重金屬在鹽地堿蓬體內(nèi)的累積與轉(zhuǎn)移特征

王明華 張森 王偉路 宮立鵬 李德生

（天津理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與安全工程學(xué)院，天津 300384）

重金屬在鹽地堿蓬體內(nèi)的累積與轉(zhuǎn)移特征

王明華 張森 王偉路 宮立鵬 李德生*

（天津理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與安全工程學(xué)院，天津 300384）

為了驗(yàn)證重金屬在天津?yàn)I海鹽地堿蓬體內(nèi)的累計(jì)轉(zhuǎn)移特征是否影響其食用安全性，本文對(duì)天津?yàn)I海濕地鹽地堿蓬進(jìn)行了取樣實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明：鹽地堿蓬對(duì)重金屬Pb、Zn的富集能力較強(qiáng)且轉(zhuǎn)移系數(shù)較大，鹽地堿蓬根部對(duì)Cu的富集能力最大，但轉(zhuǎn)移能力較弱；濱海鹽地堿蓬濕地土壤中重金屬Pb和Zn含量較高，但均未達(dá)到污染的程度，土壤表層和下層中重金屬含量關(guān)系表現(xiàn)出：Zn>Pb>Cr>Cu，均達(dá)到國(guó)家土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。鹽地堿蓬體根、莖、葉中重金屬Cr、Cu、Pb和Zn含量均超過國(guó)家無公害綠色蔬菜標(biāo)準(zhǔn)，不符合食用標(biāo)準(zhǔn)。因此，重金屬污染的濱海地區(qū)，鹽地堿蓬可以作為抗污染植物，但體內(nèi)重金屬的積累表明不宜再直接食用，此實(shí)驗(yàn)為濱海濕地鹽地堿蓬的開發(fā)利用提供了理論依據(jù)。

鹽地堿蓬；重金屬；富集系數(shù)；轉(zhuǎn)移系數(shù)；食用安全

鹽地堿蓬（Suaeda salsaL.）又名翅堿蓬、黃須菜、鹽蒿，為黎科堿蓬屬一年生草本植物。鹽地堿蓬是北方濱海濕地重要的先鋒植物，一般生長(zhǎng)在沿海灘涂、荒漠等鹽堿地上[1]，具有較強(qiáng)的抗鹽和耐鹽能力，對(duì)海岸帶生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和演替有著重要的作用[2]。鹽地堿蓬不僅在保灘護(hù)堤和改良土壤方面有重要的作用，其幼苗味道鮮美，還可以作為野生蔬菜食用。有研究表明，鹽地堿蓬中不但富含不飽和脂肪酸、粗蛋白、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)成分，而且其微量元素，如鈣、磷、鐵、鋅、硒等的含量均高于普通蔬菜[3]。另外，鹽地堿蓬還具有清熱解毒、降壓降脂、抗炎、增強(qiáng)機(jī)體免疫、降脂、抗氧化活性等功效[4-5]。

盡管大部分人認(rèn)為，鹽地堿蓬生長(zhǎng)的沿海灘涂遠(yuǎn)離化肥和農(nóng)藥污染，是一種優(yōu)質(zhì)的野生綠色蔬菜[5]。但是，由于石油開發(fā)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等人類活動(dòng)的干擾，重金屬污染成為海岸帶濕地的重要威脅因子[6]，通過食物鏈的富集，人類從食品中攝取了種類繁多且濃度高的有毒、有害物質(zhì)，威脅人類健康[7]。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)濱海濕地鹽地堿蓬的研究主要集中在其植物學(xué)特性及其耐鹽機(jī)理方面[8]，然而濱海濕地鹽地堿蓬作為野生蔬菜，其重金屬含量是否符合人類的食用標(biāo)準(zhǔn)尚缺乏文獻(xiàn)報(bào)道，因此對(duì)部分具有重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)鹽地堿蓬的食用安全亟待評(píng)估。本文以天津?yàn)I海鹽地堿蓬為研究對(duì)象，研究了鹽地堿蓬生長(zhǎng)的土壤環(huán)境、鹽地堿蓬本身重金屬含量和重金屬在鹽地堿蓬體內(nèi)富集和轉(zhuǎn)移特征，以此來評(píng)價(jià)天津?yàn)I海濕地鹽地堿蓬的食用安全性，以期為鹽地堿蓬這種野生蔬菜的開發(fā)和利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

