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煤矿区果菜类蔬菜重金属富集特征及污染风险评价

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煤矿区果菜类蔬菜重金属富集特征及污染风险评价

pnbsp;. nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;, nbsp; nbsp; nbsp;.( nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;) nbsp; ( nbsp; nbsp; nbsp;)2018 , 38(5) 064 nbsp;03707 nbsp; nbsp; nbsp; 2018-02-27 nbsp; nbsp; 2018-03-22 nbsp; nbsp; 高杨(1979-) ,男(汉) ,安徽宿州人 ,硕士 ,讲师 ,研究方向 资源与环境 nbsp; nbsp; 安徽高校省级自然科学研究重点项目(KJ2014A251) ;宿州学院优秀学术技术骨干项目(2016XJGG10) ;安徽高校省级人文社会 科学研究重点项目(SK2016A0995) ;宿州学院重点科研项目(2016yzd07) nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; , nbsp; , nbsp; nbsp;(宿州学院 环境与测绘工程学院 ,安徽宿州 234000) nbsp; [ nbsp; ] nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;。 [ nbsp; ] nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; , nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;( nbsp; 、 nbsp; nbsp; nbsp;) nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; , nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; , nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;。 [ nbsp; ] nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;Cd、Cr nbsp;Ni nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; , nbsp; nbsp;0.347mgkg -1 、 72.614mgkg -1 nbsp;41.189mgkg -1 ,Pb nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;, nbsp;17.125mgkg -1 ; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; , nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;, nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; , nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; ; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;Cd>Pb>Ni>Cr , nbsp; nbsp; Cd nbsp; nbsp; nbsp; , nbsp;0.565 , nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;Pb>Ni>Cd>Cr , nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; , nbsp;Pb nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;, nbsp;0.861 ; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;, nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;, nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; ; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;Cd、Cr nbsp;Ni nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;, nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; Pb nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;。 [ nbsp; ] nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; , nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;。 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;; nbsp; nbsp; nbsp;; nbsp; nbsp;; nbsp; nbsp; ; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;X835 nbsp; nbsp; nbsp; A nbsp; nbsp; nbsp; 1671-8151(2018)05-0064-07 nbsp; nbsp; 10.13842/j .cnki .issn1671-8151 . 201802013 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;, nbsp; nbsp; , nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;( nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; , nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; , nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; , nbsp; nbsp; nbsp;) nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; [Objective]Thisstudywasaimedtorecognizethemigrationroutes ,enrichmentcharacteristics ,andpollution hazardsofheavymetalsinvegetationnearcoalmines .[s]ThesampleswerecollectednearQiNancoalmines , andheavymetalcontentsinthesoilanddifferentorgansoffruitsvegetables (cowpea ,eggplant ,andpepper)wereana- lyzed .Richnessofheavymetalsatrootsystemandtransportationabilityinthefruitsindifferentvegetableswerecom - pared .Pollutionlevelsandhealthrisksofheavymetalinediblepartsofvegetableswereuatedbyusingthecompre- hensivepollutionindsandheavymetalexposureriskinds . [Results]Resultsindicatedthattheaveragecontents ofCd ,Cr ,andNiat 0 . 347mgkg -1 ,72 . 614mgkg -1 ,and 41 . 189mgkg -1 ,respectively ,insoilofcoalminingarea werehigherthantheaverageoccurrencuesinAnhuiprovinceandtheaveragecontentofPdat 17 . 125mgkg -1 was lowerthantheprovincialaveragues .Asignificantdifferenceofheavymetalcontentswasobservedindifferentor- gansoffruitvegetables .Thecontentsofheavymetalsinvegetableleavesandrootswereobviouslyhigher ,whileitwas thelowestinthefruitsofvegetables ,andthelevelsofheavymetalsrichnesswerevariousindifferentvegetablevarie- ties .TheorderofrichnesscapacityintherootofvegetablesforthesoilheavymetalswasastoCd >Pb>Ni>Cr ,and Cdenrichmentfactorofeggplantwas 0 . 