有色金屬礦區(qū)稻米重金屬超標(biāo)與大氣沉降的關(guān)系分析

黃雁飛+陳桂芬+黃玉溢+劉永賢+熊柳梅+潘麗萍

摘 要 稻米重金屬超標(biāo)已成為我國當(dāng)今社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。引起稻米重金屬超標(biāo)的因素很多，隨著研究的深入，近年來大氣沉降與稻米重金屬累積的關(guān)系也逐漸得到了關(guān)注。本文就大氣沉降的概念、大氣沉降重金屬來源及其危害作了簡要的概述，并重點(diǎn)綜述了大氣沉降與作物重金屬累積之間的關(guān)系，分析了有色金屬礦區(qū)稻米重金屬超標(biāo)與大氣沉降之間的關(guān)聯(lián)，并對該領(lǐng)域的研究前景進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞 有色金屬礦區(qū) ；大氣沉降 ；重金屬 ；稻米 ；關(guān)系分析

中圖分類號 X56 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2017.09.010

Analysis of the Relationship Between Atmospheric Dustfall and the Heavy

Metal Accumulation in Rice in Nonferrous Metal Mining Area

HUANG Yanfei CHEN Guifen HUANG Yuyi

LIU Yongxian XIONG Liumei PAN Liping

（Agricultural Resource and Environment Research Institute，

Guangxi Academy of Agricultural Sciences， Nanning， Guangxi 530007）

Abstract The high level of heavy metal in rice has became the focus of our society. There are many factors that bring about high accumulation of heavy metal in rice. The research on the relationship between atmospheric deposition and the accumulation of heavy metals in rice has gradually called attention. A brief summary was made of the concept， sources and hazard of atmospheric dustfall deposition， and the relationships between atmospheric deposition and accumulation of heavy metals in crops were reviewed， based on which relation between the high heavy metal content in rice and the atmospheric dustfall in the non-ferrous metal mining area was analyzed. Future prospects for research in this field were also made.

Keywords nonferrous metal mining area ； atmospheric deposition ； heavy metal ； rice ； relationship analysis

糧食安全是關(guān)乎國家安全和民生大計(jì)的重要舉措，稻米是我國人民日常生活里的主食，據(jù)調(diào)查我國10%左右的市售大米重金屬超標(biāo)[1]，部分地區(qū)處于常年食用重金屬超標(biāo)稻米的惡性狀態(tài)。稻米重金屬的來源途徑多樣，隨著研究的不斷深入，人們開始發(fā)現(xiàn)大氣沉降也是稻米重金屬超標(biāo)的又一關(guān)鍵途徑，于瑞蓮等[2]報(bào)道大氣沉降中重金屬含量導(dǎo)致城市道路和工業(yè)區(qū)稻米等作物重金屬含量超標(biāo)。龍思斯等[3]研究認(rèn)為，葉面污染源對水稻 Cd積累的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他因素。可以推斷，生產(chǎn)實(shí)踐中大氣沉降對稻米重金屬累積的貢獻(xiàn)不可忽視，尤其在有色金屬礦區(qū)其危害性更加不容忽視。

大氣沉降是吸附在氣溶膠上的大氣顆粒物通過重力或雨水的沖刷作用自然沉降于地表的一個(gè)循環(huán)過程，可分為干沉降和濕沉降，是“地氣”系統(tǒng)物質(zhì)元素等循環(huán)的一種形式[4]。重金屬元素可以松散束縛的形式附著在降塵顆粒表面[5]，并隨干濕沉降再次進(jìn)入到地表環(huán)境中造成污染。

1 大氣沉降中重金屬的來源

大氣沉降中重金屬來源主要有自然來源和人為因素兩種途徑。重金屬自然源主要包括火山活動(dòng)、地?zé)峄顒?dòng)、土壤揚(yáng)塵以及森林火災(zāi)等方式將重金屬輸入大氣層[6-9]。人為因素主要有三大途徑：（1）交通運(yùn)輸源，如機(jī)動(dòng)車燃燒汽油產(chǎn)生的尾氣[10-12]；（2）工業(yè)污染源，如工業(yè)生產(chǎn)中的廢水、廢氣、廢渣和廢熱，火力發(fā)電廠煙氣、冶煉廠廢氣、尾礦庫飄塵等均含有大量重金屬[13]；（3）生活污染源，如廢舊電池、日光燈、體溫計(jì)等廢棄物中均含有較高的重金屬含量，這些生活垃圾的不合理推放或焚燒均可能將重金屬輸入到大氣環(huán)境。

