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食用向日葵的重金屬污染健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2021-01-05 20:57馬玉汪溪遠(yuǎn)王志強(qiáng)劉玉瑩萬(wàn)彥博程維明
安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2021年24期
關(guān)鍵詞:重金屬污染向日葵

馬玉 汪溪遠(yuǎn) 王志強(qiáng) 劉玉瑩 萬(wàn)彥博 程維明

摘要 對(duì)阿勒泰地區(qū)青河縣大規(guī)模種植的食用向日葵和其種植地土壤進(jìn)行采樣調(diào)查,采用單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅指數(shù)法、生物富集系數(shù)、靶標(biāo)危害系數(shù)和危害指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明:向日葵種植土壤中重金屬Cr、Cu、Zn、As、Cd的含量均超過(guò)阿勒泰地區(qū)的本底值;向日葵的毛根和籽粒對(duì)各種重金屬的吸收能力較強(qiáng),在籽粒中Cd與Cr的含量較高,易造成健康風(fēng)險(xiǎn);向日葵對(duì)Cr、Cu、Zn、Cd 4種元素的轉(zhuǎn)移能力較強(qiáng),其中地上部對(duì)Cr和Cd的富集系數(shù)較高;籽粒中As和Cr元素的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)較高,對(duì)成人的健康威脅更大;危害指數(shù)的估算表明,重金屬的累積會(huì)對(duì)人體造成較大的危害。建議當(dāng)?shù)貙⒎N植方式改變?yōu)檩喿?,且合理地使用化肥和農(nóng)藥,收割植物時(shí)連根拔起,以減少土壤重金屬的累積。

關(guān)鍵詞 向日葵;重金屬污染;單因子指數(shù)法;富集系數(shù);健康風(fēng)險(xiǎn)

中圖分類(lèi)號(hào) X173? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? 文章編號(hào) 0517-6611(2021)24-0083-05

doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2021.24.019

Health Risk Assessment of Heavy Metal Pollution in Edible Sunflower—A Case Study of Qinghe County, Altay, Xinjiang

MA Yu1,2,WANG Xi-yuan1,WANG Zhi-qiang1,2 et al

(1.College of Resources and Environmental Science, Xinjiang University, Key Laboratory of Smart City and Environmental Modeling for Autonomous Regional Universities, Urumqi, Xinjiang 830046;2. Xinjiang Key Laboratory of Oasis Ecology, Urumqi, Xinjiang 830046)

Abstract Sampling surveys of edible sunflowers grown on a large scale in Qinghe County, Altay Prefecture and the soil of their planting areas were carried out using single factor index method and Nemerow index method, bioconcentration coefficient, target hazard coefficient and hazard index for evaluation.The results showed that the content of heavy metals Cr, Cu, Zn, As, and Cd in sunflower planting soil all exceeded the background value in Altay region;sunflower hair roots and seeds have a strong ability to absorb various heavy metals, and the content of Cd and Cr in the seeds is relatively high, which may easily cause health risks;sunflower had a strong ability to transfer Cr, Cu, Zn, and Cd, among which the aboveground part had a high enrichment coefficient of Cr and Cd; the high risk index of As and Cr in seeds poses a greater threat to the health of adults;the estimation of the hazard index shows that the accumulation of heavy metals will cause great harm to human body. It is suggested that the local planting methods should be changed to crop rotation, and proper use of fertilizers and pesticides should be used to uproot plants during harvesting to reduce the accumulation of heavy metals in the soil.

