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【关键词】土壤污染;重金属;治理方法
土壤,为人类提供生存所需的自然环境,为农业生产提供必要的资源。我们所面临的许多问题,诸如环境问题、粮食问题、资源问题等等,都和土壤息息相关。自上世纪20年代以来,工业发展,导致金属产量急剧增加,进而导致重金属环境污染问题。含有重金属的污染物通过多种方式进入土壤,导致土壤重金属污染问题。现在,很多发展中甚至发达国家,都面临着土壤污染问题。这一问题的日益严重,也引起了人们的广泛关注。因此,本文将围绕土壤重金属污染的现状、治理方法等方面展开。
1.我国土壤重金属污染的现状
目前,我国大陆受到重金属污染的耕地面积约为2000万公顷,大约占耕地总面积的1/5。其中,受矿区污染的耕地面积约200万公顷,受石油污染的耕地面积约500万公顷,受固体废弃物堆放污染的耕地面积约5万公顷,受“工业三废”污染的耕地面积约1000万公顷,受污水灌溉的耕地面积约330万公顷。由于土壤污染,我国农业粮食产量每年减少约1300万吨,更为严重的是,因为受到污染,土壤的多种功能,如营养功能、净化功能、缓冲功能、有机体的支持功能等功能正在逐渐丧失。
2.土壤重金属污染的后果
第一、土壤污染导致耕地资源短缺。
第二、土壤污染威胁人、畜的身体健康。
第三、土壤污染阻碍农业生产的发展。
第四、土壤污染会导致其他的环境污染问题。
第五、土壤污染危及子孙后代的利益,阻碍农村经济的健康、持续发展,不利于国家经济的可持续发展。
3.土壤重金属污染的治理
3.1物理防治
物理防治主要采取排土、换土、去表土、客土和深耕翻土等措施。不同地区应采取不同的措施:
(1)污染严重的地区,适合采取排土、换土、去表土、客土等措施。这些措施可以从根本上去除土壤中的重金属污染物。具体方法:将重金属重污染地区的土壤放到高温、高压的条件下,使之变成的玻璃态物质,然后将重金属固定在玻璃态物质中,进而达到去除重金属污染物的目的。这种方法可以在根本上去除土壤中的重金属污染物,而且见效迅速,但这种方法工作量大、费用高。因此,这种方法常被用在重金属重污染地区的抢救性修复工作中。
(2)污染较轻的地区,适合使用深耕翻土这种方法。这一方法可以降低土壤表层的重金属含量。
3.2化学防治
化学防治的方法很多,如:
3.2.1添加重金属改良剂
在土壤中添加一些处理重金属污染时的常用到的改良剂改良剂,诸如磷酸盐、石灰以及硅酸盐等。它们可以和土壤中的重金属污染物发生化学反应,进而生成难溶化合物,从而减少土壤和植被对重金属污染物的吸收。
3.2.2施加重金属螯合剂
土壤中的重金属大都吸附于土壤固体表层,因而土壤溶液中的重金属含量相对较少,所以,我们可以在土壤中施加重金属螯合剂。这样做可以提高土壤中重金属的有效态,更易于流动、吸收。
3.2.3施用重金属拮抗剂
在土壤中,重金属元素之间有拮抗作用。我们可以利用一些对人体没危害甚至是有益的金属元素的拮抗作用,减少土壤中重金属的有效态。所以,在轻度污染的土壤中、施加少量的有拮抗性的金属元素,将能起到很好的防治作用。
3.3生物防治
生物防治,可以采取以下措施:
3.3.1植物吸收
可以通过植物的吸收作用来减少土壤中的重金属污染物含量。这类植物很多,如羊蕨属植物、笕科植物等,这些植物对土壤中的重金属的吸收率可达到100%。
3.3.2微生物降解
使用清洗剂将土壤表层附着的重金属解吸到土壤溶液中,然后随着清洗液一起流入预定的水体中,并和微生物发生作用,从而实现消除土壤中重金属的目的。
3.3.3生物防治很多优点,如效果好、没有二次污染、费用低、易管理、易操作等,因此受到人们的普遍重视
3.4农业生态防治
农业生态防治,可以采取以下措施:
3.4.1控制土壤的氧化―还原条件
在浸水的土壤中,重金属常常以难溶态的硫化物的形式存在。所以,控制土壤中的水分和氧化―还原电位,在作物壮籽期间,保证土壤处于一个相对稳定的水淹期,就可以减少植物吸入的重金属含量,进而减少果实和籽中的重金属含量。
3.4.2改变作物品种
改变作物品种,也可以在一定程度上降低土壤中的重金属含量。如:在受污染较严重的地区,种植花卉和经济林目等;而在受污染较轻的地区,种植耐重金属性较强强的作物,如改旱地为水田,或者旱地、水田进行轮作,以调整PH、EH,从而降低土壤中重金属的有效性。
目前,以上列举的治理土壤重金属污染问题的技术还不能被广泛地应用,其原因有成本过高、实地应用的经验不足、处理效果不稳定等。随着科学技术的发展,开发、研究工作的深入与完善,这些治理方法一定可以日趋完善,并被广泛运用。
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关键词 畜禽养殖;重金属污染;现状;对策
中图分类号 X53 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2016)11-0245-01
Abstract Aiming at the status of soil heavy metal pollution caused by intensive livestock farming in China,the reasons of pollution were analyzed,and control measures were put forward.
