天然草場土壤、牧草中重金屬含量對放牧家畜的影響

張靜　李希來　裴海昆

摘要：對青海省3個主要天然放牧草場中土壤、牧草和家畜中汞、砷、鎘、鉛重金屬的累積與遷移規律進行研究。結果表明，黃南州河南縣和海南州共和縣土壤中汞含量超過限量值，海北州祁連縣土壤中鎘含量超過限量值，其他指標均符合標準要求。牦牛肌肉、羊肌肉中鉛含量與飼養環境中土壤、牧草中鉛含量均無顯著相關關系（P>0.05），與飼養環境牧草中砷、汞含量也無顯著相關關系（P>0.05），牦牛肌肉中汞、鎘含量與飼養環境土壤、牧草中汞、鎘的含量具有顯著相關關系（P<0.05），羊肌肉中砷含量與飼養環境土壤、牧草中砷的含量具有顯著相關關系（P<0.05）。從總遷移系數看，汞的遷移系數最大，其次為砷。汞、砷向羊肌肉中的遷移系數大于牦牛肌肉，鎘向牦牛、羊肌肉遷移的系數最小。

關鍵詞：放牧家畜；天然草場；土壤重金屬；相關性

中圖分類號：S852.16+5文獻標識碼：A文章編號：0439-8114（2012）20-4579-04

畜牧業是青海國民經濟發展的重要資源依托，其質量的優劣對該地區的畜牧業發展具有極其重要的影響，草場中重金屬含量是衡量畜產品品質的重要指標[1，2]。青海有機畜牧業的發展與草場土壤、牧草和家畜中的重金屬含量有直接關系。土壤中的重金屬累積到一定程度就會對土壤-植物-禽畜系統產生毒害[3]，重金屬污染物對人類具有潛在危害，可以通過食物鏈最終危害到人類健康，與大多數的污染物不同，重金屬的特殊威脅在于它不能被微生物所分解。相反地，生物體可以富集重金屬，并把它轉化為毒性更大的金屬有機化合物。研究表明，汞能沿著食物鏈由植食性動物向肉食性動物進行傳遞[4]。由于食物鏈是重金屬富集的主要途徑，而食物鏈中的重金屬主要來自飼養環境中的土壤、水，重金屬從土壤向食物鏈遷移的狀況直接影響人類攝取重金屬的水平，最終對人類的健康造成威脅。因此，研究污染性元素的遷移及累積規律，是環境科學的重要任務之一[5]。一般情況下，土壤中自然存在的汞、砷、鎘、鉛不至危害到人類健康，造成土壤中汞、砷、鎘、鉛富集的原因是人類因素引入的。隨著人類活動，如采礦、草地雜毒草和鼠蟲害的化學防除、人工草地的建設以及其他非有機的干擾活動（如施肥、農藥的使用等），對青海草地畜牧業經營干擾程度的加強，草地畜牧業生產往往會受到重金屬的污染。本試驗研究汞、砷、鎘、鉛4種重金屬在“土壤—牧草—家畜”生態環境中遷移與累積規律，為制定放牧家畜無公害牛羊肉生產地環境質量標準和生產技術規范提供科學參考依據。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗地選擇青海省海南州共和縣江西溝、黃南州河南縣優干寧鎮、海北州祁連縣阿柔鄉3個試驗區。試驗區屬高原大陸性氣候。其氣候特點為雨熱同季，干濕季差別明顯；熱量不足，無霜期短，降水變率大，時空分布不均；光照時間長，太陽輻射強；冷季漫長干冷，暖季短促潤涼。海南州共和縣江西溝地處青藏高原北隅，1月均溫-14 ℃，7月均溫18.3 ℃，年降水量300～400 mm，平均海拔3 200 m，一般海拔2 160～5 360 m。黃南州河南縣優干寧鎮平均氣溫-0.9～8.5 ℃，年降水量549.4 mm，平均海拔在3 500 m以上。海北州祁連縣位于青海省海北藏族自治州北部，東、北部與甘肅省接壤，地處祁連山南麓中端。年平均氣溫-1.8 ℃，年降水量270～550 mm，一般海拔2 180～5 287 m。

1.2材料

海南州共和縣江西溝、黃南州河南縣優干寧鎮、海北州祁連縣阿柔鄉3個試驗區，分別采集土壤樣品、牧草樣品及牦牛肉樣品、羊肉樣品。

1.2.1土壤樣品采集每試驗區選3個樣地在牛羊放牧或采食地按對角線法選擇5個采樣點采集土樣，采樣時去除地表的草根再取土，除去草根、石頭等雜物，在80 ℃烘箱中烘干至恒重，用瑪瑙研缽將其研磨并過100目篩，裝袋備用。

