長春市西郊保護地土壤－作物系統鉻、汞的形態研究

丁 鵬，趙薈薇，蘇慧杰，唐艷茹

由于各種環境與人為因素的存在，土壤遭受了不同程度的重金屬污染，農作物也不可避免地受到嚴重的污染［1－3］。土壤－農作物系統中，重金屬殘留時間長，隱蔽性強，通過在作物體內富集而進入食物鏈，在人體的某些器官中積蓄起來造成慢性中毒，嚴重危害人體健康［4－5］。重金屬引起的土壤及農作物污染問題，近年來引起國內的極大關注［6－8］。作為城鄉結合部的城市郊區，往往是供應城市農副產品的生產基地，市郊更與人們的菜籃子密不可分［9－10］，重金屬污染問題尤其受到人們重視。

重金屬鉻是一種毒性很大的重金屬，容易進入人體細胞，對肝、腎等內臟器官和DNA造成損傷，在人體內蓄積具有致癌性并可能誘發基因突變［11］;重金屬汞對人體健康危害極大，直接導致心臟、甲狀腺、肝、腎等發生病變，甚至導致神經系統紊亂［12］。隨著生活水平的提高，人們對郊區農作物產品質量有了更高的期望［13］，因此本文研究了長春市郊區保護地土壤及農作物受重金屬鉻和汞污染的狀況，對本市人民身體健康具有現實意義，為防治土壤－作物系統重金屬污染提供了依據。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品的采集與處理

供試樣品取自長春市西郊保護地，選取肥力分布均勻的土地，用蛇形法布設10個采樣點，土壤采集深度為20cm(耕作層深度)，混勻，自然風干，瑪瑙缽中細磨，過100目篩，用四分法棄去多余部分，裝入具磨口的廣口瓶，備用。

1.2 農作物樣品的采集與處理

蔬菜樣品白菜、菠菜、油麥菜、小油菜、地瓜、土豆等采自長春市某蔬菜市場，取可食部位用自來水將依附于表面的塵土等附著物沖洗掉，再用去離子水漂洗。培養皿中，在80～90℃殺青30min后，在65℃的烤箱中烘至恒重。將烘干樣用不銹鋼的高速粉碎機進行粉碎，保存備用。

1.3 樣品前處理

土壤pH值的確定用酸度計，水土比為2.5∶1。土壤與蔬菜樣品采用氫氟酸－高氯酸－硝酸消解法［14］，消解時做空白樣。土壤中重金屬Hg經消解后采用雙硫腙比色法測定［15］，Cr經消解后用二苯碳酞二肼(簡稱DPC)比色法測定［16］。

1.4 土壤中重金屬的形態分析

采用BCR法［17］，將重金屬的形態分為4種，即酸可提取態、氧化物結合態、有機結合態和殘渣態。提取劑依次為冰醋酸、氯化銨、醋酸鈉、鹽酸與硝酸。

1.5 農作物中重金屬形態分析

將重金屬的形態分為:乙醇提取態、去離子水提取態、氯化鈉提取態、鹽酸提取態、殘留態，提取劑分別為乙醇、去離子水、氯化鈉溶液、鹽酸。

1.6 評價方法

(1)單因子污染指數法

式中:Pi為污染物i的單項污染指數Ci;為污染物i的實測濃度;Si為污染物i的評價標準。

(2)內梅羅綜合污染指數法

式中:Psum為綜合污染指數;為污染物中污染指數最大值;為污染物中污染指數平均值。

2 結果與討論

2.1 土壤中重金屬Cr、Hg的含量及形態分布

表1 土壤重金屬Cr、Hg的含量

采用酸度計測定土壤樣品的pH值為7.11;此條件下，測定結果見表1，土壤重金屬Cr、Hg的含量分別為0.4212 mg·kg－1和54.6625 mg·kg－1;由單因子污染指數法計算重金屬 Cr、Hg的單因子污染指數分別為0.8424和0.2733。由內梅羅綜合污染指數法得到土壤中重金屬Cr和Hg的綜合污染指數為0.7144。這兩種金屬都未超過GB15618－1995《土壤環境質量標準》二級標準限值，表明土壤未受污染，土壤狀況良好。

表2 土壤中重金屬Cr、Hg的形態分布

土壤中重金屬的形態分析數據見表2，發現土壤中重金屬Cr的存在形態主要是殘渣態，各種形態順序為:殘渣態＞有機結合態＞氧化物結合態＞酸可提取態;土壤中重金屬Hg的存在形態主要是氧化物結合態和有機結合態，約占75%左右，而酸可提取態含量甚微。

2.2 農作物中重金屬Cr、Hg的含量及形態分布

表3 農作物中重金屬Cr、Hg的濃度 mg·kg－1(鮮重)

表3列出了常見6種蔬菜作物中鉻、汞的含量以及其單項污染指數和綜合污染指數。6種農作物樣品重金屬Cr、Hg的含量均未超標，單項污染指數都小于1;內梅羅綜合污染指數都小于1，表明蔬菜中重金屬含量都在安全范圍內，未受污染。根據綜合污染指數比較，可以判斷菠菜和油麥菜對重金屬Cr、Hg的富集能力比其它四種作物樣品強，白菜中重金屬Cr、Hg的含量較其它農作物樣品中重金屬含量少。總體來講，葉類作物比塊莖類作物重金屬含量大，富集能力較強。

