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【關(guān)鍵詞】重金屬;水污染;現(xiàn)狀;監(jiān)測進(jìn)展
1前言
近年來,我國的經(jīng)濟(jì)得到了飛速的發(fā)展,但相應(yīng)的,以環(huán)境為代價所帶來的負(fù)面影響也日益突出,尤其是水體污染問題,嚴(yán)重威脅著人們的身體健康。眾所周知,水是生命之源,是人類賴以生存的最寶貴的自然資源,但是在人口急劇增長以及現(xiàn)代工業(yè)的影響下,我國的水資源呈現(xiàn)了短缺的現(xiàn)象,加上日益嚴(yán)重的水資源污染問題,尤其是極為突出的重金屬水污染,由此,加強(qiáng)對于水體的污染成為當(dāng)前社會發(fā)展所面臨的重要問題。一般來說,重金屬是指原子質(zhì)量在63.5D200.6,密度大于4或是5g/cm3的金屬,其中硒和砷屬于非金屬結(jié)構(gòu),但是由于其毒性及其他性質(zhì)與重金屬很像,因此也被稱為重金屬。當(dāng)前,重金屬污染包括土壤污染、大氣污染和水體污染,但是土地污染的區(qū)域比較明顯,易于控制;雖然大氣污染和水體污染都具有較強(qiáng)的擴(kuò)散性,而大氣污染的擴(kuò)散范圍有限,因此也方便控制;由此,水體污染作為重金屬污染最嚴(yán)重和最難控制的區(qū)域,對環(huán)境和人體將會造成極其嚴(yán)重的影響。
2我國重金屬水污染的現(xiàn)狀
自上個世紀(jì)60年代起,國際上就出現(xiàn)了水體重金屬污染的問題,并開展了相關(guān)的研究。就我國來說,水體重金屬污染的研究開始于20世紀(jì)80年代,其中比較常見的重金屬包括汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等具有顯著毒性的重金屬,也包括毒性一般的銅、錫、鋅、鎳等,由于重金屬污染具有隱蔽性、持久性和污染嚴(yán)重等特點(diǎn),嚴(yán)重破壞著生態(tài)的平衡。尤其是近幾年,我國的重金屬水體污染問題越來越嚴(yán)重,重金屬水污染事故頻發(fā)。就鎘污染來說,在2005年,廣東北江韶關(guān)段發(fā)生了嚴(yán)重的鎘超標(biāo)事件;2006年,湘江湖南株洲段的鎘污染事故;以及湖南省瀏陽市在2009年發(fā)生了鎘污染事件。[2] 目前,重金屬污染物主要是通過工業(yè)污水和生活廢水未經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砭拖蚝恿髦信欧潘鶎?dǎo)致的,并隨著水體的徑流、淤泥的適當(dāng)以及大氣的沉降得到擴(kuò)散,從而在水體中累積,危害著水中植物和生物的生長。最主要的是,由于重金屬不能夠微生物所降解,加上巨大的毒性,嚴(yán)重威脅著水生態(tài)系統(tǒng)以及人們的飲水安全。據(jù)國家環(huán)保部門的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,在流經(jīng)我國的131條河流當(dāng)中,嚴(yán)重污染的就有36條,還有21條被重度污染,38條處于中度污染。除此之外,在2010年,我國的突發(fā)環(huán)境事件次數(shù)為420起,其中因水體污染而引發(fā)的突發(fā)事件就高達(dá)135次,也就是說,平均每隔兩三天便會發(fā)生一起水體污染事件。面對嚴(yán)峻的水資源短缺問題,水污染成為“世界頭號殺手”,由此,加強(qiáng)重金屬水污染的治理和監(jiān)測,刻不容緩。
3當(dāng)前重金屬水污染的監(jiān)測進(jìn)展
當(dāng)重金屬污染物進(jìn)入水生態(tài)系統(tǒng)之后,會影響著水中動植物的存在,而且一旦人體引用,便會發(fā)生病變,嚴(yán)重危害人類的身體健康。當(dāng)前,重金屬水污染受到了全世界政府的廣泛關(guān)注,為此而出臺了一些監(jiān)測政策,并不斷推進(jìn)監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展。
3.1重金屬水污染的監(jiān)測政策
從環(huán)境監(jiān)測的定義來說,其主要目的是為了及時、準(zhǔn)確的獲得環(huán)境監(jiān)測的全面數(shù)據(jù),通過分析環(huán)境質(zhì)量的現(xiàn)狀以及變化趨勢,準(zhǔn)確的預(yù)警各種環(huán)境問題,并跟蹤污染源的變化,從而對污染事件及時做出反應(yīng)。目前,為了遏制重金屬水污染問題的發(fā)生,我國出臺了《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》(以下稱為《規(guī)劃》),其中表明指出了五大重金屬污染重點(diǎn)防治行業(yè),包括冶煉、采礦、鉛蓄電池、化學(xué)原料及其制、皮革以及其制品,并決定在這5年內(nèi)加大對于重金屬污染防治的投資。與此同時,在《規(guī)劃》中劃出了14 個重金屬污染綜合防治的重點(diǎn)省區(qū)和138個重點(diǎn)防治區(qū)域,要求到2015年,重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的重金屬污染物排放量要比2007年減少15%,非重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)則不能夠超過2007年的重金屬污染物排放量。由此可見,國家對于重金屬污染的防治勢在必行。
3.2重金屬水污染監(jiān)測的技術(shù)進(jìn)展
隨著市場需求的不斷變化,我國的重金屬水污染監(jiān)測技術(shù)發(fā)生了翻天覆地的變化,并且逐步朝著規(guī)范化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,不斷滿足了污染治理的需求,具體表現(xiàn)如下:
3.2.1檢測技術(shù)的不斷進(jìn)步
當(dāng)前,面對日益復(fù)雜的水環(huán)境,在重金屬的污染檢測中出現(xiàn)了更多簡便、科學(xué)的方法。比如說,激光誘導(dǎo)擊穿光譜法具有較高的靈敏度,因此可以進(jìn)行多元的檢測;新型的電化學(xué)傳感器通過運(yùn)用陽極溶出伏安法來減少儀器的檢測限,而且還具有便于攜帶的特點(diǎn),因此廣泛的應(yīng)用于野外的現(xiàn)場監(jiān)測中;此外,隨著檢測技術(shù)的不斷發(fā)展,酶抑制法、生物傳感器等諸多重金屬檢測方法也將在重金屬水污染中得到不同的應(yīng)用。
3.2.2自動化控制技術(shù)的成熟
由于重金屬的監(jiān)測比較復(fù)雜,而且對于樣品和試劑的定量要求比較高,因而對于地表水的重金屬分析十分困難。當(dāng)前,為了更加精細(xì)、穩(wěn)定的進(jìn)行重金屬污染分析,在重金屬的檢測中應(yīng)用了自動化控制技術(shù),通過全自動的分析以及精確的計(jì)量,不僅能夠避免人類接觸有毒藥劑而帶來的傷害,還能夠提高計(jì)算的精確程度,從而使得分析結(jié)果更加的可靠。
3.2.3監(jiān)測方案的針對性
一般來說,重金屬的污染量是非常小的,尤其是在水體當(dāng)中,容易受到其他微量元素的影響,從而導(dǎo)致監(jiān)測的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。此外,即使是同一種重金屬污染,也會因不同的水質(zhì)特性而產(chǎn)生不同的結(jié)果,因而在監(jiān)測過程中要采用有針對性的方案。比如說,為了排除鈣、鐵、鋅、銅對鉛、汞等重金屬監(jiān)測的影響,需要在檢測過程中進(jìn)行預(yù)處理或是加入相應(yīng)的掩蔽劑,從而確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實(shí)、可靠性。[3]
4結(jié)束語
綜上所述,我國的重金屬水污染事故時常發(fā)生,嚴(yán)重影響著附近居民的身體健康,由此必須要加強(qiáng)對于重金屬水污染的治理和監(jiān)測。當(dāng)前,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,我國的重金屬水污染監(jiān)測的技術(shù)有了很大的發(fā)展,其中檢測技術(shù)有了很大程度上的進(jìn)步,自動化控制技術(shù)日趨成熟,以及監(jiān)測方案也更加有針對性,在不斷滿足重金屬水污染治理需求的同時,對于改善重金屬水污染方面發(fā)揮了不可替代的作用。
【參考文獻(xiàn)】
[1]李振.淺談重金屬水污染現(xiàn)狀及檢測進(jìn)展[J].可編程控制器與工廠自動化, 2012,9(7):48-50.