565 .Theleveloftransportcapacityofthevegetablefruitfortheheavymetals oftherootwasastheorderofPb >Ni>Cd>Cr .Thetransfercoefficientsoftheeggplantfruitweresignificantlyhigh- erthanthatofcowpeaandpepper ,andthetransfercoefficientsforPbwasthelargestat 0 . 565 .Heavymetalpollution levelofvegetablesoilinthecoalminingareawasfairlyhigh ,andeggplantwassignificantlyaffectedbyheavypollu- tion ,whilecowpeaandpepperswereeasilyaffectedbyeitherlightormoderatepollution .Noobvioushealthriskwas observedforresidentsincoalmineareathroughtheintakeofCd ,CrandNifromvegetables ,butitmightbeharmfulto thehealththroughtheintakeofPb .[Conclusion]Thereweresignificantdifferencesinthecharacteristicsofheavymetalen- richmentinfruitsvegetables ,andthevegetablesincoalminingareaswerecontaminatedbyheavymetalsatvariouslevels . nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; Coalminingarea ,Fruitvegetables ,Heavymetal ,Enrichmentcharacteristics ,Pollutionriskassessment随着工业化进程的推进 ,各项生产活动中废物 的排放 、居民生活垃圾的堆积以及农药、化肥等化 工产品不合理的使用 ,都会带来土壤中重金属的积 累 [1 , 2] ,富集到土壤中的重金属使土壤环境恶化的 同时 ,又通过各种形式向地表其它地区或圈层转 移 ,包括通过淋溶作用迁移至临近地区土壤或水 体 ,通过植物根系吸收转移至生物圈等 ,被植物吸 收的重金属元素就有可能通过食物链的形式最终 给人类健康带来危害 [3 , 4] 。蔬菜作为日常生活中 最常见和最重要的食品之一 ,受重金属污染影响状 况必然受到关注 ,此类研究从多方面开展 ,较多研 究从不同类型地区蔬菜重金属污染状况进行 ,包括 各类工矿区 [5 ~ 8] 、城市不同功能区 [9] 、城郊地 区 [10 、11] 等多种地区的蔬菜重金属污染调查与评 价 ,目前 ,重金属在土壤与蔬菜间的迁移 、转换和富 集特征研究逐渐增多 ,包括蔬菜可食部分重金属富 集特征研究 [12 ~ 15] 、蔬菜不同器官重金属迁移转运 规律研究 [16 , 17] 等 ,另外还有针对特定蔬菜种类或 蔬菜中某一重金属元素的单项评价研究 [18 ~ 20] 。由 于受重金属污染源 、形态特征、迁移方式及蔬菜不 同生理特性等多种因素的影响 ,各类研究结果呈现 出明显的空间分异特征 ,鲜有对煤矿区蔬菜重金属 迁移转换研究与评价 ,选择宿州市祁南煤矿区为研 究区 ,通过对样区菜地土壤及果菜类蔬菜进行采样 测定 ,进行菜地土壤和蔬菜的重金属污染状况评 价 ,并探讨果菜类蔬菜不同组织器官的重金属分布 差异及转移富集特征 ,以期为煤矿区蔬菜种植选择 和农产品安全生产提供一定参考 。 nbsp; nbsp; nbsp; 宿州市位于安徽省北部 ,地处暖温带半湿润季 风气候区 ,气候温和 ,四季分明 ,年平均气温为 14.5 ℃ ,年均降水量为 850mm左右 ,年内分配不 均。全市农业用地面积76.87万hm 2 ,其中蔬菜种 植面积8.36万hm 2 , 2016年蔬菜产量319.72万t , 常年主栽蔬菜品种 30种左右 ,其中果菜类蔬菜主 要有辣椒、黄瓜、茄子、豆角、番茄、南瓜等。宿州市 地下煤炭资源储量丰富 ,煤种齐全、质地优良 ,已探 明储量26.8亿t ,煤炭储存面积占全市面积的五分 之一。祁南煤矿坐落在宿州市埇桥区南部的蕲县 镇 ,距市区约22km ,蕲县镇地下矿产资源丰富 ,境 内煤炭探明储量5.4亿t ,蔬菜种植是蕲县镇农业 结构中的传统产业类型 ,区内 50%以上农户既经 营粮食作物又种植蔬菜。 