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    青州市重金屬元素在不同種類農(nóng)產(chǎn)品中的含量

    2018-06-11 06:06:16
    現(xiàn)代礦業(yè) 2018年5期
    關(guān)鍵詞:蜜桃金屬元素重金屬

    姜 冰

    (山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院)

    改革開(kāi)放以來(lái),隨著人口的急劇增長(zhǎng)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市化和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,人類以前所未有的規(guī)模和強(qiáng)度開(kāi)發(fā)資源,使地殼中有毒有害元素大量進(jìn)入環(huán)境。在我國(guó)構(gòu)建和諧社會(huì)的過(guò)程中,社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)農(nóng)業(yè)安全和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)等提出了更高的要求,而農(nóng)產(chǎn)品中的重金屬元素含量直接影響農(nóng)業(yè)安全及農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。在濰坊市開(kāi)展的土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查與評(píng)價(jià)工作中,針對(duì)青州市選擇大宗和特色農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行配套樣品采集,通過(guò)對(duì)分析測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比研究,可以分析重金屬元素在不同種類農(nóng)產(chǎn)品中的含量特征、富集規(guī)律及其富集系數(shù)之間的交互作用。通過(guò)研究可以了解土壤中的重金屬元素被農(nóng)產(chǎn)品吸收的程度,反映重金屬元素對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的潛在危害性,對(duì)確保農(nóng)產(chǎn)品安全,重金屬元素污染監(jiān)控、防控有重要意義。

    1 樣品采集及分析

    1.1 樣品采集

    農(nóng)作物采集于收獲盛期,在采樣點(diǎn)地塊內(nèi)視不同情況采用棋盤法、對(duì)角線法、蛇形法等進(jìn)行多點(diǎn)取樣,等量混勻組成一個(gè)混合樣品。小麥、玉米為500 g(干重樣),青州銀瓜、蜜桃為1~2 kg(鮮重樣)。農(nóng)作物樣品采集位置見(jiàn)圖1。

    小麥、玉米、銀瓜樣品采集以1 000~2 000 m2為采樣單元,在采樣單元內(nèi)選取5~20個(gè)植株,混合成樣。蜜桃樣品采集以1 000~2 000 m2為采樣單元,在采樣單元內(nèi)選取5~10棵植株,每棵植株縱向四分,從其中一份的上、中、下、內(nèi)、外各側(cè)均勻采摘,混合成樣。

    圖1 農(nóng)作物樣品采集位置

    每件農(nóng)作物樣品對(duì)應(yīng)采集根系土樣品。小麥、玉米、銀瓜根系土采樣深度為0~20 cm,由2~3個(gè)分樣等量組合成1件樣品;青州蜜桃根系土采集在滴水線到樹根之間對(duì)稱選取4點(diǎn),采樣深度0~60 cm,取等量組合成1件樣品;去除根須、肥料團(tuán)塊和大顆粒礫石,裝袋封存[1-3]。

    1.2 樣品分析

    表1 農(nóng)作物樣品分析處理與分析方法

    2 重金屬元素在不同種類農(nóng)產(chǎn)品中的含量

    重金屬元素在農(nóng)產(chǎn)品中的含量見(jiàn)表2。

    表2 重金屬元素在農(nóng)產(chǎn)品中的含量 10-6

    注:Hg含量單位為10-9。

    由表2可知,Cu、Pb、Zn等8種重金屬元素的含量最大值均分布于小麥中,說(shuō)明重金屬元素在小麥中更富集。

    農(nóng)產(chǎn)品中重金屬的富集能力用富集系數(shù)[4-8]來(lái)表示,富集系數(shù)越大,對(duì)土壤中重金屬的富集能力就越強(qiáng)[4,8-9]。農(nóng)產(chǎn)品對(duì)土壤中某種元素的富集系數(shù)=農(nóng)產(chǎn)品中某種元素的濃度/該元素在土壤中的濃度[8-9],它在一定程度上反映著沉積物-植物系統(tǒng)中元素遷移的難易程度,說(shuō)明重金屬在植物體內(nèi)的富集情況[8-9]。各類農(nóng)產(chǎn)品重金屬的富集系數(shù)見(jiàn)表3。

    表3 農(nóng)產(chǎn)品中重金屬元素的富集系數(shù) %

    由表3可知,不同農(nóng)產(chǎn)品的重金屬富集系數(shù)不同,小麥對(duì)重金屬元素富集能力顯著強(qiáng)于其他種類,蜜桃、銀瓜對(duì)重金屬元素的富集能力最低。同一農(nóng)產(chǎn)品中不同重金屬元素的富集系數(shù)差異也較大,在所測(cè)重金屬中,農(nóng)產(chǎn)品對(duì)Cu、Zn、Cd、Hg元素的富集能力顯著高于Cr、As、Ni、Pb等元素。

