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非金属矿研究室项目成果(二)

发布时间:2013-10-14 09:56:20 点击次数:120次

萤石矿地区农业环境中氟分布及对稻米的影响

潘金德,李晓春

(浙江省地质矿产研究所,杭州 310007 )


  要:基于萤石矿地区水稻田耕作层土壤、灌溉水、农区环境空气中的含氟量分析,以及相对应的稻米中含氟量检测,进行环境氟与作物氟的相关分析研究。结果表明,调查区域农田耕层土壤中氟含量平均值为678mg/kg,灌溉水含氟化物浓度在平均值0.86mg/L,环境空气中氟化物浓度在0.73~2.0μg/(dm2●d),稻米中平均含氟量1.11 mg/kg。土壤含氟量对稻米含氟量高低的影响显著,灌溉水含氟对稻米含氟量有一定影响作用。

关键词:氟;环境;稻米,土壤;灌溉水


萤石是氟化学工业的主要原料,也是冶炼、建材工业的重要原料来源。我国氟石矿分布区域集中,主要位于浙闽赣、两广、内蒙、湖南、云南等地区。在萤石矿区周边区域,一方面由于氟元素的地质背景值高于其它区域,另一方面受矿石的采矿、选矿与氟化学工业等影响,农业环境中的土壤、水体、环境空气等受到不同程度的氟富集或污染,进而对农作物的生长与质量安全产生影响。

氟在自然界分布很广,在地壳中的含量约为0.078[1]。关于农作物中含氟量与环境土壤、灌溉水、空气中含氟量之间的相关性分析,已有大量的报道,得出的研究结论不尽相同甚至是截然相反的。一种观点认为,土壤和水环境中的氟对种植的食用植物含氟量没有影响[2];不在粮食作物的果实中富集,但在特殊的景观条件下或遭受二次人为污染时,也可造成粮食中氟的较高含量[3];肖远东等[4]研究认为,土壤氟对农作物的影响不是很大,农作物氟污染主要来自大气氟。最近研究报道,在土壤氟污染地区,农作物将受到氟的污染,土壤的总氟与水溶性氟及农作物间有显著相关性[5];农作物生理、生态特征的差异影响农作物吸氟能力,在盆栽条件下水稻、大豆、玉米吸氟能力由强到弱依次为水稻、大豆、玉米[4]

调查高氟地区农业环境中土壤、灌溉水、环境空气及区域内农作物中含氟量分布,研究环境因素、农作物之间的联系规律,对保障农产品质量安全有重要意义。

材料与方法

1.1 供试环境与农作物样本

土壤采自浙中某萤石矿地区水稻田的耕作层,采样层次分别为0~20cm,共采集土壤混合样62组;采集对应稻田灌溉水源(溪、塘、水库)的水质样品24组;环境空气检测点11个。

采集工作区内与土壤采样单元相对应的稻米样本62组。

1.2 研究方法

土壤经风干、磨碎后,选用离子选择电极法测定土壤中总氟含量[6];离子选择电极法测定灌溉水中氟化物浓度[7],石灰滤纸采样氟离子选择电极法测定环境空气中氟化物浓度[8]。糙米样品经干燥、粉碎处理,用氟离子选择电极法测定糙米中氟含量[9]

分别以我国土壤(A层)元素背景值[10]、《农田灌溉水质标准》(GB5084-2005)、《保护农作物的大气污染物最高允许浓度》(GB9137-1988)评价环境土壤、灌溉水、大气的质量现状。

2 结果与分析

2.1 农业环境中氟分布与评价

调查区域农业环境土壤、灌溉水、环境空气中氟含量(浓度)如表1所示。

调查土壤总氟含量平均值678mg/kg,高于我国土壤(A层)背景值478 mg/kg[10],也高于浙江省土壤背景值420 mg/kg[11],表明萤石矿周边区域农田的耕作层土壤已有不同程度的氟累积污染。

调查区域农田灌溉水中氟化物浓度均值为0.86mg/L24个样本中只有1个样本的氟化物浓度超过《农田灌溉水质标准》限值(3.0 mg/L),说明调查区域农田灌溉水源仅个别受到氟污染,且污染程度轻微(单项污染指数为1.03)。

环境空气中氟化物浓度范围为0.73~2.0μg/(dm2d),针对水稻作物的,均低于《保护农作物的大气污染物最高允许浓度》规定的浓度限值10μg/(dm2 d),表明调查区域的环境空气中含有的氟化物不会对水稻生长产生急、慢性伤害。

1 农业环境中氟分布

项目

样本数

最大值

最小值

中位值

平均值

标准差

土壤总氟含量[ mg/kg]

62

1373

409

632

665

177

灌溉水氟化物浓度[ mg/L]

