蔬菜中Sb等重金屬的含量特征及移動性

項(xiàng)萌

摘 要：冶煉區(qū)土壤中生長的16種農(nóng)作物主要受到Sb、As的毒害，且總體表現(xiàn)Sb>As。Sb在農(nóng)作物各部分含量主要表現(xiàn)為：地下部明顯大于地上部，因?yàn)楦?xì)胞壁中存在大量交換位點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：蔬菜；重金屬；遷移

中圖分類號：X53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）24-0189-02

冶煉活動產(chǎn)生的煙塵隨干濕沉降進(jìn)入土壤環(huán)境以及冶煉廢渣的堆放，導(dǎo)致其中有害元素的擴(kuò)散，其危害主要表現(xiàn)在有害元素的活性態(tài)部分的釋放，活性態(tài)的有害元素可以在雨水的淋濾作用下進(jìn)入地表水或者下滲進(jìn)入地下水，進(jìn)而影響冶煉區(qū)附近的水生環(huán)境（河流體系）以及冶煉區(qū)附近的水源等。同時，這部分有害元素還可以向冶煉區(qū)附近的蔬菜、農(nóng)作物等遷移，并最終威脅到人類的健康。

Sb是環(huán)境中微量但普遍存在的有毒元素，是植物非必需的元素。在一般的陸生植物中，Sb的背景值范圍是0.2～50？滋g·kg-1[1]。Sb被認(rèn)為是地球化學(xué)不穩(wěn)定的，當(dāng)以溶液的形態(tài)存在時，容易被植物所吸收并與必要的代謝物競爭，對植物產(chǎn)生毒性。Borani等人通過對生長在意大利一些老銻礦區(qū)土壤中的大維管束植物中銻的分布狀況表明，蕾香（Achillea agera

tum）、絲茅草（Plantagolanceolata）和Silen vulgaris等植物能強(qiáng)烈地積累銻，蕾香葉子和花中累積的銻分別達(dá)1367mg/kg和1105mg/kg，絲茅草的根累積的銻達(dá)1150mg/kg，Silen vulgaris的莖中銻的濃度達(dá)1164mg/kg[1]。此外，某種高富集Sb的植物和微藻也在近年的研究里被發(fā)現(xiàn)，其Sb含量分別達(dá)到1136 mg·kg-1和1423mg·kg-1[2，3]。

盡管如此，現(xiàn)有的研究對Sb和As在植物中的遷移機(jī)理的認(rèn)識還很缺乏，特別是Sb、As從土壤到植物的遷移轉(zhuǎn)化特征的認(rèn)識尚不清楚。冶煉區(qū)表層土壤中含有較高的Sb與As，Sb與As主要集中在表層土壤孔隙水中，而土壤中水溶態(tài)的Sb、As也是最容易被植物吸收的部分，因此研究Sb、As在植物中的分布及其遷移機(jī)理，有助于合理評價(jià)Sb、As的生物有效性，全面了解冶煉區(qū)蔬菜Sb、As等重金屬污染狀況，不僅對冶煉區(qū)蔬菜生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展具有積極的指導(dǎo)意義，而且對提高人們的生活質(zhì)量也具有廣泛的現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)域及冶煉廠概況

本文所研究的冶煉廠位于廣西西北部河池市金城江區(qū)，北緯108°02′，東經(jīng)24°42′，海拔180～210m，附近有江遼、江葉、上屯、下屯4個村落。冶煉廠三面環(huán)山，背靠將軍山，南臨乾獨(dú)大山，西南方向?yàn)橐粺o名山。由于銻冶煉廠位于山間谷地，地形閉塞，廢氣煙塵往往難以擴(kuò)散，易在局部富集、沉降，造成冶煉廠周圍環(huán)境污染更加嚴(yán)重，引起樹木枯死，農(nóng)作物欠收，對人體健康也有很大危害。

冶煉廠的冶煉礦石主要是輝銻礦（Sb2S3）、輝銻鐵礦（FeSb2S4）、斜硫銻鉛礦（Pb5Sb8S17）等，主要產(chǎn)品為銻銅合金、鉛鉍合金、鉛銻有價(jià)金屬、銻白焦銻酸鈉。