Key words Sunflower;Heavy metal pollution;Single factor exponential method;Enrichment coefficient;Health risks

基金項(xiàng)目 新疆維吾爾族自治區(qū)自然科學(xué)基金(2019D01C068);伊犁哈薩克自治州阿勒泰地區(qū)科學(xué)技術(shù)局項(xiàng)目“阿勒泰山水林田湖草生命共同體機(jī)制機(jī)理與關(guān)鍵修復(fù)技術(shù)研究”(專(zhuān)題4)。

作者簡(jiǎn)介 馬玉(1995—),女,新疆烏魯木齊人,碩士研究生,研究方向:干旱土壤污染防治與治理。

*通信作者,副教授,碩士生導(dǎo)師,從事環(huán)境科學(xué)研究。

收稿日期 2021-03-26

向日葵作為我國(guó)五大油料作物之一,在東北、西北和華北地區(qū)都有大面積種植[1],種植面積約為113.09萬(wàn)hm2,葵花籽年產(chǎn)量接近200萬(wàn)t,經(jīng)濟(jì)價(jià)值十分可觀。相比于玉米、紫花苜蓿及芥菜,向日葵對(duì)鎘、鉛等多種重金屬具有較強(qiáng)的富集能力[2-3]。目前,向日葵已被作為一種重金屬富集植物進(jìn)行了深入研究[4],但有關(guān)重金屬污染向日葵導(dǎo)致的食品安全性評(píng)價(jià)的研究相對(duì)較少。在當(dāng)前大規(guī)模種植的背景下,施加含有重金屬的化肥和農(nóng)藥后,向日葵可食用部分受到污染,最終可能會(huì)威脅人類(lèi)健康。因此,該研究以阿勒泰地區(qū)清河縣大規(guī)模種植的食用向日葵為研究對(duì)象,評(píng)價(jià)種植土壤中重金屬的累積,以及向日葵富集重金屬而產(chǎn)生的人體健康風(fēng)險(xiǎn),旨在為當(dāng)?shù)匕l(fā)展綠色農(nóng)業(yè),提升食品安全性提供有價(jià)值的信息和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

新疆阿勒泰地區(qū)青河縣地處準(zhǔn)噶爾盆地東北邊緣,阿爾泰山東南麓,西鄰富蘊(yùn)縣,南連昌吉州奇臺(tái)縣,東北與蒙古國(guó)接壤,是阿勒泰地區(qū)最東邊的一個(gè)縣。屬大陸性北溫帶干旱氣候,冬季漫長(zhǎng)而寒冷,夏季涼爽,年降雨量小,蒸發(fā)量大。極端最低氣溫為-53 ℃,年平均氣溫0 ℃,年均降水量165 mm,蒸發(fā)量達(dá)1 495 mm;無(wú)霜期平均為103 d。2020年食用向日葵在新疆阿勒泰地區(qū)的種植面積達(dá)到3.90萬(wàn)hm2,占阿勒泰地區(qū)作物總播種面積的14.3%。其中青河縣種植面積為0.482萬(wàn)hm2,占青河縣經(jīng)濟(jì)作物總種植面積的74.8%,研究區(qū)位于青河縣阿克達(dá)拉鎮(zhèn)阿魏灌渠墾區(qū),食用向日葵是當(dāng)?shù)刈钪饕慕?jīng)濟(jì)作物之一。

1.2 樣品采集與處理

選取連種3年向日葵的大田土壤為研究對(duì)象。采樣點(diǎn)位于阿勒泰地區(qū)青河縣阿克達(dá)拉鎮(zhèn)阿魏灌渠渠首片區(qū)(3灌區(qū)),面積約270 hm2(46°21′14″N,90°06′12″E),向日葵產(chǎn)量為13~17 kg/hm2,葵花籽主要外銷(xiāo)。經(jīng)對(duì)該地種植戶(hù)的訪問(wèn)得知,當(dāng)?shù)夭捎玫啬じ采w作物,通過(guò)滴灌形式澆水、施肥和撒農(nóng)藥。采樣時(shí)間為2019年11月28日,參照《土壤環(huán)境檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》,分別采大田表層(0~20 cm)土壤以及向日葵根際土壤,在室溫(20~24 ℃)下自然風(fēng)干,過(guò)200目尼龍篩網(wǎng)去除雜質(zhì)和其他碎屑后用于檢測(cè)。向日葵樣品的采集為隨機(jī)選取15株,分成根部、秸稈、花頭、籽粒,用去離子水充分沖洗以去除黏附于其上的雜質(zhì),沖洗至少3遍。然后瀝去水分并用濾紙吸去表面水分,樣品碾碎、混勻,然后烘干(先于105 ℃下殺青30 min,然后在85 ℃ 烘箱中烘1~2 h至恒重),烘干后將向日葵的主根和毛根分開(kāi),再將花頭、秸稈、籽粒和毛根用研磨機(jī)粉碎后過(guò)40目篩后用于檢測(cè)。

