鄭雄偉，王俊鋒，鄭國權(quán)，胡 青，譚 園，唐詩群，胡瑞春

(1 湖北省地質(zhì)局地球物理勘探大隊(duì),武漢 430056)( 2 武漢侏羅紀(jì)技術(shù)開發(fā)有限公司, 武漢 430073)

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洪湖市某地區(qū)農(nóng)水產(chǎn)品重金屬含量特征及其安全性分析*

鄭雄偉1，王俊鋒1，鄭國權(quán)1，胡 青1，譚 園2，唐詩群1，胡瑞春1

(1 湖北省地質(zhì)局地球物理勘探大隊(duì),武漢 430056)( 2 武漢侏羅紀(jì)技術(shù)開發(fā)有限公司, 武漢 430073)

基于洪湖市某地區(qū)水土地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)和農(nóng)產(chǎn)品特色進(jìn)行農(nóng)作物和水產(chǎn)品樣品的布置和采集。根據(jù)樣品的汞、鎘、鉛、砷、鉻等元素含量測試結(jié)果，分析研究區(qū)農(nóng)水產(chǎn)品中主要重金屬元素含量分布特征，利用富集系數(shù)探討根系土和底積物重金屬含量異常的生態(tài)效應(yīng)，參照相應(yīng)食品重金屬安全指標(biāo)限值評價農(nóng)水產(chǎn)品的安全性。結(jié)果表明：該區(qū)重金屬生態(tài)危害較大，具有一定程度的污染；不同種類的農(nóng)水產(chǎn)品內(nèi)重金屬含量順序不同，說明不同農(nóng)水產(chǎn)品對重金屬的累計(jì)存在差異，稻谷和螃蟹的重金屬含量一般高于魚、藕帶、蓮子；生物對Cr和Pb的富集能力高于對As、Cd和Hg的富集能力，這與生物體對重金屬元素的主動吸收和代謝有關(guān)。

重金屬；農(nóng)水產(chǎn)品；安全性分析；洪湖市

近年來，雖然我國農(nóng)水產(chǎn)品產(chǎn)量不斷上升，但農(nóng)水產(chǎn)品的質(zhì)量安全問題卻日益嚴(yán)重[1]，這不但危害身體健康，且影響我國農(nóng)水產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展，農(nóng)水產(chǎn)品安全性研究已成為生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué)的熱點(diǎn)之一[2-3]。湖泊受外部自然因素和內(nèi)部持續(xù)作用不斷演變，具有一定的特殊性和復(fù)雜性，目前對湖泊中農(nóng)水產(chǎn)品的安全性研究不多[4-9]。本文在對測試數(shù)據(jù)詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，對洪湖市農(nóng)水產(chǎn)品中的重金屬含量分布和安全性進(jìn)行研究，為該區(qū)生態(tài)環(huán)境評價提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

洪湖市位于湖北省南部(東經(jīng)113°07′～114°05′，北緯29°39′～30°12′)。本次研究所涉及的“洪湖市某地區(qū)”指洪湖市兩鎮(zhèn)一區(qū)(黃家口鎮(zhèn)、汊河鎮(zhèn)、小港管理區(qū))，總面積308 km2，其中小港管理區(qū)25 km2，黃家口鎮(zhèn)137 km2，汊河鎮(zhèn)146 km2，研究區(qū)具體范圍見圖1。

圖1 研究區(qū)交通位置圖Fig.1 Map showing the traffic location of the studied area

2 材料與方法

2.1 采樣布置

選定采樣的品種為水稻、藕帶、蓮子、魚和螃蟹，在不同地貌類型或不同土壤類型共采集樣品91件(含重復(fù)樣)，其中水稻樣35件，藕帶樣18件，蓮子樣7件，魚樣25件，螃蟹樣6件。研究區(qū)農(nóng)水產(chǎn)品樣點(diǎn)和品種分布見圖2。