關(guān)鍵詞:礦區(qū);重金屬污染;修復(fù);土壤
中圖分類號:F124.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1673-291X(2013)18-0286-02
引言
中國是世界上重要的重金屬礦區(qū)之一,分布著大量的優(yōu)質(zhì)重金屬礦,豐富的重金屬資源為中國國民經(jīng)濟(jì)的健康穩(wěn)定發(fā)展提供了資源保障。然而,長期以來在重金屬礦區(qū)開采的過程中,由于開采技術(shù)、資金缺乏及管理方面等原因,對礦區(qū)周圍的土壤與環(huán)境造成了嚴(yán)重影響,從而引發(fā)了大量的生態(tài)環(huán)境問題。
礦業(yè)廢棄地一般都含有大量的重金屬,這些廢棄地以尾礦和廢棄的低品位礦石的重金屬含量最高。重金屬通過地表生物地球化學(xué)作用釋放和遷移到土壤及河流中,而這些受重金屬污染的水又通過灌溉方式進(jìn)入農(nóng)田,并通過食物鏈進(jìn)入人體,從而對礦區(qū)附近居民的健康和生存環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅 [1]。通常情況下,有色金屬礦區(qū)附近的土壤中,鉛、銅、鋅含量分別為正常土壤中含量的 10~40倍、5~200倍、5~10 倍 [2]。
一、礦區(qū)土壤重金屬污染現(xiàn)狀
鉛鋅礦區(qū)重金屬污染現(xiàn)狀越來越嚴(yán)重,已經(jīng)損害了人民的群眾健康。如在20世紀(jì)60年代,日本曾發(fā)生的第二公害病―骨痛病,便是由于食用被鎘廢水污染了土壤生產(chǎn)的“鎘米”所致。王新等對遼寧省鐵嶺柴河Pb―Zn礦區(qū)的土壤一巖石界面的重金屬行為特性進(jìn)行了研究,結(jié)果表明該礦區(qū)土壤Cd、Pb、Zn元素含量分別是當(dāng)?shù)乇尘昂康?1倍、4.5倍、3倍,大大超過了當(dāng)?shù)乇尘昂克?;Cd作為制約當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)用地的限制性元素,超過國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)5.8倍;礦區(qū)附近玉米中Pb、Cd含量分別是國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)16~21倍、5.7~9.7倍[3]。湖南省由于有色金屬礦山開采引起的Pb、Cd、Hg、As等重金屬污染,受污染面積達(dá)2.8萬km2,占全省總面積的13%。部分地區(qū)土壤中Pb、Cd、Hg、As高出正常值數(shù)倍至數(shù)百倍,從而出現(xiàn)了地方病。王瑩以上虞某廢棄鉛鋅尾礦山為研究對象,研究了土壤中重金屬含量及污染狀況,結(jié)果表明:尾礦山周邊各采樣點(diǎn)土壤 As、Zn、Pb 和 Cu 平均含量為 328 mg.kg-1、1 760 mg.kg-1、2 708 mg.kg-1和 287 mg.kg-1,均超過土壤環(huán)境背景值,各元素含量變異強(qiáng)度為:As>Pb>Cu>Zn[4]。
二、礦區(qū)土壤重金屬修復(fù)技術(shù)
重金屬是農(nóng)業(yè)環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品的一個重要污染物質(zhì)。對土壤重金屬污染的修復(fù)技術(shù)常用的有物理修復(fù)和化學(xué)修復(fù)。物理修復(fù)主要包括客土、換土和深耕翻土等措施。通過客土、換土和深耕翻土與污土混合,可以降低土壤中重金屬的含量,減少重金屬對土壤―植物系統(tǒng)產(chǎn)生的毒害?;瘜W(xué)修復(fù)就是向土壤投入改良劑,通過對重金屬的吸附、氧化還原、沉淀作用,以降低重金屬的生物有效性。但由于重金屬元素在環(huán)境中具有相對穩(wěn)定性和難降解性,至今仍未找到可供大面積應(yīng)用的重金屬污染治理方法。
近年來出現(xiàn)的植物修復(fù),具有投資和維護(hù)成本低、操作簡便、不造成二次污染、具有潛在或顯在經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)點(diǎn),并且其更適應(yīng)環(huán)境保護(hù)的要求,因此越來越受到高度重視。植物修復(fù)是一種經(jīng)濟(jì)、有效且非破壞性的修復(fù)技術(shù),主要利用自然生長或遺傳培育植物對土壤中的污染物進(jìn)行固定和吸收。通常包括:植物提取,即植物對重金屬的吸收。目前已發(fā)現(xiàn)有400 多種植物能夠超積累各種重金屬,一些超積累植物能同時積累多種重金屬,如羊蕨屬植物和具有富重金屬性的莧科植物對土壤中重金屬的吸收率達(dá)到 100%。蔣先軍等的研究發(fā)現(xiàn),印度芥菜對Cu、Zn、Pb 等中等污染土壤具有良好的修復(fù)效果[5]。有證據(jù)表明,柳樹和白楊能從土壤中去除一定量的重金屬,凈化低污染的土壤;植物揮發(fā),即通過植物使土壤中的某些重金屬(如Hg2+)轉(zhuǎn)化成氣態(tài)(HgO)而揮發(fā)出來;根際過濾,即利用植物根系過濾積淀水體中的重金屬;植物穩(wěn)定,即利用植物根際的一些特殊物質(zhì)使土壤中的污染物轉(zhuǎn)化為相對無害的物質(zhì)。有研究發(fā)現(xiàn),樹木可以存活并生長于含有較高濃度的多種重金屬污染的土壤上。經(jīng)監(jiān)測,樺樹和柳樹的一些樹種可以耐受鉛和鋅[6]。
結(jié)論與展望
礦區(qū)土壤的重金屬污染是礦區(qū)所面臨的重大生態(tài)環(huán)境問題,具有自己獨(dú)有的特征,在治理的過程中應(yīng)因地制宜地選擇恰當(dāng)?shù)闹卫矸绞健?/p>
物理、化學(xué)等方法對于礦山土壤的修復(fù)存在耗能、耗錢、對土壤結(jié)構(gòu)損害較大等缺點(diǎn),從保護(hù)生態(tài)環(huán)境出發(fā),這些方法均對礦山生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)作用不明顯,而植物修復(fù)成本較低,可以穩(wěn)定土壤、控制污染、改善景觀、減輕污染對人類的健康威脅,所以在修復(fù)礦山土壤重金屬污染的過程中,越來越多的國家選擇使用植物修復(fù)技術(shù)。近年來,中國金屬礦業(yè)迅速發(fā)展,所造成的重金屬污染日益加劇,植物修復(fù)技術(shù)的研究更具有廣闊的市場,并逐步走向商業(yè)化,同時中國有廣袤的國土、豐富的資源、復(fù)雜多樣的地理?xiàng)l件,蘊(yùn)藏著大量超富集植物,為中國開展有關(guān)植物修復(fù)技術(shù)的研究提供了良好的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn):
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[3] 王新,周啟星,任麗萍.礦區(qū)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量及土壤─巖石界面重金屬行為特性的研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2004,(3):459-463.
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關(guān)鍵詞:重金屬 土壤 修復(fù)技術(shù)
中圖分類號: C35 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
近年來,我國由于重金屬污染導(dǎo)致頻發(fā),污染事件造成的影響極其惡劣,嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)氐纳鐣€(wěn)定。當(dāng)前,在我國重金屬污染場地修復(fù)過程中急需解決的問題是在眾多的修復(fù)技術(shù)中如何選擇和評價對重金屬污染場地實(shí)用有效的修復(fù)技術(shù),修復(fù)效果檢驗(yàn)等。本論文論述了我國典型重金屬(Hg、Cd、Pb、Cr、As)污染的來源以及國內(nèi)外對重金屬污染場地的主要修復(fù)技術(shù)。
1典型重金屬來源與遷移
金屬礦山開發(fā)的采、選、冶都會向環(huán)境中排放重金屬。原生硫化物礦床在開采利用過程中,廢棄的硫化礦物經(jīng)過長期的自然氧化、雨水淋濾導(dǎo)致重金屬大量進(jìn)入礦區(qū)。固體廢物的風(fēng)化可以導(dǎo)致重金屬的淋濾釋放,特別是Pb-Zn礦、Hg-Tl礦在開采利用過程中,尾礦廢石中的Pb、Zn、As、Tl以及伴生元素如Cd、Cr、Cu在地表水的沖洗和雨水的淋濾下進(jìn)入土壤并累積起來。土壤中鐵錳礦物對重金屬有強(qiáng)烈的固定作用,這使重金屬在土壤中含量明顯高于河流沉積物,土壤明顯顯示常量元素與重金屬元素的地球化學(xué)分帶。
1. 1 汞的遷移轉(zhuǎn)化
汞是一種對動植物及人體無生物學(xué)作用的有毒元素。土壤中汞的重要特點(diǎn)是能以零價(單質(zhì)汞)形式存在,還有無機(jī)化合態(tài)汞和有機(jī)化合態(tài)汞。除甲基汞、HgCl2、Hg(NO3)2外,大多數(shù)為難溶化合物。甲基汞和乙基汞的毒性在含汞化合物中最強(qiáng)。土壤中汞的遷移轉(zhuǎn)化比較復(fù)雜,包括汞的氧化--還原,膠體對汞的吸附作用、配位體對汞的配合--螯合作用、汞的甲基化作用等。
1. 2 鎘的遷移轉(zhuǎn)化
鎘的污染主要來源于鉛、鋅、銅的礦山和冶煉廠的廢水、塵埃和廢渣,電鍍、電池、顏料、塑料穩(wěn)定劑和涂料工業(yè)的廢水、農(nóng)業(yè)上施用磷肥等。
由于土壤的強(qiáng)吸附作用,使鎘累積于土壤表層。在降水的影響下,土壤表層部分可溶態(tài)鎘隨水流動,發(fā)生水平遷移,進(jìn)入界面土壤、附近的河流或湖泊,造成次生污染。土壤中水溶性鎘和非水溶鎘,在一定的條件下可相互轉(zhuǎn)化,其主要影響因素為土壤的酸堿度、氧化--還原條件和碳酸鹽的含量。
1. 3 鉛的遷移轉(zhuǎn)化
土壤中鉛的污染主要來自大氣污染中的鉛沉降和鉛應(yīng)用工業(yè)的“三廢”排放。土壤中鉛污染主要是通過空氣、水等介質(zhì)形成的二次污染。鉛在土壤中主要以二價態(tài)的無機(jī)化合物形式存在,極少數(shù)為四價態(tài)。多以 Pb(OH)2、PbCO3或Pb3(PO4)2等難溶態(tài)形式存在。因此,大大降低了鉛的移動性和被作物吸收的作用。在酸性土壤中可溶性鉛含量一般較高,因?yàn)樗嵝酝寥乐械腍+可將鉛從不溶的鉛化合物中溶解出來。
1. 4 鉻的遷移轉(zhuǎn)化