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;. nbsp; nbsp; nbsp; 样品采集于2016年 9月在祁南煤矿区进行 , 以煤矿生产区为中心选择周边 300m范围内不同 位置蔬菜种植成片区域 ,采集种植类别较为普遍的 豆角( nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; )、茄子( nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; - nbsp; nbsp; nbsp;)和辣椒( nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; )三种果蔬类蔬 菜样品各8株 ,在每个植株采样点采集土壤样品 时 ,在植株附近 0.5 m的范围内采集 3处 0 ~ 20cm的土壤进行多点混合 ,完成一个土壤样品的 采集 ,并把土壤样品和植株不同组织器官(根、茎、 叶和果实)分别保存于自封袋内。共采集土壤样品 24个 ,植株不同组织器官样品24组。 nbsp;. nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;带回实验室的土壤样品经室内避光环境 10 ~ 15d自然风干后 ,剔除杂质碾磨过 100目尼龙筛 , 过筛后的土壤样品经HCl-HNO3-HF-HClO4 消 解 ,并定容至100mL以备重金属含量测定。蔬菜 样品先用自来水清洗泥土等杂质 ,再用去离子水冲 洗3遍 ,放入烘箱110 ℃杀青30min ,其后在65 ℃ 充分烘干至恒重 ,将烘干后的样品粉碎碾磨过过 60目尼龙筛 ,过筛后的蔬菜样品采用 HNO3- HClO4消解并定容待测。土壤和蔬菜样品重金属 含量的测定均采用原子吸收分光光度法测定(仪器 型号TAS -990FG ,普析通用 ,北京)。为保证测 试精确度 ,实验分析过程中使用器皿均经过 10% 稀硝酸溶液浸泡 24h后的 3次去离子水清洗 ,样 5 6 38(5) 高杨等 煤矿区果菜类蔬菜重金属富集特征及污染风险评价 品处理过程均使用优级纯试剂 ,为进行样品测定的 质量控制还插入了土壤标样(GSS -3)和植物标样 (GSV -3)进行对比试验 ,测试结果符合要求。 nbsp;. nbsp; nbsp; nbsp;2.3.1 富集系数与转运系数 富集系数是通过植物体某重金属含量与土壤 中该重金属含量的比值来反映植物器官对土壤重 金属吸收积累的能力 [21] ,分析中可用来评价煤矿 区蔬菜根部对土壤重金属的积累情况 ,计算公 式为 nbsp; nbsp; = nbsp; / nbsp; (1) 式中 , nbsp; nbsp; 为根部富集系数 , nbsp; 为蔬菜根部重金 属含量 , nbsp; 为菜地土壤重金属含量 , nbsp; nbsp; 越大 ,说 明蔬菜根部对土壤重金属的吸收积累能力越大 ,抗 重金属污染能力较弱 [22] 。 转运系数是通过植物地上部分器官与植物地 下根部该重金属含量的比值反映重金属从根部向 地上植物器官迁移转运的能力 [23] ,分析中用来评 价果菜类蔬菜中根部向可食部分的转运情况 ,计算 公式为 nbsp; nbsp;= nbsp; / nbsp;(2) 式中 , nbsp; nbsp;为根部富集系数 , nbsp; 为蔬菜果实重金属 含量 , nbsp; 为蔬菜根部重金属含量 , nbsp; nbsp;越大 ,说明 蔬菜根部向蔬菜果实迁移转运能力越大 。 2.3.2 综合污染指数 综合污染指数法 [24] 最初主要应用于土壤或 沉积物重金属污染评价 ,当前也广泛应用于蔬菜 重金属污染评价 [13 , 25 ~ 26] ,该方法以单因子污染指 数为基础 ,综合评估整体污染水平 ,且评价中突 出最大污染强度的单因子产生的影响 ,计算公 式为 nbsp; = nbsp; / nbsp; (3) nbsp;综 = ( nbsp;max 2 + nbsp; nbsp; 2 )/2 (4) 式中 , nbsp; 和 nbsp;综分别为单项因子污染指数和综合 污染指数 , nbsp;为土壤或蔬菜中第 nbsp;种重金属元素实 测值 , nbsp; 在评价土壤时为土壤环境背景值 ,在评价 蔬菜可食部分时参考中国食品安全国家标准中食 品中污染物限量(GB2762 - 2012)限量值 ,Pb 、 Cd、Cr和 Ni在果菜类蔬菜的限量值分别为 0.2mgkg - 1 、0.1 mg kg -1 、0.5 mg kg -1 和 1mgkg -1 , nbsp; nbsp;和 nbsp; nbsp;分别为各单项因子污染指 数的最大值和平均值。污染等级划分标准参照 表1。 nbsp;1 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;Ratingstandardsofcomprehensivepollutionindex 污染等级 Pollutionlevel 安全 Security 警戒级 Alertlevel 轻污染 Mildpollution 中污染 Moderatepollution 重污染 Heavypollution 单项污染指数 Pi ≤ 0 剟 z .7 0 觋 儋 .7 <Pi ≤ 1 1 <Pi ≤ 2 S 2 <Pi ≤ 3 噰 Pi> 3 nbsp;综合污染指数 P综 ≤ 0 觋 # .7 0 觋 觋 .7 <P综 ≤ 1 1 <P综 ≤ 2 { 2 <P综 ≤ 3 觋 P综 > 3 垐 2.3.3 重金属暴露风险指数 重金属暴露风险指数 [27] 是通过食用蔬菜引起 重金属摄入产生有害健康效应而造成等效伤害的 危险度指数 ,主要根据重金属平均摄入量和污染物 暴露参考剂量的对比评价受重金属污染地区居民 的健康风险 ,计算公式为 nbsp; nbsp;= nbsp; nbsp; / nbsp; nbsp;(5) nbsp; nbsp; = ( nbsp; nbsp; nbsp; )/ nbsp; (6) 式中 , nbsp; nbsp;为重金属暴露风险指数 , nbsp; nbsp; 为通过 蔬菜进入人体的重金属平均日摄入量 , nbsp; nbsp;为重 金属污染物在某种暴露途径下的日参考剂量 ,Pb、 Cd、Cr和Ni分别为4 μ gkg -1 d -1 、 1 μ gkg -1 d -1 、 3 μ gkg -1 d - 1 和 20 μ gkg -1 d -1 ,参考剂量来源 于美国国家环保局(USEPA) [28] , nbsp; nbsp;为蔬菜摄入 率 ,根据中国居民膳食指南(2016)中建议每人保 证每天摄入300~ 500g蔬菜 ,取最低限 300g , nbsp; 为蔬菜可食部分重金属含量 , nbsp; 为人体平均体 重 ,按 60kg计算。 nbsp; nbsp;值小于 1 ,说明对人体没 有明显健康风险 , nbsp; nbsp;值大于 1 ,说明存在一定健 康风险 ,且 nbsp; nbsp;越大 ,健康风险等级越高。 6 6 山西农业大学学报(自然科学版) 2018 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;. nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;采样点土壤重金属含量统计如表2所示 ,可见 Pb、Cd、Cr和 Ni的含量范围分别为 7.743 ~ 35.798 mg kg - 1 、0.182 ~ 0.678 mg kg -1 、 47.757~99.402mgkg -1 、和 23.837 ~ 78.585 mg kg -1 ,平均含量分别为 17.125 mg kg -1 、 0.347mgkg -1 、72.614mgkg -1 和 41.189mg kg -1 ,对比安徽省土壤重金属含量的背景值 [29] , Cd、Cr和Ni的平均含量明显高于背景值 ,其中所 有采样点的Cd含量均高于背景值 ,Pb的平均值 低于背景值 ,有部分样点的含量高于背景值 。从重 金属含量的变异系数看 ,Pb和Cd的变异系数超 过了30% ,分别为 34.64%和 37.11% ,属强变异 , Cr和Ni的变异系数分别为 19.77% 、28.29% ,处 于10% ~30%的中等强度变异 ,说明矿区菜地土 壤重金属分布可能受到矿区生产活动 、不同蔬菜类 型生理特性等因素的影响和干扰 。 nbsp;2 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; /mgkg -1 nbsp; nbsp; nbsp; Heavymetalcontentsinvegetablesoilaroundcoal miningarea 元素 Elements 平均值 Average 最大值 Max 最小值 Min 标准差 Standard deviation 变异系数/% Coefficientof variation 安徽省背景值 Backgroud valueinAnhui Pb 17 觋 觋 .125 35 觋 觋 .798 7 觋 觋 .743 5 .933 34 觋 * .64 26 枛 崓 .6 Cd 0 觋 觋 .347 0 觋 觋 .678 0 觋 觋 .182 0 .129 37 觋 * .11 0 枛 崓 .097 Cr 72 觋 觋 .614 99 觋 觋 .402 47 觋 觋 .757 14 .357 19 觋 * .77 67 枛 崓 .5 Ni 41 觋 觋 .189 78 觋 觋 .585 23 觋 觋 .837 11 .655 28 觋 * .29 29 枛 崓 .8 nbsp;. nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;果菜类蔬菜不同器官重金属平均含量分布如 图1所示 ,可见不同蔬菜各器官重金属含量差异明 显。Pb在茄子各组织器官中都有较高的富集表 现 ,其中茄子叶和根含量明显高于其他蔬菜各器 官 ,分别为3.185mgkg - 1 和 1.99mgkg -1 ,在豆 角和辣椒果实中 Pb 含量相对较低 ,分别为 0.459mgkg -1 和 0.711mgkg -1 。Cd含量较高 1 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;. nbsp;Heavymetalcontentsindifferentorgansoffruitvegetables 主要集中在各类蔬菜的叶片 ,辣椒叶和茄子叶较 高 ,分别为 0.259mgkg -1 和 0.257mgkg -1 ,豆角 和辣椒的果实中含量较低 ,分别为 0.015mgkg -1 和0.028mgkg -1 ,而在蔬菜根和茎的含量相差不 7 6 38(5) 高杨等 煤矿区果菜类蔬菜重金属富集特征及污染风险评价 大。