贵州省部分产地农作物中As,Hg含量与土壤地质环境背景的关系

贵州省部分产地农作物中As,Hg含量与土壤地质环境背景的关系摘要：本文选取贵州省几个典型的农作区作为研究对象，研究农作物体内As,Hg元素含量与土壤中元素背景含量的关系，间接评价各农作区的土壤As,Hg元素环境质量以及对农作物的食品安全做出评价。关键词：土壤地质环境；砷；汞；食品安全；贵州TherelationshipbetweenthecontentsofAs,HgincropsandthesoilgeologicenvironmentbackgroundintheseveralcropproductionareaofGuizhouProvinceCHENWu1,RENMingqiang2，wangNinnin1(1.InstituteofResourceandEnvironment,GuizhouUniversity,Guiyang550003,China；2.GuizhouBureauofGeologyandMineralExploration&Development,GeologicEnvironmentMonitoringinstitute,Guiyang550001China)Abstract:ThispapertakingtheseveralcropproductionareainGuizhouProvinceastheresearchobject.ResearchtotherelationshipbetweenthecontentsofAs,Hgincropsandthesoilelementbackgroundvalues.IndirectevaluationofthesoilsenvironmentqualityofAs,Hgintheseareas,andevaluatingthefoodsafetyofthesecrops.Keywords:soilgeologicenvironment;arsenic;mercury;foodsafety;Guizhou0引言近阶段来，我国食品安全问题日益严重，不少与广大人民群众息息相关的食品遭到了食品安全的质疑，既对大家的生活带来了危害，还产生了巨大的不良社会效应，所以对农作物食品的安全进行评价以及弄清楚农作物对有毒有害元素吸收的效率以及其影响因素成为当务之急。As和Hg作为贵州省两种主要的污染元素，其在土壤中移动性较小，不易随水淋滤，不被微生物降解，它们对农作物、农产品和地下水等许多方面产生重大影响，并通过食物链危害人体健康[1]。而且贵州耕地资源极其匮乏，近年来由于工业的迅猛发展，其数量又在日趋减少；同时，由于工业“三废”排放量的增加，金属矿物的开采，化肥、杀虫剂和除草剂的大量使用，使耕地土壤受到不同程度的污染[2]。本文仅从As,Hg两元素入手，有代表性的选取贵州省若干个传统的农作区作为研究对象，除评价其土壤Hg,As环境质量和农作物安全质量以外，初步研究土壤地质环境与其上生长的农作物中As,Hg含量的相关关系。1贵州省土壤Hg,As环境地质背景As,Hg环境异常元素与构造的关系比较密切。省内黔西南地区属于As元素异常区有关，广泛分布于黔西南西北部的峨眉山玄武岩中As的平均含量比世界其他地区玄武岩的含量高出几至几十倍,峨眉山玄武岩中富含气液物质,含矿组分含量较高,为后期成矿作用提供丰富的砷、铁、金、汞、锑、氟等成矿物质，而且各类岩性岩石含砷也比较高[3]。Hg元素在我国南部的湿润低山丘陵区、热带雨林区和高山峡谷区均为高背景，而且尤其在以云南东南部、贵州、广西西部、湖南西部岩溶区为中心的低温成矿域内，无论岩石、土壤还是水系沉积物，汞含量背景值达到最高。总而言之，根据贵州As,Hg背景物与全国背景值的比较，Hg为贵州很高背景分布，As为贵州高背景分布，其中As元素贵州平均含量为14.69mg/kg，大于全国平均值8.11mg/kg，而Hg元素贵州平均含量为99.89μg/kg，全国平均值为34.22μg/kg[4]。