Key words livestock;metal pollution;status;countermeasures
随着现代养殖业的进步,我国集约化畜禽养殖业快速发展,提高了养殖效益,但是同时也导致了严重的环境污染问题,主要是由畜禽粪便等引起的,呈现出日益严重的趋势。许多畜禽养殖场周边土壤重金属存在不同程度的超标现象。简要分析了畜禽养殖导致土壤重金属污染的原因,探讨了控制畜禽养殖污染的对策。
1 畜禽养殖导致土壤重金属污染现状
1.1 饲料
1.1.1 锌。锌是动物机体必需的微量元素之一,现代集约化养殖畜禽饲料中含锌的促生长添加剂,一般为氧化锌(预防猪腹泻)和硫酸锌。锌添加量通常为200~400 mg/kg,而在乳猪养殖中可达2 000 mg/kg以上。同时,畜禽对锌的消化吸收利用率极低,不到20%,因此大部分锌会随畜禽的粪尿排出并进入环境中[1]。
1.1.2 镉。导致饲料中镉污染的原因常与硫酸锌添加剂有关,饲料硫酸锌中的镉超标。由于作为饲料添加剂锌的用量较大,因此伴随饲料锌的镉污染加重[2]。
1.1.3 砷。饲料中添加砷制剂是促进动物生长、提高饲料利用效率的有效措施。普遍添加的主要是有机砷制剂,导致许多地方饲料中的总砷含量超过2.0 mg/kg。
1.1.4 铜。铜是畜禽必需的微量元素之一,有研究表明,我国市售的猪饲料含铜量平均为200~300 mg/kg,在畜禽饲养过程中高铜制剂已普遍使用。
1.2 畜禽粪便
畜禽粪便富含有机质和一定量的氮、磷、钾等营养成分,可作为有机肥料还田。畜禽粪便固液分离后,其中的固体通常含有较多铜、砷、镉、锌、钴、镍等。因此,如果大量施用畜禽粪便,将会使其中的重金属元素进入土壤,长期大量施用会导致重金属元素的累积,存在土壤污染风险。
影响畜禽粪便重金属含量的因素包括以下几个方面:一是畜禽对重金属元素吸收利用率低是导致粪便中重金属污染的重要原因,且畜禽粪便中重金属含量与日粮中添加量成线性相关。有研究表明,家禽粪便中Cu、Zn、As含量是饲料日粮中的2~7倍,90%以上的重金属不能被机体吸收而随粪便排出。二是不同年龄或生长阶段的畜禽对饲料中微量元素的利用率不同。三是不同种类畜禽粪便重金属含量差异较大。猪粪Cu、Zn、As含量明显高于牛粪、鸡粪[2]。
此外,我国目前仅制定了有机肥行业标准对 Cd 的限量指标为3 mg/kg,是德国腐熟堆肥标准的2倍。因为针对有机肥重金属的限量和相关标准非常少,所以商品有机肥普遍存在重金属超标的现象。重金属随着有机肥施用进入农田,土壤重金属积累逐年增加[3]。
综上,畜禽养殖场周边土壤重金属污染原因分析如下:现代畜禽养殖普遍使用饲料添加剂(含锌、铜、砷制剂等),饲料中重金属吸收利用率极低,生物富集作用使粪便重金属含量比饲料中高数倍。农田土壤重金属的重要来源之一就是随畜禽粪尿排出的重金属,长期施用畜禽粪便很可能导致土壤中的重金属累积。
2 防治对策
2.1 规范畜禽饲料
应当推广应用环保饲料,规范畜禽饲料添加剂的使用,同时提高畜禽的饲料利用率,以降低畜禽粪便农用的环境污染风险。
2.2 建设大型沼气工程,对粪污进行无害化处理
畜禽养殖污染防治应充分考虑畜禽养殖污染物的有机肥资源属性,鼓励将畜禽粪便通过堆肥发酵等措施进行无害化处理,用于生产沼气或制成有机肥等,实现畜禽粪便的资源化利用[4]。
2.3 改变重金属形态,降低污染风险
为降低土地利用过程中有机肥施用的重金属污染风险,可通过改变畜禽粪便中重金属的存在形态使其固定,降低其可移动性及植物可利用性或利用化学淋滤的方式来去除重金属。特别针对已被重金属污染土壤的修复措施很多。生物修复法主要侧重于植物修复技术用于大面积、低浓度污染的农田。同时,要加强利用微生物固定土壤中重金属的方法研究、寻找和驯化高效菌种,该方法成本低,并且修复效果好[5]。
2.4 确立畜禽废弃物堆肥重金属限量标准
我国还没有畜禽废弃物堆肥重金属限量标准,但是国外对堆肥中的有毒有害物质已制定相应的标准。我国应建立适合我国的畜禽废弃物堆肥重金属的限量标准[6]。
2.5 发展清洁养殖
畜禽规模化养殖要合理布局,推广生态化、标准化的养殖模式。要重视粪污清理、饲料配比等环节的环境保护要求;注重清洁生产,在养殖过程中降低资源耗损和污染负荷,从源头减少污染物的排放总量;提高末端治理效率实现稳定达标排放[7]。
3 参考文献
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摘 要:综述了当前规模化养殖带来的沼肥重金属污染现状,探讨了土壤重金属污染修复技术,旨在为沼肥的安全利用提供一定的理论依据和技术支持。
关键词:畜禽养殖场;沼肥;重金属;修复技术;研究
中图分类号:s141 文献标识码:a doi编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2013.05.017
1 畜禽养殖场沼肥重金属污染现状
沼肥(包括沼液和沼渣)是有机物厌氧发酵后的残余物,是一种优质有机肥。但近年来,随着沼肥的广泛应用,沼肥污染问题也越来越引起人们的重视。生猪、奶牛养殖是我国农业中的传统产业,规模化养殖也在不断扩大,已成为我国未来养殖业发展的趋势,但养殖业业主在追求效益最大化的同时,也带来了严重的环境污染问题。许多地方在规模化畜禽养殖过程中,为加快畜禽生长速度、提高饲料利用率和防止畜禽疾病,在饲料添加剂中大量使用铜、锌、铁、砷等中微量元素[1-2]。许多研究表明,饲料中添加铜对猪各阶段有明显的促生长作用[3-5]。目前,在我国及其他国家的生猪养殖中,使用高剂量铜作为猪的促生长饲料添加剂已相当普遍,但重金属元素在动物体内的生物效价很低,大部分随畜禽粪便排出体外,故畜禽粪便中往往含有高量的重金属,从而增加了农用畜禽粪便污染环境的风险[6]。而规模化养殖场的粪污经过处理后最终都会以沼肥、有机肥等形式进入土壤中,造成土壤污染和植株中毒。