1.3 樣品分析方法

以銅(Cu)、鋅(Zn)、鉻(Cr)、鎘(Cd)4種常見(jiàn)重金屬和類(lèi)金屬砷(As)為研究對(duì)象,分析它們?cè)谕寥篮椭参镏械姆植记闆r。土壤樣品根據(jù)GB/T 17141—1997《土壤質(zhì)量 鉛、鎘的測(cè)定 石墨爐原子吸收分光光度法》、HJ 491—2019《土壤和沉積物銅、鋅、鉛、鎳、鉻的測(cè)定 火焰原子吸收分光光度法》的測(cè)定方法,對(duì)土壤樣品中Pb、Cd、As和Cu含量進(jìn)行樣品的制備和測(cè)試。Pb、Cd和Cu含量采用原子吸收光譜儀進(jìn)行測(cè)定;As含量采用原子熒光光譜儀進(jìn)行測(cè)定。

向日葵樣品根據(jù)GB 5009.15—2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鎘的測(cè)定》、GB 5009.14—2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中鋅的測(cè)定》、GB 5009.11—2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中總砷及無(wú)機(jī)砷的測(cè)定》、GB 5009.123—2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鉻的測(cè)定》的測(cè)定方法和GB 5009.13—2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中銅的測(cè)定》的測(cè)定方法,向日葵中重金屬元素Pb、Cd和Cu含量測(cè)定采用原子吸收光譜儀進(jìn)行,As含量測(cè)定采用原子熒光光譜儀進(jìn)行。

1.4 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方法

采用單因子污染指數(shù)法與內(nèi)梅羅污染指數(shù)法評(píng)價(jià)大田土壤以及向日葵根際土壤中重金屬污染程度。該研究參考GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》中的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值和NY-T 391—2013《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》的土壤環(huán)境質(zhì)量要求(表1)。

單因子污染指數(shù)計(jì)算公式:

Pi=Ci/Si(1)

式中,Pi為該污染物的指數(shù),Ci為該污染物實(shí)測(cè)值,Si為該污染物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。

為了研究高質(zhì)量分?jǐn)?shù)重金屬對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響作用,還需要采用綜合污染指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià),如內(nèi)梅羅污染指數(shù),計(jì)算公式為:

Pc=[(Pave2+Pmax2)/2]1/2 ????(2)

式中,Pc為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù),Pave為單因子污染指數(shù)的算術(shù)平均值,Pmax為單因子污染指數(shù)的最大值。

國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)土壤污染程度的等級(jí)劃分見(jiàn)表2。

1.5 生物富集系數(shù)

生物富集系數(shù)(BCF)是植物體內(nèi)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤中相應(yīng)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比值,反映植物對(duì)土壤中重金屬元素吸收積累的難易程度,是植物富集重金屬能力的評(píng)價(jià)指標(biāo)。BCF>1 時(shí),植物體內(nèi)重金屬含量大于植物生長(zhǎng)土壤環(huán)境中的重金屬含量,可以用于土壤重金屬污染修復(fù)[5]。植物體內(nèi)重金屬超標(biāo)倍數(shù)(TON)采用植物正常含量為參考值[6]進(jìn)行計(jì)算,度量植物污染的相對(duì)程度。計(jì)算公式:

BCF=ω/ωsoil(3)

BCFroot=ωroot/ωsoil(4)

式中,BCF、BCFroot分別為地上部各部分、根部生物富集系數(shù)。ω、ωroot、ωsoil分別為植物地上部各部分、植物根部、根系土壤的重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù),單位為mg/kg。