1.2.2牧草樣品采集在土壤樣品的采集點采集1 m2樣方的可食牧草，在65 ℃烘箱中烘干至恒重，粉碎過40目篩，裝袋備用。

1.2.3肉樣采集在試驗區的屠宰期隨機選擇各10只（頭）體格相近，年齡3～4歲的牦牛，年齡1～2歲的羊，選取肌肉部分采用不銹鋼攪拌機將其打磨成糊狀，待測。

1.3試驗方法

土壤、牦牛肌肉、羊肌肉、牧草樣品中鎘、鉛含量的測定采用石墨爐原子吸收分光光度法[6-8]；土壤、牦牛肌肉、羊肌肉、牧草樣品中汞含量的測定采用冷原子吸收分光光度法[6-8]，土壤樣品采用硫酸-硝酸-高錳酸鉀消解。土壤樣品中砷含量測定采用二乙基二硫代氨基甲酸銀分光光度法[6]，肉、牧草樣品砷含量測定銀鹽法[7，8]。

1.4統計分析

試驗數據統計用SPSS 11.5進行LSD檢驗及回歸分析。

2結果與分析

2.1不同放牧區土壤、牧草、牛羊肌肉組織中重金屬含量分析

由表1可知，3個不同放牧地區土壤中汞、砷、鎘、鉛的含量差異顯著（P<0.05），其中黃南州河南縣、海南州共和縣汞的含量超過土壤環境質量標準限量值[9]，其含量依次為黃南州河南縣>海南州共和縣>海北州祁連縣；海北州祁連縣鎘的含量超過土壤環境質量標準限量值，其含量依次為海北州祁連縣>海南州共和縣>黃南州河南縣；砷和鉛的含量均符合土壤環境質量標準要求[9]。在研究區中4種重金屬的污染程度以汞最大，其次是鎘。

黃南州河南縣、海南州共和縣土壤中汞的含量以及海北州祁連縣鎘的含量超過土壤環境質量標準限量值，但牧草、牦牛肌肉組織、羊肌肉組織中汞、砷、鎘、鉛含量均不超標，符合國家食品衛生和飼料衛生標準[7，8]，這可能與草地牧草積累重金屬的能力以及土壤重金屬含量有關，牧草中重金屬含量隨土壤污染程度加重而增加。試驗結果表明，青海省3個主要放牧區生產的牛羊肉產品中汞、砷、鎘、鉛重金屬指標符合國家食品衛生標準[7]。

海南州共和縣、黃南州河南縣的牧草中汞、砷、鎘含量差異不顯著（P>0.05），但兩州牧草中的汞、砷含量極顯著高于海北州祁連縣牧草中的含量（P<0.01），海北州祁連縣牧草中鉛的含量極顯著高于其他兩州（P<0.01）。這可能與土壤環境中重金屬的含量、存在的形態以及牧草對不同重金屬的積累能力有關。植物從土壤中攝取重金屬主要取決于土壤中重金屬的總量、形態、土壤理化性質等，不同的植物從土壤中吸取重金屬的能力不同，同種植物對不同重金屬的積累能力也不同。3個試驗區之間的牦牛肌肉、羊肌肉中，鉛、鎘含量差異不顯著（P>0.05）（羊肌肉中未檢出鎘含量），黃南州河南縣牦牛肌肉中砷、汞含量顯著高于其他兩個地區，羊肌肉中汞含量差異不顯著（P>0.05）。海北州祁連縣羊肌肉中砷含量差異極顯著低于其他地區（P<0.01）。

2.2牦牛肌肉、羊肌肉組織中重金屬含量與土壤、牧草中重金屬含量的相關性

由表2可知，牦牛肌肉中汞、鎘的含量與飼養環境土壤、牧草中汞、鎘的含量具有顯著的相關關系，牦牛肌肉中砷含量與飼養環境土壤中砷含量有顯著的相關關系（R=0.946，P<0.05），但與飼養環境牧草中砷含量無顯著相關關系（R=0.364，P>0.05），牦牛肌肉中鉛含量與飼養環境土壤、牧草中鉛含量的線性回歸模型方差檢驗（土壤：R=0.049，P>0.05；牧草：R=0.520，P>0.05），說明牦牛肌肉中鉛的含量與飼養環境土壤、牧草中鉛的含量無顯著的相關關系，這一研究結果相同于蔡秋等[10]牛肌肉組織中的鉛含量與土壤環境、飼料無顯著的相關關系。

