1、东北地区黑土与主要粮食作物汞含量及影响因素分析第 22 卷第 4 期20O6 年 11 月农业系统科学与综合研究SYSIEMSCIENCESANDCOMPRHENSIVESrUDIESINAGRICUL1UREV01.22.No.4NOV.,2OO6东北地区黑土与主要粮食作物汞含量及影响因素分析曹会聪,王金达,张学林(1.中国科学院东北地理与农业生态研究所,吉林长春 130012;2.中国科学院研究生院,北京 100039)摘要:调查了吉林省榆树市黑土的汞含量状况,并分析了土壤及粮食作物的汞含量的影响因素结果表明,研究区内各样点的土壤汞含量基本都高于本地汞含量的平均背景值,但各采样点的土壤汞含
2、量均未超出国家土壤环境质量的标准限值.研究区各样点玉米籽粒均未受到汞污染.土壤汞含量与 pH 值具有显着负相关关系,玉米籽粒的汞含量受土壤有机质的重要影响.图 3,表 2,参 l2.关键词:汞;黑土;玉米;榆树市中图分类号:X503.231 文献标识码:A 文章编号:1001 0068(2006)04029204InfluencingFactorsandHgConcentrationinBlackS0ilandMaizeinNortheastChinaCAOHuicong一,WANGinda,ZHANGXuelin(1.NonheastInstituteofGeographyandAgricu
3、lturcdEcology,ChineseAcademyofScierwes,Changchwt130012,;2.GraduatehoolofChineseAcademyofSciences.8eiji,g100039,Ch/na)Abstract:Hg(mercury)concentrationofblacksoilinYushucityofJilinProvincewasinvestigated,andinfluencingfat:tomwereanalyzed.TheresultsshowedthatHgconcentrationsinsoilsampleswerehigherthan
4、thesettingmeanoftheregion,buttheywerelowerthanthenationalstandardvalue.Maizev-insampledWaSnotcontaminatedbymercury.TherewasasignificantlynegativecorrelationbetweenHgconcentrationandpHofsoil.OrganicmattercontentofblacksoilisanimportantfactorinfluencingHgcontentinmaizegrain.Keywords:mercury;blacksoil;
5、maize;Yushucity汞是一种全球性污染物,具有极强的生理毒性,因此受到广泛重视.汞是对植物生长发育和人类健康造成极大危害的环境污染元素,农田土壤一旦遭受汞污染,汞将大部分残留于土壤中,且对农作物构成严重的危害 l3,并通过食物链危害人类健康 H.汞以微量广泛分布在岩石,土壤,大气,水和生物之中.土壤汞的来源受两方面的因素制约:一方面是受自然作用形成的原生环境所制约而表现为土壤汞的背景分布,另一方面是受人类活动造成的次生环境所制约.背景汞含量主要来源于成土母岩,同时受土壤中胶体成分,有机质含量,土壤形成过程的物理化学条件控制,不同地区和不同类型的土壤含汞量有一定的差异.土壤的自然含汞量
6、在 0.005mg/kg0.100mg/kgl5,中值为0.038mg/kg.东北黑土区地处北纬的中纬度地带,主要分布于黑龙江,吉林两省中部,是世界仅有的 3 大黑土区之一,也是我国重要的商品粮基地.东北地区土壤(A 层 )汞含量背景值为 0.037mg/kg,吉林省土壤(A 层) 汞含量背景值 0.0415mg/kg,黑土表层土的汞含量平均背景值为 0.039mg/kgl6J.人类活动释放出来的汞不断地叠加在土壤汞的背景之上,而使土壤汞的分布复杂化和形成土壤汞污染的区域差异.在此以吉林省榆树市为例初步研究了东北黑土土壤汞的空间分布特征及主要农作物玉米籽粒的汞含量,并对其主要影响因素进行分析,
