有色金属矿区稻米重金属超标与大气沉降的关系分析

黄雁飞+陈桂芬+黄玉溢+刘永贤+熊柳梅+潘丽萍

摘 要 稻米重金属超标已成为我国当今社会关注的焦点。引起稻米重金属超标的因素很多，随着研究的深入，近年来大气沉降与稻米重金属累积的关系也逐渐得到了关注。本文就大气沉降的概念、大气沉降重金属来源及其危害作了简要的概述，并重点综述了大气沉降与作物重金属累积之间的关系，分析了有色金属矿区稻米重金属超标与大气沉降之间的关联，并对该领域的研究前景进行展望。

关键词 有色金属矿区 ；大气沉降 ；重金属 ；稻米 ；关系分析

中图分类号 X56 文献标识码 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2017.09.010

Analysis of the Relationship Between Atmospheric Dustfall and the Heavy

Metal Accumulation in Rice in Nonferrous Metal Mining Area

HUANG Yanfei CHEN Guifen HUANG Yuyi

LIU Yongxian XIONG Liumei PAN Liping

（Agricultural Resource and Environment Research Institute，

Guangxi Academy of Agricultural Sciences， Nanning， Guangxi 530007）

Abstract The high level of heavy metal in rice has became the focus of our society. There are many factors that bring about high accumulation of heavy metal in rice. The research on the relationship between atmospheric deposition and the accumulation of heavy metals in rice has gradually called attention. A brief summary was made of the concept， sources and hazard of atmospheric dustfall deposition， and the relationships between atmospheric deposition and accumulation of heavy metals in crops were reviewed， based on which relation between the high heavy metal content in rice and the atmospheric dustfall in the non-ferrous metal mining area was analyzed. Future prospects for research in this field were also made.

Keywords nonferrous metal mining area ； atmospheric deposition ； heavy metal ； rice ； relationship analysis

粮食安全是关乎国家安全和民生大计的重要举措，稻米是我国人民日常生活里的主食，据调查我国10%左右的市售大米重金属超标[1]，部分地区处于常年食用重金属超标稻米的恶性状态。稻米重金属的来源途径多样，随着研究的不断深入，人们开始发现大气沉降也是稻米重金属超标的又一关键途径，于瑞莲等[2]报道大气沉降中重金属含量导致城市道路和工业区稻米等作物重金属含量超标。龙思斯等[3]研究认为，叶面污染源对水稻 Cd积累的贡献远远大于其他因素。可以推断，生产实践中大气沉降对稻米重金属累积的贡献不可忽视，尤其在有色金属矿区其危害性更加不容忽视。

大气沉降是吸附在气溶胶上的大气颗粒物通过重力或雨水的冲刷作用自然沉降于地表的一个循环过程，可分为干沉降和湿沉降，是“地气”系统物质元素等循环的一种形式[4]。重金属元素可以松散束缚的形式附着在降尘颗粒表面[5]，并随干湿沉降再次进入到地表环境中造成污染。

1 大气沉降中重金属的来源

大气沉降中重金属来源主要有自然来源和人为因素两种途径。重金属自然源主要包括火山活动、地热活动、土壤扬尘以及森林火灾等方式将重金属输入大气层[6-9]。人为因素主要有三大途径：（1）交通运输源，如机动车燃烧汽油产生的尾气[10-12]；（2）工业污染源，如工业生产中的废水、废气、废渣和废热，火力发电厂烟气、冶炼厂废气、尾矿库飘尘等均含有大量重金属[13]；（3）生活污染源，如废旧电池、日光灯、体温计等废弃物中均含有较高的重金属含量，这些生活垃圾的不合理推放或焚烧均可能将重金属输入到大气环境。

2 有色金属矿区大气沉降中重金属的研究现状

当前，国内关于大气沉降的研究多集中在城市的空气领域上，如对长株潭城市、北京市、重慶市、长春市、南京市、长江口地区等大气沉降重金属的污染研究均有了相关报道[14-19]。由此可以推断，在烟囱更为密布，生产粉尘更为严重的矿区大气沉降重金属的危害性。矿区废气、废热污染物排放、选矿厂及尾矿库飘尘、矿石运输过程中产生的粉尘和污水中均含有大量的重金属元素[20-21]。刘芳等[22]研究报道，冶炼厂附近废气中Cu、Cd、Pb、As等重金属的危害很强，废气颗粒物中重金属的含量很高。相关研究报道，有色金属冶炼过程中每年随着废气排出的铅就有1 452 t，汞 6.47 t、镉9.05 t，有色金属冶炼废气污染物是大气颗粒物中重金属的主要来源之一[23-24]。广西有色金属矿物资源丰富，其大量的开采、冶炼、加工势必给周围的土壤环境和大气环境带来了重金属的污染，但从检索的文献来看，当前在广西针对矿区大气沉降重金属污染的研究还比较少。endprint