2 試驗(yàn)方法

植物樣品：

稱取植物樣品10mg（精確到0.0001），加入0.5mL HNO3和0.25mL HF溶液，其他過程參照相關(guān)的步驟。最后用超純水定容至100mL。取10mL樣品，用ICP-MS（型號Platform ICP，英國Micromass公司產(chǎn)）測定微量元素。

3 結(jié)果與討論

冶煉區(qū)表層土壤含有相當(dāng)高的Sb、As等有害元素，并且Sb、As的移動性都隨著土壤pH從酸性至弱堿性的變化而增強(qiáng)，而本研究區(qū)的土壤pH大部分是在中性至弱堿性范圍，由此土壤中Sb、As具有相對較強(qiáng)的移動性，相應(yīng)地，農(nóng)作物樣品中也發(fā)現(xiàn)了相當(dāng)高的Sb、As等有害元素（圖1），表明冶煉活動釋放有害元素產(chǎn)生潛在的巨大危害。

通過圖1數(shù)據(jù)可以得到如下結(jié)論：不同種類蔬菜對同一重金屬元素，同種蔬菜對不同重金屬元素的吸收富集均存在著差異，這可能與蔬菜對土壤中重金屬元素的吸收受到多種因素的影響有關(guān)[3]。蔬菜植株內(nèi)重金屬的含量一方面與土壤重金屬的污染程度和污染元素的性質(zhì)有關(guān)，另一方面還與蔬菜作物本身對重金屬的選擇吸收性能有關(guān)。而土壤重金屬的含量及有效性又受到土壤重金屬元素種類和形態(tài)、土壤質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)和pH值等理化性質(zhì)的影響[4]。由此可見，蔬菜重金屬含量差異是多種因素綜合作用的結(jié)果。

具體來看，圖1反映了研究區(qū)土壤中生長的十四種主要農(nóng)作物各部分（根、莖、葉）的Sb等有害元素分布情況，通過圖1可以得出以下認(rèn)識：

（1）冶煉區(qū)土壤中生長的16種農(nóng)作物主要受到Sb、As的毒害，且總體表現(xiàn)Sb>As。

（2）Sb在農(nóng)作物玉米、瓜瓣、小荷葉、茄子、生菜和甘藍(lán)中的含量要高于豌豆苗、辣椒、紅薯、白菜、空心菜、西紅柿、香蔥和大蒜。且就玉米、瓜瓣、小荷葉、茄子、生菜和甘藍(lán)地上部分（莖、葉）與地下（根）部分中Sb的分布而言，主要表現(xiàn)為：地下部明顯大于地上部。那是因?yàn)楦?xì)胞壁中存在大量交換位點(diǎn)，能將重金屬離子固定在這些位點(diǎn)上，從而阻止重金屬離子進(jìn)一步向地上部分轉(zhuǎn)移。而空心菜、西紅柿、香蔥和大蒜地上部Sb的含量則高于地下部。

（3）As在除瓜瓣外15種農(nóng)作物中各部分含量相當(dāng)，沒有明顯變化。在瓜瓣中As的地下部高于地上部。白菜顯示出不同于其他農(nóng)作物的分布特征，在白菜中As的地上部高于地下部。

植物對重金屬的遷移吸收是有選擇性的，對不同重金屬的吸收能力也是不一致的，因此可以用植物對土壤重金屬的植物富集系數(shù)（Plant Accumulation Coefficient， PAC）和遷移系數(shù)（Translocation Coefficient， TC）分別被用來反映植物對某種元素的富集能力，以及該元素在植物體中的遷移能力[1][5]。前者主要是某種元素在植物體地上部分中的含量與其植物所生長的土壤中該元素含量的比值，而后者主要是植物地上部分中某元素的含量與其根部該元素的含量的比值。endprint

當(dāng)植物（蔬菜）能夠從土壤中吸附相當(dāng)高含量的一種或多種重金屬元素時，并且這些重金屬元素都大量被吸收在植物（蔬菜）的地上部分，那么該種植物（蔬菜）即可作為這類重金屬元素的超富集植物。根據(jù)超富集植物（蔬菜）的選擇條件，PAC>1，同時TC>1，本研究區(qū)的結(jié)果見圖2所示，沒有發(fā)現(xiàn)重金屬的超富集植物（蔬菜）。

