农产品重金属污染现状及检测方法

张飞+鸽元艳+任小荣

摘要 为分析华北基本气候概况，首先统计1951—2013年夏季6—8月以及3个月平均降水情况，然后分析3个月降水区域距平，并进行夏季平均降水时空分析及500、700、850 hPa的环流分析。结果表明，华北夏季各月降水递减，转变发生在20世纪80年代。时空分析中，距平场的前3个特征量的累积解释方差达到54%，也出现类似于区域距平分析结果，即华北的确在变干旱。不同高度的旱涝环流分析表明，对华北降水影响较大的是副高，其位置的异常使华北降水变化很大，引起旱涝变化。

关键词 夏季降水；旱涝变化；时空分布；环流分析；华北地区

中图分类号 P434 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）24-0181-05

Temporal and Spatial Distribution Characteristics and Circulation Analysis of Drought and Flood in

Northern China in Summer

YANG Shuai ZHOU Peng SHAN Kun

（Langfang Meteorological Bureau in Hebei Province，Langfang Hebei 065000）

Abstract In order to analyze the basic climate profile in northern China，the average precipitations of June，July，August and the three months during 1951-2013 were counted，and then the precipitation anomalies of the three months were analyzed.The temporal and spatial analysis of summer precipitation and the circulation analysis of 500 hPa，700 hPa and 850 hPa were conducted.The results showed that in anomaly analysis，the precipitation in the summer of northern China was decreasing，and the change occurred in the 1980s. In the spatiotemporal analysis，the cumulative explanatory variance of the first three feature quantities of the anomalies was 54%，and the results were similar to the regional anomalies，which indicated northern China was getting drought. The analysis of diastolic and diversion of different heights showed that subtropical high had a great effect on the precipitation in northern China. The abnormal position of the subtropical high affected the great change of precipitation in northern China，causing the drought and flood changed.

Key words summer precipitation；drought and flood change；temporal and spatial distribution；circulation analysis；northern China

1 重金屬的危害与农产品污染现状

重金属是指原子密度>5 g/cm3的一类金属元素，主要包括镉（Cd）、铬（Cr）、汞（Hg）、铅（Pb）、铜（Cu）等45种。重金属会对人体产生危害。汞（Hg）进入人体后直接进入肝脏，对视力、神经及大脑影响极大；砷（As）含有剧毒，会致人迅速死亡，长期少量摄入会导致慢性中毒和致癌；铅（Pb）会直接伤害人的大脑，特别是对胎儿的神经系统有巨大的伤害，造成先天智力低下，且进入人体后很难排除，是重金属污染中毒性较大的一种；钴（Co）对皮肤有放射性损伤等。上述重金属中任何一种被人体摄入后都能引起头痛、头晕、神经错乱、失眠、健忘、结石、关节疼痛、癌症等[1-2]。

食用被重金属污染的农产品是重金属进入人体的主要途径，近年来我国农产品中重金属的污染日趋严重，各地不断暴出严重的农作物重金属污染事件，如2013年湖南大部分地区的稻谷镉含量超国家标准的13.1倍，彻底成为了毒大米，长期食用“镉大米”会造成慢性镉中毒。农产品重金属污染归根结底来源于土壤污染，国土资源部和环境保护部联合发布的全国土壤污染状况调查公报显示，我国受重金属污染的土壤已达到2 000万hm2，占全国总土壤面积的1/6，重金属通过污染的土壤进入农作物并不断积累，最终由食物链进入人体，导致多种疾病，从而危害人体健康[3-5]。

2 农产品重金属污染的来源

农产品重金属的污染来自土壤污染，了解土壤的重金属污染来源才能有的放矢地防止农产品重金属污染。通过查阅大量的文献，了解到土壤的重金属污染主要源于如下几种方式。

2.1 大气沉降endprint

农作物对大气中重金属污染物有吸收和富集的作用，重金属污染物超过一定的限量就会导致农作物毒害或死亡。大气中的重金属主要来自于汽车尾气、工业生产废气排放产生的大量含重金属的有害气体和粉尘等，大部分重金属通过自然沉降、雨淋沉降等方式进入土壤。我国大气中的重金属含量已严重超标，熊秋林等[6]研究了北京取暖期和非取暖期大气降尘中重金属污染，收集了北京大气沉降样品66份进行测试，数据表明，采暖期北京大气降尘中Mo、Cd、Bi、Zn 4种重金属污染最严重，四者质量分数分别为8.7、2.7、3.0、660.5 mg/kg，分别超出各自北京背景值的656.9%、495.8%、457.5%和395.2%；非采暖期北京大气降尘中Cd、Zn、Pb 3种重金属污染最严重，三者质量分数分别为5.3、822.0、177.2 mg/kg，分别超出各自北京背景值的1 065.0%、516.2%和403.1%。由此可见，不管是采暖期还是非采暖期，北京大气沉降重金属污染均比较严重。