生物轉(zhuǎn)移系數(shù)(BTF)是植物地上部重金屬含量與植物根部重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比,反映重金屬在植物體內(nèi)的遷移能力。BTF>1 時(shí),植物將根部吸收的重金屬元素轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部分。計(jì)算公式:

BTF=ωabove/ωroot(5)

式中,BTF為生物轉(zhuǎn)移系數(shù),ωabove、ωroot分別為植物地上部、植物根部的重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù),單位為mg/kg。

1.6 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

靶標(biāo)危害系數(shù)(THQ)常用于重金屬經(jīng)口攝入后的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。當(dāng)THQ<1時(shí),表明該種重金屬元素對(duì)人體健康沒(méi)有造成威脅。

單一重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn):

THQ=(ED×EF×EIR×C)×1 000/(0.5RFD×WAB×TA)(6)

式中,ED為暴露時(shí)間,通常等于人均壽命,一般取70 a[7];EF為人群暴露頻率,一般設(shè)定為365 d/a[8];EIR為攝入量,成人與兒童分別設(shè)定為 15、5 g/d;C為蔬菜中重金屬含量;

RFD為參考劑量,Cd、As、Cu、Zn、Cr分別為0.000 5、0.000 3、0.040 0、0.150 0、0.001 5 mg/(kg·d)[8];WAB為平均體重,成人與兒童分別設(shè)為 55.9 和 32.7 kg[9-10];TA為非致癌性平均暴露時(shí)間,取25 550 d。

危害指數(shù)(HI)表示所有重金屬的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)之和,計(jì)算公式:

HI=ni=0THQi(7)

式中,i為某種重金屬。當(dāng)危害指數(shù)小于1時(shí),認(rèn)為人體負(fù)荷的重金屬對(duì)人體健康造成的影響不明顯;若危害指數(shù)大于1,則認(rèn)為人體負(fù)荷的重金屬危害到人體健康。

1.7 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2016進(jìn)行整理;試驗(yàn)作圖采用Origin 9.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬含量水平

大田土壤中5種元素的含量排序?yàn)镃r>Zn>Cu>As>Cd(圖1)。其中Cd的含量遠(yuǎn)低于其他元素,而Zn和Cr的含量較高,這與馬添翼[11]的研究結(jié)果一致,說(shuō)明在此地區(qū)內(nèi)存在一定的重金屬污染。As的平均值為16.200 mg/kg,高于阿勒泰地區(qū)環(huán)境背景值7.290 mg/kg,略小于全國(guó)土壤環(huán)境背景值17.000 mg/kg,說(shuō)明在此地區(qū)內(nèi)存在一定的As污染,但不影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全。Cu的平均值為42.730 mg/kg,高于阿勒泰地區(qū)環(huán)境背景值28.750 mg/kg和全國(guó)土壤環(huán)境背景值20.000 mg/kg,說(shuō)明Cu對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)田的土壤產(chǎn)生了一定危害,但不一定影響該地區(qū)的植物與動(dòng)物健康。Zn的平均值為84.070 mg/kg,接近阿勒泰地區(qū)土壤環(huán)境背景值82.350 mg/kg,遠(yuǎn)高于全國(guó)土壤背景值71.000 mg/kg,說(shuō)明在該地區(qū)可能產(chǎn)生了Zn污染。Cd的平均值為0.203 mg/kg,略高于阿勒泰地區(qū)環(huán)境背景值0.140 mg/kg,且高于全國(guó)土壤環(huán)境背景值0.080 mg/kg,說(shuō)明Cd對(duì)當(dāng)?shù)赝寥喇a(chǎn)生了一定的污染。Cr的平均值為85.300 mg/kg,高于阿勒泰地區(qū)土壤環(huán)境背景值54.000 mg/kg,且高于全國(guó)土壤環(huán)境背景值70.000 mg/kg,Cr含量對(duì)該地區(qū)土壤環(huán)境形成一定威脅,可能會(huì)影響植物生長(zhǎng)和農(nóng)產(chǎn)品安全。