從圖2可以看出，茄子具有相對較強(qiáng)的將Sb從根部向上轉(zhuǎn)移的能力，小荷葉、茄子、生菜和甘藍(lán)根部有明顯富集As的特征，但是其根部向地上部分轉(zhuǎn)運(yùn)As的能力卻較低。與相關(guān)研究結(jié)果（Zhang et al. 2009）一致，Zhang等的研究發(fā)現(xiàn)在水稻根部有明顯富集As的特征，但是其根部向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)As的能力卻很低，原因是As被吸附在水稻根部的鐵膜上，導(dǎo)致其難于被植物向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)。瓜瓣、小荷葉、茄子、生菜和甘藍(lán)根部都有明顯富集Zn的特征，其根部向地上部分轉(zhuǎn)運(yùn)Zn的能力也很強(qiáng)。是因?yàn)閆n是植物生長的必需元素，相關(guān)研究進(jìn)一步表明阻止土壤中Zn向蔬菜部位遷移的主要場所就發(fā)生在莖-根界面上了。而Zn一旦突破根的禁錮之后，其在植株體內(nèi)的傳輸則比較暢通。瓜瓣、小荷葉、茄子、生菜和甘藍(lán)根部富集Pb和根部向地上部分轉(zhuǎn)運(yùn)Pb的能力都很低。這與江水英等的研究結(jié)果一致，研究認(rèn)為Pb是植物生長的有害元素，重金屬Pb從土壤到進(jìn)入植物根部以及在植物體內(nèi)向上遷移的過程中受到層層阻礙。相關(guān)研究亦表明冶煉區(qū)土壤中的Pb、Sb含量都很高，但是Sb易從土壤進(jìn)入土壤孔隙水繼而被蔬菜吸收利用，但是Pb則表現(xiàn)出不同的特征，Pb不容易從土壤中解析出來。

4 結(jié)束語

（1）Sb在農(nóng)作物各部分含量主要表現(xiàn)為：地下部明顯大于地上部。那是因?yàn)楦?xì)胞壁中存在大量交換位點(diǎn)，能將重金屬離子固定在這些位點(diǎn)上，從而阻止重金屬離子進(jìn)一步向地上部分轉(zhuǎn)移。

（2）Pb是植物生長的有害元素，重金屬Pb從土壤到進(jìn)入植物根部以及在植物體內(nèi)向上遷移的過程中受到層層阻礙。本論文第五章的相關(guān)研究亦表明冶煉區(qū)土壤中的Pb、Sb含量都很高，但是Sb易從土壤進(jìn)入土壤孔隙水繼而被蔬菜吸收利用，但是Pb則表現(xiàn)出不同的特征，Pb不容易從土壤中解析出來。

參考文獻(xiàn)：

[1]Baroni F， Boscagli A， ProtanoG，et al. Antimony accumulation in achillea ageratum，plantagolanceolata and silene vulgaris growing in an old Sb-mining area[J]. Environmenta Pollution，2000，109（2）：347-352.

[2]Murciego A. M.， Sanchez A. G.， Gonzalez M. A. R. Antimony distributionandmobility in topsoils and plants （Cytisusstriatus， Cistusladanifer and Dittrichiaviscosa） from polluted Sb-mining areas in Extremadura （Spain）[J]. Environmental Pollution， 2007，145：15-21.

[3]Müller K.， Daus B.， Morgenstern P.， Wennrich R. Mobilization of Antimony and Arsenic in Soil and Sediment Samples-Evaluation of Different Leaching Procedurez[J].Water Air Soil Pollution，2007，183：427-436.

[4]周建利，陳同斌.我國城郊菜地土壤和蔬菜重金屬污染研究現(xiàn)狀與展望[J].湖南農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，22（5）：476-480.

[5]江水英，吳聲東，肖化云，等.貴溪冶煉廠周邊菜園地土壤-辣椒系統(tǒng)中重金屬的遷移特征[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32（3）：628-632.endprint