土壤中鉻的污染主要來源于鐵、鉻、電鍍、金屬酸洗、皮革鞣制、耐火材料、鉻酸鹽和三氧化鉻工業(yè)的“三廢”排放及燃煤、污水灌溉或污泥施用等。土壤中鉻通常以四種化合形態(tài)存在,兩種三價鉻離子Cr3+和 CrO2-,兩種六價鉻陰離子 Cr2O72-和 CrO42-。其中 Cr(OH)3的溶解性較小,是鉻最穩(wěn)定的存在形式,而水溶性六價鉻的含量一般較低,但六價鉻的毒性遠(yuǎn)大于三價鉻的毒性。土壤中的有機(jī)質(zhì)如腐殖質(zhì)具有很強(qiáng)的還原能力,能很快地把六價鉻還原為三價鉻,一般當(dāng)土壤有機(jī)質(zhì)含量大于2%時,六價鉻幾乎全被還原為三價鉻。
1.5 砷的遷移轉(zhuǎn)化
土壤中砷的污染主要來自化工、冶金、煉焦、火力發(fā)電、造紙、玻璃、皮革及電子等工業(yè)排放的“三廢”、冶金與化學(xué)工業(yè)、含砷農(nóng)藥的使用。砷主要以正三價和正五價存在于土壤環(huán)境中,存在形式可分為水溶性砷,吸附態(tài)砷和難溶性砷。當(dāng)土壤中含硫量較高且在還原性條件下,可以形成穩(wěn)定的難溶性As2S3。土壤中砷主要以非水溶性形式存在,因而土壤中的砷,特別是排污進(jìn)入土壤的砷,主要累積于土壤表層。
2國內(nèi)外重金屬土壤污染的主要修復(fù)技術(shù)及應(yīng)用
重金屬污染土壤修復(fù)指利用物理、化學(xué)和生物的方法轉(zhuǎn)移、吸收、降解和轉(zhuǎn)化土壤中的重金屬,使其濃度或毒性風(fēng)險降低到可接受的水平,滿足相應(yīng)土地利用類型的要求。美國EPA于1986年頒發(fā)規(guī)章,要求通過運(yùn)用BDTA(Best Demonstrated Available Technology)使危險廢物處理達(dá)到確立的標(biāo)準(zhǔn)。在美國的超級基金制度中,修復(fù)技術(shù)篩選的國家目標(biāo)是:篩選出能持續(xù)保護(hù)人體健康與環(huán)境的修復(fù)技術(shù),使待處理的廢物最少化。
2.1 阻隔
阻隔是將污染土壤限制在一定的區(qū)域類,控制污染物的水平遷移和垂直遷移,以及經(jīng)空氣和地表徑流等擴(kuò)散污染環(huán)境,切斷與受體的暴露途徑。該技術(shù)分為危險廢物填埋場、一般固廢填埋場、表面封蓋(capping)和垂直阻隔等。表面封蓋建立一個防滲層和排水系統(tǒng),防止地表水滲濾到污染土壤中,從而阻止污染物釋放到周圍的地表水或地下水中;同時也可以控制氣體和氣味的擴(kuò)散,在防滲覆蓋層綠化可以美化環(huán)境。表面覆蓋技術(shù)被廣泛應(yīng)用在礦山土壤污染修復(fù),具有還原自然、有效和費(fèi)用低的特點(diǎn)。表面覆蓋分為土壤覆蓋、混凝土覆蓋、天然防滲材料覆蓋和人工防滲材料覆蓋等。
2.2 固化/穩(wěn)定化
固化/穩(wěn)定化技術(shù)(S/S,Solidification/Stabilization)是將污染土壤與能聚結(jié)成固體的黏結(jié)劑混合,將污染物捕獲或固定在固體結(jié)構(gòu)中的技術(shù)。固化/穩(wěn)定化技術(shù)是國際上處理有毒有害廢物的主要方法之一。固化技術(shù)中污染土壤與黏結(jié)劑可以不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),只是機(jī)械地將污染物包裹在結(jié)構(gòu)完整的固化體中,隔離污染土壤與外界環(huán)境的聯(lián)系,達(dá)到控制污染物遷移的目的。美國超級基金場地修復(fù)使用的S/S技術(shù)大部分是異位修復(fù)技術(shù)。對于重金屬污染場地一般使用無機(jī)膠合劑和添加劑,對于特殊污染物(如:放射性污染物)一般使用有機(jī)膠合劑,僅有6%的有機(jī)污染使用S/S技術(shù)。
2.3 植物修復(fù)
植物修復(fù)是指利用重金屬超富集植物凈化土壤中污染物的技術(shù)。通過植物對污染物的吸收并積累在地上組織,達(dá)到對土壤的治理。也可添加螯合劑增進(jìn)植物對重金屬吸收。我國在過去十多年里,重金屬污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)由于其較低的成本和對環(huán)境友好引起了眾多的關(guān)注,適合污染面積大、污染程度低和污染在植物根層范圍的土壤。然而,重金屬超富集植物具有生長緩慢、生物量低、生長環(huán)境特殊、去除重金屬周期長和富集重金屬單一等特征,難滿足經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的需求,并且常常受到當(dāng)?shù)貧夂驐l件以及可用植物物種的限制。
2.4 電動修復(fù)
電動修復(fù)是一種新興的技術(shù),目前處于實(shí)驗(yàn)室和小規(guī)模試驗(yàn)研究階段,已有部分工程規(guī)模的示范。電動修復(fù)技術(shù)根據(jù)離子的電動力學(xué)和電滲析原理,在酸性條件下,在污染土壤兩端加上低壓直流電場,利用電場的遷移力(主要是電滲和電遷移作用)將重金屬污染物移到一端電極室(一般為陰極室),使土壤與重金屬污染物分離。電動修復(fù)技術(shù)適用于去除土壤中水溶態(tài)和可交換態(tài)重金屬,對于滲透性好的土壤或表面帶負(fù)電荷的粘質(zhì)土壤,處理效果好。但是電動修復(fù)技術(shù)必須在酸性條件下進(jìn)行,往往需要加入提高土壤酸性的溶劑,當(dāng)土壤的緩沖容量很高時,則很難調(diào)近到土壤的酸性條件。
關(guān)鍵詞 土壤污染;原因;防治對策;典型區(qū)域;遼寧盤錦
中圖分類號 X53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739(2012)11-0218-01
盤錦市共有5種典型區(qū)域土壤,分別是固體廢物集中填埋堆放焚燒處理處置場地及周邊地區(qū)、重污染企業(yè)及周邊地區(qū)、采礦區(qū)及周邊地區(qū)、工業(yè)園區(qū)及周邊地區(qū),以及畜禽養(yǎng)殖基地和蔬菜基地及周邊地區(qū)。盤錦市是以石油開采、石油煉制、石油化工為主的資源型城市,土壤污染情況十分嚴(yán)峻。
1 典型區(qū)域土壤污染現(xiàn)狀
1.1 重金屬污染
依據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15168-1995)Ⅲ類土壤標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測定,結(jié)果表明:在重點(diǎn)污染企業(yè)及周邊地區(qū)鎘超標(biāo)率為26.7%,最高值為1.25 mg/kg;固體廢物集中填埋、堆放、焚燒處理處置場地及周邊地區(qū)鎘超標(biāo)率為43.3%,最高值為l.41 mg/kg;工業(yè)園區(qū)及周邊地區(qū)鎘超標(biāo)率40%,最高值為2.14 mg/kg;在采礦區(qū)及周邊地區(qū)鎘超標(biāo)率為48.3%,最高值為2.14 mg/kg;畜禽養(yǎng)殖基地及周邊地區(qū)各項(xiàng)指標(biāo)均未超標(biāo)。依據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15168-1995)Ⅱ類土壤標(biāo)準(zhǔn),盤錦市主要蔬菜基地及周邊地區(qū)鎘超標(biāo)率為60%,最高值為l.78 mg/kg,汞超標(biāo)率為20%,最高值為0.9 mg/kg,其余各項(xiàng)指標(biāo)均未超標(biāo)。汞、鎘是盤錦市土壤重金屬污染類型。盤錦市造成汞環(huán)境污染的來源主要是廢舊電池和生活垃圾;鎘污染主要來源于觸媒的工廠、電鍍、廢舊電池、鉆井油泥、生活垃圾等。
1.2 有機(jī)氯農(nóng)藥及多氯聯(lián)苯與多環(huán)芳烴污染
有機(jī)氯農(nóng)藥包括滴滴涕、六六六等。檢測結(jié)果表明,盤錦市有機(jī)氯農(nóng)藥均有檢出,為農(nóng)藥殘留所致。
多氯聯(lián)苯在5個典型區(qū)均未檢出。多環(huán)芳烴檢出,重點(diǎn)污染企業(yè)及周邊地區(qū)平均值為0.095 mg/kg,檢出率為36.6%,最高值為l.29 mg/kg,參照《荷蘭環(huán)境污染物標(biāo)準(zhǔn)》,土壤中目標(biāo)參考值(1 mg/kg)超標(biāo)0.29倍,但按調(diào)解值40 mg/kg不超標(biāo);其余區(qū)域未超標(biāo)。多環(huán)芳烴主要來自各種含碳有機(jī)物的熱解和不完全燃燒,多環(huán)芳烴只有重點(diǎn)污染企業(yè)及周邊地區(qū)的l個監(jiān)測點(diǎn)位的多環(huán)芳烴超過《荷蘭環(huán)境污染物標(biāo)準(zhǔn)》環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)值,而該地區(qū)有2個企業(yè)從事石油煉制,勢必造成個別點(diǎn)位多環(huán)芳烴污染。
1.3 石油烴污染
石油烴參照《荷蘭環(huán)境污染物標(biāo)準(zhǔn)》,土壤中石油烴總量參考值(50 mg/kg)為標(biāo)準(zhǔn),石油類污染由高到低依次為:重污染企業(yè)及周邊地區(qū)平均值36.13 mg/kg,檢出率100%,超標(biāo)率20.00%,最高值116.1 mg/kg;采礦區(qū)及周邊地區(qū)平均值34.72 mg/kg,檢出率為100%,超標(biāo)率13.33%,最高值408.3 mg/kg;固體廢物集中填埋、堆放、焚燒處理處置場地及周邊地區(qū)平均值28.96 mg/kg,檢出率100%,超標(biāo)率100%,最高值82.47 mg/kg;工業(yè)園及周邊地區(qū)平均值23.85 mg/kg,檢出率100%,最高值42.38 mg/kg,不超標(biāo);主要蔬菜基地及周邊地區(qū)平均值19.67 mg/kg,檢出率100%,最高值29.84 mg/kg,不超標(biāo);畜禽養(yǎng)殖基地及周邊地區(qū)平均值11.12 mg/kg,檢出率100%,最高值16.99 mg/kg,不超標(biāo)。石油烴污染主要來自石油開采和石油煉制業(yè)。
2 土壤污染防治對策
2.1 加大監(jiān)測力度,建立監(jiān)測體系
盤錦市水稻生產(chǎn)主要依靠遼河水灌溉,遼河水中各種污染物被帶進(jìn)土壤環(huán)境,勢必產(chǎn)生不易降解、高殘留的污染物在土壤中富集造成超標(biāo)污染,因此在流域例行監(jiān)測的同時,應(yīng)有選擇性地對稻田用水進(jìn)行針對性監(jiān)測,了解水中污染物質(zhì)的成分、含量及其動態(tài),并加強(qiáng)土壤環(huán)境質(zhì)量的調(diào)查、監(jiān)測與預(yù)控。
