染的原因主要与调查区域发达的电镀、颜料、化工等工业的“三废”排放有关,且施肥土壤镉含量显著高于未施肥土壤[30],每kg肥料中镉的含量为0.009～2.580 mg[31];6种重金属的变异系数大小为:砷>镉>铜>铬>铅>锌, 铬、铜、铅、锌的变异系数均在0.2左右,表明这 4 种元素不受外界人为因素的干扰.
2)调查区域背景地水体的镉、铬、铜、砷未检测出,调查区域水体的砷、镉未检测出,表明调查区域水体环境受砷、镉影响不显著;铅、锌平均含量与背景值相近;水体中重金属单因子污染指数均小于1,属于非污染;综合污染指数0.36,属于安全级.表明浙中地区水生蔬菜生长环境的水体受到铅、铬、镉、铜、锌、砷的影响不明显.
3)调查区域水生蔬菜中铅、铬、锌平均含量都超过了评价标准限值,镉、铜、砷则未超标.单因子污染指数排序为：铅(2.95)>铬(2.24)>锌(1.54)>镉(0.53)>铜(0.4)>砷(0.27),表明调查区域水生蔬菜已经受到铅、铬污染,锌轻污染,镉、铜、砷没有对水生蔬菜构成污染；综合污染指数为2.29,表明各重金属之间对水生蔬菜的复合污染属于中度污染.
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(责任编辑杜利民)
Investigation and evaluation of the heavy metal pollution for aquatic vegetables and its growing environment in the middle area of Zhejiang
WANG Fangyuan1,LONG Zhu1,XU Jinling2,ZHOU Weidong3,XIE Xiaojun1
Through investigating of Pb, Cd, Cr, Cu and Zn of main aquatic vegetable bases, results showed that the average heavy metals concentration was much higher than the corresponding background values. By the method of combine single factor pollution index and Nemorow integrated pollution index, results showed that the single index of Cd in soil was 5.37 and other heavy metals index were all less than 0.70. It indicated that the soil in surveyed area had been heavily by Cd and other heavy metals′ pollution were not obvious. Integrated pollution index was 3.87 belong to serious pollution level. In aquatic environment single index of heavy metals′ pollution were all below 1, integrated pollution index below 0.70 which belong to security level. The single pollution index of heavy metals in aquatic vegetable area was Pb(2.95)>Cr(2.24)>Zn(1.54)>Cd(0.53)>Cu(0.40)>As(0.27) which showed that the investigated vegetables were heavily polluted by Pb and Cr, polluted by Zn, not polluted by Cd, Cu and As. Integrated pollution index was 2.29 which indicated compound pollution of these heavy metals belong to secondary pollution level.
aquatic vegetables; heavy metals; pollution survey; evaluation; Zhejiang
10.16218/j.issn.1001-5051.2016.03.018
收文日期：2016-01-11；2016-03-07
金华市科技局项目资助(KYZKJY12011);浙江省环境保护科学研究院课题项目资助(KYH06Y15179)
王方园(1966-),女,浙江金华人,高级工程师/副教授.研究方向:污染控制与治理;环境监测与评估.
X131
A
1001-5051(2016)03-0338-08
