摘要

在尼日利亞等發展中國家，采礦業是一種經濟上可行的企業。這導致了機械化采礦和非法手工采礦活動的增加。在尼日利亞東南部埃邦伊州的Ameri、Abakaliki礦區，非法的手工采礦活動在農業中進行。本研究調查了美國農田土壤中采礦活動造成的重金屬汙染水平和栽培植物無意吸收的程度。土壤和植物部分(根和莖)來自Ameri礦區附近的農田和30公裏外沒有采礦活動的對照地點。土壤和植物樣品采用標準分析方案進行分析。結果表明:土壤和植物部位中重金屬(Pb、Zn、Fe、Cd、Cu、Mn、Ni、Cr、Co)的平均濃度圓圓圓豆，圓圓圓豆，圓圓圓豆而且Chromolaena odorata)顯著高於對照組(P<0.05)。結果還表明，植物對不同重金屬的轉位因子(TF)存在差異，圓圓天牛(D.圓圓天牛)對所有重金屬的轉位因子(TF)均小於1(<1)，黑天牛(I. batatum)均大於1(>1)。這些結果表明，所研究的植物品種是重金屬的良好植物萃取物，因此可能對食用和藥用植物的人群構成重金屬毒性的公共健康風險。

關鍵字

農業土壤汙染;重金屬;手工采礦;易位因子;Phyto-extraction

背景

土壤中金屬的濃度取決於許多自然和人為的環境因素。重金屬通常以極少量的形式存在於土壤和水係統中。然而，人類和其他人為活動，如采礦垃圾傾倒，農業;其中，將這些元素大量添加到環境中，超出了它們的閾值限製。

在尼日利亞東南部的埃博尼伊州，采礦和農業做法具有重要的經濟意義，兩者往往在有礦藏的地區同時存在。在Ameri礦區，主要感興趣的礦物主要是鉛和鋅。采礦，無論是手工的還是機械化的，在經濟上都是可行的。埃邦伊州大多數礦區附近經常被用作可耕地，種植可食用食品和藥用植物[1]。采礦活動大大增加了周圍環境中鉛和其他潛在有害元素的含量，據報道，這對這些汙染地區的習慣食用食品和藥用植物構成了健康風險[3,4]。

由於人口增長、經濟困難和過度依賴農業為生，尼日利亞東南部大部分礦區被廣泛用作農業耕地的情況正在增加。這項工作旨在評估和提供可信數據，幫助該區域的決策者製定基於證據的采礦、農業和環境可持續性政策。以往關於Abakaliki鉛鋅礦區鉛鋅開采影響的研究主要集中在水、土壤和植物金屬負荷[4,5]。但是，關於礦區附近農田上可食用食物和藥用植物的積累潛力的資料很少或沒有。因此，這項工作旨在通過提供礦區附近農業土壤和食品和藥用植物中重金屬負荷的基線數據來填補這一科學空白。

位置

Ameri是尼日利亞東南部埃邦伊州Ikwo地方政府區的一個社區，位於北緯06°151和06°20¹N和經度008°051和008°101 N(圖1)。

圖1:Abakaliki鉛鋅礦區地圖，顯示鉛鋅礦脈和取樣點

在地質學上，Ameri鉛鋅礦形成了Abakaliki鉛鋅礦田的一部分，該鉛鋅礦田位於尼日利亞最大的白堊紀沉積盆地Benue槽[4]的大部分區域內。

方法

抽樣程序

Cretin和Johnson[6]描述的隨機技術和判斷技術被用於從研究和對照站點獲取媒體樣本。

土壤樣品采集

利用全球定位係統(GPS)-Garmin 724模型獲得土壤采樣點坐標。研究地點分為4個采樣點，然後是對照地點，共5個采樣點。所有樣品在100- 600 m之間間隔采集，以確保均勻分布，並重複三次形成複合樣品。土壤樣品來自表層土壤(0 ~ 30 cm)和底土(30 ~ 45 cm)。土壤樣品來自研究用植物的根際。土壤樣品分別在濕季和幹季采集，以代表研究區域每年的季節變化。樣品土壤先風幹，然後風幹，研磨成粉末，然後用2毫米的篩網進行篩分。然後將它們分別儲存在一個密封的、貼好標簽的塑料袋中，直到進行分析。

