青州市重金属元素在不同种类农产品中的含量
2018-06-11姜冰
姜 冰
(山东省第四地质矿产勘查院)
改革开放以来,随着人口的急剧增长、工农业生产、城市化和科学技术的飞速发展,人类以前所未有的规模和强度开发资源,使地壳中有毒有害元素大量进入环境。在我国构建和谐社会的过程中,社会经济的发展对农业安全和农产品品质等提出了更高的要求,而农产品中的重金属元素含量直接影响农业安全及农产品品质。在潍坊市开展的土地质量地球化学调查与评价工作中,针对青州市选择大宗和特色农产品进行配套样品采集,通过对分析测试数据进行对比研究,可以分析重金属元素在不同种类农产品中的含量特征、富集规律及其富集系数之间的交互作用。通过研究可以了解土壤中的重金属元素被农产品吸收的程度,反映重金属元素对农产品的潜在危害性,对确保农产品安全,重金属元素污染监控、防控有重要意义。
1 样品采集及分析
1.1 样品采集
农作物采集于收获盛期,在采样点地块内视不同情况采用棋盘法、对角线法、蛇形法等进行多点取样,等量混匀组成一个混合样品。小麦、玉米为500 g(干重样),青州银瓜、蜜桃为1~2 kg(鲜重样)。农作物样品采集位置见图1。
小麦、玉米、银瓜样品采集以1 000~2 000 m2为采样单元,在采样单元内选取5~20个植株,混合成样。蜜桃样品采集以1 000~2 000 m2为采样单元,在采样单元内选取5~10棵植株,每棵植株纵向四分,从其中一份的上、中、下、内、外各侧均匀采摘,混合成样。
图1 农作物样品采集位置
每件农作物样品对应采集根系土样品。小麦、玉米、银瓜根系土采样深度为0~20 cm,由2~3个分样等量组合成1件样品;青州蜜桃根系土采集在滴水线到树根之间对称选取4点,采样深度0~60 cm,取等量组合成1件样品;去除根须、肥料团块和大颗粒砾石,装袋封存[1-3]。
1.2 样品分析
表1 农作物样品分析处理与分析方法
2 重金属元素在不同种类农产品中的含量
重金属元素在农产品中的含量见表2。
表2 重金属元素在农产品中的含量 10-6
注:Hg含量单位为10-9。
由表2可知,Cu、Pb、Zn等8种重金属元素的含量最大值均分布于小麦中,说明重金属元素在小麦中更富集。
农产品中重金属的富集能力用富集系数[4-8]来表示,富集系数越大,对土壤中重金属的富集能力就越强[4,8-9]。农产品对土壤中某种元素的富集系数=农产品中某种元素的浓度/该元素在土壤中的浓度[8-9],它在一定程度上反映着沉积物-植物系统中元素迁移的难易程度,说明重金属在植物体内的富集情况[8-9]。各类农产品重金属的富集系数见表3。
表3 农产品中重金属元素的富集系数 %
由表3可知,不同农产品的重金属富集系数不同,小麦对重金属元素富集能力显著强于其他种类,蜜桃、银瓜对重金属元素的富集能力最低。同一农产品中不同重金属元素的富集系数差异也较大,在所测重金属中,农产品对Cu、Zn、Cd、Hg元素的富集能力显著高于Cr、As、Ni、Pb等元素。
2.1 小麦中重金属元素及其富集系数之间的交互作用
(1)小麦中重金属元素的富集系数。重金属元素在小麦果实中的富集系数均值对比见图2。
图2 小麦中元素富集系数对比
由图2可见,各元素间的富集系数差异较大,其中Pb、Ni、Cr、As元素的富集系数都小于1%,Hg元素的富集系数小于2%,其他元素富集系数大于10%,其中Zn元素的富集系数最大(36.75%),其次为Cu(17.76%);通过对比,小麦籽实对各元素富集能力的大小顺序为Zn>Cu>Cd>Hg>Ni>As>Cr>Pb。
(2)土壤元素含量对小麦中元素含量的影响。小麦与土壤中重金属元素间的相关系数见表4。
公式2中的Wij为空间权重矩阵,Xj代表西江流域广东段j城市传统村落的数量。为了便于计算对其进行标准化处理,即:
由表4可知,小麦中Ni元素的积累随土壤中Pb、Cd、As元素含量的增加而减少,土壤中的Ni元素对小麦中Pb、As元素的积累存在一定的抑制作用[10-12],其复合效应表现为协同作用[10-15],土壤中的Ni元素对小麦中Cd元素的积累有一定的促进,其复合效应表现为拮据[10-15];小麦中Ni元素的积累随着土壤中Ni元素含量的增加而增加,土壤中Ni元素的含量对小麦中Ni元素的积累起促进作用[10-12],其复合效应表现为协同作用[10-15];小麦中Cd元素含量随土壤中Ni元素的增加而增加,而土壤中的Cd元素对小麦中Ni元素的积累存在一定的抑制作用,其复合效应表现为拮据[10-15]。
