蔬菜中Sb等重金属的含量特征及移动性

项萌

摘 要：冶炼区土壤中生长的16种农作物主要受到Sb、As的毒害，且总体表现Sb>As。Sb在农作物各部分含量主要表现为：地下部明显大于地上部，因为根细胞壁中存在大量交换位点。

关键词：蔬菜；重金属；迁移

中图分类号：X53 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）24-0189-02

冶炼活动产生的烟尘随干湿沉降进入土壤环境以及冶炼废渣的堆放，导致其中有害元素的扩散，其危害主要表现在有害元素的活性态部分的释放，活性态的有害元素可以在雨水的淋滤作用下进入地表水或者下渗进入地下水，进而影响冶炼区附近的水生环境（河流体系）以及冶炼区附近的水源等。同时，这部分有害元素还可以向冶炼区附近的蔬菜、农作物等迁移，并最终威胁到人类的健康。

Sb是环境中微量但普遍存在的有毒元素，是植物非必需的元素。在一般的陆生植物中，Sb的背景值范围是0.2～50？滋g·kg-1[1]。Sb被认为是地球化学不稳定的，当以溶液的形态存在时，容易被植物所吸收并与必要的代谢物竞争，对植物产生毒性。Borani等人通过对生长在意大利一些老锑矿区土壤中的大维管束植物中锑的分布状况表明，蕾香（Achillea agera

tum）、丝茅草（Plantagolanceolata）和Silen vulgaris等植物能强烈地积累锑，蕾香叶子和花中累积的锑分别达1367mg/kg和1105mg/kg，丝茅草的根累积的锑达1150mg/kg，Silen vulgaris的茎中锑的浓度达1164mg/kg[1]。此外，某种高富集Sb的植物和微藻也在近年的研究里被发现，其Sb含量分别达到1136 mg·kg-1和1423mg·kg-1[2，3]。

尽管如此，现有的研究对Sb和As在植物中的迁移机理的认识还很缺乏，特别是Sb、As从土壤到植物的迁移转化特征的认识尚不清楚。冶炼区表层土壤中含有较高的Sb与As，Sb与As主要集中在表层土壤孔隙水中，而土壤中水溶态的Sb、As也是最容易被植物吸收的部分，因此研究Sb、As在植物中的分布及其迁移机理，有助于合理评价Sb、As的生物有效性，全面了解冶炼区蔬菜Sb、As等重金属污染状况，不仅对冶炼区蔬菜生产的持续发展具有积极的指导意义，而且对提高人们的生活质量也具有广泛的现实意义。

1 研究区域及冶炼厂概况

本文所研究的冶炼厂位于广西西北部河池市金城江区，北纬108°02′，东经24°42′，海拔180～210m，附近有江辽、江叶、上屯、下屯4个村落。冶炼厂三面环山，背靠将军山，南临乾独大山，西南方向为一无名山。由于锑冶炼厂位于山间谷地，地形闭塞，废气烟尘往往难以扩散，易在局部富集、沉降，造成冶炼厂周围环境污染更加严重，引起树木枯死，农作物欠收，对人体健康也有很大危害。

冶炼厂的冶炼矿石主要是辉锑矿（Sb2S3）、辉锑铁矿（FeSb2S4）、斜硫锑铅矿（Pb5Sb8S17）等，主要产品为锑铜合金、铅铋合金、铅锑有价金属、锑白焦锑酸钠。

2 试验方法

植物样品：

称取植物样品10mg（精确到0.0001），加入0.5mL HNO3和0.25mL HF溶液，其他过程参照相关的步骤。最后用超纯水定容至100mL。取10mL样品，用ICP-MS（型号Platform ICP，英国Micromass公司产）测定微量元素。

3 结果与讨论

冶炼区表层土壤含有相当高的Sb、As等有害元素，并且Sb、As的移动性都随着土壤pH从酸性至弱碱性的变化而增强，而本研究区的土壤pH大部分是在中性至弱碱性范围，由此土壤中Sb、As具有相对较强的移动性，相应地，农作物样品中也发现了相当高的Sb、As等有害元素（图1），表明冶炼活动释放有害元素产生潜在的巨大危害。

通过图1数据可以得到如下结论：不同种类蔬菜对同一重金属元素，同种蔬菜对不同重金属元素的吸收富集均存在着差异，这可能与蔬菜对土壤中重金属元素的吸收受到多种因素的影响有关[3]。蔬菜植株内重金属的含量一方面与土壤重金属的污染程度和污染元素的性质有关，另一方面还与蔬菜作物本身对重金属的选择吸收性能有关。而土壤重金属的含量及有效性又受到土壤重金属元素种类和形态、土壤质地、有机质和pH值等理化性质的影响[4]。由此可见，蔬菜重金属含量差异是多种因素综合作用的结果。

