趙玉文，李瑛萍， 段少榮，南吉斌，趙亞磊，趙玉紅

(1.西藏農牧學院 資源與環(huán)境學院，西藏 林芝 860000；2.西藏農牧學院 動物科學學院，西藏 林芝 860000)

農牧產品作為人類最重要的食物之一，對人類生存和生長起著不可替代的作用。但由于環(huán)境污染加劇、觀念以及養(yǎng)殖設備等的落后，致使飼畜產品的安全性受到質疑。土壤-牧草-家畜系統作為綠色畜產品生產線是保證人們食品安全的重要一環(huán)，能夠以其廣泛的應用和健康的生產方式，為人類社會的健康和自然生態(tài)系統提供有力保障[1-2]。重金屬污染是典型的積累污染物，具有長期性、復合型、不可逆性、隱蔽性強且危害大等特點，最終可以通過食物鏈渠道傳遞危害人畜健康[3-4]。研究發(fā)現，土壤-牧草-家畜(從土地到餐桌)產品食物鏈的安全體系中，存在許多重金屬危害和不確定性問題，必須對其加以深入分析、研究和保護。因此，研究重金屬的傳播及重金屬污染性元素的積累及遷移規(guī)律，是生態(tài)環(huán)境治理的重要任務之一[5]。

由于家畜重金屬轉移的主要途徑是食物鏈傳遞，而農牧產品中重金屬的重要來源是飼養(yǎng)環(huán)境中的土壤和牧草。研究表明，在土壤-牧草-家畜系統中，牧草是重要的媒介，因此，它體內的重金屬含量的缺乏或過量可直接影響到家畜產品的健康。除此之外，在土壤-植物-動物內礦質元素含量存在著間接的相關性[6-10]。

近幾十年來，隨著西藏中部畜牧業(yè)和礦業(yè)的大力發(fā)展，礦產的大量采冶對藏中家畜生存環(huán)境食物鏈的安全體系構成一定的威脅[11-12]。為深入研究事關食品安全的藏中重金屬含量沿食物鏈(土-草-畜)途徑遷移的規(guī)律和機制，本研究對藏中典型區(qū)域Cu、Zn、Pb、Cd這4種重金屬在土壤、牧草、家畜組織中的含量測定，分析其與飼養(yǎng)環(huán)境的相關性，探討飼養(yǎng)環(huán)境中重金屬對家畜組織的影響，為指導家畜生產，制定針對性措施提供可靠依據，對全面提升藏中畜產品安全和產地環(huán)境質量的整體水平，促進西藏生態(tài)環(huán)境、食品安全的和諧發(fā)展及畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

本研究地點設在西藏中部的拉薩市當雄縣拉屋礦區(qū)，位于E 91°37′～91°46′至N 30°23′～30°30′之間。該礦區(qū)位于藏北高原與藏東高山峽谷連接地帶的南坡山區(qū)，海拔在4 360～5 464 m之間，高差在1 100 m左右，礦區(qū)重點試驗區(qū)海拔4 700 m，開采面積約0.75 km2。研究區(qū)氣候屬于典型的高原亞寒帶半濕潤、半干旱季風氣候，但區(qū)域小氣候特征明顯。研究區(qū)一年內無絕對無霜期，氣候寒冷，冬長無夏，冬春多雪。年日照時數2 600 h，夏季降水較集中，年降水量為406～695 mm，該礦已開采13年，Cu、Zn含量較高、伴生元素為Pb。礦區(qū)周邊植被類型主要為亞高山森林、高寒荒漠、高寒草甸、高寒草原等。高寒草原與高寒草甸是當地重要的夏季牧場。該區(qū)土壤類型分為高山草甸土和高山灌叢草甸土，土壤有機質含量較低，礦質化程度較高，淋溶弱、腐殖質過程積累緩慢，土層厚30 cm左右。

1.2 樣品采集

本研究采用野外調查典型取樣，并結合室內分析測試來進行。試驗樣品為試驗區(qū)的土壤樣品、牧草樣品和牦牛、藏羊組織。在礦區(qū)及周邊(遠離礦區(qū)150 km)，采用網格均勻布點和典型污染區(qū)密點相結合設置樣點，采樣時用GPS精確定位，樣點距離控制在200 ～300 m，每個樣點代表面積為0.04～0.09 km2，在采礦口周圍及重點污染區(qū)域進行適當的加密。