2 有色金屬礦區(qū)大氣沉降中重金屬的研究現(xiàn)狀

當(dāng)前，國內(nèi)關(guān)于大氣沉降的研究多集中在城市的空氣領(lǐng)域上，如對長株潭城市、北京市、重慶市、長春市、南京市、長江口地區(qū)等大氣沉降重金屬的污染研究均有了相關(guān)報(bào)道[14-19]。由此可以推斷，在煙囪更為密布，生產(chǎn)粉塵更為嚴(yán)重的礦區(qū)大氣沉降重金屬的危害性。礦區(qū)廢氣、廢熱污染物排放、選礦廠及尾礦庫飄塵、礦石運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的粉塵和污水中均含有大量的重金屬元素[20-21]。劉芳等[22]研究報(bào)道，冶煉廠附近廢氣中Cu、Cd、Pb、As等重金屬的危害很強(qiáng)，廢氣顆粒物中重金屬的含量很高。相關(guān)研究報(bào)道，有色金屬冶煉過程中每年隨著廢氣排出的鉛就有1 452 t，汞 6.47 t、鎘9.05 t，有色金屬冶煉廢氣污染物是大氣顆粒物中重金屬的主要來源之一[23-24]。廣西有色金屬礦物資源豐富，其大量的開采、冶煉、加工勢必給周圍的土壤環(huán)境和大氣環(huán)境帶來了重金屬的污染，但從檢索的文獻(xiàn)來看，當(dāng)前在廣西針對礦區(qū)大氣沉降重金屬污染的研究還比較少。endprint

3 大氣沉降中重金屬的影響效應(yīng)

3.1 大氣沉降中重金屬對土壤環(huán)境的影響

大氣顆粒物表面攜帶的重金屬元素嚴(yán)重的破壞土壤生態(tài)平衡[25]。鄭娜等[26]對鋅冶煉廠周圍環(huán)境中有害元素研究表明，鋅冶煉廠周圍土壤中有害重金屬Cd、Hg、Cu、Pb主要來自于大氣沉降，且含量都非常高。王喆等[27]研究報(bào)道冶煉廠、化工廠周邊空氣總懸浮顆粒物重金屬含量和表層土壤（0～20 cm）中的重金屬含量呈顯著正相關(guān)，重金屬元素大氣干濕沉降，大大增加了土壤重金屬元素的含量水平，對土地質(zhì)量造成嚴(yán)重的負(fù)面影響[28]。

3.2 大氣沉降中重金屬對作物重金屬累積的影響

王愛霞等[29]研究表明，植物葉片中重金屬 Pb、Cd和Cu的累積量與大氣中 Pb、Cd和Cu的相對含量呈顯著正相關(guān)，重金屬元素通過沉降到作物葉面，被葉面吸收累積到可食部位，進(jìn)入食物鏈進(jìn)而危害人體健康[30]。王陽等[31]采用覆膜和露天對比研究發(fā)現(xiàn)，大氣沉降對茶葉的重金屬積累有較大的影響。章明奎等[32]對鉛鋅礦區(qū)附近大氣重金屬沉降與蔬菜中重金屬積累的關(guān)系研究，發(fā)現(xiàn)露天條件下生長的大白菜地上部分重金屬元素Cd、Pb、Hg、Zn 和Cu的濃度比覆膜條件下平均高152.63%、129.52%、90.64%、10.01%和0.44%，大氣沉降大大增加作物重金屬累積超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 大氣沉降中重金屬對稻米重金屬累積的影響