2.2 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

以向日葵大田土壤和根際土壤重金屬進(jìn)行單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評(píng)價(jià)(表3),結(jié)果表明:大田土壤中各重金屬平均單項(xiàng)污染指數(shù)依次為As>Cu>Cr>Cd>Zn,As與Cu元素的平均值均超過(guò)了0.7,處

于“警戒級(jí)”、接近“輕微污染”的程度,說(shuō)明這兩種元素對(duì)當(dāng)?shù)?/p>

的土壤質(zhì)量產(chǎn)生了不良影響。根際土壤中各重金屬平均單

項(xiàng)污染指數(shù)依次為Cr>As>Cu>Cd>Zn,其中As和Cu的污染等級(jí)處于“警戒級(jí)”,說(shuō)明這兩種元素造成了局部污染。根據(jù)內(nèi)梅羅指數(shù)結(jié)果,As、Cu、Cr的含量超過(guò)污染臨界值,對(duì)土壤和作物開(kāi)始產(chǎn)生影響,其中Cr在根際土壤中的污染等級(jí)為“輕微級(jí)”。

大田土壤和根際土壤中元素As和Cu的污染等級(jí)相同,說(shuō)明這兩種元素在土壤中是均勻分布的。Cr在根際土壤中的污染等級(jí)高于在大田土壤中的等級(jí),說(shuō)明Cr正在向植物所在的土壤遷移。植物正常生長(zhǎng)發(fā)育不需要大量Cr,因此,它被認(rèn)為是非必需的植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),并根據(jù)其濃度引起植物毒性[12]。應(yīng)關(guān)注后續(xù)耕作中Cr對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量的污染狀況。

2.3 向日葵不同部位中重金屬含量特征

根據(jù)5種重金屬元素中向日葵各部分的含量及分布可知(圖2),向日葵的毛根和籽粒對(duì)各個(gè)重金屬的吸收能力較強(qiáng)。其中,As主要集中在向日葵的毛根中,比例達(dá)57%,曾小飚等[13]研究表明,低濃度的As在一定程度上可以增強(qiáng)根系活力,但隨著As脅迫濃度的增大,向日葵根系活力則表現(xiàn)出下降趨勢(shì),這可能是毛根吸附As的原因。Cu在向日葵的體內(nèi)主要分布在毛根和籽粒中。Cd在向日葵體內(nèi)各部分的分布差異較小,向日葵植株對(duì)Zn富集效果最好的是根部和籽粒,這與吳運(yùn)東等[14]的研究結(jié)果一致。Rivelli等[15]研究表明,向日葵在根部積累Zn以保存光合組織。Cr主要集中在根部和籽粒中,Stoikou等[16]研究證明向日葵的根部可累積大量的Cr。根據(jù)重金屬在向日葵體內(nèi)的總值來(lái)看,Cr的含量相對(duì)較高,Cd的含量相對(duì)較低,說(shuō)明向日葵對(duì)Cr具有較強(qiáng)的吸收偏好。

2.4 生物富集指數(shù)

重金屬經(jīng)植物根系吸收后,通過(guò)木質(zhì)部向地上部運(yùn)輸,在一些轉(zhuǎn)運(yùn)體或螯合劑的作用下,完成其在植物體內(nèi)的積累和分布定位過(guò)程[17],因此可通過(guò)計(jì)算向日葵體內(nèi)各部分重金屬元素的富集指數(shù)來(lái)表明重金屬分布及遷移。

