东莞市农田土壤和蔬菜重金属的含量特征分析翻译.doc

东莞市农田土壤和蔬菜重金属的含量特征分析摘要 从东莞市采集118个农田土壤样品和43个蔬菜样品,测试其中Cu、Zn、Ni、Cr、Pb、Cd、As和Hg等8种重金属元素的含量,并结合GIS制图和数据统计,对农田土壤中重金属的空间分布和来源、土壤和蔬菜中重金属的富集特征及其潜在风险进行了分析.结果表明,农田土壤中Cu、Zn、Ni、Pb、Cd和Hg等元素含量均高于相应元素的广东省土壤背景值,其中,Pb(65.38 mg kg )和Hg(O.24 mg k -)含量分别为其对应背景值的1.82和2.82倍.与我国土壤环境质量标准中II级标准(pHZnCuAsNiHgCrPb.关键词：农田土壤 蔬菜 重金属 污染 空间分布1 引言农田重金属在土壤中的积累.不仅直接影响土壤理化性状、降低土壤生物活性、阻碍养分有效供给.而且通过食物链数十倍富集.通过多种途径直接或间接地威胁人类健康ll1.随着工业化和城市化进程的不断加快、城市人口不断增加,城市土壤环境和人群健康质量问题越来越突出.世纪80年代以来.东莞市凭借区位优势.迅速实现了由农业社会向工业社会的转变.据统计.2006年东莞市生产总值超过2100亿元.在广东省所有地级市中位于第4名.工业企业超过21000家.机动车辆超过l10万.在快速工业化的同时.也给当地环境造成了一定的污染压力.本研究对东莞市农田土壤和蔬菜开展大范围调查.探讨东莞市农田土壤和蔬菜重金属的污染现状.并对土壤重金属的空间分布和来源进行系统分析.2 材料与方法2.1研究区概况东莞市地处珠江三角洲东部.位于广州、深圳两大都市之间,其地貌由网河平原和低山丘陵构成.两种截然不同的地貌和地理条件使东莞市分异演化出3类明显不同的地域：西北部为东江三角洲河网平原区,水资源丰富,主要成土母质为东江河流沉积物.其中位于三角洲上游东段的石排镇、横沥镇、企石镇和桥头镇以来环境受到严格保护,此区称为水乡上游保护区（区）.其他11个镇所在地域过境水资源丰富,乡镇企业密集,称之为西部平原区（区）.东南部为低山丘陵地区（区）,水资源短缺,包括9个镇成土母质主要为花岗岩、砂页岩；中部为山区与水乡的过渡地带,称为中部过渡地带(区).包括常平镇、厚街镇和虎门镇等8个镇(区),成土母质为三角洲近代沉积物和花岗岩、红色砂页岩.2.2 样品采集根据工业布局、“三废”排放状况及农地面积进行布点(图1).共采集农地表层土壤样(020 cm)l18个,表土采用多点采样方式(1O15个点),等量混合后取1 kg混合样.并采集叶菜类蔬菜样43个(可食部位).蔬菜样点与土壤样点相匹配.2.3 样品处理与测试土壤样品自然风干.剔除样品中的植物根系、有机残渣及可见侵人体,用木棍碾碎并用玛瑙研钵研磨.过100目尼龙筛备用.土壤样品经HNO3-HC1-HF-HCIO4消煮.蔬菜样品分别用自来水和去离子水冲净,105.C杀青,65.C烘48h,取部分样品剪切后用玛瑙研钵研碎,过40目尼龙筛,经HNO3.HC1O4消煮.土壤和蔬菜样品的Hg含量采用冷原子吸收法测定,As含量采用DDCAg分光光度法测定,Cu、Zn、Ni、Cr、Cd和Pb含量采用原子吸收分光光度法测定.样品测试在广东省生态环境与土壤研究所分析测试中心完成,分析过程中所用的试剂均为优级纯.土壤样品和蔬菜样品分析过程中分别加人国家标准物质样品GSS-1、GSV-4作为未知样品的测定以进行分析质量控制.其结果符合质控要求.蔬菜中重金属含量以鲜重计.土壤样品基本性质的测定采用常规方法：pH采用电位法(水:土=2.5:1),有机质含量采用重铬酸钾外加热法测定(表1).可见土壤偏酸性.