    2.1 小麥中重金屬元素及其富集系數(shù)之間的交互作用

    (1)小麥中重金屬元素的富集系數(shù)。重金屬元素在小麥果實(shí)中的富集系數(shù)均值對(duì)比見(jiàn)圖2。

    圖2 小麥中元素富集系數(shù)對(duì)比

    由圖2可見(jiàn),各元素間的富集系數(shù)差異較大,其中Pb、Ni、Cr、As元素的富集系數(shù)都小于1%,Hg元素的富集系數(shù)小于2%,其他元素富集系數(shù)大于10%,其中Zn元素的富集系數(shù)最大(36.75%),其次為Cu(17.76%);通過(guò)對(duì)比,小麥籽實(shí)對(duì)各元素富集能力的大小順序?yàn)閆n>Cu>Cd>Hg>Ni>As>Cr>Pb。

    (2)土壤元素含量對(duì)小麥中元素含量的影響。小麥與土壤中重金屬元素間的相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表4。

    公式2中的Wij為空間權(quán)重矩陣,Xj代表西江流域廣東段j城市傳統(tǒng)村落的數(shù)量。為了便于計(jì)算對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,即:

    由表4可知,小麥中Ni元素的積累隨土壤中Pb、Cd、As元素含量的增加而減少,土壤中的Ni元素對(duì)小麥中Pb、As元素的積累存在一定的抑制作用[10-12],其復(fù)合效應(yīng)表現(xiàn)為協(xié)同作用[10-15],土壤中的Ni元素對(duì)小麥中Cd元素的積累有一定的促進(jìn),其復(fù)合效應(yīng)表現(xiàn)為拮據(jù)[10-15];小麥中Ni元素的積累隨著土壤中Ni元素含量的增加而增加,土壤中Ni元素的含量對(duì)小麥中Ni元素的積累起促進(jìn)作用[10-12],其復(fù)合效應(yīng)表現(xiàn)為協(xié)同作用[10-15];小麥中Cd元素含量隨土壤中Ni元素的增加而增加,而土壤中的Cd元素對(duì)小麥中Ni元素的積累存在一定的抑制作用,其復(fù)合效應(yīng)表現(xiàn)為拮據(jù)[10-15]。

    表4 小麥與土壤中重金屬元素間的相關(guān)系數(shù)

    注:*代表0.05顯著性水平,**代表0.01顯著性水平。

    2.2 玉米中重金屬元素及其富集系數(shù)之間的交互作用

    (1)玉米中重金屬元素的富集系數(shù)。重金屬元素在玉米果實(shí)中的富集系數(shù)均值對(duì)比見(jiàn)圖3。

    圖3 玉米中元素富集系數(shù)對(duì)比

    由圖3可見(jiàn),各元素間的富集系數(shù)差異較大,Pb、Cr、As等3種重金屬元素的富集系數(shù)小于1%,其他元素富集稍大,大多都小于10%,僅Zn元素富集系數(shù)為21.45%;通過(guò)對(duì)比,玉米籽實(shí)對(duì)各種重金屬元素的富集能力的大小順序?yàn)閆n>Cu>Cd>Hg>Ni>Cr>As>Pb。

    (2)土壤元素含量對(duì)玉米中元素含量的影響。玉米與土壤中重金屬元素間的相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表5。

    由表5可知,玉米中Ni元素的積累隨土壤中Cu元素和Cr元素含量增加而增加,而土壤中的Ni元素對(duì)玉米中的Cu元素和Cr元素的積累存在一定的抑制作用[10-12],其復(fù)合效應(yīng)表現(xiàn)為拮據(jù);玉米中的Ni元素的積累隨土壤中Ni元素含量的增加而增加,土壤中Ni元素的含量對(duì)玉米中Ni元素的積累具有促進(jìn)作用,其復(fù)合效應(yīng)表現(xiàn)為協(xié)同作用;玉米中Ni元素的積累隨土壤中Pb元素含量增加而減少,而土壤中Ni元素的含量對(duì)玉米中Pb元素的積累存在一定的抑制作用,其復(fù)合效應(yīng)表現(xiàn)為協(xié)同作用。

    表5 玉米與土壤中重金屬元素間的相關(guān)系數(shù)