結(jié)合表4與圖3可知,向日葵地上部對(duì)Cd的富集系數(shù)達(dá)到1.677>1,說(shuō)明向日葵對(duì)Cd具有一定的富集能力,這與龍嬋等[18]的研究結(jié)果一致。王永芬等[19]發(fā)現(xiàn)當(dāng)土壤Cu濃度較高時(shí),地上部對(duì)Cu有較高的積累,集中收獲地上部分可轉(zhuǎn)移出土壤中過(guò)多的Cu。由表4可知,Cu的轉(zhuǎn)移系數(shù)為1.467>1,說(shuō)明向日葵地上部對(duì)Cu有一定的轉(zhuǎn)移能力。Zn的轉(zhuǎn)移系數(shù)也>1,楊翠鳳等[20]證明向日葵幼苗根部吸收的部分Zn可以通過(guò)有效途徑輸送并保存到其他器官中。As的轉(zhuǎn)移系數(shù)與生物富集系數(shù)均未達(dá)到1,說(shuō)明向日葵對(duì)As的富集能力較弱。向日葵地上部對(duì)Cr的富集系數(shù)為1.304,說(shuō)明向日葵對(duì)Cr具有一定的富集能力,Cr進(jìn)入植物體內(nèi)后由根部向上轉(zhuǎn)移,最后到籽粒,其中受到秸稈等的阻隔。除As以外其余元素地下部分的富集系數(shù)均小于地上部分,重金屬?gòu)耐寥擂D(zhuǎn)移到了植物體內(nèi),說(shuō)明向日葵在生長(zhǎng)過(guò)程中易受到重金屬的脅迫,重金屬更易富集在向日葵的秸稈、花頭和籽粒。

2.5 向日葵健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

依據(jù)向日葵成品入口的重金屬平均含量及兒童與成人每日對(duì)向日葵籽粒及向日葵制作的食用油的消耗量,對(duì)兒童與成人兩種人群分別進(jìn)行了向日葵中重金屬的靶標(biāo)危害系數(shù)與危害指數(shù)的估算(表5)。由表5可知,對(duì)兒童與成人而言,As的危害系數(shù)大于1,說(shuō)明As會(huì)對(duì)人體健康造成威脅。Cr的危害系數(shù)遠(yuǎn)超過(guò)1,說(shuō)明該地區(qū)的Cr污染較嚴(yán)重,如果Cr進(jìn)入人體內(nèi)會(huì)對(duì)人體造成傷害,在成人體內(nèi)這種傷害會(huì)更加明顯。有研究證明Cr經(jīng)人體對(duì)葉類(lèi)蔬菜的攝入是造成Cr元素在人體富集的重要途徑,必須改善Cr污染的蔬菜生長(zhǎng)環(huán)境[21]。同時(shí),盡管其他重金屬的THQ值未超過(guò)1,但也不能保證是完全安全的。成人與兒童的HI值均超過(guò)1,說(shuō)明人體內(nèi)負(fù)荷的重金屬總值過(guò)高,會(huì)對(duì)人體健康造成威脅,這種威脅對(duì)兒童的影響更大。

3 討論

3.1 土壤中重金屬的來(lái)源分析

該研究中的5種重金屬在土壤中的含量均超過(guò)阿勒泰地區(qū)的本底值,這可能與當(dāng)?shù)夭捎玫喂嘈问降乃芊视嘘P(guān),由于肥料中含有少量重金屬元素,特別是有機(jī)肥中重金屬經(jīng)常超標(biāo)[22-23],長(zhǎng)期施用化肥或有機(jī)肥可能造成土壤重金屬累積[24-26]。例如當(dāng)?shù)厥褂玫囊环N農(nóng)藥——代森錳鋅中就含有重金屬Zn;有些農(nóng)資也會(huì)含有少量重金屬,例如塑料大棚和地膜中就將Cd用作生產(chǎn)農(nóng)用薄膜的熱穩(wěn)定劑[27]。但由于重金屬含量較低且分布均勻,故還未對(duì)土壤形成較大的傷害。