7、为研究土壤汞污染及其防治提供参考依据.1 材料和方法1.1 样品采集样品采自吉林省榆树市,榆树市位于吉林省黑土地带的中北部,2004 年 l0 月对榆树市及城郊的农田土壤和主要农产品汞污染状况进行了调查.研究区共布设 20 个样点,用 GPS 进行定位,采样点基本覆盖了吉林省榆树市的黑土分布区,点位如图 l 所示.在每个采样点分别选择 3 块不同的样地,采集 0cm20cm 的表层土壤,每个样品采集土壤1kg;同时在相应样地中分别采集部分玉米籽粒,玉米为研究区各样点的主要粮食作物.共采集 60个土壤样品和 6o 个玉米样品.收稿日期:20050808;修回日期:2oo607 一 l7.基金项目
8、:国家重点基础研究发展规划项目(2004C1M1850407);lI|圉科学院知识创新 L 程霞大项目(C08H10)第一作者简介:曹会聪(19“/9 一).女,在读博士,研究方向为环境生态与生物地球化学.第 4 期曹会聪等:东北地区黑土与主要粮食作物汞含量及影响因素分析 293八号龙弓棚子恩育先家八家,五棵树刘家0,秀水榆树市南门靳家福安榆树市大坡保寿o3060(kin)长春一J/黑土区采样点研究区地理位置图 l 采样点分布样品采集后放入 zipk 聚乙烯袋中,密封以防止样品的污染.每个点的 3 个样品混合为一个样品.土壤样品在室温下自然风干,用球磨机磨碎,过 80 目筛,密封待测.同时将粮
9、食样品自然风干,磨碎,密封待测.1.2 样品测定土壤样品用 v,O 一 HzSO4 一 HNO3 法消解,F732 一 V 智能型冷原子吸收测汞仪测定总汞.用同样的方法测定空白,测定精确度用土壤标准样品(ESS1)进行检验.有机质采用 KCr107 一 FeSO4测定.pH 用水提法,水土比为 5:l,pH 计测定.粮食样品用 HNO 一 HC104 法消解,F/32 一 V 智能型冷原子吸收测汞仪测定总汞.2 结果与分析2.1 土壤土壤样品含量的调查结果表明,各样点的土壤汞含量基本都高于吉林省土壤(A 层)汞含量及黑土表层土的汞含量平均背景值,只有位于榆树市北部的大岭镇土壤汞含量相对较小,其
10、值为0.0342mg/kg,低于平均背景值(表 l,图 2).可表 l 榆树市农 Itt+t11-3i 米籽粒的汞含量情况 mg/kg|,|,161412l0饕 s64200.0000.0020.004n006nO08Q0l00.012n014图 2 土壤和粮食汞含量水平分布频数聍大星红农业系统科学与综合研究第 22 卷能是因为多数采样点位于各乡镇的行政村,农田土壤汞含量与农药使用有直接关系.其中榆树市区及其近郊的环城,靳家,福安和闵家镇的汞含量较高(图 3),其值均高于 0.05mg/kg.分析原因,可能与垃圾堆放和农药使用有关,因为这几个采样点位于城市市区和近郊,临近垃圾堆放地,垃圾堆放过
11、程中会对土壤环境产生影响.同时,农药的使用对农田土壤汞的累积贡献也较大.汞含量最高的为环城乡,其汞含量达到 0.0703mg/kg,约为土壤汞含量背景值的 2 倍.但各采样点的土壤汞含量均未超出国家土壤环境质量的标准限值(GB156181995),故均未受到汞污染.一,Ll_1|J_05.,-一_I95|,.,一126.15126.25126.35126.45126.55126.65a 土壤 b 粮食图 3 土壤和粮食汞含量水平分布0.O13O.Ol2O.Oll0.010O.oo9O.oo7O.oo7O.oo5O.oo5O.oo4O.oo3O.0o2O.ool当前,许多城市已开展了土壤汞污染的
12、研究.从研究结果来看,吉林省长春市土壤汞含量均值为0.097rag/kg,辽宁省沈阳市的范围值为 0.067mg/kg1.6mkg,北京市均值为 0.509mg/kg_7.榆树市区的土壤汞含量均值为 0.0522mg/kg,与其它各城市对比,其土壤汞含量相对较低,土壤汞含量在世界土壤汞含量范围之内(0.030mg/kg0.100nag/kg),与华盛顿(0.155mg/kg0.244mg/kg)和西雅(0.029mg/kg0.133mg/kg)相比也是比较低的,同时还低于纽约市(0.117mg/kg)的土壤汞含量.可见,土壤汞含量北京辽宁华盛顿纽约西雅图长春榆树,人口密集的城市土壤汞含量高于人