当前,国内外对沼肥重金属污染问题的研究多集中在沼肥中重金属元素分布情况、沼肥对作物产量和品质的影响、沼肥对土壤的影响等[7-8]。钟攀等[9]分析了沼气肥中重金属含量,发现沼液毒性重金属的平均含量为全as>cr>cd>pb>hg,而沼渣则为全cr>as>pb>cd>hg。李健等[10]研究发现,配合饲料饲养法沼渣中as、cd的含量远远超出规定的含量,hg的含量也已接近极限值;而青饲料饲养法沼渣中主要重金属含量除pb以外,其他重金属含量基本没有超过允许的范围。段兰等[11]对辽宁省昌图县的饲料、猪粪、沼肥以及连续施用沼肥6年的土壤进行取样测定,分析了沼肥从源头到土壤施用过程中重金属与抗生素类兽药的含量变化。结果表明,施用沼肥的土壤重金属类残留现象总体不明显,但cu、zn含量明显增高。高红莉等[12]研究指出,施用沼肥可以改善土壤环境,提高土壤肥力,明显提高作物产量和品质,对土壤重金属元素含量没有显著影响,但是青菜镉、铅含量超出国家标准,因此应谨慎施用。随着人们对农产品质量安全问题的日益关注,沼肥中的重金属特别是毒性重金属的含量将成为评价其质量安全的重要指标。
2 土壤重金属污染修复技术
重金属污染物进入土壤后,不易随水迁移,不能被生物所分解,因而在防治上存在一定的困难。对于沼肥造成的土壤重金属污染,目前生产上常用的改良修复技术主要有物理修复、化学修复和生物修复等。即可通过土壤管理、重金属钝化、微生物降解等技术集成,降低土壤重金属对作物的生物有效性,减少作物的吸收,也可通过秸秆综合利用技术、高富集植物填闲种植等,降低土壤重金属的含量。
2.1 物理修复技术
物理修复技术是通过各种物理过程将重金属污染物从土壤中去除或分离的技术。目前,土壤重金属污染物理修复主要包括电动修复、电热修复、土壤淋洗3种修复技术[13]。在这3种物理修复技术中,应用最多、技术最成熟的是土壤淋洗法,该法是利用淋洗液把土壤固相中的重金属转移到土壤液相中,再用络合或沉淀的方法,使重金属富集并进一步回收处理的土壤修复方法。淋洗液主要有硝酸、硫酸、盐酸、草酸、柠檬酸、edta和dtpa等[14]。有研究指出当硫酸单独使用时,铜和铅的去除效果不理想[15],而使用的盐酸/硫酸(1∶1)对污泥进行处理,重金属铜、铅、锌等去除率都达到60%以上,有的重金属去除率甚至可达100%。有机络合剂edta和dtpa等也能有效去除重金属,如edta能与许多重金属元素形成稳定的化合物,使用0.1 mol·l-1edta去除pb,发现edta对pb的提取率可达60% [16]。
2.2 化学修复技术
化学修复就是向土壤投入改良剂,如有机肥、作物秸秆、蛭石、石灰等,通过对重金属离子的吸附、氧化还原、沉淀等作用,以降低重金属对植物的危害和在植物体内的富集。有机肥可通过改变重金属的存在状态,或改变吸附体的表面性质,进而影响重金属的吸附。张敬锁等[17]研究发现有机质有很大的比表面积,对cd2+有强烈的吸附作用,更主要的是有机质分解产生的腐殖酸可与土壤中的cd2+形成鳌合物沉淀。石灰主要是通过提高土壤ph值,促进土壤中重金属元素形成氢氧化物或碳酸盐结合态盐类沉淀。
2.3 生物修复技术
2.3.1 植物修复技术 植物修复技术是指通过植物系统及其根系移去、挥发或稳定土壤环境中的重金属污染物,或降低污染物中的重金属毒性,以期达到清除污染、修复或治理土壤目的的一种技术。植物修复经济有效、成本低,对环境扰动小,产生的富集重金属的植物可统一处理,甚至可以从这些植物体内回收重金属,可以长期、大面积的田间应用,还可绿化环境[18-19]。但在一些区域,简单地使用植物修复法难以起到预期效果,必须与物理化学法等结合起来使用[20]。目前,全世界已经发现超富集植物500多种:cd超富集植物有商陆、龙葵等[21-22];cu超富集植物有燕麦鸭跖草、海州香薷等[23];pb超富集植物有裂叶荆芥、麻疯树等[24-25];as超富集植物有大叶井口边草、蜈蚣草等[26-27];hg超富集植物有大米草[28]。以及cd/zn多重金属富集植物有伴矿景天[29],pb/cu/zn/cd多重金属富集植物有朝天委陵菜[30]。
2.3.2 微生物修复技术 微生物修复是利用微生物如蓝细菌、菌根真菌以及某些藻类产生的多糖、糖蛋白等物质对重金属的吸收、沉积、氧化和还原等作用,减少植物摄取,从而降低重金属的毒性[31-33]。目前,微生物强化植物修复方面的研究多集中于菌根真菌,它在修复遭受重金属污染的土壤方面发挥着重要的作用[34]。通过筛选重金属抗性菌株、增强植物抗重金属能力来实现植物修复重金属污染土壤是非常有效的手段[35]。许友泽等[36]采用微生物淋溶法去除重金属,在最佳工艺条件下,污泥中cd、mn、cu、pb、zn的浸出率分别高达88.0%,88.0%,69.0%,67.0%和83.0%。谢朝阳等[37]研究发现,在细菌的参与下,土壤胶体和粘土矿物对重金属离子的吸附能力有一定程度的增加。
2.4 植物生长调节物质修复技术