具体来看，图1反映了研究区土壤中生长的十四种主要农作物各部分（根、茎、叶）的Sb等有害元素分布情况，通过图1可以得出以下认识：

（1）冶炼区土壤中生长的16种农作物主要受到Sb、As的毒害，且总体表现Sb>As。

（2）Sb在農作物玉米、瓜瓣、小荷叶、茄子、生菜和甘蓝中的含量要高于豌豆苗、辣椒、红薯、白菜、空心菜、西红柿、香葱和大蒜。且就玉米、瓜瓣、小荷叶、茄子、生菜和甘蓝地上部分（茎、叶）与地下（根）部分中Sb的分布而言，主要表现为：地下部明显大于地上部。那是因为根细胞壁中存在大量交换位点，能将重金属离子固定在这些位点上，从而阻止重金属离子进一步向地上部分转移。而空心菜、西红柿、香葱和大蒜地上部Sb的含量则高于地下部。

（3）As在除瓜瓣外15种农作物中各部分含量相当，没有明显变化。在瓜瓣中As的地下部高于地上部。白菜显示出不同于其他农作物的分布特征，在白菜中As的地上部高于地下部。

植物对重金属的迁移吸收是有选择性的，对不同重金属的吸收能力也是不一致的，因此可以用植物对土壤重金属的植物富集系数（Plant Accumulation Coefficient， PAC）和迁移系数（Translocation Coefficient， TC）分别被用来反映植物对某种元素的富集能力，以及该元素在植物体中的迁移能力[1][5]。前者主要是某种元素在植物体地上部分中的含量与其植物所生长的土壤中该元素含量的比值，而后者主要是植物地上部分中某元素的含量与其根部该元素的含量的比值。endprint

当植物（蔬菜）能够从土壤中吸附相当高含量的一种或多种重金属元素时，并且这些重金属元素都大量被吸收在植物（蔬菜）的地上部分，那么该种植物（蔬菜）即可作为这类重金属元素的超富集植物。根据超富集植物（蔬菜）的选择条件，PAC>1，同时TC>1，本研究区的结果见图2所示，没有发现重金属的超富集植物（蔬菜）。

从图2可以看出，茄子具有相对较强的将Sb从根部向上转移的能力，小荷叶、茄子、生菜和甘蓝根部有明显富集As的特征，但是其根部向地上部分转运As的能力却较低。与相关研究结果（Zhang et al. 2009）一致，Zhang等的研究发现在水稻根部有明显富集As的特征，但是其根部向地上部转运As的能力却很低，原因是As被吸附在水稻根部的铁膜上，导致其难于被植物向地上部转运。瓜瓣、小荷叶、茄子、生菜和甘蓝根部都有明显富集Zn的特征，其根部向地上部分转运Zn的能力也很强。是因为Zn是植物生长的必需元素，相关研究进一步表明阻止土壤中Zn向蔬菜部位迁移的主要场所就发生在茎-根界面上了。而Zn一旦突破根的禁锢之后，其在植株体内的传输则比较畅通。瓜瓣、小荷叶、茄子、生菜和甘蓝根部富集Pb和根部向地上部分转运Pb的能力都很低。这与江水英等的研究结果一致，研究认为Pb是植物生长的有害元素，重金属Pb从土壤到进入植物根部以及在植物体内向上迁移的过程中受到层层阻碍。相关研究亦表明冶炼区土壤中的Pb、Sb含量都很高，但是Sb易从土壤进入土壤孔隙水继而被蔬菜吸收利用，但是Pb则表现出不同的特征，Pb不容易从土壤中解析出来。

4 结束语

（1）Sb在农作物各部分含量主要表现为：地下部明显大于地上部。那是因为根细胞壁中存在大量交换位点，能将重金属离子固定在这些位点上，从而阻止重金属离子进一步向地上部分转移。

（2）Pb是植物生长的有害元素，重金属Pb从土壤到进入植物根部以及在植物体内向上迁移的过程中受到层层阻碍。本论文第五章的相关研究亦表明冶炼区土壤中的Pb、Sb含量都很高，但是Sb易从土壤进入土壤孔隙水继而被蔬菜吸收利用，但是Pb则表现出不同的特征，Pb不容易从土壤中解析出来。

参考文献：

[1]Baroni F， Boscagli A， ProtanoG，et al. Antimony accumulation in achillea ageratum，plantagolanceolata and silene vulgaris growing in an old Sb-mining area[J]. Environmenta Pollution，2000，109（2）：347-352.

[2]Murciego A. M.， Sanchez A. G.， Gonzalez M. A. R. Antimony distributionandmobility in topsoils and plants （Cytisusstriatus， Cistusladanifer and Dittrichiaviscosa） from polluted Sb-mining areas in Extremadura （Spain）[J]. Environmental Pollution， 2007，145：15-21.

[3]Müller K.， Daus B.， Morgenstern P.， Wennrich R. Mobilization of Antimony and Arsenic in Soil and Sediment Samples-Evaluation of Different Leaching Procedurez[J].Water Air Soil Pollution，2007，183：427-436.

[4]周建利，陳同斌.我国城郊菜地土壤和蔬菜重金属污染研究现状与展望[J].湖南农学院学报，2002，22（5）：476-480.

[5]江水英，吴声东，肖化云，等.贵溪冶炼厂周边菜园地土壤-辣椒系统中重金属的迁移特征[J].江西农业大学学报，2010，32（3）：628-632.endprint