此外，As,Hg在贵州省的分布是沿省内尤其是西部NE向、NNE向和NEE向侏罗山式前陆褶皱—冲断带及走滑断裂活动带呈高背景分布并形成局部异常区；沿扬子陆块与右江造山带拼接地带有显著的高背景或异常分布。贵州汞矿主要富集于中寒武统碳酸盐岩中[5]。2样品采集与分析在贵州省碳酸盐岩区和硅酸盐岩区各选择几个较具代表性的农作区作为研究对象，对每个点分别采集土壤样和农作物样，其中土壤样中又可分为深层土与浅层土，相关数据如表1所示。表1采样点及相关数据列表岩性采样地点As含量（mg/kg）Hg含量（mg/kg）Org.CPH备注深土浅土作物深土浅土作物深土浅土深土浅土碳酸盐岩湄潭河嘴22.5619.630.0990.262.580.0060.691.166.636.85水稻0.0620.0025马铃薯遵义海龙9.9315.070.710.060.190.00590.511.385.457.65辣椒遵义虾子13.8613.620.690.130.170.0201.221.607.276.48辣椒花溪党武37.1721.490.1930.240.120.00170.841.377.626.74辣椒大方响水106.1130.620.350.400.240.00220.591.947.337.55辣椒硅酸盐岩榕江忠诚4.515.880.200.100.10/0.631.175.395.31水稻江口茶寨3.32/0.100.0030.795.81水稻湄潭茅坝4.488.180.060.060.130.0051.002.387.997.98水稻0.250.010马铃薯0.340.013辣椒赤水大同2.384.680.250.040.05/0.340.335.415.61水稻开阳禾丰5.889.930.070.080.09/2.291.175.606.50水稻威宁炉山1.472.010.1490.050.070.005521.021.705.925.98马铃薯注：土壤样分析单位：中科院地球物理地球化学研究所中心实验室水稻样分析单位：贵州省粮油产品质量监督检验站实验室马铃薯、辣椒分析单位：贵州师范大学分析测试中心“”表示项目没有进行检测，“/”表示项目检测不出含量3、土壤中As,Hg元素环境质量评价根据表1中浅层土壤的As,Hg元素的含量，结合当地土壤的PH值环境，再借鉴土壤环境质量标准（GB15618-1995）中关于As,Hg的标准，得出采样点浅层土的Hg,As元素环境质量。11个采样点中只有湄潭河嘴的Hg元素和大方响水的As元素的含量超过土壤环境质量的三级标准，其他各点Hg,As元素含量均符合一、二类土壤的环境要素，可见作为贵州省几个传统的农作区，其土壤的环境质量均属优良。而作为两个仅有的超标项目，大方响水的As元素超标的原因，可以理解为其受土壤成土环境的影响，其深层土中As含量为106.11mg/kg，是各点中本地最高的，而砷元素及相关化合物的地球化学性质较稳定，土壤中As元素受成土母质的影响较严重，故而造成了浅层土中As元素超标；而湄潭河嘴深层土中的Hg元素含量并没有的异常表现，但浅层土中Hg元素超标较为严重，究其原因有可能是其表层土受到了外源物质的污染才导致浅层土壤的Hg元素超标。而且碳酸盐岩区土壤中As,Hg含量普遍高于硅酸盐岩区，这归因为碳酸盐岩类中含有更多的As,Hg，导致了其土壤中相应含量也高于硅酸盐岩区。4、农作物As,Hg含量安全评价根据中华人民共和国农业行业标准NY/T419-2007（绿色食品大米）、NY5220-2004（无公害食品辣椒干）、NY/T5229-2006（绿色食品薯芋类蔬菜），利用这三个标准来评价农作物的品质质量，但该标准中对As的限值是以无机砷来统计的，而农作物中的As却是以总砷计，两者有较大的差别，故而需要进行统一口径，以利于对比。