2.2 控制和消除工業(yè)“三廢”排放,減少點(diǎn)源污染
針對盤錦市典型區(qū)域土壤污染狀況,控制和消除工業(yè)“三廢”排放,尤其加強(qiáng)對電鍍行業(yè)、有觸媒生產(chǎn)的企業(yè)以及石油開采、煉制企業(yè)的管理,減少石油烴及重金屬排放。同時,加強(qiáng)廢舊電池回收,以有效減少土壤點(diǎn)源污染[1-2]。
2.3 植樹造林,保護(hù)生態(tài)環(huán)境
土壤污染以大氣污染和水質(zhì)污染為媒介的二次污染為主。森林可阻擋、過濾和吸附污染大氣的各種粉塵和飄塵,避免了由大氣污染而引起的土壤污染。此外,森林也可調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、保護(hù)土壤自凈能力及防止水土流失等。
2.4 大力推行無公害科學(xué)種田技術(shù),減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)污染
一是大力發(fā)展和施用微生物肥料、有機(jī)復(fù)合肥。二是科學(xué)施肥,減少浪費(fèi),降低化肥對環(huán)境的污染。二是推廣無公害的農(nóng)藥和施用技術(shù)。禁止使用劇毒、高殘留性農(nóng)藥。三是大力發(fā)展高效、低毒、低殘留農(nóng)藥,發(fā)展生物防治技術(shù)[3-5]。
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關(guān)鍵詞:生物炭;土壤;重金屬;修復(fù)
中圖分類號:X53
文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:16749944(2017)8010203
1引言
土壤重金屬污染是由于人類活動導(dǎo)致土壤中重金屬含量升高,超出正常范圍,造成土壤質(zhì)量退化與環(huán)境惡化的現(xiàn)象。汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等生物毒性顯著的元素被稱為重金屬污染中的“五毒” [1],它們通過不同的途徑進(jìn)入環(huán)境中,即使?jié)舛群苄?,也可在生物體內(nèi)積累,產(chǎn)生食物鏈濃縮,危害人類的身體健康。目前,我國不少地區(qū)都遭受著重金屬污染的危害,其對糧食作物產(chǎn)生不良影響,時常發(fā)生農(nóng)產(chǎn)品重金屬超標(biāo)事件,國內(nèi)外都在積極研究有效的重金屬污染修復(fù)方法,國內(nèi)外常用的方法有物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)、農(nóng)藝措施修復(fù)等 [2]。
利用生物炭作為改良劑,施入污染土壤中,改變土壤的理化性質(zhì),屬于化學(xué)修復(fù)方法。生物炭是生物質(zhì)在供氧不足條件下發(fā)生不完全燃燒熱裂解后所形成的產(chǎn)物[3]。目前已有研究證明,生物炭有良好的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、較大的比表面積以及吸附力,因此它是一種良好化學(xué)鈍化修復(fù)劑,可用于土壤重金屬污染修復(fù)。通過吸附、沉淀、絡(luò)合、離子交換等一系列反應(yīng)[4],使有效態(tài)重金屬向穩(wěn)定化形態(tài)轉(zhuǎn)化,降低重金屬的有效性,修復(fù)污染土壤。
2土壤中的重金屬賦存形態(tài)
土壤中重金屬的生物有效性不同,對植物的毒害和對環(huán)境的污染程度也有所不同,它們與重金屬元素在土壤中存在的形態(tài)和含量有關(guān) [5]。1979年Tiesser提出形態(tài)分析法,對土壤中重金屬賦存形式進(jìn)行分類,將重金屬在土壤中分為可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳(鋁)氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)質(zhì)及硫化物結(jié)合態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)等5種狀態(tài)[6]。不同形態(tài)的重金屬,有效性也不同,有效態(tài)重金屬的含量與植物吸收利用率成正比??山粨Q態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、氧化物結(jié)合態(tài)容易被植物吸收利用,是重金屬的有效B;有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)較穩(wěn)定,不易被植物吸收利用[7]。生物炭作為新型的土壤改良劑,能使重金屬從有效態(tài)向有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)化[8],對土壤的重金屬污染修復(fù)有重要的意義。
3生物炭對土壤中重金屬形態(tài)的影響
影響土壤中重金屬形態(tài)的主要土壤性狀有pH值、有機(jī)質(zhì)含量、陽離子交換量和氧化還原電位值等[9]。生物炭加入重金屬污染的土壤中,不僅可以直接吸附鎖定土壤中的重金屬離子,還可以通過影響土壤理化性質(zhì),從而改變重金屬在土壤中的賦存形態(tài)以及含量。
3.1生物炭對土壤pH值的影響
pH值是土壤的重要理化性質(zhì),會影響重金屬的水解平衡,使重金屬的形態(tài)在可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)之間互相轉(zhuǎn)化[10]。一般隨著pH值升高,將促進(jìn)土壤膠體對重金屬的吸附,并形成金屬碳酸鹽和氫氧化物沉淀,土壤重金屬的有效性下降。相反,土壤對重金屬的吸附隨pH值降低而減弱,土壤pH值由中性向酸性條件轉(zhuǎn)化時,有效態(tài)重金屬的含量隨之增加,移動性變大[11]。
生物炭含有一定量的灰分,其中含有以氧化物或碳酸鹽形式存在的礦物質(zhì)元素,溶于水后呈堿性[12],添加生物炭后,重金屬污染土壤pH值一般會較對照升高。王鶴發(fā)現(xiàn)生物炭不僅可以通過簡單吸附來降低有效態(tài)鉛含量,還能通過提高pH值和有機(jī)質(zhì)含量來促進(jìn)有效態(tài)鉛向其他形態(tài)轉(zhuǎn)化,從而降低土壤中鉛的生物有效性[13]。高瑞麗等在鉛、鎘復(fù)合污染土壤中施用生物炭培養(yǎng)30d后發(fā)現(xiàn)添加生物炭處理的pH值比未添加生物炭處理的升高了0.31~1.05,降低鉛、鎘的生物有效性,促進(jìn)鉛、鎘向更穩(wěn)定的形態(tài)轉(zhuǎn)化 [14]。郭素華等在鉛污染土壤中加入玉米秸稈生物炭后,土壤pH值升高了0.43~1.32,當(dāng)生物炭添加量為1%~5%之間時,施用量越多,鉛生物有效性越低;添加量為5%時,鉛生物可利用態(tài)降低22.21%[15]。丁文川等向鉛和鎘污染土中添加生物炭后,土壤pH值較對照上升了0.35~0.86單位值,土壤中重金屬的酸可提取態(tài)含量下降,殘?jiān)鼞B(tài)含量上升,且熱解溫度越高的生物炭對鉛的修復(fù)效果越好,因?yàn)闊峤鉁囟扔绊懥松锾炕瘜W(xué)組成結(jié)構(gòu),改變了重金屬的吸附機(jī)理,從而對生物炭土壤重金屬穩(wěn)定效果產(chǎn)生顯著的影響[16]。因此,土壤pH值的調(diào)節(jié)在土壤重金屬修復(fù)過程中起著非常關(guān)鍵的作用。
3.2生物炭對土壤有機(jī)質(zhì)的影響
土壤有機(jī)質(zhì)也是影響重金屬生物有效性的重要因素,有機(jī)質(zhì)與重金屬離子之間可產(chǎn)生靜電吸附、絡(luò)合作用[17],影響重金屬的可移動性。有機(jī)質(zhì)與重金屬離子形成配位絡(luò)合物,降低其移動性和生物有效性。比起土壤中的其它礦質(zhì)膠體,有機(jī)質(zhì)對重金屬離子的吸附能力要強(qiáng)得多;同時,有機(jī)質(zhì)分解形成的腐殖酸還能與重金屬離子形成螯合物[18],不易被植物吸收利用。
生物炭比土壤有機(jī)質(zhì)對陽離子的吸附能力強(qiáng),對土壤中重金屬的形態(tài)和轉(zhuǎn)化有很大影響。易卿等發(fā)現(xiàn)添加生物炭能增加土壤有機(jī)質(zhì)含量,且隨著添加量(2%~6%)的增加土壤有機(jī)質(zhì)含量也隨之增加。但隨著培養(yǎng)時間的延長,土壤有機(jī)質(zhì)逐漸下降,但仍比未添加生物炭的對照有機(jī)質(zhì)含量要高[19]。郭素華等在鉛污染土壤中加入玉米秸稈生物炭后,有機(jī)質(zhì)含量較對照增加了56.84%~277.89%(平均161.4%),鉛的酸溶態(tài)含量較對照降低了12.21%~32.97%[15]。唐行燦等將玉米秸稈熱解制備的生物炭施入銅、鉛、鎘復(fù)合污染土壤,發(fā)現(xiàn)生物炭添加的量越大,土壤有機(jī)質(zhì)含量就越高。施加生物炭后,重金屬有效態(tài)含量減少,有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)含量增加[4]。
3.3生物炭對土壤陽離子交換量的影響
土壤的陽離子交換量(CEC)指土壤膠體所能吸附各種陽離子的總量。生物炭表面富含大量含氧官能團(tuán)如羧基、羰基和羥基等,帶有大量負(fù)電荷以及較高的電荷密度,因此生物炭的CEC值較高,吸附性能良好。向重金屬污染土壤中施用生物炭,將引起土壤CEC增大,能夠吸附更多的陽離子,使得土壤對重金屬的固持作用也增強(qiáng)[19]。隨著生物炭在土壤中存在時間的延長,土壤的CEC增加[20]。
易卿等在土壤中加入生物炭后,與不添加生物炭的對照相比,添加量越大,土壤CEC值越大。添加水稻、樟木生物炭的土壤培養(yǎng)90d后,土壤CEC值均比對照有所增大,土壤有效態(tài)鎘含量與土壤中有機(jī)質(zhì)的含量呈顯著負(fù)相關(guān)[19]。張振宇在重金屬鎘污染土壤中加入生物炭梯度為7.5 t/hm2、15 t/hm2、30 t/hm2,土壤CEC呈現(xiàn)顯著增加趨勢,隨著施用生物炭量的提高增幅逐漸增大,分別較增大了4.90%、20.1%和25.8%,增加了土壤對鎘離子的固持作用[21]。楊惟薇等在潮土、水稻土、赤紅壤三種土壤中添加生物炭,土壤的CEC都顯著提高,且在45d的培養(yǎng)時間內(nèi),隨著培養(yǎng)時間的延長,CEC升高越明顯,與鎘的有效態(tài)呈顯著負(fù)相關(guān),與可氧化態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)呈顯著正相關(guān) [20]。
3.4生物炭對土壤氧化還原電位值的影響