植物生长调节物质能通过调节植物的生长状况来增强植物抗重金属胁迫的能力。在重金属胁迫下,利用水杨酸进行处理能促进植株生长
,降低质膜透性,减少丙二醛的积累,从而增强植物抗重金属胁迫的能力[38]。赵鹂等[39]也研究发现,施加外源脱落酸能有效缓解汞胁迫下水稻种子的萌发活力,增强植株的抗逆性。
3 结 论
综上所述,当前许多地方在规模化畜禽养殖过程中,为了追求效益,往往在饲料添加剂中大量使用铜、锌、砷等中微量元素,而这些重金属元素大部分随畜禽粪便排出体外,从而增加了农用畜禽粪便污染环境的风险。针对当前规模化养殖带来的沼肥污染现状,本研究探讨了几种缓解重金属污染的技术,有些技术已经比较成熟,有些仍存在疑问,还需进一步完善。随着研究的深入,将会有更完善更成熟的土壤重金属污染修复技术应用到实际的生产中。
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关键词:重金属; 峡山水库; 背景值; 富集
中图分类号:P343文献标识码: A
1.引言
随着城市化、工业化和农业集约化的发展,大量工业废物排放、农药化肥的施用,致使地表水及地下水区域性污染严重,水环境中污染物是在地表-土壤-水环境中进行各种物理、化学和生物过程的结果。重金属是土壤环境中具有潜在危害的污染物,现在土壤重金属含量越来越高,导致饮用水中的含量也越来越高,严重危害人类身体健康,因此,对饮用水源地土壤重金属的现状调查研究十分重要。为此,本文对潍坊最大的地表饮用水源地峡山水库周围土壤重金属污染现状进行了研究,分析了土壤重金属元素的富集特征。
此研究对于峡山水库周围土壤质量的改善和库区水环境质量的保护具有重要意义,并为环境管理提供决策依据。
2、材料与方法
2.1 研究区概况
峡山水库位于潍河中下游、潍坊市东南部的峡山区,水库总库容 14.05亿立方米,兴利库容5.03亿立方米,水面面积144平方公里,有潍河、渠河、浯河等支流汇入,峡山是潍坊市的重要水源地,主要供应潍坊地区的工业和350万人口的生活用水。峡山水库整个地形南高北低。峡山水库水源地污染物主要来源于诸城、安丘两市的工业、农业及城废水。
2.2 样本采集与分析
由于水库面积大,一级保护区陆域范围内,选择在取水口半径 200m范围的东北岸一侧区域,根据实际情况,随机布设5个采样点。采样点基本情况见表1。采样方法参照土壤环境监测技术规范HJ/T166-2004进行,没有列入项目的监测方法执行《全国土壤污染状况调查样品分析测试技术规定》(国家环保总局,2006a)。土壤样品采集方法为网格―系统布点法,采集0~20cm表层土壤,均匀混合, 四分法留取1 kg土壤样品。土壤样品在室温下自然风干、粗磨,细磨后过100目筛装瓶备用。土壤样品实验室分析项目包括镉、铅、铬、铜、锌、镍、锰、钴。
表1采样点基本情况
序号 采样点 饮用水源地种类 东经E(度) 北纬N(度)
1 峡山水库取水口西北草地 地表 36.50309 119.41039
2 峡山水库取水口北100米菜地 地表 36.50169 119.41269
3 峡山水库取水口北偏东树林 地表 36.50148 119.41408
4 峡山水库取水口东花生地 地表 36.50504 119.41997
5 峡山水库取水口东南北辛庄桃园 地表 36.495 119.43119
2.3数据分析及评价
土壤单项污染指数、土壤综合污染指数、土壤污染分担率的计算公式和分级标准如下:
单项污染指数法:
式中:
Pi:单项污染指数;
Ci:调查土壤中污染物的实测浓度
Sip:污染物的评价标准值或参考值。
根据Pi的大小,将土壤污染程度划分为五级(详见表2-3)。
表2 单因子评价土壤环境质量评价分级
等级 Pi值大小 污染评价
Ⅰ Pi≤1 无污染
Ⅱ 1<Pi≤2 轻微污染
Ⅲ 2<Pi≤3 轻度污染
Ⅳ 3<Pi≤5 中度污染
Ⅴ Pi>5 重度污染
土壤综合污染指数=
表3 土壤综合污染指数分级标准
等级 综合污染指数(PN) 污染等级
Ⅰ PN≤0.7 清洁(安全)
Ⅱ 0.7<PN≤1.0 尚清洁(警戒限)
Ⅲ 1<PN≤2.0 轻度污染
Ⅳ 2<PN≤3.0 中度污染
Ⅴ PN>3 重污染
土壤污染物分担率(%)=%
3.监测结果与评价
3.1土壤监测结果
实验室分析结果见下表,其中,项目未检出时,用所用方法的检出限加标志位L表示,参加统计时,按二分之一检出限计算。土壤监测结果见表4,表中列出了水库周边土壤重金属的平均含量和各重金属元素含量的相对标准偏差(RSD),它们与背景值的比值显示出不同金属的富集程度。
表4 峡山水库土壤重金属项目监测结果表
结果
项目 范围 均值 标准差 RSD 背景值 富集度
Cd 0.061-0.093 0.076 0.014 18.4% 0.108 0.70
Pb 14.4-32.0 24.9 4.97 20.0% 25.4 0.98
Cr 51.2-73.1 62.5 8.0 12.8% 56.2 1.11
Cu 15.9-26.3 20.8 3.4 16.3% 19.6 1.06
Zn 39.2-79.5 61.2 13.3 21.7% 56.1 1.09
Ni 21.7-32.4 26.6 4.2 15.8% 23.5 1.13
Mn 605-1061 801 154 19.2% 552 1.45
Co 12.6-19.0 14.8 2.3 15.5% 11.0 1.35