    注:*代表0.05顯著性水平,**代表0.01顯著性水平。

    2.3 蜜桃中重金屬元素及其富集系數(shù)之間的交互作用

    (1)蜜桃中重金屬元素的富集系數(shù)。重金屬元素在蜜桃中的富集系數(shù)均值對(duì)比見(jiàn)圖4。

    圖4 蜜桃中元素富集系數(shù)對(duì)比

    由圖4可見(jiàn),各元素間的富集系數(shù)差異較大,其中Pb、Ni、Cr、As元素的富集系數(shù)都小于1%;其他元素富集系數(shù)也都在1%~4%,其中Cd元素的富集系數(shù)最大(3.65%);通過(guò)對(duì)比,蜜桃對(duì)各元素富集能力的大小順序?yàn)镃d>Zn>Cu>Hg>Ni>Pb>Cr>As。

    (2)土壤元素含量對(duì)蜜桃中元素含量影響。蜜桃與土壤中重金屬元素間的相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表6。

    表6 蜜桃與土壤中重金屬元素間的相關(guān)系數(shù)

    注:*代表0.05顯著性水平,**代表0.01顯著性水平。

    由表6可知,蜜桃中Pb元素含量的積累隨土壤中Ni元素含量增加而減少,土壤中Pb元素含量對(duì)蜜桃中Ni元素含量的積累存在一定的抑制作用,其復(fù)合效應(yīng)表現(xiàn)為協(xié)同作用;蜜桃中Zn元素含量的積累隨土壤中Cu元素含量增加而減少,土壤中Zn元素含量對(duì)蜜桃中Cu元素含量的積累存在一定的抑制作用,其復(fù)合效應(yīng)表現(xiàn)為協(xié)同作用;蜜桃中Ni元素含量隨土壤中Zn、Cr、Cd元素含量增加而減少,而土壤中的Ni元素含量對(duì)蜜桃中Zn、Cr元素含量的積累存在一定的抑制作用,其復(fù)合效應(yīng)表現(xiàn)為協(xié)同作用,而土壤中Ni元素含量對(duì)蜜桃中Cd元素含量的積累存在一定的促進(jìn)作用,其復(fù)合效應(yīng)表現(xiàn)為拮據(jù);蜜桃中Cr元素含量隨土壤中As元素含量增加而減少,而土壤中Cr元素含量對(duì)蜜桃中As元素含量的積累存在一定的抑制作用,其復(fù)合效應(yīng)表現(xiàn)為協(xié)同作用。

    2.4 銀瓜中重金屬元素及其富集系數(shù)之間的交互作用

    (1)銀瓜中重金屬元素的富集系數(shù)。重金屬元素在銀瓜中的富集系數(shù)均值對(duì)比見(jiàn)圖5。

    圖5 銀瓜中元素富集系數(shù)對(duì)比

    由圖5可見(jiàn),各元素間的富集系數(shù)差異較大,其中Pb、Ni、Cr、As、Hg元素的富集系數(shù)均小于1%;其余元素在1%~2%;銀瓜對(duì)各元素富集能力的大小順序?yàn)镃u>Zn>Cd>Hg>Ni>Cr>As>Pb。

    (2)土壤元素含量對(duì)銀瓜中元素含量影響。銀瓜與土壤中重金屬元素間的相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表7。

    由表7可知,銀瓜中Cd元素含量的積累隨土壤中Cd元素含量的增加而增加,土壤中Cd元素的含量對(duì)銀瓜中Cd元素含量的積累具有促進(jìn)作用,其復(fù)合效應(yīng)表現(xiàn)為協(xié)同作用。

    表7 銀瓜與土壤中重金屬元素間的相關(guān)系數(shù)

    注:*代表0.05顯著性水平,**代表0.01顯著性水平。

    3 結(jié) 語(yǔ)

    (1)青州市通過(guò)研究得出,重金屬元素在農(nóng)產(chǎn)品中的富集系數(shù)能更好的反映重金屬元素的富集規(guī)律及生物富集性。

    (2)通過(guò)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品中重金屬元素富集系數(shù)的分析,可了解土壤中重金屬元素被農(nóng)產(chǎn)品吸收的程度。

    (3)通過(guò)對(duì)重金屬元素富集系數(shù)的對(duì)比和農(nóng)產(chǎn)品及其根系土中重金屬元素相關(guān)性的分析,了解了重金屬元素之間的交互作用,并很好的反映了重金屬元素對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的潛在危害性,對(duì)確保農(nóng)產(chǎn)品安全,及重金屬污染監(jiān)控、防控有重要意義。

    參 考 文 獻(xiàn)

    [1] 中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部.DZ/T 0295—2016 土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范[S].北京:地質(zhì)出版社,2016.

    [2] 中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部.DZ/T 0145—2017 土壤地球化學(xué)測(cè)量規(guī)程[S].武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社,2017.

    [3] 中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部.DZ/T 0289—2015 區(qū)域生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范[S].武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社,2015.

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