Cr在辣椒和豆角的根部含量较高 ,分别为 4.322mgkg -1 和 3.217mgkg -1 ,在这两种蔬菜 的果实中含量较低 ,分别为 0.138 mgkg - 1 和 0.117mgkg -1 ,在茄子的茎和叶的含量要高于其他 两种蔬菜 ,分别为2.18mgkg -1 和2.884mgkg -1 。 Ni在辣椒各器官平均含量都高于其他两种蔬菜 , 辣椒叶含量最高 ,为4.144mgkg -1 ,豆角果实Ni 含量最低 ,为1.096mgkg -1 。通过含量分析可知蔬菜叶和根的重金属含量 明显偏高 ,其中Pb、Cd和Ni在蔬菜叶中的含量为 最高 ,这与相关研究 [30 、31] 中重金属在蔬菜叶的富 集含量较高一致 ,可能存在两方面原因 ,一是蔬菜 叶面单位质量表面积大 ,叶面表面有气孔 ,Pb、Cd 等重金属元素可以通过空气被植物叶所吸收 [32] , 煤矿区工业生产活动频繁 ,存在一定程度的大气污 染 ,可能增加蔬菜叶对大气中重金属的吸收 ,另一 方面植物叶片进行蒸腾作用通过叶面气孔将水分 蒸腾到大气中 ,植物叶面气孔附近失水细胞从根系 及临近叶肉细胞吸水 ,往复循环 ,在吸水蒸腾的作 用过程中 ,蔬菜其他器官的重金属在叶面富集。 Cr在蔬菜根部的含量为最高 ,Pb、Cd和Ni的根部 含量也仅次于蔬菜叶 ,说明蔬菜根同样是重金属富 集作用明显的器官 ,与铜陵矿区周边蔬菜重金属研 究 [6] 中可食部分为根类的蔬菜比果蔬类蔬菜有更 强的富集重金属能力的结论一致 ,植物不同部位对 重金属元素积累的状况不同 ,通常是地下部分明显 高于地上部分 [33] ,植物根系和土壤有充分的接触 , 蔬菜对土壤中重金属元素的吸收最先就是在根部 富集 ,其他地上器官的重金属累积大多是通过根系 的传输 [34] ,一般蔬菜各器官中果实的重金属含量 最低 ,与研究区分析结果吻合 ,但不同蔬菜种类及 各器官形态差异会产生不同重金属富集的表现 ,如 研究中Cd在辣椒及Cr在茄子各器官含量中茎部 分高于根部分。 nbsp;. nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;果菜类蔬菜的根部富集系数和果实转运系数 如表3所示 ,可见各类蔬菜对不同重金属元素的富 集和转运能力存在明显差异。从根部富集系数看 , 蔬菜根部对土壤重金属富集能力大小依次为Cd、 Pb 、Ni和Cr ,其中Cd的根部富集系数远大于其它 三种重金属元素 ,茄子根富集系数最高 ,为 0.565 , 表明蔬菜根部对土壤中Cd吸收富集能力较强 ,另 外茄子根对Pb的吸收能力明显强于豆角和辣椒 , Cr和Ni的富集系数差别不大。从果实转运系数 看 ,蔬菜果实对根部重金属转运能力大小依次为 Pb 、Ni、Cd和Cr ,其中Cr的果实转运系数明显低 于其他重金属 ,说明果实对蔬菜根中Cr的转运能 力较弱。茄子果实对各种重金属的转运系数都远 大于豆角和辣椒 ,对Pb、Cd和Ni的转运系数分别 达到了0.861、0.837和 0.770 ,豆角果实的转运系 数普遍较低。 nbsp;3 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;TherootEnrichmentandfruittransfercoefficientsofheavymetalinfruitvegetable 元素 Elements BCFr TFf 豆角 Vignaunguiculata 茄子 SolanummelongenaL 辣椒 Capsicumannuum 豆角 Vignaunguiculata 茄子 SolanummelongenaL 辣椒 Capsicumannuum Pb 0 a W .061 0 W M .116 0 N D .063 0 觋 .438 0 觋 觋 .861 0 觋 觋 .657 Cd 0 a W .375 0 W M .565 0 N D .429 0 觋 .115 0 觋 觋 .837 0 觋 觋 .188 Cr 0 a W .044 0 W M .029 0 N D .060 0 觋 .036 0 觋 觋 .149 0 觋 觋 .032 Ni 0 a W .054 0 W M .041 0 N D .054 0 觋 .496 0 觋 觋 .770 0 觋 觋 .623 从蔬菜生理学特征分析 ,茄子和辣椒的植株高度都 较低 ,高度一般不超过1m ,豆角是蔓生型作物 ,茎 蔓长度可以达到 3m以上 ,豆角从根系到果实的 转运距离更长 ,使得豆角果实转运系数明显低于茄 子和辣椒 。辣椒属于浅根系作物 ,根系发育较弱 , 也使其抗旱能力弱 ,而茄子根系发达 ,根深可达 50mm ,横向伸展可达 120mm ,根系吸收能力强 , 这种特性解释了茄子的重金属富集 、转运的整体能 力强于辣椒和豆角。 