南四湖地区土壤和水稻中重金属分布特征、来源及风险研究

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汞是一种全球性的污染物,具有不可降解性、易迁移性和生物累积等特性。汞可通过食物链不断地在生物体内富集,甚至转化为毒性更大的甲基化合物,最终在人体内蓄积。水稻是重要的粮食作物之一,稻米对汞尤其是甲基汞有较强的富集能力,环境中的汞进入水稻体内可影响其正常生长。此外,稻田土壤中的其它重金属在土壤中累积到一定程度也会进入水稻植株,进而通过食物链进入人体,造成危害。  目前,国内对于水稻中汞的研究还处于起步阶段,并且大都分布在汞含量较高的贵州等汞矿区,对于分布较广泛的低汞暴露区,关于稻田生态系统中汞含量的研究较少。稻田土壤特殊的生态环境有利于重金属的累积,但是现阶段南四湖重金属污染研究多数集中于表层沉积物和水环境,几乎没有涉及到该地区稻田土壤中重金属的污染研究。因此,迫切需要对该地区稻田生态系统中重金属含量及污染水平进行分析。  本文在低汞暴露的山东省主要水稻生产基地—南四湖地区作为实验点,采集市中区(SZ)、清河镇(QH)、西支(XZ)、西平乡(WS)、嘉祥县金屯镇(JX)和济宁市任城区(TF)水稻主产地的水稻植株(根、茎、叶、稻壳、米糠、糙米和精米)、灌溉水、稻田土壤、大气沉降和化肥,测量水稻植株及其生长环境中汞含量以及稻田土壤中的重金属含量。  研究结果如下:  (1)作为低汞暴露区,南四湖地区六个典型水稻种植地(SZ、QH、XZ、WS、JX和TF)中稻米没有受到重金属汞的污染。其中米糠中汞含量约是精米的7.2倍,有27.6%的米糠汞含量超过国家规定的稻米汞食用限值。与2008年的研究结果相比较,本研究中精米、糙米、米糠和稻壳中汞含量均明显降低(P<0.05)。  (2)南四湖地区水稻植株中汞的分布为:叶>根>壳>糠>茎>糙米>精米。水稻叶和根中汞含量远远高于其它部位汞含量(P<0.05),其中WS地区叶和稻田土壤中汞浓度最高。  (3)采用危险商法对南四湖地区稻米可食部分进行人体健康风险评价结果显示该地区稻米对人体非致癌风险极小。  (4)主成分分析(PCA)结果显示大气沉降中汞是水稻叶汞来源的重要影响因素,稻田土壤中汞是水稻根、茎和米糠中汞来源的重要影响因素,肥料中汞是精米中汞来源的重要影响因素。在土壤、灌溉水、肥料和大气沉降这四个环境因素中,肥料中汞含量占主要地位,且水稻中汞含量和基因型有关。  (5)南四湖地区稻田土壤重金属镉、铬、铜、镍、锰、锌、砷和铅(Cd、Cr、Cu、Ni、Mn、Zn、As、Pb)与国家土壤环境质量二级标准比较,Cd在XZ地区有两个样点超标。SZ、QH和XZ三地受污染情况明显高于WS、JX和TF三地。  (6)由潜在生态风险系数(Ri)评价法可知除Cd之外,其余重金属属于轻度生态危害;Cd在TF区域属于轻度生态危害,在SZ、QH、WS、JX四个区域处于中度生态危害,在XZ地区属于强度生态危害;六样点地潜在生态危害指数(RI)由大到小为:XZ> QH> SZ> JX>WS>TF,只有XZ地区属于中度生态危害,其余各地处于轻度生态危害。  (7)采用内梅罗综合污染指数法评价南四湖稻田土壤生态风险,六个采样点污染程度为XZ> QH> SZ>WS> JX=TF。XZ地区受污染程度最严重,其中XZ-2处于重度污染,QH地区为中度污染范畴,JX和TF两地属于轻度污染。  (8)地积累指数评价结果显示,南四湖地区稻田土壤没有受到重金属As、Zn和Pb污染,受Ni、Mn、Cu、Cr轻微污染,QH地区受Cd污染较严重。南四湖地区受重金属污染程度为Cd> Cr> Cu> Ni Mn> Zn> Pb>As。  本论文系统全面地分析了南四湖地区水稻整植株中汞的含量、分布和来源,研究结果将为南四湖地区水稻中汞的研究提供基础数据支持;对该地区稻米可食部分做食用健康风险评价,为本地区稻米食用提供安全预警;对南四湖地区稻田土壤重金属生态风险进行评价,实验结果对该地区未来水稻重金属研究具有重要意义。
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