2.2 樣品采集與加工

樣品采集后，立即將采集的植株樣品按根、莖、葉、籽粒等分開，以免養(yǎng)分轉(zhuǎn)移。樣品較多時，在測產(chǎn)和考查產(chǎn)量指標(biāo)后，送樣前用四分法縮分至所需樣品重量。

2.3 采樣記錄

調(diào)查和記錄農(nóng)作物種植田塊的地理地貌、地下水、成土母質(zhì)成因、土壤類型等；對采樣點(diǎn)農(nóng)作物的品種、生長情況(播種、移植、抽穗、揚(yáng)花、收割等時期和長勢)、田間管理情況(灌溉、施肥、除草)、耕作制度等農(nóng)田管理制度作詳細(xì)調(diào)查和記錄。

2.4 樣品送樣

采集農(nóng)作物灌漿期的樣品，將樣品及時裝入保鮮袋中并作好標(biāo)簽。樣品帶回室內(nèi)后，先用自來水沖洗，后用蒸餾水沖洗，放在干燥通風(fēng)處晾干。用于監(jiān)測的樣品立即送往實(shí)驗(yàn)室作濕劑分析。當(dāng)天不能處理或分析的樣品，暫放在冷箱內(nèi)冷藏[10]。

2.5 樣品測試分析

在國土資源部武漢綜合巖礦測試中心對農(nóng)作物樣品進(jìn)行測試分析，分析項(xiàng)目為As、Cd、Pb、Hg、Cr。分析測試過程中的質(zhì)量控制嚴(yán)格按照中國地質(zhì)調(diào)查局《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(1：250000)》[DD2005-01]執(zhí)行[11]。

3 農(nóng)水產(chǎn)品中的重金屬含量特征

參照農(nóng)(水)產(chǎn)品食品安全評定指標(biāo)[12]，以主要重金屬有害元素汞、鎘、砷、鉛、鉻作為評價對象。結(jié)果顯示，評價區(qū)內(nèi)以稻谷、魚為主的各類農(nóng)(水)產(chǎn)品中主要重金屬有害元素的含量均值分別為：汞0.0077 mg/kg、鎘0.0424 mg/kg、砷0.119 mg/kg、鉛0.172 mg/kg、鉻0.220 mg/kg，依次排序?yàn)殂t>鉛>砷>鎘>汞。

農(nóng)水產(chǎn)品稻谷中各元素的含量區(qū)間分別為：砷0.094～0.286 mg/kg、汞0.001 ～0.0035 mg/kg、鎘0.0097～0.4085 mg/kg、鉛0.055～0.398 mg/kg、鉻0.147～0.645 mg/kg；魚類中各元素的含量區(qū)間分別為：砷0.004～0.057 mg/kg、汞0.0029 ～0.077 mg/kg、鎘0.0005 ～0.0028 mg/kg、鉛0.005～0.02 mg/kg、鉻0.11～0.22 mg/kg。兩類農(nóng)水產(chǎn)品中各重金屬有害物質(zhì)在生物體內(nèi)的富集程度存在較大差異，其余農(nóng)水產(chǎn)品中重金屬含量區(qū)間值見表1。

圖2 研究區(qū)農(nóng)水產(chǎn)品樣點(diǎn)和品種分布圖Fig.2 Distribution map of sampling positions and varieties of agricultural products and aquatic products in the studied area

表1 農(nóng)水產(chǎn)品干樣中可食部分重金屬元素含量特征參數(shù)(mg/kg)

Table 1 Characteristic parameters of heavy-metal element contents in the edible parts of dried samples from agricultural aquatic products

樣類元素AsHgCdPbCr全部樣品平均值0．1190．00770．04240．1720．220最大值0．4550．07720．40851．2281．062最小值0．0040．00010．00050．0050．082藕帶平均值0．0230．00010．00650．4270．240最大值0．0660．00020．01111．2281．062最小值0．0040．00010．00370．0800．082蓮子平均值0．0940．00160．10110．1250．318最大值0．1400．00300．21040．1760．421最小值0．0770．00100．04090．0920．215稻谷平均值0．1950．00230．07880．1200．238最大值0．2860．00350．40850．3980．645最小值0．0940．00100．00970．0550．147魚平均值0．0160．01610．00120．0090．151最大值0．0570．07720．00280．0200．220最小值0．0040．00290．00050．0050．111螃蟹平均值0．2870．03360．03380．050最大值0．4550．05470．06470．084最小值0．1880．02570．01460．025