13、口较少的县级市.2.2 粮食2.2.1 玉米籽粒的含汞量.所有植物中都含有微量汞,大多数植物中汞的自然含量为 0.001mg/kg0.100mg/kg 其中木本植物含汞较高为0.020mg/kg0.140mg/kg),依次是粮食作物,叶菜类,果菜类和块茎类.对玉米籽粒样品的分析结果表明,20 个不同地点生产的玉米籽粒样品的含汞量均未超过我国食品卫生标准(GB276281)规定的粮食中汞的允许量,且各采样点(除秀水外)玉米籽粒的汞含量明显低于其背景值(图2),秀水和大镇的汞含量相对较高(图 3).榆树市各采样点的玉米籽粒还未受到汞的污染.2.2.2 玉米籽粒汞富集程度与土壤汞含量及其理化指标的关
14、系.分析结果表明,各采样点土壤汞含量与相应玉米籽粒样品中的汞含量之间未呈现明显的相关性.说明玉米籽粒中的汞含量并非完全来源于土壤,可能受大气汞污染的影响,但所调查各样点的玉米籽粒均未受到汞污染.玉米籽粒的汞含量与土壤有机质含量(2.023.33)呈现显着的负相关(r=一 0.495,P=0.05);与土壤 pH 值(5.79 6.71)表现为负相关,但相关性不明显.可见,玉米籽粒的汞含量受土壤有机质的重要影响,而二匕壤 pH 值和土壤含汞量对其影响相对较小.表 2 土壤汞含量与其理化指标及玉米籽粒汞含量的关系注:*在 p=O.05 水平上显着相关,*在 p=0.10 水平上显着相关.2.3 土
15、壤汞含量的影响因素土壤中汞含量的大小受土壤结构,土壤性质,土地利用状况等的影响.土壤母质本身含汞,不同母质,母岩形成的土壤其含汞量存在很大差异,研究区域的土壤属典型黑土,其土壤汞的背景值为0.039(mg/kg_)6.其次,植物中汞的含量与负荷O6284O6284 嘶=gOO00OOOO0O一,l_一蠢黼,l 一,一雾孽雾第 4 期曹会聪等:东北地区黑土与主要粮食作物汞含量及影响因素分析 295对土壤中汞的含量有影响,植物可以通过气孑 L 吸收大气中的元素汞;颗粒汞和活性汞可以沉降到叶面,并被植物吸收,通过叶面流和枯落物等方式回到土壤.在表层汞含量的差异还与土壤汞的释放以及土壤水的迁移有关,土
16、壤向大气释放的汞部分被植物吸收,又回到土壤.土壤 pH 值和有机质也是汞含量的重要影响因素.由表 2 可见,对土壤汞含量与 pH 值进行相关分析表明,二者具有显着的负相关关系(r=一0.443,P=0.10).土壤有机质对汞具有较强的吸附能力,一般土壤表层有机质的含量相对较高,使汞不容易向底层迁移.研究区土壤汞含量与其有机质呈现正相关,但相关性不显着.土壤 pH 值与有机质之间显着正相关(r=0.493,P=0.05), 说明在一定范围内,随土壤 pH 值的增大,其有机质含量也随之增加.此外,人类的生产活动如污水灌溉,亏泥施肥,有机汞农药的施用等引起部分地区的土壤汞含量增加_l 引.首先,矿区
17、,工厂含有 Hg,cd 等重金属的污水未经处理任意排放,灌溉后易使附近农田遭受污染.研究表明,我国氯碱厂每年排污废水中的汞为 2.89t3.40t1,由污水灌溉引起的土壤汞污染已相当严重;其次,含重金属的污泥在用作肥料时如长期施用或施用不当,会导致土壤中重金属积累,造成农田土壤污染,进而使农作物遭受污染,含有机汞的农药,肥料施用也能引起土壤汞的污染;同时,一些含有较高重金属的固体废弃物或矿砂堆积是农业环境中的重金属污染源,如城市近郊含汞废弃物的堆积,由于雨水的冲洗及径流冲刷,下渗对土壤造成一定的汞污染.已有研究结果表明,垃圾中的汞主要来自电池,体温计,日光灯等,垃圾中含汞量高达 0.52mg/
18、kg_l,这些垃圾的堆放或施入农田后会危害土壤.3 结论研究区内各样点的土壤汞含量基本都高于本地汞含量的平均背景值,榆树市区及其近郊的环城,靳家,福安和闵家镇的汞含量较高,但各采样点的土壤汞含量均未超标.榆树市区与长春,沈阳市相比,其土壤汞含量较低.土壤汞含量与 pH 值具有显着负相关关系.土壤汞含量与其有机质含量呈现正相关,但相关性不显着.玉米籽粒含汞量均未超过我国食品卫生标准中规定的允许量,研究区各样点的玉米未受到汞的污染.玉米籽粒的汞含量受土壤有机质的重要影响,而土壤 pH 值和土壤含汞量对其影响相对较小.参考文献:1BoeningDW.EcologicalEffects,Transport,andFateofMemury:aGeneralReviewJJ.Chemosphere,2000,40:13351351.2PilgrinlW,WSchroeder,DBPorcella.DevelopihgConsensus:MewuryScienceandPolicyintheNAFFACountries(Canada,theUnitedStatesandMeco)lJJ.ScienceofTotalEnvironment,