四種主要植物的樣本

選定的植物品種(圓圓圓豆，圓圓圓豆，圓圓圓豆而且Chromolaena odorata)分別從研究區(美國農田和對照點)的標記點取3個副本，混合成複合樣品。它們分別在旱季和雨季收獲，以代表研究區域的年度季節變化。植物被分類，根從莖(莖和葉)中分離出來。所有采集的樣品都用去離子水清洗。采用三步洗滌順序，直到樣品中沒有可見的土壤顆粒。樣品先風幹，然後在80°C左右的烤箱中風幹24小時，以去除所有水分。幹燥的樣品使用實驗室攪拌機粉碎，儲存在一個密封的螺旋蓋容器中(封閉係統)，並貼上適當的標簽。之後，用王水以1:2 (HNO_3.:鹽酸)。在插入適當的空心陰極燈(AOAC 2005)後，將消化後的提取物吸入原子吸收分光光度計(光譜AA 220 FS)。

樣品的分析

土壤和植物的元素分析是使用美國Buck Scientific公司的210 VGP型原子吸收分光光度計(AAS)進行的，如AOAC(2005)中所述。采用原子吸收分光光度計(光譜AA 220 FS型)分析了重金屬Pb、Zn、Fe、Cu、Cd、Mn、Ni、Co和Cr。

植物修複商的測定

轉位因子(TF)定義為植物莖部重金屬含量與根係重金屬含量之比，采用Cui等人描述的方法計算。[7]。易位因子(T / F) =(金屬)_拍攝/(金屬_)根．

統計分析

實驗結果以三次重複測定的平均值±標準差(SD)表示。采用SPSS軟件對所有被測變量進行單因素方差分析(ANOVA)版本．9.2 (Inc.， Chicago, USA)軟件，根據Zamani等，采用Duncan多重範圍檢驗顯示顯著差異為P<0.05。[8]。

發現

一)研究區幹濕季節表層土和底土重金屬含量結果分別如表1和表2所示。結果表明，兩個季節美洲農田土壤中Pb、Zn、Fe、Cu、Cd、Mn、Ni、Co和Cr含量均存在不同水平，且顯著高於對照地(P<0.05)。表層土壤金屬含量顯著高於底土(P<0.05)。結果(表1和表2)表明，濕季土壤重金屬含量除Ni和Cu外均超過了USEPA(2010)規定的允許限值，而旱季土壤表層和底土中隻有Cd、Mn和Cr分別超過了USEPA(2010)規定的允許限值。結果表明，對照點土壤的所有值均在美國環保局(2010)規定的兩個季節允許範圍內。

重金屬	構成(2010)	譬如	控製	譬如	控製
	毫克/公斤	表層土壤	表層土壤	子土壤	子土壤
Pb	300	1154.88b±0.96	30.03一個±0.34	1154.05c±0.26	29.95一個±0.15
鋅	200	1197.23c±0.74	8.88一個±0.68	1193.13c±1.11	8.77一個±0.45
菲	1000	77830.99c±5.12	70.17一個±0.17	77545.80d±1.58	70.12一個±0.31
銅	250	35.54b±0.18	18.02一個±0.35	33.99c±0.33	12.65一個±0.64
Cd	3．0	5.37b±0.55	0.39一個±0.31	5.04c±0.23	0.38一個±0.33
錳	80	1238.11c±1.37	5.96一個±0.52	1238.28c±2.13	6.91一個±0.75
倪	150	72.28d±0.24	2.60一個±0.51	72.17d±0.93	2.50一個±0.20
有限公司	NA	33.07b±0.38	0.8.03一個±0.29	32.44b±0.45	1.02一個±0.81
Cr	750	1127.57c±0.47	1.40一個±0.26	1121.80c±0.85	1.58一個±0.33

表1:濕季土壤樣本重金屬含量(mg/kg

重金屬	構成	譬如	控製	譬如	控製
	毫克/公斤(2010)	表層土壤	表層土壤	子土壤	子土壤
Pb	300	309.60b±0.97	19.13一個±0.62	209.58一個±0.84	118.89一個±0.55
鋅	200	155.05b±0.43	44.85一個±0.28	155.01b±1.13	44.74一個±0.36
菲	1000	790.02d±1.14	408.12一個±0.96	758.96c±1.07	477.5一個±1.16
銅	250	28.30b±0.45	6.90一個±0.34	28.22b±0.32	7.02一個±0.35
Cd	3．0	4.90c±0.42	1.54一個±0.25	4.81c±0.62	1.52一個±0.18
錳	80	294.74d±0.44	3.03一個±0.95	294.66d±0.39	4.10一個±0.55
倪	150	33.02c±0.22	1.08一個±0.26	32.89c±0.36	1.05一個±0.43
有限公司	NA	48.01d±0.11	1.80一個±0.66	48.00d±0.72	1.71一個±0.38
Cr	750	1112.70c±0.37	1.34一個±0.82	1112.60c±0.43	1.13一個±0.42