土壤氧化還原電位(Eh)反映了土壤溶液中氧化還原狀況,即土壤中氧化態(tài)和還原態(tài)物質(zhì)的相對濃度,對土壤重金屬的有效性有重要影響[11]。土壤Eh主要取決于土體內(nèi)的水氣比例,土壤中水分較多時氧濃度減少,土壤處于還原狀態(tài),Eh較低,水分較少時氧濃度增多,土壤處于氧化狀態(tài),Eh較高[22]。土壤中水分條件的變化會導(dǎo)致Eh發(fā)生相應(yīng)的改變,直接影響到鐵、錳、硫在土壤中的狀態(tài),進(jìn)而影響土壤重金屬的形態(tài)轉(zhuǎn)化,與重金屬的環(huán)境毒性有顯著相關(guān)性[15]。施加生物炭之后土壤的持水能力和供水能力得到提高,生物炭用量多的土壤涵養(yǎng)水分的能力強(qiáng),土壤較為濕潤,此時土壤的Eh降低,而土壤中大多數(shù)重金屬元素是親硫元素,在低Eh的土壤環(huán)境下易生成難溶性硫化物,從而降低重金屬的毒性和危害;在高Eh的土壤環(huán)境下,難溶性硫化物逐漸轉(zhuǎn)化為易溶性硫酸鹽,重金屬的有機(jī)結(jié)合態(tài)在此條件下較不穩(wěn)定,重金屬的生物有效性和移動性增加[17]。王艷陽等進(jìn)行了不同生物炭施加量的土壤水分入滲及其分布特性研究,l現(xiàn)生物炭的施加能夠改善黑土區(qū)土壤持水能力和水分入滲特性,有利于作物生長[23]。李劍睿發(fā)現(xiàn)在鎘污染水稻土中添加生物炭與有機(jī)肥,土壤氧化還原電位顯著降低(P
生物炭對土壤理化性質(zhì)的影響,并不是單一的引起某一性質(zhì)的改變,而是會產(chǎn)生一系列的反應(yīng),引起多方面的改變,這些改變共同發(fā)生作用。生物炭的添加除了改變土壤的pH值、有機(jī)質(zhì)含量、陽離子交換量和氧化還原電位以外,還會影響土壤的微生物的數(shù)量和活性、調(diào)控土壤中營養(yǎng)元素的循環(huán)等,這些性質(zhì)的改變,都會對土壤重金屬的賦存形態(tài)產(chǎn)生影響。綜上所述,生物炭自身獨(dú)特的性質(zhì)使其具有修復(fù)土壤重金屬污染的潛能。
4研究展望
生物炭的施用雖然已被證明具有許多優(yōu)勢,但還有幾個方面的研究仍有不足,還需深入開展。首先,目前許多試驗(yàn)都是針對單一生物炭治理某一種重金屬污染,然而污染土壤一般為兩種以上的重金屬復(fù)合污染,一種單一的生物炭可能對一些重金屬起固定作用,而對另一些重金屬起活化作用,因此會造成一定的環(huán)境風(fēng)險。將來應(yīng)開發(fā)各種形式的生物炭復(fù)合材料,如各種生物炭復(fù)合或生物炭與其他吸附材料復(fù)合,研究復(fù)合材料對重金屬復(fù)合污染土壤的修復(fù)。其次,多數(shù)研究都是室內(nèi)或盆栽實(shí)驗(yàn),未來可多開展大田試驗(yàn),研究生物炭施入土壤后,對污染土壤的修復(fù)效果,并加強(qiáng)其對土壤質(zhì)量影響的研究。最后,還應(yīng)重視生物炭對土壤的長期效應(yīng),研究其對重金屬的固化是否穩(wěn)定,是否可能再次活化而造成二次污染。
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為適應(yīng)21世紀(jì)對人才培養(yǎng)的要求,筆者在總結(jié)土壤污染與防治教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合高等院校教學(xué)改革的新思路、新觀念,分析這門課程的教學(xué)存在的問題。
1.課程發(fā)展要求改革由于這門課程是與實(shí)際聯(lián)系相當(dāng)緊密,發(fā)展十分迅速的一門課程,其研究內(nèi)容在不斷更新發(fā)展,要想圓滿完成教學(xué)任務(wù),提高教學(xué)質(zhì)量,必須對教學(xué)方法進(jìn)行改革。
2.學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度要求改革由于各種原因的影響部分學(xué)生對這門課程并不感興趣,上課時不認(rèn)真聽講,考試時靠突擊應(yīng)對,改變教學(xué)手段和方法,提高學(xué)生的積極性非常必要。
二、教學(xué)改革的效果
1.傳統(tǒng)板書教學(xué)與多媒體教學(xué)相結(jié)合
傳統(tǒng)教學(xué)是中國幾千年的教學(xué)模式,這種教學(xué)方式有利于師生情感交流,有利于學(xué)生思維能力的培養(yǎng)及教師創(chuàng)新能力的提高。這種教學(xué)方式中,老師和教材成為學(xué)生學(xué)習(xí)知識的主要來源,學(xué)生是知識的傳播對象,成為被動的接受者。
多媒體教學(xué)是利用多媒體計(jì)算機(jī),綜合處理和控制文字、符號、語言、聲音、圖形、圖像、影像等多種媒體信息,把多媒體的各種要素按照教學(xué)目標(biāo),進(jìn)行有機(jī)組合并通過屏幕表現(xiàn)出來,同時根據(jù)需要加以聲音的配合,以及使用者與計(jì)算機(jī)之間的人機(jī)交互操作,完成教學(xué)過程。它改變了傳統(tǒng)教學(xué)中單一的講授形式,使一些在普通條件下難以觀察到的過程形象化地顯示出來,增大了信息量,活躍了課堂氣氛。在多媒體教學(xué)中也存在學(xué)生注意力不集中,教師備課不充分,板書少等問題。
在土壤污染與防治課程的講授中,筆者把這兩種教學(xué)手段結(jié)合在一起,取長補(bǔ)短。例如,在講授土壤重金屬污染這章時,對土壤中重金屬污染特點(diǎn)及存在狀態(tài)用板書講授;而向同學(xué)介紹重金屬對人類的危害時,通過使用多媒體展示圖片和動畫,能夠直觀、準(zhǔn)確地表達(dá)重金屬對人類的危害,可以加深學(xué)生對危害的認(rèn)識,提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣;在講解重金屬污染治理時,可以利用多媒體演示放映紀(jì)錄片,介紹我國土壤重金屬污染的現(xiàn)狀及其修復(fù)技術(shù)和治理程度。兩種教學(xué)手段相結(jié)合,使學(xué)生認(rèn)識到學(xué)習(xí)這門課程的重要性和迫切性;另外可以把教科書中公布的一些數(shù)據(jù)、案例與現(xiàn)有的、最新的網(wǎng)絡(luò)查詢的數(shù)據(jù)和案例對比,分析和評價我國土壤污染的發(fā)展和治理趨勢。
2.案例分析
案例分析法是教師在課堂上把實(shí)際工作中出現(xiàn)的問題、事件,經(jīng)過加工、整理、提煉形成理論與實(shí)踐、知識與趣味相結(jié)合的案例,然后講授給學(xué)生,學(xué)生進(jìn)行研究分析,可以培養(yǎng)學(xué)生的分析能力、判斷能力、解決問題能力。
在土壤污染與防治課程的講授中,案例分析包含兩方面的內(nèi)容,一方面教師通過具體的案例向?qū)W生介紹土壤污染事故的發(fā)生地點(diǎn)、發(fā)生原因、污染狀況(包括土壤、大氣、水、植物、人)以及對污染土壤的處置概況和一些應(yīng)對措施,這樣可以吸引學(xué)生的目光,使分散的注意力重新集中。另一方面鼓勵學(xué)生進(jìn)行案例分析講解,把學(xué)生分成幾個小組,把教科書中重要的、污染嚴(yán)重的幾種物質(zhì),分配給不同小組,學(xué)生們通過查閱文獻(xiàn),搜集匯總數(shù)據(jù),做成幻燈片,給其他學(xué)生講解某種污染物的案例。這樣一方面鍛煉了學(xué)生查閱、搜集文獻(xiàn)的能力,學(xué)生在講臺上講解自己搜集的案例,也鍛煉了學(xué)生的語言表達(dá)能力,提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性,使學(xué)生的自信心得以加強(qiáng)。另一方面老師和學(xué)生可以更換角色,使老師站在學(xué)生的角度了解學(xué)生的所需,改進(jìn)講課中的不足,事半功倍。
3.討論式教學(xué)
討論式教學(xué)是在教師的精心準(zhǔn)備和指導(dǎo)下,為實(shí)現(xiàn)某個教學(xué)目標(biāo),通過預(yù)先的設(shè)計(jì)與組織,啟發(fā)學(xué)生就特定問題發(fā)表自己的看法,從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、獨(dú)立思考和應(yīng)變能力,是加強(qiáng)師生課堂互動的一種教學(xué)手段。在進(jìn)行課堂討論時,一方面要鼓勵學(xué)生踴躍有序發(fā)言,另一方面要引導(dǎo)學(xué)生朝正確的積極的人生觀和價值觀方面進(jìn)行討論,討論結(jié)束后教師應(yīng)對討論的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)。除了專門準(zhǔn)備有針對性的討論話題,在教學(xué)過程中也允許學(xué)生對課堂講授的內(nèi)容隨時提出質(zhì)疑,大家一起討論,這樣教師可以不斷提高自己并了解學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的掌握情況。
例如在生活垃圾對土壤環(huán)境影響這個章節(jié)中,同學(xué)們共同討論了哪些生活垃圾屬于可回收垃圾,哪些生活垃圾屬于可以重復(fù)再利用垃圾,以及如何從自我做起進(jìn)行垃圾分類,為我國的垃圾處理作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。從討論中,同學(xué)們首先認(rèn)識到生活垃圾對環(huán)境的污染很大,從自我做起盡量少使用一次性物品,減少生活垃圾的排放,其次認(rèn)識到,垃圾分類是垃圾處理的前提,垃圾只有分類才能進(jìn)行資源化利用,變廢為寶,而且垃圾進(jìn)行分類還可以發(fā)揚(yáng)勤儉節(jié)約的優(yōu)良傳統(tǒng),學(xué)生不僅要從自我做起還可以向周圍的人進(jìn)行宣傳,共同保護(hù)我們的環(huán)境。
【英文關(guān)鍵詞】 Soil Pollution; Hazard; prevention and cure
【正文】
一、我國土壤污染現(xiàn)狀及危害
(一)我國土壤污染現(xiàn)狀土壤污染大致可分為:重金屬污染、農(nóng)藥和有機(jī)物污染、放射性污染、病原菌污染等多種類型。據(jù)報(bào)道,目前我國受鎘、砷、鉻、鉛等重金屬污染的耕地面積近12000萬公頃,約占總耕地面積的1/5;其中工業(yè)'三廢'污染耕地1000萬公頃,污水灌溉的農(nóng)田面積已達(dá)330多萬公頃。 污水灌溉等廢棄物對農(nóng)田已造成大面積的土壤污染。如沈陽張士灌區(qū)用污水灌溉20多年后,污染耕地2500多公頃,造成了嚴(yán)重的鎘污染,稻田含鎘5-7mg/kg.天津近郊因污水灌溉導(dǎo)致2.3萬公頃農(nóng)田受到污染物。廣州近郊因?yàn)槲鬯喔榷廴巨r(nóng)田2700公頃,因施用含污染物的底泥造成1333公頃的土壤被污染,污染面積占郊區(qū)耕地面積的46%.80年代中期對北京某污灌區(qū)進(jìn)行的抽樣調(diào)查表明,大約60%的土壤和36%的糙米存在污染問題。另一方面,全國有1300-1600萬公頃耕地受到農(nóng)藥的污染。除耕地污染之外,我國的工礦區(qū)、城市也還存在土壤(或土地)污染問題。