从表中可以看出,峡山水库周边土壤重金属空间分布比较评价,变异性较低,Cr元素变异性最低。相对而言,Pb、Zn和Mn元素的变异性较高,表明其在土壤内以活泼的化学特性而参与多种迁移运动中,其它元素点位间差异性程度相似。对5个点位进行分析后发现,草地的Mn元素含量极高,桃园的Mn含量相对较低外,其余3个点位的含量都比较平均,这表明草地中可能受Mn元素污染。与当地土壤背景值的富集比较结果显示,土壤中重金属含量的富集程度从0.70-1.45不等,元素间差异性较大,Cd元素富集程度最低,Mn元素富集程度最高,其次是Co元素,这表明峡山水库周边土壤可能受Mn和Co元素污染并产生一定量的富集,需要重点关注该元素的其他化学行为特征,其余重金属元素总量富集程度均在1上下,证明其含量正常与背景值相当,未有污染现象。
3.2峡山水库周边土壤环境质量状况评价
根据2014年峡山水库周边土壤的监测结果,按照《土壤环境质量标准》一级标准统计各项目的单项污染指数和综合污染指数,详见表5。
表5 单项污染指数和综合污染指数(一级标准评价)
监测
点位 Pi PN 评价
等级
镉 汞 砷 铅 铬 铜 锌 镍 锰 钴
点位1 0.31 0.17 0.40 0.91 0.81 0.63 0.69 0.81 0.71 0.48 0.77 Ⅱ
点位2 0.47 0.20 0.39 0.79 0.75 0.75 0.58 0.76 0.52 0.38 0.68 Ⅰ
点位3 0.35 0.04 0.35 0.75 0.62 0.45 0.39 0.56 0.40 0.32 0.61 Ⅰ
点位4 0.46 0.21 0.40 0.53 0.57 0.57 0.61 0.54 0.47 0.32 0.54 Ⅰ
点位5 0.30 0.09 0.34 0.58 0.73 0.56 0.80 0.66 0.57 0.36 0.66 Ⅰ
均值 0.38 0.14 0.38 0.71 0.69 0.59 0.61 0.67 0.53 0.37 0.65 Ⅰ
从表中根据污染物综合污染指数看出,5个点位除了1号点位外,其余均达到了一级评价标准。点位1评价为Ⅱ级,这主要与点位1的Pb、Ni、和Mn元素单项污染指数较高有关,说明点位1的这三种元素含量较高,受这三种元素污染情况存在。但是Pb元素的富集程度不高,这说明Pb元素不活泼,这些元素的富集是由砂岩、粉砂岩、泥岩等风化成土所致,是由地质背景所形成的自然富集,非人为富集。
4结论
(1)峡山水库周边土壤重金属空间分布比较评价,变异性较低,Cr元素变异性最低,Pb、Zn和Mn元素的变异性较高,Cr、Cu、Ni、和Cd元素差异性程度相似,草地中可能受Mn元素污染。土壤中重金属含量的富集程度从0.70-1.45不等,元素间差异性较大,Cd元素富集程度最低,Mn元素富集程度最高,其次是Co元素,需要重点关注该元素的其他化学行为特征,其余重金属元素总量富集程度均在1上下,证明其含量正常与背景值相当,未有污染现象。
(2)潍坊市饮用水源地一级保护区峡山水库周边土壤重金属均不超标,以一级标准评价峡山水库周边土壤的监测点位除草地点位外,其余均属于清洁状态。草地点位属于尚清洁状态,这可能属于元素的自然富集,非人为富集,具体原因有待进一步调查和研究。
参考文献:
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关键词 重金属污染;蔬菜;现状
中图分类号 X820.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2013)22-0208-03
Research Progress of Heavy Metal Pollution in Vegetables
YAO Li-xia RU Qiao-mei HE Liang-xing
(Yuhang District Agro-product Monitoring Center in Hangzhou City of Zhejiang Province,Hangzhou Zhejiang 311119)
Abstract With the ever serious environmental pollution,vegetables have been subjected to varying degrees of pollution. Heavy metal is one of the important factors,which affect vegetable growth and human health. The paper studied aspects of hazards of heavy metal pollution,evaluation of heavy metal contamination in vegetables,and status quo of vegetables polluted by heavy metals in China. It also discussed vegetables polluted by heavy metals in the future and prospects,which would provide reference and experience for the research on vegetables polluted by heavy metals.