3 大氣沉降中重金属的影响效应

3.1 大气沉降中重金属对土壤环境的影响

大气颗粒物表面携带的重金属元素严重的破坏土壤生态平衡[25]。郑娜等[26]对锌冶炼厂周围环境中有害元素研究表明，锌冶炼厂周围土壤中有害重金属Cd、Hg、Cu、Pb主要来自于大气沉降，且含量都非常高。王喆等[27]研究报道冶炼厂、化工厂周边空气总悬浮颗粒物重金属含量和表层土壤（0～20 cm）中的重金属含量呈显著正相关，重金属元素大气干湿沉降，大大增加了土壤重金属元素的含量水平，对土地质量造成严重的负面影响[28]。

3.2 大气沉降中重金属对作物重金属累积的影响

王爱霞等[29]研究表明，植物叶片中重金属 Pb、Cd和Cu的累积量与大气中 Pb、Cd和Cu的相对含量呈显著正相关，重金属元素通过沉降到作物叶面，被叶面吸收累积到可食部位，进入食物链进而危害人体健康[30]。王阳等[31]采用覆膜和露天对比研究发现，大气沉降对茶叶的重金属积累有较大的影响。章明奎等[32]对铅锌矿区附近大气重金属沉降与蔬菜中重金属积累的关系研究，发现露天条件下生长的大白菜地上部分重金属元素Cd、Pb、Hg、Zn 和Cu的浓度比覆膜条件下平均高152.63%、129.52%、90.64%、10.01%和0.44%，大气沉降大大增加作物重金属累积超标的风险。

3.3 大气沉降中重金属对稻米重金属累积的影响

通常认为，作物体内重金属的累积主要来自作物根系的吸收，然而这仅限于在洁净的大气环境条件下。当前越来越多的人已经意识到，在含重金属的大气环境中，作物叶片对重金属的吸收其实是不可忽视的[33]。段青兰[34]对主道公路两边稻田采样分析发现，田块与公路空间直线距离与稻谷的铅和镉含量的关联度均达到了较高的紧密程度。龙思斯等[3]通过盆栽种植水稻实验，以外源添加镉方式分别模拟土壤镉污染源灌溉水镉污染源和大气降水镉污染源。结果表明，3种不同污染源中镉的含量对水稻植株各部位的镉含量均有提高作用，其中叶面污染源对糙米富集镉的贡献最大。可见大气沉降重金属污染能力更强，波及面更为广泛。但当前多数研究还只停留在推断或室内模仿的价段，关于矿区实际生产上稻米对沉降重金属离子的吸收累积研究报道还比较少。

4 广西有色金属矿区稻米重金属超标与大气沉降的关系

广西有色金属矿物资源丰富，采矿、冶炼过程中产生的废气、废碴中均含有大量的重金属元素，可见重金属沉降危害严重。本课题组在针对广西粮食主产区稻米重金属含量普查时发现，广西一些地区存在土壤重金属不超标，而稻米却出现超标5～10倍的现象[35]。针对这种现象，课题组通过出现类似现象的样点土壤和水质样品pH、重金属含量及重金属有效态进行系统的分析，结果发现，这些样点的土壤和水质样品中重金属含量及重金属有效态含量均非常低，远远达不到稻米重金属超标所需的含量条件，为排除农业生产操作过程带来的重金属污染干扰，对农民生产采用的肥料农药进行了重金属测定结果均在国家安全标准内，可以断定该地区稻米重金属并非来源于土壤污染或污水灌溉。因此，在确定没有其他污染源的情况下，推断该地区稻米重金属极可能来源于大气沉降。经过进一步的归纳分析统计，结果发现，出现此现象的样点位置均位于矿厂附近或靠近公路边，尤其是在有色金属矿区（矿厂和冶炼工业地区）出现此现象的样点更为集中。初步可以断定，有色金属矿区大气沉降对稻米重金属累积的贡献不容忽视。

5 研究展望

大气沉降重金属相当于在水稻生育期内，不断地给水稻植株叶面补给重金属“叶面肥”，其对稻米重金属富集累积的贡献不可忽视[3]。而当前，专门针对广西有色金属矿区大气沉降重金属污染的研究报道还很少，且尚存在基础信息获取能力薄弱、监测理论体系不健全等问题。这些问题的存在将严重影响重金属污染防控体系的建立，成为重金污染修复工程的绊脚石。

广西有色金属资源丰富，开采规模大，且矿区附近农田分布广。今后，有必要对广西金属矿区大气沉降重金属污染进行系统的研究，研究有色金属矿区大气沉降重金属污染季节变化规律、弄清沉降过程中不同重金属元素的污染程度及危害性评价，研究大气沉降引起稻米重金属超标的关键环节、弄清矿区大气沉降与附近稻米重金属累积的关系并提出相应的防御措施。对有效的防控矿区重金属沉降污染危害，确保矿区附近的粮食安全生产，维护附近居民的身心健康具有重要的意义。

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