表4 農作物中重金屬Cr、Hg的形態分布 mg·kg－1(鮮重)

表4列出了6種蔬菜中鉻、汞的不同形態含量。6種蔬菜中，重金屬Cr的存在形態以殘渣態為主，其次是乙醇提取態、氯化鈉提取態、鹽酸提取態、去離子水提取態。Hg的形態以乙醇提取態為主，相同蔬菜中不同重金屬的存在形態不同，不同蔬菜中同一種重金屬的存在形態也不同。

2.3 污染評價

按中國綠色食品發展中心推薦的分級標準進行土壤污染分級見表5。由表1和表5對比可知，土壤及農作物中重金屬Cr、Hg的單項污染指數都小于1，表明土壤及農作物均未受到污染，其中重金屬汞的單項污染指數即將接近于1，要預防土壤在以后的生產中受到汞污染;表3也表明蔬菜對鉻富集能力稍強。通過對表3和表5分析可知，土壤Cr、Hg的綜合污染指數0.7＜Psum≤1，污染等級為警戒級，調查土壤處于尚清潔狀態;6種作物Cr、Hg的綜合污染指數都小于1，其中菠菜的綜合污染指數較其它蔬菜的綜合污染指數大，接近于1。應采取一些措施避免土壤及菠菜在以后的生產中受到重金屬的污染。

表5 土壤污染分級標準

3 結論

(1)長春市西郊保護地土壤單因子污染指數低于1，但綜合污染指數為0.7＜P綜≤1，說明土壤處于尚清潔水平，但達到了警戒級污染。(2)所產的6種蔬菜重金屬含量均未超標，但菠菜的綜合污染指數接近于1，即將達到輕度污染，在以后的生產中要采取防治措施以免土壤及蔬菜受到污染。其它幾種蔬菜都處于安全水平。(3)總體來講，葉菜類蔬菜重金屬的含量大于根莖類重金屬的含量，同一種蔬菜對不同重金屬的富集能力不同，不同種蔬菜對同一種重金屬的富集能力不同。(4)重金屬Cr在土壤中的存在形態主要以殘渣態為主，而Hg在土壤中主要以氧化物結合態和有機結合態為主。

［1］董彬.中國土壤重金屬污染修復研究展望［J］.生態科學，2012，31(6):683－687.

［2］王輝，王宜娟，黎星輝，等.洛陽市蔬菜基地土壤重金屬含量對蔬菜安全性的影響［J］.食品科學，2010，31(21):369－372.

［3］徐宏林，祝莉玲，楊軍，等.嘉魚蔬菜基地土壤重金屬污染狀況調查與評價［J］.湖北農業科學，2011，50(7):1347－1349.

［4］龍新憲，肖娥，倪吾鐘.重金屬污染植物修復研究的現狀與展望［J］.應用生態學報，2002，13(6):757－762.

［5］周建利，陳同斌.我國城郊菜地土壤和蔬菜重金屬污染研究現狀與展望［J］.湖北農學院學報，2002，22(5):476－479.

［6］許煉烽.城市蔬菜的重金屬污染及其對策［J］.生態科學，2000，19(1):80－85.

［7］李海華，劉建武，李樹人，等.土壤植物系統中重金屬污染及作物富集研究進展［J］.河南農業大學學報，2000，34(1):30－34.

［8］朱美英，羅運闊，趙曉敏，等.南昌市近郊蔬菜基地土壤和蔬菜中重金屬污染狀況調查和評價［J］.江西農業大學學報，2005，27(5):781－784.

［9］房世波，潘劍君，楊武年，等.南京市土壤重金屬污染調查評價［J］.城市環境與城市生態，2003，16(4):4－6.

［10］魏秀國，何江華，陳俊堅，等.廣州市蔬菜地土壤重金屬污染狀況調查及評價［J］.土壤與環境，2002，11(3):252－254.

［11］張峰，馬烈，張芝蘭，等.化學還原法在Cr污染土壤修復中的應用［J］.化工環保，2012，32(5):419－424.

［12］劉芳，王書肖，吳清茹，等.大型煉鋅廠周邊土壤及蔬菜的汞污染評價及來源分析［J］，環境科學，2013，34(2):712－717.

［13］佟洪金，涂仕華，趙秀蘭.彭州市蔬菜基地土壤中重金屬污染評價［J］.西南農業學報，2003，16:122－126.

［14］陳山.土壤重金屬測定的前處理方法的改進［J］.北方環境，2012，23(12):155－156.

［15］崔梅.雙硫腙比色法測定汞［J］.北方環境，2011，23(9):199－210.

［16］左銀虎.離子液體萃取二苯碳酰二肼分光光度法測定水中的Cr(Ⅵ)［J］.光譜實驗室，2011，28(6):3004－3007.

［17］王友保，張莉，等.銅尾礦庫區土壤與植物中重金屬形態分析［J］.應用生態學報，2005，16(12):2418－2422.