3.1 水稻對主要重金屬有害物質(zhì)的累積效應(yīng)

共采集研究區(qū)各類土壤13件,包括水稻根、莖葉、籽實(shí)三個部位的樣品，對其重金屬蓄積尺度用生物富集系數(shù)表達(dá)，其數(shù)值等于農(nóng)作物中重金屬含量與對應(yīng)土壤中重金屬含量之比，該系數(shù)是衡量土壤重金屬被農(nóng)作物吸收難易程度的指標(biāo)[13](表2)，由表2可知：

表2 水稻重金屬元素生物富集系數(shù)統(tǒng)計(jì) (%)

(1)鎘在水稻的根、莖葉和籽實(shí)中均有較高含量，生物富集系數(shù)分別為117.5、21.32和13.08，反映鎘在所有重金屬中活性度最高，生物活性度最大，是農(nóng)業(yè)安全最需關(guān)注的元素。

(2)砷在水稻的根系中高度富集，生物富集系數(shù)高達(dá)424.56，而莖葉、籽實(shí)迅速降低，生物富集系數(shù)分別為15.95和1.36，水稻對砷的蓄積效應(yīng)是其對砷的生物學(xué)嗜好，目前尚不清楚該嗜好如何影響水稻的生長。

(3)汞、鉛在水稻的根和莖葉富集，生物富集系數(shù)分別為：根部汞45.1，鉛14.65；莖葉汞33.51，鉛2.92；在籽實(shí)中汞、鉛含量迅速降低，富集系數(shù)分別為：汞3.89，鉛0.19。

(4)按照各重金屬生物富集尺度，水稻生長過程對重金屬蓄積響應(yīng)的順序?yàn)?根：砷>鎘>汞>鉛>鉻；莖葉：汞>鎘>砷>鉻>鉛；籽實(shí)：鎘>汞>砷>鉻>鉛。

3.2 水稻重金屬蓄積對土壤的選擇

根據(jù)土壤酸堿度表對水稻13件樣品進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，計(jì)酸性土(pH值<6.5)1件，中性土(pH值6.5～7.5)6件，堿性土(pH值>7.5)6件，包括鎘、鉛、砷、汞四項(xiàng)(表3)。

鎘：酸性土水稻根鎘平均817.32 ng/g，莖葉平均116.5 ng/g，籽實(shí)平均85.85 ng/g；中性土根鎘平均614 ng/g，莖葉平均123.81 ng/g，籽實(shí)平均61.34 ng/g；堿性土根鎘平均343.4 ng/g，莖葉平均54.41 ng/g，籽實(shí)平均45.55 ng/g?？芍k在酸性土中最具蓄積能力，在堿性土中的蓄積能力最低。無論酸性土鎘本底含量多低，水稻都會對鎘產(chǎn)生偏高量蓄積，且該蓄積存在于水稻的整個生長過程。

砷：酸性土水稻根砷平均87.88 mg/kg，中性土根砷平均77.23 mg/kg，堿性土根砷平均36.48 mg/kg；酸性土籽實(shí)砷平均0.21 mg/kg，中性土籽實(shí)砷平均0.2 mg/kg，堿性土籽實(shí)砷平均0.17 mg/kg，水稻根砷在酸性土中偏高。依據(jù)砷在稻谷根、莖、葉中的富集系數(shù)變化可知，籽實(shí)、莖葉中砷的富集系數(shù)相對于根系幾乎下降兩個數(shù)量級，反映不同的土壤環(huán)境下，水稻生長對砷的吸收態(tài)勢(表4)。

鉛、汞：兩者在水稻中的蓄積特征相似，各類土壤中均為根部具有較高的蓄積度，至莖葉、籽實(shí)逐步下降。

3.3 水產(chǎn)品(魚)主要重金屬有害物質(zhì)累積效應(yīng)