有机质含量处于中等偏下水平.2.4 数据处理本研究采用Nemero综合污染指数法评价土壤重金属的综合污染状况：式中：P综为土壤重金属综合污染指数；Ci为i种重金属的实测值(mg kg-1 )；Si为i种重金属的土壤环境质量标准(GB156181995)中II类标准的临界值(pH6.5)( mg kg-1) ；Ci/Si为土壤中i种重金属的单项污染指数；( Ci/Si)man 为i种重金属的单项污染指数中的最大值.综合污染指数分级标准：P综0.7为安全；0.7P综1为警戒级：1P综2为轻污染；23为重污染.元素重金属含量正态检验用Shapiro.Wilk进行检验(P果园土菜地土.元素Cd和Hg含量顺序一致.为：稻田土菜地土果园土.As含量顺序为：果园土稻田土菜地土 研究区上述元素在不同土地利用类型土壤中的累积特征与陈同斌等人在北京市所得结果并不完全一致.可能与成土母质及农业习惯等因素不同有关.不同的土地利用方式下土壤重金属含量有很大的差异,稻田土中Cu、Zn、Ni、Cr、As和Hg等元素含量(几何均值)分别是菜地土中对于元素含量的1.6、2.26、1.66、2.15、1.68和2.17倍.稻田土中Hg含量(几何均值)是果园土的2.29倍.3.3 蔬菜重金属含量特征由于食品中污染物限量(GB2762.2005)标准中砷的限量标准是以无机砷的形式规定的,而一般测试所得结果是蔬菜中总砷的含量,不能直接进行比较.需要用一定的比例进行换算后才能比较.有研究表明,蔬菜中的砷大部分为毒性较强的无机砷As()和As(),两者约占蔬菜总砷含量的87.本研究中总砷与无机砷之间以此比例进行折算.由表8可看出.蔬菜中Ni、Pb和As含量分别为0.04.0.67 mg kg-1 、0.02.0.45mg kg-1 和0.0.54 mg kg-1.(经折算后无机砷的含量),与食品中污染物限量(GB2762.2005)等相关标准比较,蔬菜中Ni、Pb和As含量的样本超标率分别为4.7 、l6.3 和48.8 可见.东莞市蔬菜中重金属的污染问题比较严重.值得关注 从不同区域蔬菜中重金属含量来看(表9).蔬菜中Zn、Cr、Cd和Hg含量以西部平原区较高.而Ni、As含量以环境保护区较高.重金属的富集系数是衡量土壤重金属被植物吸收难易程度的指标.其数值上等于蔬菜中重金属含量与对应土壤中重金属含量之比131 东莞市农田蔬菜中重金属富集系数的顺序为：CdZnCuAsNiHgCrPb(表8).这与调查湘江中下游农田蔬菜中重金属富集系数的结果趋势(CdZnCuNiPbAsCr)基本一致.据郴州市农田蔬菜中重金属含量的调查研究发现,其富集系数的顺序为：CdZnCuPbAs.另据对北京市主要蔬菜中重金属含量调查研究发现(宋波.基于GIS的区域土壤重金属污染风险评估与无公害蔬菜种植区划.中国地理科学与资源研究所.博士论文,2007.).其富集系数的顺序为：CdCuAsPb NiCrZn.可见Cd元素较易在蔬菜中富集.4 结论(1)东莞市农业土壤Cu、Zn、Nj、Pb、Cd和Hg含量存在一定积累现象.Pb和Hg污染比较显著和普遍.表现为以Hg为主的多种重金属共同污染.(2)东莞市农田土壤8种重金属有着不同的来源.Cu、Zn、Ni、Cr和As等元素主要来源于成土母质,Pb、Hg和Cd等主要与人类活动有关.不同成土母质发育的土壤重金属含量差别较大.(3)基于GIS的土壤重金属含量分布图显示.东莞市农田土壤中Cu、Zn、Ni、Cr、Pb、As和Hg等7种重金属含量呈现出西部高、东部低的特点.Cd含量在西北部和东南部较高.西南部较低.不同区域土壤重金属含量有明显差异.西部平原区土壤8种重金属含量比其他区域都要高,尤其是Zn、Pb和Hg等元素含量分别已达到广东省土壤背景值的1.67、1.98、3.17倍.累积效果非常明显.(4)不同的土地利用方式下土壤重金属含量有明显的差异.Cu、Zn、Ni、Cr和Pb等5种