表4 小麦与土壤中重金属元素间的相关系数
注:*代表0.05显著性水平,**代表0.01显著性水平。
2.2 玉米中重金属元素及其富集系数之间的交互作用
(1)玉米中重金属元素的富集系数。重金属元素在玉米果实中的富集系数均值对比见图3。
图3 玉米中元素富集系数对比
由图3可见,各元素间的富集系数差异较大,Pb、Cr、As等3种重金属元素的富集系数小于1%,其他元素富集稍大,大多都小于10%,仅Zn元素富集系数为21.45%;通过对比,玉米籽实对各种重金属元素的富集能力的大小顺序为Zn>Cu>Cd>Hg>Ni>Cr>As>Pb。
(2)土壤元素含量对玉米中元素含量的影响。玉米与土壤中重金属元素间的相关系数见表5。
由表5可知,玉米中Ni元素的积累随土壤中Cu元素和Cr元素含量增加而增加,而土壤中的Ni元素对玉米中的Cu元素和Cr元素的积累存在一定的抑制作用[10-12],其复合效应表现为拮据;玉米中的Ni元素的积累随土壤中Ni元素含量的增加而增加,土壤中Ni元素的含量对玉米中Ni元素的积累具有促进作用,其复合效应表现为协同作用;玉米中Ni元素的积累随土壤中Pb元素含量增加而减少,而土壤中Ni元素的含量对玉米中Pb元素的积累存在一定的抑制作用,其复合效应表现为协同作用。
表5 玉米与土壤中重金属元素间的相关系数
注:*代表0.05显著性水平,**代表0.01显著性水平。
2.3 蜜桃中重金属元素及其富集系数之间的交互作用
(1)蜜桃中重金属元素的富集系数。重金属元素在蜜桃中的富集系数均值对比见图4。
图4 蜜桃中元素富集系数对比
由图4可见,各元素间的富集系数差异较大,其中Pb、Ni、Cr、As元素的富集系数都小于1%;其他元素富集系数也都在1%~4%,其中Cd元素的富集系数最大(3.65%);通过对比,蜜桃对各元素富集能力的大小顺序为Cd>Zn>Cu>Hg>Ni>Pb>Cr>As。
(2)土壤元素含量对蜜桃中元素含量影响。蜜桃与土壤中重金属元素间的相关系数见表6。
表6 蜜桃与土壤中重金属元素间的相关系数
注:*代表0.05显著性水平,**代表0.01显著性水平。
由表6可知,蜜桃中Pb元素含量的积累随土壤中Ni元素含量增加而减少,土壤中Pb元素含量对蜜桃中Ni元素含量的积累存在一定的抑制作用,其复合效应表现为协同作用;蜜桃中Zn元素含量的积累随土壤中Cu元素含量增加而减少,土壤中Zn元素含量对蜜桃中Cu元素含量的积累存在一定的抑制作用,其复合效应表现为协同作用;蜜桃中Ni元素含量随土壤中Zn、Cr、Cd元素含量增加而减少,而土壤中的Ni元素含量对蜜桃中Zn、Cr元素含量的积累存在一定的抑制作用,其复合效应表现为协同作用,而土壤中Ni元素含量对蜜桃中Cd元素含量的积累存在一定的促进作用,其复合效应表现为拮据;蜜桃中Cr元素含量随土壤中As元素含量增加而减少,而土壤中Cr元素含量对蜜桃中As元素含量的积累存在一定的抑制作用,其复合效应表现为协同作用。
2.4 银瓜中重金属元素及其富集系数之间的交互作用
(1)银瓜中重金属元素的富集系数。重金属元素在银瓜中的富集系数均值对比见图5。
图5 银瓜中元素富集系数对比
由图5可见,各元素间的富集系数差异较大,其中Pb、Ni、Cr、As、Hg元素的富集系数均小于1%;其余元素在1%~2%;银瓜对各元素富集能力的大小顺序为Cu>Zn>Cd>Hg>Ni>Cr>As>Pb。
(2)土壤元素含量对银瓜中元素含量影响。银瓜与土壤中重金属元素间的相关系数见表7。
由表7可知,银瓜中Cd元素含量的积累随土壤中Cd元素含量的增加而增加,土壤中Cd元素的含量对银瓜中Cd元素含量的积累具有促进作用,其复合效应表现为协同作用。
表7 银瓜与土壤中重金属元素间的相关系数
注:*代表0.05显著性水平,**代表0.01显著性水平。
3 结 语
(1)青州市通过研究得出,重金属元素在农产品中的富集系数能更好的反映重金属元素的富集规律及生物富集性。
(2)通过对农产品中重金属元素富集系数的分析,可了解土壤中重金属元素被农产品吸收的程度。
(3)通过对重金属元素富集系数的对比和农产品及其根系土中重金属元素相关性的分析,了解了重金属元素之间的交互作用,并很好的反映了重金属元素对农产品的潜在危害性,对确保农产品安全,及重金属污染监控、防控有重要意义。
参 考 文 献
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