農產品重金屬污染現狀及檢測方法

張飛+鴿元艷+任小榮

摘要 為分析華北基本氣候概況，首先統計1951—2013年夏季6—8月以及3個月平均降水情況，然后分析3個月降水區域距平，并進行夏季平均降水時空分析及500、700、850 hPa的環流分析。結果表明，華北夏季各月降水遞減，轉變發生在20世紀80年代。時空分析中，距平場的前3個特征量的累積解釋方差達到54%，也出現類似于區域距平分析結果，即華北的確在變干旱。不同高度的旱澇環流分析表明，對華北降水影響較大的是副高，其位置的異常使華北降水變化很大，引起旱澇變化。

關鍵詞 夏季降水；旱澇變化；時空分布；環流分析；華北地區

中圖分類號 P434 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）24-0181-05

Temporal and Spatial Distribution Characteristics and Circulation Analysis of Drought and Flood in

Northern China in Summer

YANG Shuai ZHOU Peng SHAN Kun

（Langfang Meteorological Bureau in Hebei Province，Langfang Hebei 065000）

Abstract In order to analyze the basic climate profile in northern China，the average precipitations of June，July，August and the three months during 1951-2013 were counted，and then the precipitation anomalies of the three months were analyzed.The temporal and spatial analysis of summer precipitation and the circulation analysis of 500 hPa，700 hPa and 850 hPa were conducted.The results showed that in anomaly analysis，the precipitation in the summer of northern China was decreasing，and the change occurred in the 1980s. In the spatiotemporal analysis，the cumulative explanatory variance of the first three feature quantities of the anomalies was 54%，and the results were similar to the regional anomalies，which indicated northern China was getting drought. The analysis of diastolic and diversion of different heights showed that subtropical high had a great effect on the precipitation in northern China. The abnormal position of the subtropical high affected the great change of precipitation in northern China，causing the drought and flood changed.

Key words summer precipitation；drought and flood change；temporal and spatial distribution；circulation analysis；northern China

1 重金屬的危害與農產品污染現狀

重金屬是指原子密度>5 g/cm3的一類金屬元素，主要包括鎘（Cd）、鉻（Cr）、汞（Hg）、鉛（Pb）、銅（Cu）等45種。重金屬會對人體產生危害。汞（Hg）進入人體后直接進入肝臟，對視力、神經及大腦影響極大；砷（As）含有劇毒，會致人迅速死亡，長期少量攝入會導致慢性中毒和致癌；鉛（Pb）會直接傷害人的大腦，特別是對胎兒的神經系統有巨大的傷害，造成先天智力低下，且進入人體后很難排除，是重金屬污染中毒性較大的一種；鈷（Co）對皮膚有放射性損傷等。上述重金屬中任何一種被人體攝入后都能引起頭痛、頭暈、神經錯亂、失眠、健忘、結石、關節疼痛、癌癥等[1-2]。

食用被重金屬污染的農產品是重金屬進入人體的主要途徑，近年來我國農產品中重金屬的污染日趨嚴重，各地不斷暴出嚴重的農作物重金屬污染事件，如2013年湖南大部分地區的稻谷鎘含量超國家標準的13.1倍，徹底成為了毒大米，長期食用“鎘大米”會造成慢性鎘中毒。農產品重金屬污染歸根結底來源于土壤污染，國土資源部和環境保護部聯合發布的全國土壤污染狀況調查公報顯示，我國受重金屬污染的土壤已達到2 000萬hm2，占全國總土壤面積的1/6，重金屬通過污染的土壤進入農作物并不斷積累，最終由食物鏈進入人體，導致多種疾病，從而危害人體健康[3-5]。

2 農產品重金屬污染的來源

農產品重金屬的污染來自土壤污染，了解土壤的重金屬污染來源才能有的放矢地防止農產品重金屬污染。通過查閱大量的文獻，了解到土壤的重金屬污染主要源于如下幾種方式。

2.1 大氣沉降endprint

農作物對大氣中重金屬污染物有吸收和富集的作用，重金屬污染物超過一定的限量就會導致農作物毒害或死亡。大氣中的重金屬主要來自于汽車尾氣、工業生產廢氣排放產生的大量含重金屬的有害氣體和粉塵等，大部分重金屬通過自然沉降、雨淋沉降等方式進入土壤。我國大氣中的重金屬含量已嚴重超標，熊秋林等[6]研究了北京取暖期和非取暖期大氣降塵中重金屬污染，收集了北京大氣沉降樣品66份進行測試，數據表明，采暖期北京大氣降塵中Mo、Cd、Bi、Zn 4種重金屬污染最嚴重，四者質量分數分別為8.7、2.7、3.0、660.5 mg/kg，分別超出各自北京背景值的656.9%、495.8%、457.5%和395.2%；非采暖期北京大氣降塵中Cd、Zn、Pb 3種重金屬污染最嚴重，三者質量分數分別為5.3、822.0、177.2 mg/kg，分別超出各自北京背景值的1 065.0%、516.2%和403.1%。由此可見，不管是采暖期還是非采暖期，北京大氣沉降重金屬污染均比較嚴重。