研究區(qū)內(nèi)魚體汞、鎘、砷、鉛、鉻的平均含量分別為0.016 mg/kg、0.0012 mg/kg、0.016 mg/kg、0.009 mg/kg和0.151 mg/kg(表1)。研究區(qū)各產(chǎn)地魚中的主要重金屬含量分布特征見圖3，鎘在各產(chǎn)地魚體中的含量均較低；汞在汊河、小港區(qū)魚中的含量最高，其中小港區(qū)魚體中的最高含量達(dá)0.077mg/kg；砷在各產(chǎn)地魚體中的含量普遍較高。全部樣品中主要重金屬元素汞、鎘、砷、鉛、鉻的富集系數(shù)值依次為：汞>鎘>鉻>砷>鉛；各產(chǎn)地魚對汞的蓄積程度依次為：小港>汊河>小汊湖漁場>黃家口>形斗湖漁場>里湖漁場。各產(chǎn)地魚對砷、鎘、鉛、鉻的富集蓄積效應(yīng)見圖4。

表3 水稻在不同酸堿度土壤中生物富集系數(shù)統(tǒng)計(jì)

表4 農(nóng)水產(chǎn)品食品安全質(zhì)量評價結(jié)果

圖3 研究區(qū)魚中重金屬元素含量對比圖Fig.3 Content comparison of heavy metal elements in fish in the studied area

圖4 研究區(qū)魚中主要重金屬元素富集系數(shù)值對比圖Fig.4 Enrichment coefficients comparison of main heavy metal elements in fish in the studied area

3.4 塘藕(藕帶)中主要重金屬有害物質(zhì)累積效應(yīng)

根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)分布特點(diǎn)布置采集18件水生蔬菜藕帶(塘藕)樣品，重金屬元素汞、鎘、砷、鉛、鉻的含量均值分別為0.0001 mg/kg、0.0065 mg/kg、0.023 mg/kg、0.43 mg/kg和0.24 mg/kg(圖5)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)藕帶中汞、鎘、砷、鉛等各主要重金屬元素的蓄積量最高的為鉛，平均值為0.43 mg/kg，最大值為1.23 mg/kg，分別高出稻谷含鉛量的3.3倍，高出魚體內(nèi)含鉛量的47倍。藕帶中汞、砷、鉛等重金屬有害物質(zhì)的富集系數(shù)排序?yàn)椋烘k>鉛>鉻>汞>砷，顯然生物體對元素的吸收能力及蓄積量值并不完全取決于土壤母體中的本底量值，而與其本身的生物效應(yīng)、元素在土壤中的賦存狀態(tài)、活化、遷移能力及土壤氧化還原環(huán)境等多種因素有關(guān)(圖6)。

圖5 研究區(qū)藕帶中重金屬元素含量對比圖Fig.5 Content comparison of heavy metal elements in lotus in the studied area

圖6 研究區(qū)各水產(chǎn)品產(chǎn)地藕帶中重金屬元素富集系數(shù)值對比圖Fig.6 Enrichment coefficients comparison of heavy metal elements in lotus in different aquatic production areas

4 安全性分析

依照食品(干樣)安全性評價執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)[14-17]，樣本總合格率為94.5%。其中藕帶1件鉛超標(biāo)，1件鉻超標(biāo)；稻谷3件鎘超標(biāo)，1件鉛超標(biāo)；魚和螃蟹達(dá)標(biāo)；蓮子1件鎘超標(biāo)(表4)。將稻谷鎘、鉛超標(biāo)樣品投于地球化學(xué)背景圖(圖7)，可知：