Key words heavy metal pollution;vegetables;present situation
重金属是指密度在5×103 kg/m3以上的金属,如金(Au)、银(Ag)、镉(Cd)、汞(Hg)、铬(Cr)、铜(Cu)、铅(Pb)等。部分重金属通过食物进入人体,对人体正常生理功能造成干扰,危害人体健康,被称为有毒重金属,如锌、汞、铅、铬、砷、锡、镉等。
随着农业生产中化肥、农药等的大量使用,土壤、水体的重金属污染逐渐加重,不仅影响植物生长发育,而且在植物叶、茎、根、籽实中大量积累。蔬菜作为人们日常摄入量最大的食物之一,含有丰富的膳食纤维、维生素、必需矿质元素等,但食入重金属超标的蔬菜会对人体健康造成极大危害,其危害具有一定的隐蔽性,一般不会发生急性中毒,只是在人体中不断积累,逐渐危害人体健康。近年来,监测、防治重金属污染已成为各国普遍关注的热点问题。蔬菜作为人类日常生活摄入量较大的食品之一,分析、评价其受重金属污染状况,对保障人们的饮食安全、促进蔬菜生产具有重要意义。
1 重金属污染的危害
铬、锌、汞、铅、砷、锡、镉等有毒重金属中,对人体危害最大的是铅,毒害人体各系统,尤其常使造血系统、神经系统、血管等发生病变。人体摄入过量的铅不仅会抑制血红素的合成,降低红细胞中血红蛋白量,导致人体出现贫血,损伤中枢神经系统及其周围神经,轻度中毒时,出现失眠、头痛、记忆减退、头晕等症状。特别是对于大脑处于发育期的儿童来讲,更容易受铅的危害,严重影响儿童的智力发育和行为。
有毒重金属中危害人类健康的其次是砷、汞。砷大都以烷基砷、无机砷的形态存在,2种类型的砷差别较大。无机砷毒性较大,有机砷毒性较小,其中砷糖甚至被认为无毒。长期接触砷,会引起细胞中毒,诱发恶性肿瘤,其还能透过胎盘损害胎儿。无机砷是致癌物质,常诱发肺癌、皮肤癌。汞容易被植物吸收,通过食物进入人体,也可以蒸汽形式进入人体,危害人体健康。汞毒性因形态不同存在较大差异,其中甲基汞毒性最大,容易被人体吸收,在肾、骨髓、心、脑、肝、肺等部位蓄积,使肾、神经系统、肝脏等产生不可逆的损害。另外,金属汞、无机汞通过水中厌氧微生物甲基化可转化为甲基汞危害。
相对铅来说,镉容易被植物吸收,但其不容易造成植物毒性,反对人体容易造成毒害,具有致畸、致癌、致突变等作用。镉进入体内可损害血管导致组织缺血,损伤多系统,干扰钴、铜、锌等代谢,阻碍肠道吸收铁,抑制血红蛋白的合成,抑制肺泡巨噬细胞的氧化磷酰化的代谢过程,对肾、肺、肝造成损害。
铬的急性中毒会对皮肤造成刺激和腐蚀,使皮肤糜烂或变态反应发生皮肤炎。亚急性或慢性中毒会引起咽炎、鼻炎、支气管炎等。另外,铬还有致畸变、致癌变、致突变作用。六价铬和三价络均有致癌作用,且六价铬的毒性比三价铬大100倍,某些铬化合物的致癌性是目前世界公认的,被称为“铬癌”。
可见,重金属对人体健康的危害具有富集性、隐蔽性、不可逆性,且其污染一旦出现就难以逆转,治理非常困难,成本高。
2 蔬菜重金属污染评价
内梅罗综合污染指数是土壤或沉积物重金属污染评价中较为常用的方法。目前,该方法已在蔬菜重金属污染评价方面得到应用[1]。
(1)单因子污染指数:
Pi=■
Pi、Ci、Si分别为计算出的重金属单项污染指数、重金属的实测值、各项评价标准值。
当Pi≤1时,表示蔬菜未受污染;Pi>1时,表示蔬菜受到污染,Pi数值越大,说明受到的重金属污染越严重。
(2)尼梅罗综合污染指数:
P综=■
Pave为蔬菜各单因子污染指数的Pi 平均值,Pmax为蔬菜各单项污染指数中最大值。
通常,设定综合污染指数P综合≤0.7为安全等级,P综合≤1.0为警戒限,P综合≤2.0为轻污染,P综合≤3.0为中污染,P综合>3.0为重污染。
3 我国蔬菜重金属的污染现状
3.1 华东地区(包括山东、江苏、安徽、浙江、福建、上海市)