通常認(rèn)為，作物體內(nèi)重金屬的累積主要來自作物根系的吸收，然而這僅限于在潔凈的大氣環(huán)境條件下。當(dāng)前越來越多的人已經(jīng)意識到，在含重金屬的大氣環(huán)境中，作物葉片對重金屬的吸收其實(shí)是不可忽視的[33]。段青蘭[34]對主道公路兩邊稻田采樣分析發(fā)現(xiàn)，田塊與公路空間直線距離與稻谷的鉛和鎘含量的關(guān)聯(lián)度均達(dá)到了較高的緊密程度。龍思斯等[3]通過盆栽種植水稻實(shí)驗(yàn)，以外源添加鎘方式分別模擬土壤鎘污染源灌溉水鎘污染源和大氣降水鎘污染源。結(jié)果表明，3種不同污染源中鎘的含量對水稻植株各部位的鎘含量均有提高作用，其中葉面污染源對糙米富集鎘的貢獻(xiàn)最大?？梢姶髿獬两抵亟饘傥廴灸芰Ω鼜?qiáng)，波及面更為廣泛。但當(dāng)前多數(shù)研究還只停留在推斷或室內(nèi)模仿的價(jià)段，關(guān)于礦區(qū)實(shí)際生產(chǎn)上稻米對沉降重金屬離子的吸收累積研究報(bào)道還比較少。

4 廣西有色金屬礦區(qū)稻米重金屬超標(biāo)與大氣沉降的關(guān)系

廣西有色金屬礦物資源豐富，采礦、冶煉過程中產(chǎn)生的廢氣、廢碴中均含有大量的重金屬元素，可見重金屬沉降危害嚴(yán)重。本課題組在針對廣西糧食主產(chǎn)區(qū)稻米重金屬含量普查時(shí)發(fā)現(xiàn)，廣西一些地區(qū)存在土壤重金屬不超標(biāo)，而稻米卻出現(xiàn)超標(biāo)5～10倍的現(xiàn)象[35]。針對這種現(xiàn)象，課題組通過出現(xiàn)類似現(xiàn)象的樣點(diǎn)土壤和水質(zhì)樣品pH、重金屬含量及重金屬有效態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)的分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些樣點(diǎn)的土壤和水質(zhì)樣品中重金屬含量及重金屬有效態(tài)含量均非常低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到稻米重金屬超標(biāo)所需的含量條件，為排除農(nóng)業(yè)生產(chǎn)操作過程帶來的重金屬污染干擾，對農(nóng)民生產(chǎn)采用的肥料農(nóng)藥進(jìn)行了重金屬測定結(jié)果均在國家安全標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，可以斷定該地區(qū)稻米重金屬并非來源于土壤污染或污水灌溉。因此，在確定沒有其他污染源的情況下，推斷該地區(qū)稻米重金屬極可能來源于大氣沉降。經(jīng)過進(jìn)一步的歸納分析統(tǒng)計(jì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)此現(xiàn)象的樣點(diǎn)位置均位于礦廠附近或靠近公路邊，尤其是在有色金屬礦區(qū)（礦廠和冶煉工業(yè)地區(qū)）出現(xiàn)此現(xiàn)象的樣點(diǎn)更為集中。初步可以斷定，有色金屬礦區(qū)大氣沉降對稻米重金屬累積的貢獻(xiàn)不容忽視。

5 研究展望

大氣沉降重金屬相當(dāng)于在水稻生育期內(nèi)，不斷地給水稻植株葉面補(bǔ)給重金屬“葉面肥”，其對稻米重金屬富集累積的貢獻(xiàn)不可忽視[3]。而當(dāng)前，專門針對廣西有色金屬礦區(qū)大氣沉降重金屬污染的研究報(bào)道還很少，且尚存在基礎(chǔ)信息獲取能力薄弱、監(jiān)測理論體系不健全等問題。這些問題的存在將嚴(yán)重影響重金屬污染防控體系的建立，成為重金污染修復(fù)工程的絆腳石。

廣西有色金屬資源豐富，開采規(guī)模大，且礦區(qū)附近農(nóng)田分布廣。今后，有必要對廣西金屬礦區(qū)大氣沉降重金屬污染進(jìn)行系統(tǒng)的研究，研究有色金屬礦區(qū)大氣沉降重金屬污染季節(jié)變化規(guī)律、弄清沉降過程中不同重金屬元素的污染程度及危害性評價(jià)，研究大氣沉降引起稻米重金屬超標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、弄清礦區(qū)大氣沉降與附近稻米重金屬累積的關(guān)系并提出相應(yīng)的防御措施。對有效的防控礦區(qū)重金屬沉降污染危害，確保礦區(qū)附近的糧食安全生產(chǎn)，維護(hù)附近居民的身心健康具有重要的意義。

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