表2:旱季土壤樣品重金屬含量(mg/kg
數值為三次(n=3)重複的平均值±標準差。用鄧肯多重量程檢驗，同一種金屬的不同字母值具有統計學差異，P<0.05

b)結果重金屬負荷在嫩枝和根圓圓圓豆，圓圓圓豆，圓圓圓豆而且Chromolaena odorataAmeri站點和對照站點的數據分別見表3和表4。結果表明，植物體內不同部位的重金屬積累水平存在差異，美洲地區植物體內重金屬積累水平普遍高於對照區。根中金屬含量較高圓圓圓圓圓圓豆而且Chromolaen odorata除鐵外，其餘金屬含量均高於嫩枝Discorea rotundata．結果還表明，盡管Ameri和對照地的植物積累了不同水平的重金屬，但都低於美國環保局(2010)對食用食品和藥用植物的最大允許限值。

重金屬		Discorearotundata		Ipomea甘薯		Telfeleriaoccidentalis		Chromolaenaodorata
	構成(1986) 毫克/公斤	拍攝	根	拍攝	根	拍攝	根	拍攝	根
Pb	5．0	0.92±0.44	0.98±0.97	0.84±0.05	1.21±0.12	0.08±0.08	1.10±0.02	0.19±0.04	0.19±0.02
鋅	100.0	0.64±0.11	0.86±0.22	0.86±0.22	1.42±0.02	0.14±0.02	1.58±0.04	2.05±0.05	0.145±0.03
菲	250	23.980±0.84	14.125±1.50	31.04±0.06	44.76±0.17	6.92±0.12	118.75±0.11	58.32±0.17	48.44±0.12
銅	40.0	0.42±0.43	0.74±0.11	0.88±0.02	1.31±0.11	0.99±0.11	1.10±0.02	0.92±0.05	0.76±0.04
Cd	0．10	0.041±0.52	0.132±0.34	0.98±0.02	0.31±0.03	0.98±0.02	0.99±0.05	0.52±0.04	0.95±0.05
錳	1．0	0.125±0.38	0.200±0.52	0.24±0.03	0.31±0.01	0.66±0.04	0.50±0.04	0.26±0.07	0.28±0.02
倪	10 - 100	0.085±0.21	0.078±0.35	0.08±0.01	0.11±0.01	0.06±0.01	0.09±0.01	0.10±0.02	0.07±0.01
Cr	2．0	0.031±0.33	0.102±0.17	0.57±0.02	0.82±0.02	0.45±0.02	0.64±0.02	0.18±0.03	0.34±0.03

表3:美國基地植物部分重金屬含量(mg/kg)
數值為三次(n=3)重複的平均值±標準差。來源:作者̕的結果

重金屬		Discorearotundata		Ipomea甘薯		Telfeleriaoccidentalis		Chromolaenaodoranta
	構成 (1986)毫克/公斤-	拍攝	根	拍攝	根	拍攝	根	拍攝	根
Pb	5．0	0.01±0.03	0.03±0.02	0.03±0.02	0.09±0.03	0.10±0.01	0.09±0.01	0.02±0.01	0.01±0.01
鋅	100.0	0.44±0.02	0.92±0.05	0.80±0.05	0.89±0.09	0.18±0.09	0.13±0.01	0.32±0.01	0.42±0.02
菲	250	3.51±0.03	3.66±0.05	2.18±0.03	2.99±0.09	12.18±0.03	13.17±0.04	2.08±0.06	10.20±0.10
銅	40.0	0.03±0.05	0.06±0.02	0.26±0.02	0.02±0.01	0.09±0.05	0.05±0.02	0.13±0.03	0.12±0.03
Cd	0．10	0.28±0.02	0.62±0.02	0.15±0.01	0.26±0.02	0.70±0.02	0.97±0.07	0.99±0.03	0.81±0.03
錳	1．0	0.21±0.05	0.45±0.03	0.23±0.03	0.44±0.02	0.42±0.02	0.27±0.02	0.47±0.05	0.41±0.05
倪	10 - 100	0.05±0.03	0.07±0.02	0.04±0.02	0.05±0.01	0.01±0.01	0.02±0.01	0.06±0.01	0.08±0.02
Cr	2．0	0.08±0.02	0.09±0.01	0.01±0.01	0.05±0.01	0.06±0.01	0.11±0.01	0.04±0.01	0.07±0.01

表4:對照地點植物部位的重金屬含量(毫克/公斤

c)易位因子(TF):所研究的所有金屬的植物的易位因子(植物萃取商)的結果如圖2所示。結果表明，易位因子對Discorea rotundata是否小於1(<1)，而Ipomea甘薯對於所研究的所有金屬都大於單位(>1)。的結果(圖2)顯示了相似的TF趨勢Telfeleria occidentalis而且Chromoleana odorata其中Zn、Fe、Cu、Ni和Cr的TF值大於1 (>1)，Pb、Cd和Mn的TF值小於1(<1)。