王淑娥等[2]调查发现济南市8种蔬菜中重金属含量均未超出无公害蔬菜限量标准。马桂云等[3]也报道盐城市区少数蔬菜受到Cd的污染。而蚌埠市市售蔬菜中,叶菜类蔬菜中主要是Pb、Cd超标,这可能与含铅的汽车尾气污染大气有关[4]。孙美侠等[5]对徐州市市场上15种蔬菜、水果进行抽样检查,测定240个样品中重金属Cu、Pb、Cd、Cr、Zn的含量状况,结果表明所测样品中仅重金属Cd、Zn有部分超标,其中Cd的污染需引起有关部门的重视。然而,厦门市售蔬菜仅部分品种如菠菜、甘蓝、花菜、萝卜的Pb超标,有潜在污染风险;大部分蔬菜中As、Hg、Cr3种重金属的含量都较低,潜在的污染风险不大[6]。许 静等[7]对福建省4个区域的4类19种蔬菜品种进行分析和评价,结果显示福建省蔬菜重金属污染主要为Cd和Pb,品种涵盖小白菜、芥菜、空心菜。林梅[8]采用原子吸收分光光度法对福州市油菜番茄茄子3种上市蔬菜中重金属Pb、Cu、Cr、Cd和微量元素Zn的含量进行了检测,并运用单因子污染评价指数进行了蔬菜重金属污染的评价,结果表明:自由集市中个别蔬菜存在Cr轻度污染,部分蔬菜存在Pb轻中度污染;从大型超市和自由集市购买的所有蔬菜样品均存在Cd含量超标现象,其中自由集市蔬菜的Cd甚至达到中度污染级;所有样品中Cu含量均低于全国代表值,Zn含量则与全国代表值相当。
3.2 华南地区(包括广东、广西、海南)
广东省蔬菜重金属调查已有不少研究报道。马 瑾等[9]报道东莞市蔬菜重金属污染以Pb的污染情况最普遍,20.9%的叶菜类蔬菜Pb含量超标。其次是Cd和Hg,分别有11.6%和2.3%的叶菜类蔬菜超标。但张 冲等[10]对东莞市主要蔬菜产区的112个蔬菜样品进行重金属污染现状调查,发现这些蔬菜受到不同程度的重金属污染,但大多数只是轻度污染,并未达到危险级别。佛山市禅城区居民食用蔬菜样品中有46.6%的蔬菜重金属含量超标,Pb和Cr超标率分别为32.9%和19.2%[11]。李传红等[12]调查表明,惠州市蔬菜重金属含量整体质量尚好,但蔬菜Cd污染较为严重,超标率为15.8%。珠海市蔬菜中Cd、Cr、Ni、Pb、Hg元素有超标情况,其中Cd元素超标率最高,需要引起有关重视[13]。秦文淑[14-15]通过对广州城区各居民菜场主要蔬菜进行采样,发现主要重金属污染为Cr、Pb、Cd,其超标率分别为38.9% 、22.2%、13.9%。利用单因子污染指数法进行了评价,发现广州市蔬菜的污染比例在50%以上,其中28.9% 为轻度污染。然而,赵 凯等发现As、Pb是广州市郊地区蔬菜中的主要污染元素,而且各类蔬菜的综合污染指数均小于1,表明绝大部分蔬菜可以放心食用。杨国义等评价结果表明,在广东省典型区域所采集的171个蔬菜样品中,有13.45%的样品受到不同程度的重金属污染,以Cd和Pb污染为主,Ni、Hg、As和Cr污染相对轻一些。
南宁市相当部分蔬菜的重金属含量超过国家规定的无公害蔬菜标准,其中污染最严重的是Hg和Pb,超标率分别达41.9%和40.4%。秦波和白厚义研究发现南宁市郊蔬菜已受Pb和Cd的污染,其中Pb的污染最重,其次为Cd污染,但未受Cr的污染。
3.3 华中地区(包括湖北、湖南、河南、江西)
刘尧兰等[16]报道环鄱阳湖区叶菜类蔬菜有2/3样品的重金属含量超标,超标率在50%以上,其中白菜Pb超标最为严重,超标率高达85.2%;单因子污染指数评价表明,环鄱阳湖区叶菜类蔬菜的安全和优良级别所占比例为66.9%,已受到一定程度的重金属污染,其中以芹菜受污染的程度最大,污染主要来源于Cr和Pb。黄石市售蔬菜重金属污染主要表现为As、Pb污染。叶菜类重金属含量最高,其次是瓜豆类,茄果类含量最低。调查的6种蔬菜中,莴笋叶和小白菜遭受到严重污染,黄瓜受到轻度污染,四季豆处于警戒水平,仅番茄和茄子是安全的[17]。
成玉梅和康业斌[18]用单因子和综合因子污染指数评价,洛阳市郊区叶菜类蔬菜重金属污染大部分已处于警戒级到轻度污染,加强蔬菜重金属污染的预防与治理十分必要。新乡市蔬菜Cd、Pb的污染明显,其中Pb污染较严重[19]。商丘市售蔬菜中存在超标的元素为Pb、Cd,Cu、Hg、Cr 含量较低[20]。沈 彤等[21]研究表明,长沙地区蔬菜中,Cr、As、Hg的含量未超标,尚未构成污染,但Pb、Cd污染严重,超标率分别为60%和51%。南昌市售蔬菜中均含有重金属Cu、Zn、Pb 和Cd,其中Cu、Zn含量较低,远低于食品卫生标准,仅部分样品存在Pb、Cd超标现象[22]。