(1)稻谷鎘與鎘本底地球化學(xué)背景無直接關(guān)系，鎘超標(biāo)主要與酸性土壤環(huán)境有關(guān)，2個超標(biāo)樣點(diǎn)根系土的pH值分別為HHSW49(6.5)、HHSW50(6.8)，均為酸性、中酸性土壤區(qū)，該區(qū)水稻土養(yǎng)分欠缺、陽離子交換量低，在養(yǎng)分不足條件下，水稻對養(yǎng)分的“饑渴”需求導(dǎo)致吸收成分上的無序，鎘更多進(jìn)入作物中，造成稻谷品質(zhì)降低，該區(qū)優(yōu)質(zhì)水稻種植非適宜區(qū)。其它土壤高鎘背景區(qū)采集的稻谷未見任何超標(biāo)。

(2)對比于全區(qū)土壤背景，稻谷鉛超標(biāo)樣品采集點(diǎn)處于鉛的低背景、低量分布區(qū)，與鉛的本底地球化學(xué)背景無關(guān)，土壤為中偏酸性，陽離子交換量低，土壤環(huán)境綜合等級偏低，使得鉛在稻谷生長中在吸取養(yǎng)分的同時更易進(jìn)入作物體內(nèi)，該樣品產(chǎn)地處在洪湖—仙桃省道東側(cè)，極易受機(jī)動車含鉛尾氣污染，造成稻谷鉛超標(biāo)。

(3)18件藕帶、7件蓮子中分別有1件鉛超標(biāo)、1件鉻超標(biāo)，1件鎘超標(biāo)，與稻谷中個別超標(biāo)大致相似。

圖7 稻谷樣品與區(qū)域土壤本底含量關(guān)系對比圖Fig.7 Comparison maps showing the concentration relationship between rice samples and soil background

5 結(jié)論

該區(qū)重金屬生態(tài)危害較大，具有一定程度的污。不同農(nóng)水產(chǎn)品對重金屬的累計(jì)存在差異，稻谷和螃蟹的重金屬含量一般高于魚、藕帶、蓮子。生物對Cr和Pb富集能力高于As、Cd和Hg，與生物體對重金屬元素的主動吸收和代謝因素有關(guān)。

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Characteristics of the concentrations of heavy metals of agricultural and aquatic products in a certain area of Honghu City and its security analysis

ZHENG Xiong-wei1, WANG Jun-feng1, ZHENG Guo-quan1, HU Qing1,TAN Yuan2， TANG Shi-qun1, HU Rui-chun1

(1HubeiInstituteofGeophysicalExploration,Wuhan430056,China) (2WuhanJurassicTechnologyDevelopmentco.,LTD,Wuhan430073,China)

On the basis of hydrogeologic characteristics of soil and water environment and variety of agricultural and aquatic products in Honghu City, this study conducted comprehensive analysis on distribution and characteristics of agricultural and aquatic products. The contents of heavy metals such as Hg, Cd, Pb, As and Cr were used to analyze the distribution features of these elements in agricultural and aquatic products. Meanwhile, the ecological effect of the abnormal heavy-metal concentrations in the root soil and sediments at bottom was discussed using enrichment coefficients and the security of agricultural and aquatic products in this area has also been evaluated by reference to the allowable maximum values of heavy metals in corresponding foods. The results show that concentrations of heavy metals have imposed ecological influence on this area to some extent. The sequences of the concentrations of heavy metal elements vary with types of agricultural and aquatic products, indicating that different agricultural and aquatic products differ in the accumulation of heavy metal elements. The concentrations of heavy metal elements in rice and crab are generally higher than that in fish, lotus root and lotus seed. Enrichment capability of creatures for chromium and lead is higher than that for arsenic, cadmium and mercury, which might be related to the creatures’ active absorption for heavy metal elements and metabolic factors.

heavy metals; agricultural and aquatic products; security analysis; Honghu City

2015-12-19 改回日期：2016-01-13 責(zé)任編輯：汪建寧

湖北省“金土地”工程——高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田地球化學(xué)調(diào)查項(xiàng)目(任務(wù)書編號：洪土資發(fā)[2014]13號)。

鄭雄偉,1986年生，男，研究生，助理工程師，礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，主要從事礦產(chǎn)勘查及農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查工作。

10.16788/j.hddz.32-1865/P.2016.04.009

X131.3

A

2096-1871(2016)04-300-06