2.2 污水灌溉

污水灌溉是指用經過處理后達到灌溉要求的污水來灌溉農田、森林和草地等，污水灌溉有利有弊，因為污水中含有豐富的氮、磷、鎂、鋅、鉀等養分和有機質懸浮物，所以用污水灌溉的稻田，節省水肥，降低了成本。但工業污水也含有大量Cd、Cr、Pb、As、Hg等不利于農作物生長的有害重金屬，這些重金屬離子將隨著污水灌溉進入土壤從而被農作物吸收。王 霞等[7]研究了污水灌溉對農作物重金屬含量的影響因素，認為灌溉污水中重金屬離子和陰陽離子濃度與農產品重金屬含量成正相關關系。李養養等[8]對陜西省城鎮污水處理廠進水和排水、市政污水、污水廠污泥中Hg、As、Cd、Cr、Pb等金屬污染物濃度進行了分析與檢測，獲得了近3 000個有效數據，數據表明，污水中含有的重金屬總量巨大，Hg、As、Cd、Cr、Pb 5種重金屬污染物的總量超過114 t/年，全省污水廠污泥中Hg、Cd、Cr、Cu、As、Pb、Zn和Ni 8種重金屬總含量在0.56‰～1.54‰干重之間，總量約為154.03 t。

2.3 重金屬礦山冶煉廠酸性廢水排放

重金屬礦山的尾礦中含有大量的重金屬，在尾礦堆積過程中，重金屬離子被酸溶出產生大量的酸性廢水，隨著降雨和尾礦壩排水一并進入水環境或直接帶入土壤，造成間接或直接的土壤重金屬污染；此外，礦山的冶煉廠的廢水中也含有大量的重金屬，廢水的排放也會引起重金屬污染。閉向陽等[9]對遭受某銅礦冶煉廠鎘污染的湖北省某鎮約30 km2的農田土壤進行了調查，對土壤耕作層與亞耕層以及污染源中全量Cd和有效態Cd含量進行系統測定，受中度污染、受輕度污染及未受Cd污染的土壤面積分別占14.3%、82.1%、3.6%。

2.4 農藥和化肥濫用

農藥和化肥中含有大量重金屬離子，施用含有Pb、Hg、Cr、Cd、As等重金屬的農藥和濫用化肥，將直接導致土壤中重金屬的污染。朱朝云等[10]分析了京津渤地區某農藥企業廠區及周邊表層土壤中Pb、Hg、Cu、Ni、Cd、Zn、Cr和As等重金屬，結果表明，企業內部存在明顯的As污染，特別是生產區土壤中As的濃度已達到土壤三級標準的2.59倍，其周邊土壤也普遍存在Pb、Cd、Cr和Hg等累積現象。

綜上所述，農產品的重金屬污染主要來自于工業污染，工業化程度越高的地區，其污染越嚴重，地表含量高于地下，市區含量遠高于郊區和農村。重金屬含量也與污染時間和熟化程度成正比，污染時間越長、熟化程度越高的區域重金屬含量越高。

3 農產品重金屬的檢測

眾多重金屬污染事件的發生，不斷地給人們敲響警鐘，農產品重金屬檢測是掌握農產品污染程度的重要手段。如何運用先進的檢測方法檢測農產品重金屬的含量是防治重金屬污染的首要問題。

3.1 農產品消解方式

重金屬檢測的前提是選擇最佳的前處理方式消解樣品，使重金屬從化合物狀態轉換為離子狀態進行分析。目前，常用的前處理方式有濕法消解、干法灰化和微波消解。濕法消解是在樣品中加入氧化性較強的酸（如HNO3、HClO4、H2SO4等），通過加熱破壞有機質，達到消解的目的；干法灰化是通過高溫灼燒氧化分解有機物，剩余的無機物供測定。這2種方法都可以達到一定效果，但都存在加入試劑量大、耗時長、空白高等缺點，不利于廣泛采用。微波消解采用硝酸（HNO3）結合雙氧水（H2O2）在高溫高壓密閉條件下消解樣品，消解程度更加完全，且加酸量少、引入空白低、操作簡便，一次樣品處理可進行多元素同時測定，已被廣泛應用于各項檢測系統。

3.2 重金屬主要檢測手段

重金屬的檢測經歷了從傳統化學分析到儀器分析的階段，目前重金屬的檢測有電化學法和光譜法，電化學法主要有極譜法、電導分析法、伏安法、電位分析法等，光譜法包括原子吸收光譜法（AAS）、原子熒光法（AFS）、電感耦合等離子發射光譜法（ICP-AES）、電感耦合等離子質譜法（ICP-MS）等。芮玉奎等[11]采用ICP-MS法檢測了轉Bt基因玉米中重金屬含量；劉 姣等[12]應用原子熒光光度計和ICP-AES分析了污泥及其焚燒灰渣中的重金屬，并研究了灰渣中重金屬的浸出毒性；陳亮[13]運用原子吸收光譜對重金屬進行了檢測；胡慧琴等[14]運用微波輔助激光誘導擊穿光譜增強大米中Cd發射強度的研究；韓 平等[15]采用便攜式X射線熒光光譜儀快速監測重金屬土壤環境質量等。下面對各檢測方法的原理與特點進行簡單闡述。

3.2.1 原子吸收光譜法。原子吸收光譜法（AAS）是依椐處于氣態的被測元素基態原子對該元素的原子共振輻射有強烈的吸收作用而建立的方法，通過光線被吸收后的減弱程度計算出樣品中待測元素的含量。該法檢出限低、靈敏度和準確度高，但只能進行單元素分析，測定不同的元素需要更換該元素燈，不利于多元素同時測定。endprint