故借鉴中华人民共和国卫生部1994年批准并实施的GB4810-94（食品中砷限量标准）中关于食品中总砷允许限量指标，虽然该标准已经在2005年被新的国标GB2762-2005所取代，但新的国标也是对无机砷来进行限值的，故本次关于农作物As,Hg含量安全的评价依旧采用老的国标，相关限值如表2所示。表2农作物As,Hg元素含量限值表农作物As(mg/kg)Hg(mg/kg)大米0.70.01马铃薯0.50.01辣椒0.70.02由表1中农作物As,Hg元素含量值与表2中的标准进行对比，从而得出农作物中As,Hg元素含量的超标率。本次所采集的14个农作物28项评价项中只有1项超标，总体超标率仅为3.57%，而且仅有的那项As元素超标为遵义海龙的辣椒，而且其超标倍数仅仅为1.014，完全可以将其定为安全食品，并基本可以看做无公害食品。就农作物中As,Hg含量而言，碳酸盐岩区土壤中As,Hg含量虽然明显高于硅酸盐岩区，但在其相应农作物的As,Hg含量上却没有显著的提高。对比三种农作物，其中辣椒相对于其余两种农作物中As,Hg含量更高，这有可能与其生物的特性有关[6]。5农作物对As,Hg元素的生物吸收土壤中的元素是以不同的形态存在的，只有元素的有效部分才能直接为植物所吸收利用。利用植物体（干重）内的元素含量与其所成长的土壤中元素含量的比值，即生物吸收系数来表征植物对土壤中元素的吸收能力。表3所列即为农作物对As,Hg元素的生物吸收系数的统计。表3农作物对As,Hg元素的生物吸收系数统计岩性地点农作物As元素生物吸收系数Hg元素生物吸收系数碳酸盐岩湄潭河嘴水稻0.0050.002马铃薯0.0030.001遵义海龙辣椒0.0470.031遵义虾子辣椒0.0510.117花溪党武辣椒0.0090.014大方响水辣椒0.0110.009硅酸盐岩榕江忠诚水稻0.034/江口茶寨水稻/0.030湄潭茅坝水稻0.0070.038马铃薯0.0310.077辣椒0.0420.1赤水大同水稻0.053/开阳禾丰水稻0.007/威宁炉山马铃薯0.0740.079前人研究表明，As,Hg元素属于生物弱积累和中等摄取元素，其平均生物吸收系数（陆生植物灰分中元素的平均含量与岩石圈中元素的平均含量的比值）为0.n~n。而本次研究中所选取的农作物中As,Hg元素的吸收系数均较小，大部分数值小于0.n，只有遵义虾子和湄潭茅坝辣椒对Hg元素的吸收系数达到0.n的水平，可见这几种农作物都不是亲As,Hg元素的植物，其对As,Hg元素的吸收率较小。综合两岩区的生物吸收系数统计，其硅酸盐岩区水稻对As,Hg两元素的吸收系数较碳酸盐岩区有一定的差别，前者均值分别是后者的1.48倍和1.77倍。就三种农作物而言，水稻对As元素的生物吸收系数大于对Hg元素的生物吸收系数，而马铃薯和辣椒则是对As元素的生物吸收系数小于对Hg元素的生物吸收系数。由于水稻田中As元素的有效性会加强，故水稻对As元素的吸收率也相对较大。6影响农作物对As,Hg元素吸收的因素土壤母质是影响土壤As,Hg元素区域背景值的主要因素,其中汞元素背景值分布的离散性大,在成土母质复杂的土壤间变异系数也比较大[7，8]。对各农作物中As,Hg元素的统计，各农作物中均表现为As含量远大于Hg含量，这于其土壤中As,Hg本底含量成正相关。而且碳酸盐岩区农作物中As,Hg元素含量均较硅酸盐岩区要高，这与两地地质环境背景情况又一致。可见土壤中As,Hg元素背景与农作物对As,Hg元素的吸收是有相关关系的。此外，辣椒中As,Hg含量均大于其他两种农作物，可见其对As,Hg元素的吸收能力较强。而且从贵州几个著名的辣椒产地来统计，辣椒主产与碳酸盐岩地区，其生长土壤表现为较高的有机质含量和PH值偏中性的环境。可见土壤As,Hg含量与作物As,Hg含量的关系因作物品种不同而有较大的差异。在相同的地理和气候条件下,土壤的pH、Eh值是控制土壤As,Hg元素垂向分布的重要条件之一。元素在土壤中的有效部分是随土壤中各项理化性质所决定的，并以此作用于植物体，本文仅从有机质含量、PH值两方面来考量作物对As,H