2.2 污水灌溉

污水灌溉是指用经过处理后达到灌溉要求的污水来灌溉农田、森林和草地等，污水灌溉有利有弊，因为污水中含有丰富的氮、磷、镁、锌、钾等养分和有机质悬浮物，所以用污水灌溉的稻田，节省水肥，降低了成本。但工业污水也含有大量Cd、Cr、Pb、As、Hg等不利于农作物生长的有害重金属，这些重金属离子将随着污水灌溉进入土壤从而被农作物吸收。王 霞等[7]研究了污水灌溉对农作物重金属含量的影响因素，认为灌溉污水中重金属离子和阴阳离子浓度与农产品重金属含量成正相关关系。李养养等[8]对陕西省城镇污水处理厂进水和排水、市政污水、污水厂污泥中Hg、As、Cd、Cr、Pb等金属污染物浓度进行了分析与检测，获得了近3 000个有效数据，数据表明，污水中含有的重金属总量巨大，Hg、As、Cd、Cr、Pb 5种重金属污染物的总量超过114 t/年，全省污水厂污泥中Hg、Cd、Cr、Cu、As、Pb、Zn和Ni 8种重金属总含量在0.56‰～1.54‰干重之间，总量约为154.03 t。

2.3 重金属矿山冶炼厂酸性废水排放

重金属矿山的尾矿中含有大量的重金属，在尾矿堆积过程中，重金属离子被酸溶出产生大量的酸性废水，随着降雨和尾矿坝排水一并进入水环境或直接带入土壤，造成间接或直接的土壤重金属污染；此外，矿山的冶炼厂的废水中也含有大量的重金属，废水的排放也会引起重金属污染。闭向阳等[9]对遭受某铜矿冶炼厂镉污染的湖北省某镇约30 km2的农田土壤进行了调查，对土壤耕作层与亚耕层以及污染源中全量Cd和有效态Cd含量进行系统测定，受中度污染、受轻度污染及未受Cd污染的土壤面积分别占14.3%、82.1%、3.6%。

2.4 农药和化肥濫用

农药和化肥中含有大量重金属离子，施用含有Pb、Hg、Cr、Cd、As等重金属的农药和滥用化肥，将直接导致土壤中重金属的污染。朱朝云等[10]分析了京津渤地区某农药企业厂区及周边表层土壤中Pb、Hg、Cu、Ni、Cd、Zn、Cr和As等重金属，结果表明，企业内部存在明显的As污染，特别是生产区土壤中As的浓度已达到土壤三级标准的2.59倍，其周边土壤也普遍存在Pb、Cd、Cr和Hg等累积现象。

综上所述，农产品的重金属污染主要来自于工业污染，工业化程度越高的地区，其污染越严重，地表含量高于地下，市区含量远高于郊区和农村。重金属含量也与污染时间和熟化程度成正比，污染时间越长、熟化程度越高的区域重金属含量越高。

3 农产品重金属的检测

众多重金属污染事件的发生，不断地给人们敲响警钟，农产品重金属检测是掌握农产品污染程度的重要手段。如何运用先进的检测方法检测农产品重金属的含量是防治重金属污染的首要问题。

3.1 农产品消解方式

重金属检测的前提是选择最佳的前处理方式消解样品，使重金属从化合物状态转换为离子状态进行分析。目前，常用的前处理方式有湿法消解、干法灰化和微波消解。湿法消解是在样品中加入氧化性较强的酸（如HNO3、HClO4、H2SO4等），通过加热破坏有机质，达到消解的目的；干法灰化是通过高温灼烧氧化分解有机物，剩余的无机物供测定。这2种方法都可以达到一定效果，但都存在加入试剂量大、耗时长、空白高等缺点，不利于广泛采用。微波消解采用硝酸（HNO3）结合双氧水（H2O2）在高温高压密闭条件下消解样品，消解程度更加完全，且加酸量少、引入空白低、操作简便，一次样品处理可进行多元素同时测定，已被广泛应用于各项检测系统。

3.2 重金属主要检测手段

重金属的检测经历了从传统化学分析到仪器分析的阶段，目前重金属的检测有电化学法和光谱法，电化学法主要有极谱法、电导分析法、伏安法、电位分析法等，光谱法包括原子吸收光谱法（AAS）、原子荧光法（AFS）、电感耦合等离子发射光谱法（ICP-AES）、电感耦合等离子质谱法（ICP-MS）等。芮玉奎等[11]采用ICP-MS法检测了转Bt基因玉米中重金属含量；刘 姣等[12]应用原子荧光光度计和ICP-AES分析了污泥及其焚烧灰渣中的重金属，并研究了灰渣中重金属的浸出毒性；陈亮[13]运用原子吸收光谱对重金属进行了检测；胡慧琴等[14]运用微波辅助激光诱导击穿光谱增强大米中Cd发射强度的研究；韩 平等[15]采用便携式X射线荧光光谱仪快速监测重金属土壤环境质量等。下面对各检测方法的原理与特点进行简单阐述。

3.2.1 原子吸收光谱法。原子吸收光谱法（AAS）是依椐处于气态的被测元素基态原子对该元素的原子共振辐射有强烈的吸收作用而建立的方法，通过光线被吸收后的减弱程度计算出样品中待测元素的含量。该法检出限低、灵敏度和准确度高，但只能进行单元素分析，测定不同的元素需要更换该元素灯，不利于多元素同时测定。endprint