天津?yàn)I海濕地位于天津東部沿海地區(qū)，華北平原的北部，處于山東半島和遼寧半島交匯點(diǎn)上，海河流域下游，瀕臨渤海，北與河北省唐山市為鄰，南與河北省黃驊市為界，地理坐標(biāo)為北緯38°40＇至39°00＇，東徑117°20＇至118°00＇，總面積達(dá)2270km2，氣候類型為暖溫帶季風(fēng)型大陸氣候，并具有海洋性氣候特點(diǎn)：冬季寒冷、少雪；春季干旱多風(fēng)；夏季氣溫高、濕度大、降水集中；秋季天高氣爽、風(fēng)和日麗。全年平均氣溫13.0℃，高溫極值40.9℃，低溫極值-18.3℃。年平均降水量566.0mm，降水隨季節(jié)變化顯著，冬季、春季少，夏季集中。濱海濕地主要植物類型為鹽地堿蓬、蘆葦，土壤類型為鹽堿土[9]。

1.2 樣品采集

在濱海鹽地堿蓬濕地選擇合適的樣地，觀察堿蓬分布。并分10～16的樣方對(duì)堿蓬進(jìn)行一定樣方大小的采樣（樣方多數(shù)情況為50cm×50cm）。對(duì)采集樣品進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理，將根部泥土洗凈放入信封當(dāng)中裝好并做好標(biāo)記，帶回實(shí)驗(yàn)室再次洗凈并用去離子水沖洗3次后在烘箱內(nèi)100℃下殺青30min，然后在75℃烘干至恒重，之后將樣品按各個(gè)器官（根、莖、葉）分開，經(jīng)過瑪瑙研缽研磨均勻，過100目篩，裝入自封袋待測(cè)。

1.3 樣品測(cè)定方法

稱取0.1～0.2g樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)處理（消解罐消解法），鹽地堿蓬的根、莖、葉樣品經(jīng)濃硝酸-雙氧水消解，根際沉積物樣品經(jīng)濃硝酸和氫氟酸消解，通過ICP-OES測(cè)定Hg、As、Cu、Pb、Zn、Cd含量，每個(gè)樣品重復(fù)3次；土壤pH值和鹽分分別采用pH計(jì)和電導(dǎo)率儀測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

鹽地堿蓬的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)計(jì)算公式如下：

以上公式參考文獻(xiàn)10，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS19.0中Pearson相關(guān)系數(shù)分析pH、土壤鹽度和土壤重金屬含量之間的相關(guān)性，采用Excel2003作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 天津?yàn)I海鹽地堿蓬濕地土壤中重金屬含量特征

土壤表層土壤中Cr、Cu、Pb和Zn的含量分別為38.36mg/kg、22.94mg/kg、39.86mg/kg和90.13mg/kg，土壤下層重金屬Cr、Cu、Pb和Zn的含量分別為40.48mg/kg、25.93mg/kg、47.38mg/kg和118.71mg/kg，實(shí)驗(yàn)表明，土壤表層重金屬含量小于土壤下層重金屬含量，重金屬Cr、Cu含量在土壤表層和下層差異不顯著（P>0.05），而重金屬Pb和Zn含量在土壤表層和下層之間的差異顯著（P<0.05）；土壤表層和下層中重金屬含量關(guān)系均表現(xiàn)出：Zn>Pb>Cr>Cu（見圖1）。根據(jù)國(guó)家關(guān)于土壤中重金屬含量的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（表1），天津?yàn)I海鹽地堿蓬濕地表層和下層土壤中Cr、Cu、Pb和Zn平均含量均達(dá)到國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，表明天津?yàn)I海鹽地堿蓬濕地土壤中未受到重金屬Cr、Cu、Pb和Zn的污染，因此，我們認(rèn)為此土壤環(huán)境可以滿足蔬菜種植的要求和蔬菜的生長(zhǎng)條件。

