再生水—土壤—蔬菜体系中重金属Zn的迁移规律研究

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新疆是一个水资源贫乏的地区,用再生水灌溉及污泥施肥是解决农业用水、用肥问题的重要举措。但再生水灌溉和污泥施肥必然对灌区土壤和农产品质量造成影响和隐患。Zn是植物,动物和人体的必需元素,但新疆农业土壤普遍缺锌。深入研究重金属Zn在再生水-土壤-蔬菜系统中的迁移和积累规律,即通过Zn在体系中的定性,定量和定位研究,可以更准确评价土壤和蔬菜中Zn的含量和生物可给性,为蔬菜安全生产和再生水的合理利用提供理论依据。  本研究通过小区试验、盆栽试验、体外模拟等实验,分析再生水-土壤-蔬菜体系中重金属Zn的迁移规律。  (1)对灌溉水样在不同转速下离心,测定上清液和沉淀中Zn的含量。结果表明,上清液中Zn含量依次为,12000 r/min>8000 r/min>4000 r/min。说明Zn主要以悬浮物吸附形态存在于水体中,而不是游离溶解态。  (2)2011年-2013年通过小区试验种植小白菜和萝卜,以再生水灌溉和污泥施肥,采用修正的BCR法测定了再生水、污泥、土壤、蔬菜中Zn的五种形态含量。结果表明:2011年-2013年水样中Zn含量均未超出国家《农田灌溉水质标准(GB5084-2005)》中Zn的标准。污泥中B0含量极少,残渣态B4含量较高。土壤中Zn的本底含量较少,经过三年的蔬菜种植和灌溉,土壤中Zn含量有增高的趋势。蔬菜中五种形态均有分布,地上部分中水溶态B0和可氧化态B3含量较高,地下部分中残渣态B4含量也较高。灌溉水中B0的含量对Zn在土壤和蔬菜中的迁移产生了较大影响。适当的再生水灌溉和污泥施肥可以改善土壤的缺Zn状况。  (3)采用盆栽移栽离子交换膜的方式,对土壤中Zn进行定位测定。用LEO-1430vp型扫描电子显微镜SEM及EDS能谱仪测定膜上点位中Zn的相对百分含量,再用Surfer8.0软件制图,即得土壤中重金属Zn的垂直、水平分布示意图。结果表明,Zn在土壤中的分布比较均匀,随着灌溉次数的增加,土壤中Zn的含量增加。经5次灌溉后小白菜土壤中Zn的含量较低。经过10次灌溉后,土壤中Zn含量增加了,但用再生水配制Zn溶液灌溉的小白菜土壤中Zn的含量仍较低,试验结果与小区试验结果一致。  (4)采集蔬菜可食用部分,用体外模拟装置(药物溶出仪)模拟人体消化系统进行消化,分别取模拟胃和模拟小肠阶段反应液经离心过滤,检测Zn含量并计算其生物可给性;根据Zn生物可给量进行健康风险评价。结果表明:在模拟胃阶段和模拟小肠阶段,蔬菜中Zn的生物可给性均较高,用污泥施肥的蔬菜Zn的生物可给量更高。仅就重金属Zn而言,食用经再生水灌溉和污泥施肥的小白菜和萝卜是安全的,蔬菜中的Zn生物可给量均未超过中国营养学协会规定的成人及儿童RDA参考值。
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