(二)土壤污染的危害 1.土壤污染導(dǎo)致嚴(yán)重的直接經(jīng)濟(jì)損失對于各種土壤污染造成的經(jīng)濟(jì)損失,目前尚缺乏系統(tǒng)的調(diào)查資料。僅以土壤重金屬污染為例,全國每年就因重金屬污染而減產(chǎn)糧食1000多萬t,另外被重金屬污染的糧食每年也多達(dá)1200萬t,合計(jì)經(jīng)濟(jì)損失至少200億元。對于農(nóng)藥和有機(jī)物污染、放射性污染、病原菌污染等其他類型的土壤污染所導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失,目前尚難以估計(jì)。 2.土壤污染導(dǎo)致食物品質(zhì)不斷下降我國大多數(shù)城市近郊土壤都受到了不同程度的污染,有許多地方糧食、蔬菜、水果等食物中鎘、鉻、砷、鉛等重金屬含量超標(biāo)或接近臨界值。 3.土壤污染危害人體健康土壤污染會使污染物在植(作)物體中積累,并通過食物鏈富集到人體和動物體中,危害人畜健康,引發(fā)癌癥和其他疾病等。 4.土壤污染導(dǎo)致其他環(huán)境問題土地受到污染后,含重金屬濃度較高的污染表土容易在風(fēng)力和水力的作用下分別進(jìn)入到大氣和水體中,導(dǎo)致大氣污染、地表水污染、地下水污染和生態(tài)系統(tǒng)退化等其他生態(tài)問題。
二、土壤污染的特點(diǎn)土壤污染具有明顯的隱蔽性、滯后性、累積性和不可逆轉(zhuǎn)性等特點(diǎn),土壤一旦受到污染,則需要很長的治理周期和較高的投資成本,造成的危害也比其他污染更難消除。 土地污染具有隱蔽性和滯后性。它往往要通過對土壤樣品化驗(yàn)和農(nóng)作物的殘留檢測,其嚴(yán)重后果僅能通過食物給動物和人類健康造成危害,因而不易被人們察覺;因此,從產(chǎn)生污染到出現(xiàn)問題通常會滯后很長的時間。土壤污染具有累積性,污染物質(zhì)在土壤中不容易遷移、擴(kuò)散和稀釋,因此容易在土壤中不斷積累而超標(biāo)。土壤污染具有不可逆轉(zhuǎn)性,重金屬對土壤的污染基本上是一個不可逆轉(zhuǎn)的過程,許多有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的污染也需要較長的時間才能降解;土壤污染很難治理,積累在污染土壤中的難降解污染物很難靠稀釋作用和自凈化作用來消除。因此,治理污染土壤通常成本較高、治理周期較長。
三、我國現(xiàn)行土壤污染防治的法律規(guī)定及其存在的問題目前,我國涉及土壤保護(hù)的法律法規(guī)主要有《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》《刑法》《土地管理法》《土地管理法實(shí)施條例》《水土保持法》《土地復(fù)墾條例》《基本農(nóng)田保護(hù)法》《農(nóng)藥安全使用標(biāo)準(zhǔn)》《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》及大氣、水、固體廢棄物污染防治法等。另外,為了貫徹《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》,防止土壤污染,保護(hù)生態(tài)環(huán)境,我國于1995年制定了《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618—1995)。盡管相關(guān)的法律法規(guī)不少,但大多針對經(jīng)濟(jì)利用、土地管理和利用、土地規(guī)劃及土地權(quán)屬問題方面,對土壤污染防治的規(guī)定分散而不系統(tǒng),缺乏具可操作性的細(xì)則和有威懾力的責(zé)任追究條款我國現(xiàn)有的土壤保護(hù)法律法規(guī)存在的問題主要有 :
(一)《環(huán)境保護(hù)法》《環(huán)境保護(hù)法》羅列的污染種類的滯后性,該法第20條規(guī)定:“各級人民政府應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對農(nóng)業(yè)環(huán)境的保護(hù),防治土壤污染、土地沙化、鹽漬化、貧瘠化、沼澤化、地面沉降和防治植被破壞、水土流失、水源枯竭、種源滅絕以及其他生態(tài)失調(diào)現(xiàn)象的發(fā)生和發(fā)展,推廣植物病蟲害的綜合防治,合理使用化肥、農(nóng)藥及植物生長激素。”該法于1989年頒布,但是對于所處的社會發(fā)展?fàn)顩r而言,以上的羅列已經(jīng)基本概括了所可能發(fā)生的污染種類,而這不發(fā)放置今日,就存在著些許的滯后性,無法窮盡污染種類,致使污染發(fā)生之時,無追究污染著責(zé)任的法律依據(jù),其應(yīng)當(dāng)包括有放射性物質(zhì)和化學(xué)物質(zhì)的污染、亂堆放生產(chǎn)廢物和消費(fèi)廢物,以及包括生物性污染在內(nèi)的污染及其他可能造成土地退化的不良(有害)影響;
(二)《土地管理法》 1.調(diào)整對象的局限性《土地管理法》的制定目的是為了加強(qiáng)土地管理,維護(hù)土地的社會主義公有制,保護(hù)、開發(fā)土地資源,合理利用土地,切實(shí)保護(hù)耕地。對于防治土壤污染,該法也作了原則性的規(guī)定,即在第35規(guī)定各級人民政府應(yīng)當(dāng)采取措施,維護(hù)排灌工程設(shè)施,改良土壤,提高地力,防止土地荒漠化、鹽漬化、水土流失和污染土地。這條規(guī)定是在《土地管理法》第4章,耕地保護(hù)當(dāng)中提出的,而并非在總則當(dāng)中對此問題加以表述,這就導(dǎo)致了這部法在調(diào)整土壤污染問題時,調(diào)整對象存在著明顯的局限性; 2.土壤污染防治意識的缺乏性該法第43條規(guī)定:任何單位和個人進(jìn)行建設(shè),需要使用土地的,必須依法申請使用國有土地;但是,興辦鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)和村民建設(shè)住宅經(jīng)依法批準(zhǔn)使用本集體經(jīng)濟(jì)組織農(nóng)民字體所有的土地的,或者鄉(xiāng)(鎮(zhèn))村公共設(shè)施和公益事業(yè)建設(shè)經(jīng)依法批準(zhǔn)使用農(nóng)民集體所有的土地除外。該法第36條規(guī)定:非農(nóng)業(yè)建設(shè)必須節(jié)約使用土地,可以利用荒地的,不得占用耕地;可以利用劣地的,不得占用好地。禁止占用耕地建窯、建墳或者擅自在耕地上建房、挖砂、采石、采礦、取土等。禁止占用基本農(nóng)田發(fā)展林果業(yè)和挖塘養(yǎng)魚。可以看出的是,該法對于基本農(nóng)田的用途有著嚴(yán)格的規(guī)定,對于其他耕地的利用范圍則放寬限制,而興建鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)則又放寬了農(nóng)用地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地的條件,而鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)產(chǎn)生排放的“三廢”物質(zhì),則是導(dǎo)致農(nóng)村土壤污染的最大元兇,而對于鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)和基本農(nóng)田土地布局和使用規(guī)劃的缺失,又是導(dǎo)致鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)在一定程度上造成耕地污染嚴(yán)重的原因。
關(guān)鍵詞:微波消解;電感藕合等離子體質(zhì)譜法;根莖類中藥材;元素
中圖分類號:O657.63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:0439-8114(2014)17-4170-03
Simultaneous Determination of Nine Elements in
Chinese Medicinal Materials with Tuber
GAO Zhen-jie1,GAO Hong-xia2,LIU Ying-li2,LIU Nan2,Meng Chun-yan2
(1.Hospital of Traditional Chinese Medicine of Qi'an, Qi'an 064000, Hebei, China;2.Hebei Province Key Laboratory of Occupational Health and Safety/School of Public Health of Hebei United University, Tangshan 0630000, Hebei, China)
Abstract:A microwave digestion-inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) method was established for simultaneous determination of 9 elements(namely Cu、Mo、Ni、Hg、Se、As、Pb、Cr、Cd) in Ligusticum Chuanxiong, Panax notoginseng (Burk) F. H. Chen, Cynanachum auriculatum, Radix et rhizoma rhei, Atractylodes macrocephala. Under optimal conditions, the detection limit was 0.03~1.93 μg/L, with the relative standard deviations(RSD) were 1.4%~3.9% and the recovery rates were of 89.5%~108.1%. The results showed that the method was simple, highly sensitive, reproducible and suitable for simultaneously analyzing 9 elements in Chinese medicinal materials.