在礦區(qū)周邊隨機選擇放牧飼養(yǎng)的3～4歲閹割牦牛9頭，對照組(CK)選用遠離礦區(qū)150 km的當雄縣飼養(yǎng)的同齡、以粗飼料為主閹割牦牛和藏羊各3頭，集中取樣，每頭(牦牛和藏羊)取胸腰結合部新鮮背最長肌1 kg，用攪拌機打磨成糊狀，裝入潔凈保鮮膜中待測。

礦區(qū)土壤取樣深度0～40 cm，根據樣方的面積和地形，確定采樣位置和采樣點數取得土壤，混勻后采用四分法保留1 kg樣品，每個采樣點在直徑5 m的范圍內采集5個土壤分樣，裝入羊皮紙袋，待測。

測試牧草主要為垂穗披堿草(Elymusnutan)、矮嵩草(Kobresiahumilis)、珠芽蓼(PolygonumviviparumL.)、紫羊茅(FestucaL.)、燕麥(AvenafatuaL.)、紫花針茅(Stipapurpurea)、 油菜(Brassicajuncea)等家畜可食或喜食的植物，每個樣地內一種植物采集5株。

1.3 測定方法

土壤、牧草、家畜樣品重金屬含量分析按國家標準進行，其中，土壤樣品采集后在草業(yè)實驗室中自然風干、研磨、過篩。土壤中全Cu、全Zn、全Pb和全Cd，采用三酸 (HF-HN03-HClO4) 消化法配比待測液，樣品測定前在105 ℃條件下烘2 h，在聚四氟乙烯坩堝中放置0.2 g土樣，然后加8 mL HF+2 mL HClO4+2 mL HNO3(三酸)在120 ℃下硝煮完全，除鎘、鉛采用石墨爐原子吸收法測定，其余通過火焰原子吸收分光光度計 (TAS-990)測定重金屬含量。為保證分析質量，用國家標準樣進行質量控制，在所有土樣品處理過程中，利用平行樣、流程和試劑空白樣進行質量控制試驗所用試劑均為分析純。將采集牧草樣品帶回草業(yè)實驗室，自來水沖洗干凈，再用純化水清洗3遍，濾紙吸干其表面多余水分，在恒溫干燥箱內，設置105 ℃烘干至恒重，然后充分研磨成粉末狀，用HNO3+HClO4(體積比 87∶13) 混合酸硝煮至完全。樣品消煮過程中以相應消煮的混合酸試劑作空白對照(CK)，同時消煮，為消除分析過程和消煮中的污染。采用TAS-990原子吸收分光光度計測定Cu、Zn、Pb和Cd這4種重金屬的含量。

重金屬富集系數(Bioconcentration Factor,BCF)是用來反映生物體對重金屬的富集和積累能力。植物重金屬富集系數是指植物中重金屬元素的含量占土壤中重金屬相應元素的百分數，它可以反映土壤-植物系統中重金屬元素遷移的難易程度，說明重金屬在植物體內的富集情況。同理，本研究利用此方法也可以反映植物-家畜系統中元素遷移的難易程度。因此，研究采用重金屬富集系數來反映重金屬在土壤-牧草-家畜系統中的遷移能力。公式為:

式中:BCF表示生物體(牧草、家畜)富集系數；Pi表示重金屬i在牧草(家畜)體內含量；Si表示重金屬i土壤(牧草)中含量。

1.4 數據處理與分析

采用Excel 2007軟件和SPASS V21統計軟件進行數據處理、方差分析、分別對肌肉組織中重金屬與牧草中重金屬、肌肉組織中重金屬與土壤中重金屬進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 土壤-牧草-家畜中重金屬含量分析

拉屋礦區(qū)土壤-牧草-家畜(牦牛、藏羊)中4種重金屬含量測定結果見表1。由表1可以看出，礦區(qū)土壤中Cu 、Zn、Pb 、Cd高于我國二級土壤限量值(Cu 、Zn、Pb 、Cd限量值分別為100、35 、35、0.2 mg/kg)[13]。礦區(qū)土壤Cu含量達限量值的2倍以上，Cd超標最嚴重，甚至超過國家土壤限量值的100多倍。牧草中Cu 、Zn、Pb 、Cd均超限量值(Cu 、Zn、Pb 、Cd限量值分別為10、20 、5、0.5 mg/kg)，Zn含量最高，其后是Pb、Cu、Cd，這基本與土壤中重金屬含量表現一致。4種重金屬在牧草中含量超標，表明礦區(qū)牧草具有較強的重金屬吸收能力和耐性，但超量的重金屬將會對植物本身和牛羊等家畜產生傷害[14]。礦區(qū)周邊牦牛、藏羊肌肉組織中銅和鉛存在超過國家飼料衛(wèi)生和食品衛(wèi)生標準[15-17]。