2.2 鹽地堿蓬不同組織器官中重金屬含量的分布

圖2顯示了鹽地堿蓬不同器官中重金屬含量的變化，由圖可知，植物體內(nèi)Cr、Cu、Pb和Zn含量分別為根部：9.63mg/kg、24.77mg/kg、22.63mg/kg和69.83mg/kg。莖部：3.80mg/kg、3.19mg/kg、26.89mg/kg和45.78mg/kg；葉部：4.47mg/kg、未檢出、21.54mg/kg和45.74mg/kg；鹽地堿蓬體內(nèi)重金屬Pb、Zn含量明顯高于Cr和Cu，植物根部重金屬含量表現(xiàn)為：Zn>Cu>Pb>Cr；植物莖部重金屬含量：Zn>Pb>Cr>Cu；植物葉中重金屬含量：Zn>Pb>Cr>Cu，并且葉中基本上不含有銅，可見，土壤重金屬含量在植物組織中的分布不同；同時(shí)作為食用部分的莖和葉重金屬Cr、Pb含量均超標(biāo)，因此按照《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無公害蔬菜安全要求》的標(biāo)準(zhǔn)（見表2），該地區(qū)鹽地堿蓬不符合食用要求。

表2 國(guó)家無公害蔬菜重金屬含量標(biāo)準(zhǔn)Table 2The national standard of heavy metals in non-polluted vegetables

2.3 鹽地堿蓬不同部位對(duì)重金屬的富集能力

圖3 鹽地堿蓬根、莖、葉對(duì)不同重金屬的富集系數(shù)（n=3）Fig.3The enrichment coefficients of roots,stems and leaves of Suaeda salsa for different heavy metals（n=3）

富集系數(shù)指植物組織重金屬含量與土壤重金屬含量之比，系數(shù)越高，富集能力越強(qiáng)。圖3顯示了鹽地堿蓬對(duì)重金屬的富集系數(shù)，Cr、Cu和Zn在根部的富集系數(shù)明

顯高于在莖、葉器官中的；植物體對(duì)重金屬Pb和Zn富集能力較高，根部對(duì)重金屬Cu的富集能力最大，說明重金屬未在鹽地堿蓬植物體食用組織器官莖和葉內(nèi)顯著富集。鹽地堿蓬根部對(duì)Cu、Zn的富集系數(shù)高于其它重金屬，可能是由于Cu和Zn為生物體必需元素，植物需要通過根部大量吸收和消耗這些元素。植物莖和葉對(duì)Pb、Zn的富集明顯高于其他重金屬，可能是植物莖和葉對(duì)Pb、Zn需求相對(duì)較高，同時(shí)也可能因?yàn)橹参飳?duì)Zn的富集能力會(huì)受到土壤中Zn含量的影響。

2.4 不同重金屬在鹽地堿蓬體內(nèi)的轉(zhuǎn)移情況

圖4 不同重金屬在鹽地堿蓬體內(nèi)的轉(zhuǎn)移系數(shù)（n=3）Fig.4The transfer coefficients of different heavy metals in plant tissues of Suaeda salsa（n=3）

經(jīng)圖4可以看出，總體而言，重金屬Pb在莖葉中轉(zhuǎn)移系數(shù)最高，轉(zhuǎn)移系數(shù)大于1；重金屬Zn次之，Cu最小，表明堿蓬莖、葉對(duì)重金屬Pb、Cr、Zn的轉(zhuǎn)移能力較強(qiáng)，并可能在堿蓬體內(nèi)產(chǎn)生富集，而對(duì)其他重金屬轉(zhuǎn)移能力較弱，其原因可能是受到植物種類、重金屬種類和環(huán)境條件的影響。重金屬Cr在葉中的轉(zhuǎn)移系數(shù)高于莖中的轉(zhuǎn)移系數(shù)，重金屬Cu在莖中存在轉(zhuǎn)移，但在葉中卻幾乎不存在；Pb在莖中的轉(zhuǎn)移系數(shù)高于葉，而Zn在莖葉轉(zhuǎn)移系數(shù)差別不顯著，說明植物不同器官之間對(duì)重金屬的轉(zhuǎn)移能力也不同。

2.5 濱海濕地土壤與土壤重金屬的相關(guān)性分析

經(jīng)相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)（見表3），土壤pH與土壤鹽度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.691，與土壤中重金屬Cr、Zn含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為-0.593、-0.586；土壤鹽度和重金屬含量之間不存在相關(guān)性；重金屬Cr與Pb呈顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.608；重金屬Cu與重金屬Zn呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.671，其他因素之間均不存在相關(guān)性。以此可以看出，土壤pH在一定條件下會(huì)影響重金屬的轉(zhuǎn)移和富集，pH越高，重金屬轉(zhuǎn)移能力越低，而土壤鹽度對(duì)土壤重金屬含量的影響相對(duì)比較弱（表3）。