Key words: microwave digestion, inductively coupled plasma-mass spectrometry, tuber Chinese medicinal materials, metal element
隨著國際市場對天然藥物的需求急劇升溫,中藥越來越受到世界各國的關(guān)注。我國是中藥材生產(chǎn)大國,資源儲量豐富,僅列入國家保護(hù)的品種就達(dá)1 000多種,但在國際藥材市場上所占的份額卻不到5%,與我國中醫(yī)藥大國的地位極不相稱,其中重金屬含量超標(biāo)是重要原因之一[1,2]。2010年版《中國藥典》在藥材和飲片部分規(guī)定了6種植物來源的藥材(西洋參、白芍、甘草、丹參、黃芪、金銀花)的重金屬最大限量,要求檢驗(yàn)鉛、砷、汞、鎘、銅5種元素的含量。但是在國際上對于藥物中金屬元素的種類及殘留量的限制更加嚴(yán)格,除上述5種元素外,增加了對鉻、鎳等元素的檢測,并開展了相關(guān)分析方法的研究[3-6]。中藥材中金屬含量檢測屬于微量或痕量分析,傳統(tǒng)的樣品前處理方法是電熱板加熱消解,測定方法有原子熒光光譜法,原子發(fā)射光譜法和原子吸收光譜法,其缺點(diǎn)在于操作過程復(fù)雜,耗時長,難以進(jìn)行多元素同時分析[1]。對于中藥的重金屬質(zhì)量控制,本研究建立了微波消解-電感藕合等離子體質(zhì)譜法同時測定常用根莖類藥材川芎、三七、首烏、大黃、白術(shù)中Cu、Mo、Ni、Hg、Se、As、Pb、Cr、Cd 共9種元素的方法,為中藥材質(zhì)量安全的分析和評價提供技術(shù)支持。
1 材料與方法
1.1 儀器與試劑
電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(7500 a型,美國Agilent公司);高壓密閉微波化學(xué)工作站(MARS X System,美國CEM公司);Cu、Mo、Ni、Hg、Se、As、Pb、Cr、Cd標(biāo)準(zhǔn)溶液(國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心);硝酸(優(yōu)級純,Sigma公司);內(nèi)標(biāo)溶液:Sc、Ge、Y、In、Tb、Bi(美國Agilent公司);質(zhì)譜調(diào)諧液Li、Y、Ce、Tl、Co(美國Agilent公司)。
1.2 ICP-MS工作參數(shù)
使用質(zhì)譜調(diào)諧液對儀器條件進(jìn)行優(yōu)化,使儀器靈敏度、分辨率、雙電荷、氧化物等各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到測定要求,經(jīng)優(yōu)化的ICP-MS工作條件如下:載氣流速1.07 L/min;射頻功率1 580 W;采樣深度5.2 mm,質(zhì)量分辨率0.65~0.80 amu;蠕動泵提升速度0.5 r/min;霧化室溫度2 ℃;氧化物CeO+/Ce+
1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的配制
中藥材中重金屬含量檢測屬于微量或痕量分析,因此在整個試驗(yàn)過程中必須避免污染,才能確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。本試驗(yàn)中所用的各種器皿均在10%硝酸溶液中浸泡24 h,然后依次經(jīng)自來水、去離子水清洗,自然晾干備用。
標(biāo)準(zhǔn)曲線的配制:用1% 硝酸溶液對標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行稀釋,配制成系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,各元素的濃度分別為:Cu、Ni、Cr質(zhì)量濃度為0.0、10.0、50.0、100.0、200.0、500.0 μg/L;Pb質(zhì)量濃度為0.0、10.0、20.0、50.0、100.0、200.0 μg/L,Cd、Se質(zhì)量濃度為0.0、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0 μg/L;As、Hg質(zhì)量濃度為0.0、0.5、1.0、2.5、5.0、10.0 μg/L;Mo質(zhì)量濃度為0.0、50.0、100.0、200.0、500.0、1 000.0 μg/L。
1.4 樣品預(yù)處理
將川芎、三七、首烏、大黃、白術(shù)樣品分別粉碎后,用瑪瑙研缽研細(xì),過80目篩,備用。分別準(zhǔn)確稱取樣品0.500 0 g,置于微波消解罐中,加硝酸8 mL,放置過夜。按表1設(shè)定的微波消解參數(shù)進(jìn)行消解,消解完畢后,于150 ℃驅(qū)趕殘酸,再轉(zhuǎn)移至10 mL容量瓶中,用1%硝酸溶液洗滌消解罐,合并至容量瓶中,并稀釋至刻度,混勻,待測。
2 結(jié)果與分析
2.1 ICP-MS的干擾與校正
ICP-MS測定金屬元素的主要干擾分為質(zhì)譜和非質(zhì)譜干擾,利用在線加入內(nèi)標(biāo)的方式消除基體效應(yīng)和接口效應(yīng),通過選擇合適的測定元素和內(nèi)標(biāo)校正元素(表2),并采用干擾校正方程和優(yōu)化儀器條件等措施降低干擾。質(zhì)譜調(diào)諧液為質(zhì)量濃度均為10 μg/L的Li、Y、Ce、Tl、Co,內(nèi)標(biāo)溶液為密度為0.01 g/L的Sc、Ge、Y、In、Tb、Bi。
2.2 微波消解條件的選擇
微波消解酸系的種類,目前應(yīng)用較多的有硝酸、硝酸-過氧化氫、硝酸-高氯酸體系。硝酸-過氧化氫體系在使用過程中空白較高且反應(yīng)劇烈,一般只能用于微波消解完成后,或微波消解效果不佳時使用;高氯酸在微波消解中具有一定的危險性,因而不推薦使用。本試驗(yàn)選用單一的硝酸作為消解用酸,能夠保證藥材樣品被消解完全,操作安全、簡便。
采用微波消解法處理樣品時,當(dāng)消解完成后,還需要進(jìn)行加熱趕酸,因?yàn)槿绻芤旱乃岫冗^高,不僅會腐蝕儀器,而且還會導(dǎo)致測定結(jié)果偏低。趕酸的溫度需控制在150 ℃,以免Hg、As等低沸點(diǎn)元素的流失。
2.3 9種待測元素的回歸方程和R2
在優(yōu)化的儀器條件下,采用雙蠕動泵管進(jìn)樣系統(tǒng)在線引入內(nèi)標(biāo)溶液并觀測內(nèi)標(biāo)校正元素的靈敏度,依次引入試劑空白、標(biāo)準(zhǔn)溶液,計(jì)算回歸方程及R2,結(jié)果見表2。
2.4 檢測限、精密度和回收率試驗(yàn)
檢出限測定:在選定的條件下,以1%硝酸溶液為空白,平行測定10次,以3倍標(biāo)準(zhǔn)差作為該元素的檢測限[7]。結(jié)果見表3,9種元素檢出限為0.03~1.93 μg/L。
精密度試驗(yàn):精確稱取川芎樣品0.5 g,平行制備7 個樣品并進(jìn)行測定,計(jì)算各個元素測定值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD),結(jié)果見表3,9種元素測定值RSD為1.4%~3.9%,表明該方法重現(xiàn)性較好。
回收率試驗(yàn):精確稱取已知含量的川芎樣品0.5 g,共6份,分別精確加入各待測元素標(biāo)準(zhǔn)液,進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn),結(jié)果見表3,9種元素的回收率在為89.5%~108.1%,達(dá)到分析要求[8]。
2.5 樣品的測定
采用“1.4”的方法對常用根莖類中藥材川芎、三七、首烏、大黃、白術(shù)樣品進(jìn)行元素含量分析,結(jié)果見表4。
國家商務(wù)部出臺的《藥用植物及制劑進(jìn)出口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》,對進(jìn)出口的中藥重金屬限量實(shí)行統(tǒng)一規(guī)范[9],限量指標(biāo)為:重金屬總量應(yīng)≤20.0 mg/kg、Pb≤5.0 mg/kg、Cd≤0.3 mg/kg、Hg≤0.2 mg/kg、As≤2.0 mg/kg、Zn≤20.0 mg/kg,依照此標(biāo)準(zhǔn),本次檢測的川芎、三七、首烏、大黃中Pb、Cd、Hg、As、Zn均未見超標(biāo),白術(shù)樣品的Hg含量超標(biāo)6倍。但是歐洲和美國、加拿大等國家對進(jìn)口的中藥材重金屬含量有更加嚴(yán)格的限值[10],如美國禁止含有Pb、Hg的中藥進(jìn)口,加拿大禁止含有Pb、As、Hg的中藥進(jìn)口,可見對中藥材重金屬的含量還需要進(jìn)行更加嚴(yán)格的控制。
3 小結(jié)與討論
國際市場對中藥材重金屬污染問題十分重視,許多國家在進(jìn)口中藥材時都進(jìn)行嚴(yán)格的檢測,由于不符合標(biāo)準(zhǔn)而被禁止進(jìn)口的報(bào)道屢見不鮮。如1999年美國公布了260種中成藥的檢測結(jié)果,在不合格的123個中成藥中,中國大陸有93個,嚴(yán)重?fù)p害了中藥的形象,為了加強(qiáng)對中藥材污染的防控,《中華人民共和國藥典》(2010年版)在藥材和飲片部分規(guī)定了植物、礦物、動物來源共17種藥材的重金屬限量,其中涉及植物藥材的僅西洋參、白芍、甘草、丹參、黃芪、金銀花6種,相對于我國眾多的中藥材品種來說,藥典中的限量品種還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。本研究采用微波消解-電感藕合等離子體質(zhì)譜法,同時測定常用根莖類藥材川芎、三七、首烏、大黃、白術(shù)中的Cu、Mo、Ni、Hg、Se、As、Pb、Cr、Cd共9種元素,試驗(yàn)結(jié)果表明,該法的檢出限為0.03~1.93 μg/L,RSD為1.4%~3.9%,加標(biāo)回收率為89.5%~108.1%,達(dá)到了分析要求,該方法具有簡便、靈敏、高效、準(zhǔn)確的特點(diǎn),適于根莖類藥材的批量分析。
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關(guān)鍵詞:農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全;土壤環(huán)境質(zhì)量;相關(guān)性研究
中圖分類號:S15 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-0432(2011)-01-0011-2
環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品污染問題已受到各國政府和公眾的持續(xù)關(guān)注。隨著我國加入世界貿(mào)易組織,農(nóng)產(chǎn)品市場的全球化,以及消費(fèi)者對農(nóng)產(chǎn)品關(guān)注程度的提高,使農(nóng)產(chǎn)品中的農(nóng)藥殘留、重金屬、持久性有機(jī)污染物等環(huán)境污染問題越來越受到人們的重視。