表1 拉屋礦區(qū)土壤-牧草-家畜(牦牛、藏羊)中4種重金屬含量[13,16]Table 1 Content of Cu, Zn, Cd and Pb in soil-herbage-Yak and Tibetan sheep mg/kg

2.2 家畜組織重金屬含量分析

不同區(qū)域家畜重金屬4種重金屬含量測定結果見表2。由表2可知，礦區(qū)周邊家畜體內重金屬含量跟遠離礦區(qū)150 km家畜(CK)存在一定差異。其中，牦牛體內Zn元素含量與對照(CK)相比差異顯著(P<0.05)。Cd元素含量與對照(CK)相比差異也達顯著水平(P<0.05)。西藏中部典型礦區(qū)及遠離礦區(qū)家畜肌肉均Cu、Zn存在超標現象，Pb元素較對照差異不顯著，Cd元素較對照(CK)存在差異，但Pb和Cd均未超標。

表2 不同區(qū)域家畜重金屬4種重金屬含量Table 2 Contents of Cu, Zn, Cd and Pb in livestock in different regions mg/kg

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note: Values with different lowercase superscripts in the same row show significant difference(P<0.05).

2.3 土壤-牧草-家畜重金屬相關性

家畜肌肉組織重金屬含量與牧草、土壤的相關系數見表3。由表3可以看出，牦牛肉中Cu元素和牧草與Cu元素含量呈極顯著的相關關系(P<0.01)；牦牛肉中Zn元素含量和土壤與牧草中Zn元素含量呈顯著的相關關系(P<0.05)；牦牛肉中Pb元素含量與牧草中Pb元素含量呈顯著的相關關系(P<0.05)；藏羊肉中Cu元素含量與牧草中Cu元素含量呈現極顯著相關關系(P<0.01)。

表3 家畜肌肉組織重金屬含量與牧草、土壤的相關系數Table 3 Correlation coefficient between heavy metal content in livestock muscle tissue and forage and soil mg/kg

注:*顯著性水平為0.05；**極顯著性水平為0.01。

Note: * denotes a significant difference at 0.05 level; ** denotes a highly significant difference at 0.01 level.

2.4 重金屬遷移系數分析

重金屬向家畜方向的遷移系數見表4。由表4可見，礦區(qū)可食牧草中重金屬向牦牛和藏羊肌肉遷移的遷移系數變化較大，遷移系數在0.19%～44.61%之間。具體來看，Cu元素的遷移系數較大，向牦牛體內Cu元素的遷移系數達44.61%。Cd元素遷移系數較小，Pb元素向牦牛和羊肉的遷移系數最小。

3 討 論

我國現有的《食品衛(wèi)生標準》(GB15199-1994)規(guī)定，肉類中Cu、Zn、Pb、Cd元素含量應分別低于10 mg/kg、20 mg/kg、0.1 mg/kg、0.1 mg/kg[17]。家畜長期采食高濃度重金屬牧草或日糧，其肝、肉、骨、腎等器官或產品中重金屬含量將遠遠大于該《食品衛(wèi)生標準》，人類食用后可導致體內腎、肝、腦等組織中富集，從而危害身體健康。人類長期攝入高Cu動物性食品，Cu元素必然在體內沉積，Cu元素可以促使機體內自由基水平發(fā)生變化，進而改變體內脂類代謝，最終導致動脈硬化，甚至將加速細胞的死亡。不同家畜對不同重金屬的耐受量不同，如綿羊對Cu的最大耐受濃度僅為25 mg/kg，牛對Cu的耐受量為100 mg/kg。研究表明，當動物體內Cu元素含量達100 mg/kg以上時，可破壞動物蛋白質結構，使動物體內微生物蛋白變性甚至死亡。家畜糞便中Cu元素超標可使土壤中Cu元素顯著增加，導致土壤有益微生物減少，引起土壤板結、肥力下降，直接影響草地產量和牧草營養(yǎng)；Cu元素對水生生物毒性也較大，當水體中Cu元素濃度為0.5 mg/kg時，就能使淡水中35%以上的原生植物死亡。家畜長期飼喂高銅飼料可導致Cu元素在家畜體組織銅含量增加，現有大量研究已經證實，當飼料中Cu元素含量超過150 mg/kg時，家畜肌肉組織中Cu元素含量也顯著增加[18]。牦牛、藏羊肌肉組織中Cu元素含量超標，可能于長期啃食重金屬含量較高牧草有關。據報道，家畜長期采食高Zn飼料(日糧)也可導致肌肉組織Zn元素含量升高。通常家畜腎、肝中Zn元素含量分別為80 mg/kg和135 mg/kg。如果動物受到Zn元素中毒損害，肝、腎中Zn元素含量將上升100倍之多。雖然到目前為止，鮮見高Zn引起人中毒事件，但長期食用Zn元素超標食物對人類的健康不利[19]。

