姜 冰

(山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院)

改革開放以來，隨著人口的急劇增長、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。在我國構(gòu)建和諧社會(huì)的過程中，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)比見圖2。

圖2 小麥中元素富集系數(shù)對(duì)比

由圖2可見，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)比見圖3。

圖3 玉米中元素富集系數(shù)對(duì)比

由圖3可見，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)比見圖4。

圖4 蜜桃中元素富集系數(shù)對(duì)比

由圖4可見，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)比見圖5。

圖5 銀瓜中元素富集系數(shù)對(duì)比

由圖5可見，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

(1)青州市通過研究得出，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)

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