24

3.1

0.05

0.68

0.86

0.70

空气氟化物浓度[ μg/(dm2d)]

11

2.0

0.73

1.0

1.1

0.47

 

    在调查工作区内,对9个主要灌溉小区的灌溉水和对应灌溉土壤中的含氟量(平均值)进行比对分析,结果如图1所示,表明土壤含氟量高低与相应灌溉水的含氟浓度之间无必然的联系规律。


供试糙米中含氟量范围为0.69~1.66 mg/kg,平均含量1.11 mg/kg。按GB2762-2005《食品中污染物限量标准》评判,稻米中有32个样本含氟量超过限量指标(MLs)值1.0 mg/kg,样本超标率51.6%,最大超标倍数为0.66


2.3  环境氟因素对稻米含氟量的影响

稻米与立地土壤中氟含量的分布如图2所示。通过对稻米与立地土壤中氟含量的相关性分析,得出稻米氟含量(y1)与对应土壤氟含量x1的回归方程为:

   y1= 0.0004404x1+0.8156                                       1

对模型(1)的回归式显著性测定结果(2),样本容量n62, 显著性水平α=0.01, 检验值Ft11.50, 大于临界值F(0.01,1,59)7.08,Ft>F(0.01,1,59), 说明此回归方程式关系显著,能很好地反映实际情况,即稻米中氟富集吸收的主要来源是土壤中的氟。






2 稻米与土壤中含氟量分布

 








2   回归式(1)方差分析结果

变异原因

自由度

偏差平方和

均方

Ft

回归分析

1

0.349

0.349

11.50

残差

59

1.791

0.0304

 

   

调查工作区内9个主要灌溉单元(小区)的灌溉水和对应灌溉水稻田稻米中的含氟量(平均值)比较列示于表3中,经Pearson相关分析得到:相关系数r=0.646P0.060;分析结果表明二者之间存在非显著的正相关性。

3 灌溉水、稻米含氟量比较

灌溉单元

灌溉水氟化物

mg/L

糙米氟

mg/kg

1

3.05

1.48

2

0.49

1.22

3

0.71

1.07

4

0.58

1.01

5

0.28

1.00

6

0.27

1.00

7

1.43

0.99

8

1.43

0.93

9

0.60

0.77

 

结论

调查区域水稻田耕作层土壤总氟含量平均值为678mg/kg,高于我国土壤(A层)背景值,耕层土壤以受到不同程度的氟富集;农田灌溉水中含氟浓度基本符合《农田灌溉水质标准》要求,仅个别水源受轻微氟污染;调查灌溉区内土壤含氟量高低与对应灌溉水含氟浓度高低并无必然性联系规律,土壤中氟富集的主要原因是背景值高;农区环境空气中的氟化物浓度低,不会对稻米质量产生影响。

通过环境质量与稻米含氟量的相关分析研究,认为稻米中氟富集吸收的主要来源是土壤中的氟,灌溉水中的氟化物将对稻米含氟量产生一定的影响作用。稻谷对土壤、灌溉水中氟的吸收与富集机理,以及含氟量较高的谷物是否对人体健康产生负面影响等问题,有待于进一步研究。

 

参考文献:

[1]  Loganthan P, Hedley M J. Fertilizer contaminants inNew Zealandgrazed pasture with special reference to Cadmium and fluorine:a review[J]. Australian Journal of Soil Research,2003,41:501-532.

[2]  刘昌汉主编. 地方性氟中毒防治指南[M]. 北京:人民卫生出版社,1988 :11 -12.

[3]  朱法华,张景荣,姚素平.徐州地氟病区植物中氟的分布及其环境意义[J].高校地质学报,2001,(02):39-44.

[4]  肖远东,黄锦勇,欧阳少林,等.萍乡地区土壤氟污染对农作物的影响[J].安徽农业科学,2006,(06):1175,1177.

[5]  柳波,杨晨,吴锡南,等.云南某地土壤-农作物中氟含量的相关性分析[J].昆明医学院学报,2011,(04):43-46.

[6]  叶家瑜,江宝林. 区域地球化学勘查样品分析方法[M]. 北京:地质出版社,1996:144-147.

[7]  GB/T7484-1987,水质 氟化物的测定 离子选择电极法[S]. 北京:中国标准出版社,1987.

[8]  HJ 481—2009,环境空气 氟化物的测定 石灰滤纸采样氟离子选择电极法[S]. 北京:中国标准出版社,2009.

[9]  GB/T 5009.18-2003,食品中氟的测定[S]. 北京:中国标准出版社,2003.

[10]  环境监测总站. 中国土壤元素素背景值[M]. 北京:中国环境科学出版社,1995:129-141.

[11]  王云,魏复盛等编. 土壤环境元素化学[M]. 北京:中国环境科学出版社,1990:87.



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