3.4 华北地区(包括北京、天津、河北、山西、内蒙古)
中国科学院地理研究所调查认为,北京市生产的蔬菜重金属超标的占30%[23]。薄博[24]对大同县主要蔬菜产地调查研究,结果发现调查的5种蔬菜污染程度为茄子>西红柿>黄瓜>青椒=西葫芦,但均未超标,属于安全等级。对天津市郊的36种蔬菜样品进行检测,发现重金属检出率为100%,其中Cd达到警戒线水平,单项污染指数最高值达19.22,总超标率为30.41%。
3.5 西北地区(包括宁夏、新疆、青海、陕西、甘肃)
1996—1997年彭玉魁等对陕西省咸阳、西安、宝鸡等6个城市郊区的14种蔬菜进行调查研究,分析其As、Hg、Cr、Cd、Pb等污染情况,结果表明Cr、Pb在某些蔬菜中超标严重。陕西省主要蔬菜产区蔬菜重金属污染也以Pb污染为主。李桂丽等[25]调查发现西安市10种蔬菜总体合格率为83%,Pb是蔬菜中的主要污染元素,总体超标率为77.5%;Hg和Cr只在芹菜和茼蒿上出现污染,总体超标率分别为10%和2.5%。然而,马文哲等[26]调查了杨凌示范区4类9种蔬菜重金属的污染现状,发现Cr对蔬菜的污染程度最为严重,其次Pb、Cd也有一定程度的污染。
乌鲁木齐市安宁渠区蔬菜中Cd、Pb的超标率最高[27]。殷 飞等[28]报道新疆喀什市三大批发市场蔬菜的Pb、Cd、Cr、Cu 4种主要重金属含量,平均值均低于相应的食品卫生标准,只有个别蔬菜样品存在重金属 Pb、Cd 含量超标现象,超标率均不高。因此,从重金属污染这个角度来说,喀什市市售的蔬菜基本上是安全的,消费者可以放心消费。
3.6 西南地区(包括四川、云南、贵州、、重庆)
李江燕等[29]通过现场调查及室内分析,对云南省个旧市大屯镇的蔬菜重金属污染现状进行评价。当地蔬菜综合污染指数从大到小的重金属为Cd、Pb、Zn、Cu,Cd、Pb污染较严重。重庆市主城区市售蔬菜有39.2%受到重金属污染,其15.7%蔬菜处于重度污染状态[30],Cd、Pb和 Hg是主要污染元素。罗晓梅研究发现,成都地区蔬菜Cd和Pb污染严重,在检测的蔬菜样品中,Pb、Cd超标率分别为22.0%、29.4%,最高超标分别为5.60倍和2.86倍,Hg和As则无超标现象出现。
3.7 东北地区(包括辽宁、吉林、黑龙江)
周炎对沈阳市近郊受重金属污染农田上生产的大白菜进行取样分析,Cd、Pb超标率分别为58.3%、100.0%。辽宁省农业环保监测站调查发现,各种蔬菜已受重金属不同程度的污染,蔬菜综合超标率为 36.1%。
4 研究方向与展望
(1)从蔬菜重金属污染的来源及危害途径可以看出,重金属主要是通过土壤污染造成蔬菜重金属残留超标的,且由于土壤重金属污染具有不可逆、隐蔽性、滞后性、积累性和。因此,应开展菜地土壤重金属污染的调查研究及风险评估,了解土壤重金属污染的基本情况和态势,分析其空间变异与分布规律,开展土壤环境质量标准的研究和制定工作,加强无公害粮食蔬菜生产基地建设[31-34]。
(2)开展蔬菜中重金属含量与土壤中重金属及其向食物链传递关系的定量研究,同时加强蔬菜对重金属吸收积累的基因型差异研究,利用丰富的植物物种资源,研究其对重金属的吸收转运机制,以降低土壤中重金属的污染,同时筛选和培育低吸收低富集重金属的蔬菜品种,减少重金属进入食物链[35-38]。
(3)为检查蔬菜质量,我国出台相应标准,其中将重金属列入标准中优先控制的污染物之一,为蔬菜质量控制发挥了巨大作用,但仅以污染物含量作为蔬菜质量评价标准难以衡量污染物对人体健康危害的大小,因此应用健康风险评价方法评估污染物对人体健康的危害已成为趋势[39-40]。
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