nbsp;. nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;煤矿区菜地土壤和蔬菜果实部分的污染指数 如表4所示 ,土壤的综合污染指数为 2.795 ,为中 8 6 山西农业大学学报(自然科学版) 2018 污染等级水平 ,其中Cd的单项污染指数达到重污 染水平 ,Cr和Ni的单项污染指数为轻污染水平 , 土壤Pb处于安全水平。蔬菜果实的评价结果存 在明显差异 ,茄子的综合污染指数最高 ,达到重污 染水平 ,单项污染因子除Cr外都属轻污染及以上 级别 ,Pd的单项污染指数属重污染 ;豆角和辣椒的 综合污染指数分别为 1.755和 2.695 ,分属轻污染 和中污染等级 ,两种蔬菜的单因子污染指数情况相 似 ,Cd和Cr处于安全水平 ,Ni的单项污染指数都 为轻污染等级 ,Pd的单因子污染指数有一定差别 , 分属中污染和中污染等级 。 nbsp;4 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; Heavymetalpollutionindexinsoilandfruitvege- tablearoundcoalminingarea Pi Pb Cd Cr Ni P综 菜地土壤 0 觋 M .644 3 W M .582 1 热 觋 .076 1 9/ .382 2 ⅱ 槝 .795 豆角果实 2 觋 M .295 0 W M .150 0 热 觋 .234 1 9/ .096 1 ⅱ 槝 .755 茄子果实 8 觋 M .565 1 W M .640 0 热 觋 .616 1 9/ .315 6 ⅱ 槝 .425 辣椒果实 3 觋 M .555 0 W M .280 0 热 觋 .276 1 9/ .379 2 ⅱ 槝 .695 菜地土壤和蔬菜单项因子污染水平并不完全一致 , 尤其Pb的污染水平出现了完全不同的结果 ,在土 壤中处于安全等级 ,在蔬菜中却出现了较高等级的 污染水平 ,分析存在两种可能 ,一是果菜类蔬菜对 土壤中Pb的吸收转运能力很强 ,带来果实中Pb 的高富集 ,二是蔬菜果实中的Pb并不主要来源于 土壤 ,与上述分析蔬菜叶中重金属含量较高原因类 似 ,通过大气环境吸收或蔬菜其他器官转运。 nbsp;. nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; 根据公式(5)和(6)计算通过蔬菜进入人体的 重金属平均日摄入量( nbsp; nbsp; )和重金属暴露风险指 数( nbsp; nbsp;)如表5所示 ,蔬菜的各重金属含量计算时 采用三类蔬菜可食部分的平均值 ,重金属平均日摄 入量从大到小依次为Ni >Pb >Cr >Cd。蔬菜不 同重金属的健康风险存在差异 ,Cd、Cr和Ni的暴 露风险指数都没有大于 1 ,分别为 0.345、0.313和 0.316 ,表明通过蔬菜摄入的这三种重金属对人体 没有明显健康风险 ,而Pb的暴露风险指数最大 , 为1.201 , nbsp; nbsp;值大于 1表示存在健康风险 ,说明 煤矿区居民通过蔬菜摄入重金属Pb可能给身体 健康带来一定危害 ,茄子果实Pb含量高的表现尤 为突出 ,单项污染指数为最高 ,研究区应考虑种植 其它果菜类蔬菜替代茄子。 nbsp;5 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;Intakeandexposure risk index of heavy metal throughfruitvegetableconsumption Pb Cd Cr Ni CDIv/μgkg -1 d -1 4 谮 觋 .805 0 tj .345 0 nbsp;.938 6 觋 觋 .317 RfD/μgkg -1 d -1 4 觋 1 j 3 20 觋 HQv 1 谮 觋 .201 0 tj .345 0 nbsp;.313 0 觋 觋 .316 nbsp; nbsp;(1)祁南煤矿区菜地土壤Cd、Cr和Ni的平均 含量明显高于背景值 ,重金属Pb的平均值低于背 景值 ,变异系数显示Cr和Ni属中等强度变异 ,Pb 和Cd为强变异 ,说明矿区菜地土壤重金属分布受 到矿区生产活动、不同蔬菜类型生理特性等因素的 影响和干扰。 (2)煤矿区果菜类蔬菜不同器官重金属含量差 异明显 ,蔬菜叶和根的重金属含量明显偏高 ,其中 Pb 、Cd和Ni在蔬菜叶中的含量为最高 ,果实的重 金属含量最低 ,不同蔬菜种类会产生不同重金属富 集的表现。 (3)各类蔬菜对不同重金属元素的富集和转运 能力存在明显差异。蔬菜根部对土壤重金属富集 能力大小依次为Cd>Pb>Ni>Cr ,茄子根富集系 数最高 ,茄子根对Pb的吸收能力明显强于豆角和 辣椒。蔬菜果实对根部重金属转运能力大小依次 为Pb>Ni>Cd>Cr ,茄子果实对各种重金属的转 运系数都远大于豆角和辣椒。 (4)煤矿区菜地土壤的综合污染指数显示为为 中污染等级水平。蔬菜果实综合污染评价结/p

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