研究表明，當土壤、牧草受到復合污染，Cu、Zn、As、Pb、Cd等元素共存時，重金屬元素間存在協同作用(synergistic effect)，污染能力將更強[23]。土壤、牧草中富集大量的重金屬元素，通過牧草、家畜的二次富集，將影響到人類的食品安全。土壤重金屬超標、家畜排泄物重金屬超標均可引起牧草及作物重金屬超標，動物長期食用高濃度重金屬牧草或暴露于高濃度重金屬環(huán)境中，均可引起重金屬中毒。

放牧地環(huán)境中的重金屬Cu、Zn、Cd、Pb等可通過食物鏈向家畜體內遷移，有報道青藏高原祁連縣存在有害重金屬Cd元素在牦牛奶中含量超過現象，與放牧地環(huán)境被污染有關。本研究中家畜體內毒素重金屬含量較高，可能與礦區(qū)草地、牧草中重金屬含量較高有關，土壤、牧草中重金屬形態(tài)及含量直接影響動物體內重金屬的蓄積，并且不同家畜對重金屬的耐受和蓄積能力不同[10]。藏中礦區(qū)及周邊土壤中重金屬Cd、Cu、Pb、Zn這4種元素均存在超過土壤限量值。藏中礦區(qū)牧草及家畜體內重金屬也存在超標現象。其中，牧草中4種重金屬均存在超標現象。牧草體內重金屬Zn含量最高，依次是Pb、Cu、Cd，這基本與土壤中重金屬含量表現一致。礦區(qū)周邊牦牛、藏羊肌肉組織中Cu元素和Pb元素存在超過國家飼料衛(wèi)生和食品衛(wèi)生標準，這可能與礦區(qū)草地、牧草中重金屬含量較高有關。不同種類重金屬在不同家畜肌肉組織中富集能力不同，不同形態(tài)的重金屬在不同家畜中的富集能力也不同。Cd元素向生物體(豬、魚)肌肉組織的遷移相對較少[20-21]，這是因為進入生物體的Cd元素首先要進入肝臟，與肝臟內金屬硫蛋白結合成Cd元素的金屬硫蛋白的復合產物，這種復合物開始向腎臟轉移，通過上述途徑將Cd元素穩(wěn)定，比較穩(wěn)定的金屬硫蛋白復合物積累在動物腎臟，因此生物體的腎臟便成了Cd元素集中富集的器官[22]。本試驗中，牛、羊肉組織中重金屬Cu、Zn含量超標，可能與當地礦產開采有關。當放牧地土壤中的重金屬蓄積甚至超過一定標準，會對土-草-畜系統產生毒害，重金屬在生態(tài)系統中的污染具有長期性、隱蔽性、危害性等特點，家畜放牧地一旦遭到重金屬侵害，治理非常困難[24-27]。

西藏草地畜牧業(yè)生產必須重視重金屬污染問題，在土壤污染區(qū)域禁止放牧、禁止家畜使用高重金屬的日糧，同時加大對受重金屬污染的草地區(qū)域使用的監(jiān)督和制止力度。建議在西藏草地畜牧產業(yè)中加強飼養(yǎng)環(huán)境污染控制技術的研究和飼料質量的標準管理，以期降低污染物從家畜飼養(yǎng)環(huán)境向家畜體內的蓄積和遷移。

4 結 論

(1)藏中礦區(qū)及周邊土壤中重金屬Cd、Cu、Pb、Zn 4種元素均存在超過土壤限量值，藏中礦區(qū)牧草及家畜體內重金屬也存在超標現象。

(2)試驗區(qū)牦牛肉中Cu元素與牧草中Cu元素含量呈極顯著的相關關系、牦牛肉中Zn元素含量分別與土壤、牧草中Zn元素含量呈顯著的相關關系；牦牛肉中Pb元素含量與牧草中Pb元素含量呈顯著的相關關系；藏羊肉中Cu元素含量與牧草中Cu元素含量呈現極顯著相關關系。

(3)礦區(qū)可食牧草中重金屬向牦牛和藏羊肌肉遷移的遷移系數變化較大，Cu元素在牦牛體內的遷移系數最大，Pb元素向牦牛體內的遷移系數最小。