羊肌肉中砷含量與飼養環境土壤、牧草中砷含量的線性回歸模型方差檢驗（土壤：R=0.806，P<0.05；牧草：R=0.969，P<0.05），說明羊肌肉中砷的含量與飼養環境土壤、牧草中砷的含量具有顯著的相關關系，羊肌肉中汞含量與飼養環境土壤中汞含量具有顯著的相關關系（R=0.684，P<0.05），但與飼養環境牧草中汞含量無顯著的相關關系（R=0.647，P>0.05），羊肌肉中鉛含量與飼養環境土壤、牧草中鉛含量的線性回歸模型方差檢驗（土壤：R=0.037，P>0.05；牧草：R=0.501，P>0.05），說明羊肌肉中鉛的含量與飼養環境土壤、牧草中鉛的含量無顯著的相關關系。

研究區牧草中重金屬元素向牦牛肌肉、羊肌肉組織遷移的遷移系數[10]（見表3）。由表3可知，從總的遷移系數看，汞的遷移系數最大，其次為砷。汞、砷向羊肌肉的遷移系數大于牦牛肌肉，鎘向牦牛肌肉、羊肌肉遷移的系數最小，這可能與不同重金屬在肌肉組織中蓄積的能力不同，不同畜種對重金屬蓄積能力也不同有關。鎘向肌肉組織的遷移較少[11，12]，這是由于進入機體的鎘首先進入肝臟，然后與肝臟的金屬硫蛋白結合成鎘的金屬硫蛋白復合物向腎臟轉移，通過這種方式將鎘束縛成相對穩定的形式，鎘在體內的分布主要集中在腎臟[13]。

3討論

不同放牧地區土壤中汞含量超過土壤環境質量標準限量值，海北州祁連縣鎘的含量超過限量值，其他指標符合土壤環境質量標準要求。這可能與3個試驗區近年大面積使用化學藥劑滅雜草滅鼠害以及人工草地、半人工草地施肥造成土壤中重金屬汞、鎘超標有關，另外海北州祁連縣礦藏資源豐富有大量礦場，土壤汞、鎘超標可能與采礦有關。已報道有機肥料中的重金屬和過磷酸鈣中的鎘、鉛對土壤有污染[14]，通過肥料、土壤改良劑和大氣沉積進入土壤的鎘使土壤的鎘緩慢增加[3]。隨著人類活動，加大了青海草地畜牧業經營干擾程度，草地畜牧業生產受到重金屬等污染困擾，生產無公害無污染高品質具有市場競爭力的畜產品，必須加強草地畜牧業經營管理，降低污染物從家畜飼養環節系統向家畜體內遷移和蓄積的途徑，控制使用化學農藥、肥料，控制開采礦藏。

牦牛肌肉中汞、鎘含量與飼養環境土壤，牧草中汞、鎘含量具有顯著相關關系；羊肌肉中砷含量與飼養環境土壤、牧草中砷的含量具有顯著相關關系。牦牛肌肉、羊肌肉組織重金屬元素蓄積與天然飼養環境中的土壤、牧草和飲用水的重金屬含量及污染程度密切相關，隨飼養環境的重金屬含量和污染水平的提高，肌肉組織中的重金屬含量顯著增加，但牦牛肌肉、羊肌肉組織的重金屬含量與土壤、牧草中的含量并非呈單純的正比關系。牦牛肌肉、羊肌肉中鉛的含量與飼養環境土壤、牧草中鉛的含量無顯著的相關關系，這可能與土壤中鉛含量較低，平均值1.27 mg/kg，遠低于土壤環境質量標準≤35.00 mg/kg有關。

由于牦牛肌肉組織中汞含量與飼養環境土壤、牧草汞含量具有顯著正相關關系，汞遷移系數又大，因此當環境受到汞污染，牦牛肉最易被污染，質量受到危害，鎘的遷移系數最小并不意味家畜不易吸收蓄積鎘，只是鎘向肌肉組織中遷移較少，而主要集中在腎臟。

4小結

試驗表明，草地環境中的重金屬汞、砷、鎘、鉛可能通過食物鏈向牛、羊肌肉組織中遷移，已報道青海省海北州祁連縣有害金屬元素鎘在牦牛奶中含量超過食品添加劑聯合專家委員會制定的PTWI 7 μg/kg標準，與草地環境被污染有關[15]。盡管試驗區牛、羊肉中4種重金屬含量不超標，但人類活動如采礦、農藥、化肥、工礦業廢氣、廢液等都會造成土壤重金屬污染，土壤中的重金屬累積到一定程度就會對土壤-植物-畜禽系統產生毒害，更為嚴重的是有毒重金屬在土壤系統中的污染過程具有隱蔽性、長期性和不可逆性的特點，一旦發現土壤遭到重金屬污染，不僅為時已晚，而且治理非常困難，因此草地畜牧業生產管理中應控制大量使用化肥和農藥，建議采用生物方法如控制放牧強度，抑制鼠蟲數量爆發和毒雜草的蔓延，控制開礦、采礦，同時制定放牧家畜無公害牛、羊肉生產地環境質量標準和生產技術規范。

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