3.2 向日葵富集重金屬的特征分析

該研究中Cr在根際土壤中的污染等級(jí)高于大田土壤,說(shuō)明Cr有向植物所在地遷移的趨勢(shì)。已有研究[28]表明向日葵的根可以聚集大量的Cr,只有少量的Cr轉(zhuǎn)移到嫩枝,這與耐Cr細(xì)菌對(duì)根系濃度的影響大于莖部濃度有關(guān)[29]。但筆者的研究結(jié)果表明,Cr不僅僅大量存在根系中,在籽粒中的含量也較高,可能是由于向日葵品種不同,且該次研究的是籽粒成熟期后的向日葵,未在向日葵幼苗時(shí)期就對(duì)其采樣分析,針對(duì)這一不足,后期研究可針對(duì)Cr展開(kāi)詳細(xì)研究。

研究表明,向日葵對(duì)Cu、Pb、Zn等重金屬有富集特性[30]。有學(xué)者[31]認(rèn)為,向日葵傾向于在根中儲(chǔ)存和累積Zn和Cu,從根到芽的轉(zhuǎn)移效率很低[32];郭平等[33]的研究表明:向日葵幼苗的根部可富集大量的Cu,限制其向莖葉運(yùn)輸。但該研究結(jié)果表明籽粒中也儲(chǔ)存了大量Zn和Cu,成熟的籽??赡軐?duì)Cu的富集作用更大,使得Cu由根部向籽粒部分遷移。隨著向日葵的生長(zhǎng),芽變成籽粒的過(guò)程可能會(huì)影響重金屬在各個(gè)部位的分布。

3.3 向日葵重金屬污染評(píng)價(jià)

該研究向日葵的籽粒主要用作食品出口,因此,對(duì)食用向日葵的重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估極其必要。該地區(qū)As和Cr的健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)顯示,這兩種重金屬可能會(huì)對(duì)成人和兒童的健康產(chǎn)生危害。且當(dāng)?shù)夭扇∵B作的方式,會(huì)造成重金屬積累,導(dǎo)致最終進(jìn)入人體內(nèi)的重金屬含量更高。如不積極采取措施,該地種植的作物將對(duì)食用人群的健康產(chǎn)生危害。除了更換種植方式外,建議收割植物時(shí)將植物根部也移除,避免秸稈還田的情況,以免秸稈或根部枯萎后重金屬元素再次回到土壤中,被下一輪種植的作物再次吸收。

4 結(jié)論

(1)重金屬元素在大田土壤的含量為Cr>Zn>Cu>As>Cd。5種重金屬元素的含量均超過(guò)阿勒泰地區(qū)的本底值。向日葵的毛根和籽粒對(duì)各個(gè)重金屬的吸收能力較強(qiáng),在籽粒中Cd與Cr的含量較高,入口的風(fēng)險(xiǎn)極大,易對(duì)人體健康造成威脅。在后續(xù)耕作中建議采用輪作方式,減少重金屬在土壤中的積累。

(2)大田土壤和根際土壤中As、Cu和Cr元素的污染等級(jí)主要為警戒級(jí)和輕微污染。向日葵對(duì)Cu、Zn、Cd、Cr 4種元素的轉(zhuǎn)移能力較強(qiáng),能夠從根部轉(zhuǎn)移至地上部分,其中,向日葵地上部對(duì)Cr和Cd的富集系數(shù)較高,受這兩種元素的影響較大。

(3)向日葵中As和Cr元素的健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)較高,會(huì)對(duì)人體造成負(fù)擔(dān),其中成人日常平均食用含量較高,對(duì)成人的健康威脅更大。根據(jù)危害指數(shù)的估算,重金屬的累積對(duì)人體造成的危害較大,尤其是兒童。該地區(qū)的連作方式可能會(huì)造成重金屬積累,最終使得通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體的重金屬總量增加,危害人體健康。因此,該地區(qū)應(yīng)更加重視化肥和農(nóng)藥的合理使用,向日葵的籽粒作為農(nóng)產(chǎn)品外銷(xiāo)時(shí)應(yīng)注重對(duì)產(chǎn)品中重金屬含量的監(jiān)測(cè),并且應(yīng)注明其產(chǎn)地的土壤健康狀況。

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