表3 濱海濕地土壤性狀與土壤重金屬的相關(guān)性分析Table 3Correlations between soil properties and heavy metals in the coastal wetland

3 結(jié)論與討論

鹽地堿蓬富含豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，含有人體必需的各種氨基酸、礦物質(zhì)與微量元素、維生素等，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高于普通蔬菜，綠色營(yíng)養(yǎng)、醫(yī)療保健價(jià)值突出，是一種健康的可食用性野生蔬菜。隨著對(duì)野生植物開發(fā)研究的不斷深入，鹽地堿蓬作為一種優(yōu)質(zhì)的濱海野生蔬菜，是鹽土濕地中有開發(fā)潛力的優(yōu)良蔬菜。

重金屬污染已經(jīng)成為目前天津的一個(gè)生態(tài)問題，天津市沿海植物重金屬的含量超過了食品安全標(biāo)準(zhǔn),開始通過食物鏈影響人體的健康[11]，研究重金屬在土壤環(huán)境中的有效態(tài)分布特征具有重要的意義[12-15]。天津?yàn)I海鹽地堿蓬濕地土壤重金屬整體污染水平較弱，重金屬Pb、Cr、Zn為主要污染物，而鹽地堿蓬植物體內(nèi)Cr、Pb和Zn含量均超標(biāo)，這可能是由于鹽地堿蓬作為抗污染植物，吸收土壤中重金屬富集到植物體內(nèi)，導(dǎo)致土壤重金屬含量降低，而使鹽地堿蓬體內(nèi)重金屬含量增高；由相關(guān)性分析可知，重金屬Cr與Pb有顯著相關(guān)性關(guān)系，可能存在相同的來源，均來自根部對(duì)土壤中重金屬的吸收。土壤pH對(duì)重金屬含量影響比較大，而鹽度對(duì)重金屬含量的影響較輕，植物莖和葉對(duì)Pb、Zn的富集能力比較高，可能是植物莖和葉對(duì)Pb、Zn需求相對(duì)較高，同時(shí)也可能因?yàn)橹参飳?duì)Zn的富集能力會(huì)受到土壤中Zn含量的影響；該區(qū)域?qū)χ亟饘貾b、Cr、Zn的轉(zhuǎn)移能力較強(qiáng)，并可能在鹽地堿蓬體內(nèi)產(chǎn)生富集，而對(duì)其他重金屬轉(zhuǎn)移能力較弱，其原因可能是受到植物種類、重金屬種類和環(huán)境條件的影響。因此，在重金屬污染的濱海地區(qū)，鹽地堿蓬可以作為抗污染植物，但體內(nèi)重金屬的積累表明不宜再直接食用。

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The Accumulation and Transformation of Heavy Metal in Suaeda Salsa

WANG Ming-hua ZHANG Sen WANG Wei-lu GONG Li-peng LI De-sheng*
（Environmental Science and Safety Engineering,Tianjin University of Technology,Tianjin 300384,China）

In order to research the edible safety of Suaeda salsa(S.salsa)under accumulation and transformation of heavy metal, S.salsa in Tianjin coastal line land was selected for test.The result showed the S.salsa had good accumulation ability of Pb,Zn with high transfer coefficient.Besides,S.salsa had stronger ability of Cu accumulation with low transfer ability.Though the contents of Pb and Zn in coastal wetland soil were higher,they didn't reach the pollution level.The comparison of metal contents in top soil and subsoil was showed as follows:Zn>Pb>Cr>Cu,and the contents of them were not meet the national soil environment standard.While the contents of Cr,Cu,Pb and Zn in root,stem and leafof S.salsain line land were higher than the national organic green vegetable standard.Similarity,they couldn't meet the edible standard.Therefore,S.salsacould be used for anti-pollution plant in costal wetland land with heavy metal pollution.However,the accumulation of heavy metal in plant illustrate that it couldn't be eaten any more.This paper provided the theoretical basis for development and utilization ofS.salsa in coastal wetland.

Suaeda salsa;heavy metal;accumulation coefficient;transfer coefficient;edible safety

R284.2

A

1008-1038(2015)04-0044-05

2015-02-14

國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201310060006）；天津市科委面上項(xiàng)目（14JCYBJC23000）

王明華（1991—），女，環(huán)境科學(xué)專業(yè)，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)資源開發(fā)利用

*通訊作者：李德生（1964—），男，博士，教授，主要從事資源開發(fā)利用等方面的工作