圖2:研究區植物對所有金屬的遷移因子(TF)

討論

土壤重金屬濃度

微量的某些重金屬是生物體維持健康所需的最佳量。然而，過量的這些金屬對生物體是有害的。該研究(表1和表2)表明，在大多數情況下，研究地點的重金屬濃度都超過了美國環保局(2010)對農業用地的允許限度。尼日利亞不同地區的垃圾場和重金屬汙染垃圾場也報告了類似的結果[10,11]。土壤中高濃度的重金屬已被證明會影響植物吸收的量。當這些金屬被植物吸收到超過閾值限度的水平時，它們會取代色素或酶中的必需金屬，從而破壞它們的功能。研究顯示，表層土壤中的金屬濃度略高於底土(表1和表2)。這可能是由於手工采礦活動中采礦粉塵的重金屬沉積造成的。類似的研究表明，在農業土壤表麵傾倒尾礦、填埋礦石和廢物的結果效應[13,8]。

工廠的重金屬負荷

土壤-植物間微量元素轉移的研究表明，不同植物對微量元素的積累差異很大，主要取決於植物種類、其內在控製因素和土壤質量。該研究(表3和表4)表明，研究的不同植物在其芽和根中積累了不同程度的重金屬，但均低於美國環保局(2010)允許的設置限值。這些金屬的高濃度積累會導致植株生長發育遲緩、褪綠、根變黑、葉變黃，從而降低研究區植株的預期產量。部分植物的生存能力可能是由於植物的耐受機製的發展，因為積累水平仍然低於一些農業用地的規定限製[15,16,7]。

本研究獲得的植物物種各部位鐵含量升高的幅度，可能是由於鐵在地點的有效度高，以及地殼中鐵的普遍豐度。總的來說，該研究揭示了這些植物中大多數被研究的金屬的高水平，暗示了食用和藥用這些植物可能對健康有害[9]。然而，根據Vecera等人[18,19]的研究，一些被研究的金屬，如Cd、Mn、Cr和Ni(表3和4)含量較低，可能不足以引起植物毒性。

重金屬易位因子(TF)

TF值大於1(>1)被用來評價植物物種的植物提取和植物穩定潛力。該研究(圖2)表明，TF值隨植物種類和重金屬種類的不同而不同。這些金屬的高根冠遷移表明這些植物可能具有重要的特征，可用於金屬的植物提取[15,20,21]。這項研究表明鳳梨，西花鳳梨而且c . odorata食用和藥用用途的魚苗可能構成公共衛生風險，因為它們含有TF>1。TF值高的植物品種被認為適合植物提取，因為它們通常會將重金屬轉移到容易收獲的部分，如莖和葉(莖)。

本研究表明，美利地區具有高TF值的植物樣本具有巨大的植物提取重金屬的潛力。研究還表明，Ameri的土壤和相關的環境因素可能使這些可食用的主要植物變得具有植物毒性，因此不適合人類食用。這意味著應避免在礦山附近的農業用地上種植食用和藥用植物，以避免重金屬毒性的多重影響。此外，研究表明，植物，如I.batatas在研究區內可用於植物提取所研究的金屬。這類植物具有較高的植物提取潛力，可用於修複汙染土壤。的特遣部隊d . rotundata低於單位(圖2)，這意味著大部分被吸附的金屬都儲存在根部。因為可食用的部分d . rotundata是根源，也意味著它的食用是不安全的，因為它可能構成多重影響重金屬毒性的健康風險。

結論

研究結果表明，土壤中Pb、Zn、Fe、Cd、Mn均超過美國環保局允許的耐受閾值，表明美國農田處於高度汙染狀態。這意味著，除非采取補救措施，否則農田不適合種植食用食品和藥用植物。雖然，研究植物吸收的鉛、Cd、鋅、鐵、鎳和Cr低於臨界閾值1000 mg/kg^－1，它們仍然具有植物提取的潛力。這些結果表明，所研究的植物品種是重金屬的良好植物萃取物，因此可能對食用和藥用植物的人群構成重金屬毒性的公共健康風險。這項研究的結果呼籲在生態、環境和公眾健康保護方麵給予關注。

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文章類型:研究文章

引用:Aloh GA, Aloh HE, Obasi AN, Chukwu K(2017)尼日利亞東南部埃邦伊州Abakaliki鉛鋅礦區Ameri農業土壤重金屬汙染的證據:植物修複的指示。Nutr Food technology開放訪問3(3):doi http://dx.doi.org/10.16966/2470-6086.145

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出版的曆史:

收到日期:08年8月2017年

接受日期:2017年9月25日

發表日期:2017年10月02