1相關(guān)性研究的意義
1.1 土壤環(huán)境質(zhì)量安全是農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的基本保證
由于人類一些不合理經(jīng)濟(jì)活動的影響,土壤環(huán)境質(zhì)量及其安全性能日益下降,直接威脅農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全,進(jìn)而危害群眾健康。我國耕地資源極其匱乏,所面臨的糧食和土壤環(huán)境問題比其他任何國家都要嚴(yán)峻得多,加強(qiáng)土壤污染防治迫在眉睫。另外,土壤污染防治工作的基礎(chǔ)還比較薄弱,全社會土壤污染防治的意識不強(qiáng)。
2008年1月8日,環(huán)??偩志珠L周生賢在第一次全國土壤污染防治工作會議上,提出要充分認(rèn)識加強(qiáng)土壤污染防治的重要意義。加強(qiáng)土壤污染防治,是構(gòu)建國家生態(tài)安全體系的重要部分,是實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的重要保障。
1.2 土壤環(huán)境質(zhì)量和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量之間的辯證關(guān)系
土壤環(huán)境質(zhì)量與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全被提到重要議事日程上來。并且二者之間一定有著密切的關(guān)系。但是這種關(guān)系并不一定如人們所理解的那樣,即,土壤污染,相應(yīng)農(nóng)產(chǎn)品一定污染。土壤污染,某種類型的農(nóng)產(chǎn)品卻未被污染;土壤未被污染,相應(yīng)農(nóng)產(chǎn)品也未必安全。
有些生產(chǎn)環(huán)境適合這類農(nóng)作物或植物的生長,相關(guān)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量也好。有些生產(chǎn)環(huán)境適合另外一類農(nóng)作物的生長。生產(chǎn)環(huán)境對農(nóng)產(chǎn)品種類及對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量有著重要的影響關(guān)系。因此調(diào)查生產(chǎn)環(huán)境中土壤環(huán)境質(zhì)量與農(nóng)產(chǎn)品之間的相互關(guān)系可以指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn),采取相應(yīng)措施,提高土壤環(huán)境質(zhì)量。
1.3 科學(xué)研究及生產(chǎn)發(fā)展的理論基礎(chǔ)
調(diào)查生產(chǎn)環(huán)境中土壤環(huán)境質(zhì)量與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量之間的相互關(guān)系可以明確二者之間的關(guān)系。了解污染物在農(nóng)作物體內(nèi)富集規(guī)律,為無公害蔬菜基地的選址和污染土壤的治理提供科學(xué)依據(jù)和理論基礎(chǔ)。
調(diào)查生產(chǎn)環(huán)境中土壤環(huán)境質(zhì)量與農(nóng)產(chǎn)品之間的相互關(guān)系可以建立土壤環(huán)境質(zhì)量與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量之間對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。為以后的科學(xué)研究、生產(chǎn)發(fā)展提供重要的理論基礎(chǔ)支持。
項(xiàng)目的研究為相關(guān)性理論研究,但實(shí)際意義是如果確定農(nóng)作物的產(chǎn)地,便可知其相應(yīng)農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量是否安全,為后續(xù)農(nóng)產(chǎn)品的進(jìn)出口等做了前期工作。并可進(jìn)一步進(jìn)行拓展實(shí)驗(yàn):被環(huán)境污染物污染的農(nóng)產(chǎn)品與生物體之間的慢性毒理學(xué)研究;食物鏈累積關(guān)系。
2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析
關(guān)于農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與土壤環(huán)境質(zhì)量之間的相關(guān)性研究,通過文獻(xiàn)查找,相關(guān)資料并不多見。較多的是研究環(huán)境污染物與人體健康的影響關(guān)系或是只是調(diào)查土壤環(huán)境污染與農(nóng)產(chǎn)品中含有污染物的多少,對其深入的相關(guān)性研究并不多見。
2008年,趙勇、李紅娟、魏婷婷、孫志強(qiáng)等人對土壤重金屬污染和蔬菜污染的相關(guān)性進(jìn)行了研究,為綠色蔬菜生產(chǎn)提供技術(shù)支持,以鄭州市常見的 5種葉菜類蔬菜為試驗(yàn)材料,采用溫室盆栽土培的方法研究了土壤 Pb濃度與蔬菜污染的相關(guān)性,并對綠色蔬菜生產(chǎn)要求的土壤 Pb污染閾限值進(jìn)行了預(yù)測。
2008年,李東坡、武志杰、梁成華等人通過分析土壤污染的原因、特點(diǎn)、我國土壤污染的現(xiàn)狀以及與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)系 ,提出了協(xié)調(diào)人與自然關(guān)系,積極研究土壤環(huán)境污染的控制方法與修復(fù)技術(shù);加強(qiáng)無污染生產(chǎn)資料的開發(fā)技術(shù)研究,減輕土壤環(huán)境污染;走節(jié)約資源,提高效率,減少污染的綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展之路 ,確保糧食生產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品食用安全。并指出土壤污染是土壤環(huán)境惡化因素中對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量影響最大起決定性作用的因素。
2005年,徐明崗、李菊梅、張青對土壤環(huán)境改善和食品安全之間的相關(guān)性進(jìn)行了專題論述。
從上述文獻(xiàn)來看,農(nóng)產(chǎn)品、食品質(zhì)量安全與土壤環(huán)境質(zhì)量及其他相關(guān)環(huán)境之間有必然的相關(guān)性,但對其相關(guān)性的理論研究很少,大多數(shù)文獻(xiàn)報(bào)道的是環(huán)境污染物對農(nóng)產(chǎn)品的直接影響或是環(huán)境污染物對人體健康的影響或是對生物、生態(tài)效應(yīng)的影響關(guān)系做實(shí)驗(yàn)研究。其實(shí)三者即:環(huán)境質(zhì)量、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、生物體生態(tài)生理健康,它們之間的關(guān)系應(yīng)該是非常密切的。環(huán)境質(zhì)量直接影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量,農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與否與對人體健康關(guān)系密切。
3相關(guān)性研究的主要內(nèi)容及其他問題
3.1 主要研究內(nèi)容
確定農(nóng)產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)基地或者是農(nóng)作物培育實(shí)驗(yàn)室,選擇現(xiàn)今流行的一些環(huán)境污染物:如重金屬、持久性有機(jī)污染物,確定幾種環(huán)境污染物的種類:如Pb、Hg、Cd或有機(jī)有毒物質(zhì)。用其污染土壤,然后再栽種相應(yīng)的農(nóng)作物,待生產(chǎn)成熟后,采收,確定農(nóng)作物的果實(shí)或是其他可食部分,采用分析測試方法確定污染物的富集程度,根據(jù)土壤污染物的濃度和農(nóng)產(chǎn)品中污染物濃度的數(shù)據(jù),采用一定的數(shù)學(xué)方法分析其相關(guān)性,明確污染物在農(nóng)作物體內(nèi)富集規(guī)律,為無公害蔬菜基地的選址和污染土壤的治理提供科學(xué)依據(jù)和理論基礎(chǔ)。也就是實(shí)驗(yàn)和理論相結(jié)合,通過實(shí)驗(yàn)獲取分析數(shù)據(jù),采用數(shù)學(xué)理論對數(shù)據(jù)進(jìn)行深層信息的挖掘,獲取我們想要的信息。
3.2 關(guān)鍵問題
在確定污染指標(biāo)的選擇上是項(xiàng)目的一個關(guān)鍵問題,因?yàn)樵?jīng)有文獻(xiàn)報(bào)道過,有些污染指標(biāo)在土壤環(huán)境中大量存在,但是在其相應(yīng)的農(nóng)產(chǎn)品當(dāng)中未能體現(xiàn)出來,可能與農(nóng)產(chǎn)品種類對該項(xiàng)污染指標(biāo)的耐受機(jī)制有關(guān)。就象人們所能理解的,土壤污染嚴(yán)重,種出來的果實(shí)也一定有問題。有些污染指標(biāo)在土壤環(huán)境或水體環(huán)境中含量很小,但是在農(nóng)產(chǎn)品當(dāng)中卻表現(xiàn)得含量很高,這就需要不光考慮土壤單一方面的因素,還要考慮水體、大氣等周圍的環(huán)境以及農(nóng)產(chǎn)品本身的種類等問題。
還有一個就是污染指標(biāo)的濃度問題。
模型的建立也是關(guān)鍵,模型建立得適合,會真實(shí)地反映本質(zhì)問題,反映出二者之間的相關(guān)性,如果模型選擇得不合理,未必得出真實(shí)結(jié)果。
土壤環(huán)境質(zhì)量與相應(yīng)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全之間的相關(guān)性問題很復(fù)雜,并不是相關(guān)或不相關(guān)兩個答案就能解決的問題,需要多方面、多角度考慮影響問題的因素,才有可能得出客觀的結(jié)果。
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