小麦籽粒铅污染来源的同位素解析研究

1、小麦籽粒铅污染来源的同位素解析研究    2012-08-14     论文导读:以中国西北地区某工业区为研究区域，采集大气降尘、耕层土壤样品（020 cm），及对应农田位置的小麦籽粒样品，用电感耦合等离子质谱（ICP-MS）测定铅元素质量比及铅同位素比率值。 运用普通块克里金法（Ordinary Kriging）预测大气铅沉降通量分布、耕层土壤.    以中国西北地区某工业区为研究区域，采集大气降尘、耕层土壤样品（020 cm），及对应农田位置的小麦籽粒样品，用电感耦合等离

2、子质谱（ICP-MS）测定铅元素质量比及铅同位素比率值。运用普通块克里金法（Ordinary Kriging）预测大气铅沉降通量分布、耕层土壤和小麦籽粒铅质量比空间分布；结合二元混合模型计算各污染源对小麦籽粒铅质量比的贡献率。结果表明：耕层土壤铅质量比范围为 21.840.0 mg/kg，平均值为 27.1 mg/kg，高于当地土壤背景值（21.4 mg/kg），说明耕层土壤受到一定程度的污染。研究区域小麦籽粒铅质量比范围为 0.2690.768 mg/kg，平均值为 0.430 mg/kg，超标率达 100%。大气降尘和耕层土壤对小麦籽粒铅质量比的贡献率分别为 90%99%和 1%10%。通

3、过研究耕层土壤和小麦铅污染的范围及程度，探讨小麦籽粒铅污染的来源，解析各污染源的相对贡献率，可为制定控制食品中重金属污染，保障食品安全措施提供依据。铅是一种有毒重金属，可通过膳食途径进入人体，并有可能蓄积达到有害水平。土壤、大气等介质是环境中铅的重要载体，也是小麦铅污染的潜在来源。铅可通过根部或叶面被植物组织吸收，吸收量与作物种类或品种、器官类型和环境条件等因素有关。Zhao 等研究了小麦籽粒中的铅污染来源，结果表明收获贮藏过程中的表层污染可能是小麦籽粒铅的主要来源，而从土壤中吸收并转移至籽粒的量非常少。谷物作物叶片吸收大气中的铅后，转移至籽粒并大量富集，表明大气污染是谷物籽粒铅污染的主要来源

4、。为了及时切断铅污染途径，降低危害发生的概率，定量解析各污染源对小麦籽粒铅污染的贡献率显得尤为重要。铅在自然界中存在208Pb、207Pb、206Pb 和204Pb 4 种稳定性同位素，丰度分别为 51.28%56.21%、17.62%22.10%、20.84%27.48%和 1.04%1.65%。由于204Pb在自然界中丰度较低，测定精度较差，在环境领域中，一般选择206Pb、207Pb 和208Pb 三者中任意两者的丰度比（比率）来解析铅的来源。因此，铅同位素比率可作为含铅物质的一种“指纹”，识别铅的来源。近几十年来，铅同位素比率已被广泛应用于考古地球化学、大气污染源解析等领域。目前，国内

5、外在谷物铅污染来源解析方面的研究尚处于探索阶段，且多侧重定性识别，而定量解析方面的报道较少，尤其是各污染源对小麦籽粒铅质量比的贡献率方面值得探讨。本研究借助 GIS 技术分析某工业区小麦籽粒铅质量比的空间分布，结合同位素比率分析技术解析小麦籽粒中的铅污染源的贡献率。通过研究土壤及小麦籽粒铅污染的空间分布及各污染源的相对贡献率，对控制食品铅污染，保障食品安全具有重要的意义。材料与方法研究区域概况研究区域位于中国陕西西部某工业区（东经 107°14'，北纬 34°28'），总面积约 42 km2，处于河谷地带，河谷两侧地势较高（海拔约 800 m），中心较低（海

6、拔约 600 m），见图 1。河流穿过河谷中心，由西北流入东南方向的水库。该区域常年盛行西北风和东南风，属于暖温带半干旱、半湿润大陆性季风气候区。该区有一个铅锌冶炼厂，该厂自 2006 年开始从事铅锌冶炼，年产粗铅和粗锌分别为 33 000 和 66 000 t。样品采集及预处理方法通过实地考察，结合当地地形和风向特点，以铅锌冶炼厂为中心，沿着河谷走势，即西北东南走向进行布点采样。农产品加工工程·第 8 期 赵多勇等：小麦籽粒铅污染来源的同位素解析研究259图 1 研究区域及土壤采样点分布图Fig.1 Study area and soil sampling sites大气降尘：参照

7、潘月鹏等报道的方法，大气降尘采样位置如图 1，在 A1-A8 8 个位置设置 24 个降尘缸（直径 15 cm，高度 30 cm）。其中，A1-A4 分别距铅锌冶炼厂 4、2.9、2 和 1 km；A5-A8 分别距铅锌冶炼厂 1.5、2.6、3.4 和 4.6 km，降尘缸放置高度约 34 m。每个位置放 3个降尘缸，在降尘缸内放置聚氨酯泡沫片（PUF 膜，直径 15 cm，厚 1.35 cm）为代用面采集干沉降。采集周期为 1 个月（2010 年 5 月-2010 年 6 月）。PUF 膜在采样前后于恒温恒湿箱内（相对湿度 50%，温度 25）恒温恒湿 48 h，用十万分之一天平称质量（精

8、确至 0.01 mg），差减法计算干沉降量，再根据采样周期计算干沉降通量。土壤样品和小麦样品：采集时间为 2010 年 6 月，将研究区域划分成 500 m×500 m 的网格，共采集 30 个土壤样品（土壤深度：5060 cm），作为背景土壤样品。在与 A1-A8 对应位置采集土壤和小麦样品，每个点各采 23 个，共采集到 23 个耕层土壤（020 cm）样品和 23 个小麦样品（完全成熟）。在、和4 个位置采集耕层土壤样品，对应采集小麦样品作为对照样品。所有采样点用 GPS 定位（图 1）。在每个采样点用口径为 5 cm的取土钻以“梅花形”采 3 个样点的土壤；混合均匀后按照四分

9、法获取足量样品；剔除植物残体和石块，自然风干；研磨后过 100 目筛子；混合均匀，装入聚乙烯塑料袋中备用。小麦样品收获后手工清理并分离籽粒，用去离子水清洗 3 遍，38烘干，粉碎后装入聚乙烯塑料袋中待测。样品消解方法：大气降尘、小麦和土壤样品均采用240/50 型密闭微波消解系统（美国 CEM 公司）进行消解。用剪刀剪下 0.100 g 左右干沉降物质 PUF 膜样品，称质量后转移到微波消解管中，加入与土壤消解相同的酸体系，采用逐步升温的方式消解，消解温度为 185。消解完成后，用超纯水（18.2 M ）定容至 2050 g/kg 待测。分析方法 样品测定方法铅质量比测定铅质量比用 7500ce 型 ICP-MS（美国安捷伦公司）测定。为保证测定结果的可靠性，土壤样品在测定过程中用国家标准物质土壤标准参考样（GBW08303）进行分析控制。铅同位素测定铅同位素比率（206Pb/207Pb 和208Pb/206Pb）测定采用Agilent 7500ce 型 ICP-MS 测定，采用国际标准参考物质SRM981 进行分析控制。本研究 SRM981 测定结果：结 论研究区域大气和土壤均受到了一定程度的铅污染；大气铅沉降通量与土壤铅质量比具有相似的空间分布特