楊燕媛 黃成濤 黎秋君 廖長君 周永信 謝湉
摘 要 為探明經(jīng)濟(jì)作物玉米、大豆及蔬菜作物紫菜苔、蒜苗、結(jié)球甘藍(lán)、西藍(lán)花在鎘、鉛復(fù)合污染耕地中的安全生產(chǎn)閾值,開展田間試驗(yàn)。結(jié)果表明,一定范圍內(nèi),農(nóng)產(chǎn)品中重金屬累積量隨土壤重金屬含量增高而遞增;重度污染條件下,玉米、大豆、蒜苗、結(jié)球甘藍(lán)和西藍(lán)花可實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn),且安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)玉米<大豆<西藍(lán)花<結(jié)球甘藍(lán)<蒜苗;紫菜苔于輕微污染條件下綜合超標(biāo)指數(shù)為0.67,可安全生產(chǎn),但中度及重度條件下綜合超標(biāo)指數(shù)分別達(dá)到1.31、2.02,超標(biāo)較嚴(yán)重,需規(guī)避種植。
關(guān)鍵詞 鎘;鉛;糧食作物;蔬菜作物;安全利用
中圖分類號:X53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A DOI:10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.06.076
隨著工、農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,土壤重金屬污染態(tài)勢日趨嚴(yán)峻。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國約有20%的耕地受到不同程度的重金屬污染,其污染的隱蔽性、累積性、難降解性,使其最終易由食物鏈富集放大轉(zhuǎn)移至人體中,危害人類健康[1-4]。因此,做好重金屬污染耕地的安全利用已成為亟待解決的環(huán)境問題。
目前,耕地土壤重金屬污染修復(fù)工程實(shí)施的原則是“阻源頭、消總量、控吸收、降活性、調(diào)種植”,即在阻斷污染源的同時(shí),采用pH調(diào)節(jié)、植物萃取、替代種植、化學(xué)鈍化等單一或聯(lián)合修復(fù)技術(shù),降低生物鏈風(fēng)險(xiǎn)[5-6]。其中,植物萃取修復(fù)所需周期較長,pH調(diào)節(jié)、化學(xué)鈍化均可能破壞土壤原有的生態(tài)功能,且修復(fù)后土壤重金屬仍存在活化風(fēng)險(xiǎn),導(dǎo)致技術(shù)推廣難度較大。而低積累作物替代種植因成本低、操作簡便,成了農(nóng)民較易接受的修復(fù)技術(shù)之一[7-9]。基于此,針對湖北地區(qū)典型鎘鉛復(fù)合污染耕地,通過對比各作物于不同污染程度土壤上對重金屬吸收積累情況,明晰各作物的安全生產(chǎn)閾值,旨在為湖北地區(qū)鎘鉛污染耕地農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)提供依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
試驗(yàn)地點(diǎn)位于湖北省3塊不同程度重金屬污染(輕微、中度、重度)的耕地,耕地土壤性質(zhì)見表1。供試作物為包括糧食作物玉米、大豆及蔬菜作物紫菜苔、蒜苗、結(jié)球甘藍(lán)和西藍(lán)花,其中玉米、大豆均選用當(dāng)?shù)胤N植較廣的常規(guī)品種,分別為登海9號、中黃13。
1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
將供試作物玉米、大豆、紫菜苔、蒜苗、結(jié)球甘藍(lán)和西藍(lán)花分別種植于選定的輕微、中度、重度3個(gè)不同污染程度的耕地。即每種作物分輕微、中度、重度3個(gè)不同污染程度條件下種植處理,每處理重復(fù)3次,共計(jì)54個(gè)小區(qū),每小區(qū)20 m2。待各作物成熟后分別采集其可食用部位,檢測重金屬鎘、鉛含量。
1.3 分析方法
鎘、鉛的測定采用石墨爐原子吸收法,GB/T 5009-2003。數(shù)據(jù)分析運(yùn)用Excel 2010和SPSS 18.0軟件。
1.4 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及方法
采用單因子污染指數(shù)法對農(nóng)產(chǎn)品安全性進(jìn)行評價(jià),農(nóng)產(chǎn)品單因子超標(biāo)指數(shù)Ei越大,農(nóng)產(chǎn)品污染越嚴(yán)重。如Ei≤1,則表示農(nóng)產(chǎn)品未超標(biāo);12,則表示農(nóng)產(chǎn)品重度超標(biāo)[10-11]。農(nóng)產(chǎn)品單因子超標(biāo)指數(shù)及綜合超標(biāo)指數(shù)按照公式1和公式2計(jì)算。
Ei=Ci/Li(1)
E綜=[(E2i,max+E2i,ave)/2]1/2(2)
式(1)中,Ei為農(nóng)產(chǎn)品重金屬單因子超標(biāo)指數(shù),Ci為農(nóng)產(chǎn)品重金屬測定值(單位與Li保持一致),Li為農(nóng)產(chǎn)品食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)限值。
式(2)中,E綜為農(nóng)產(chǎn)品重金屬綜合超標(biāo)指數(shù),Ei,max為農(nóng)產(chǎn)品重金屬單因子超標(biāo)指數(shù)最大值,Ei,ave為農(nóng)產(chǎn)品重金屬單因子超標(biāo)指數(shù)平均值。
2 結(jié)果與分析
2.1 農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量統(tǒng)計(jì)
農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量檢測結(jié)果見表2。由表可知,一定范圍內(nèi),土壤鎘、鉛含量越高,作物可食用部位鎘、鉛積累量越高。不同種類農(nóng)產(chǎn)品中鎘含量紫菜苔>大豆>結(jié)球甘藍(lán)>蒜苗>西藍(lán)花>玉米;鉛含量紫菜苔>蒜苗>西藍(lán)花>結(jié)球甘藍(lán)>玉米>大豆。不同農(nóng)產(chǎn)品對鎘、鉛積累情況不同,但相對而言,鎘、鉛均較易在塊莖類及葉菜類作物中累積。
2.2 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量評價(jià)
各農(nóng)產(chǎn)品不同污染程度下質(zhì)量情況見表3。由表3可知,土壤污染程度越高,農(nóng)產(chǎn)品鎘、鉛單因子超標(biāo)指數(shù)及綜合超標(biāo)指數(shù)越高。各農(nóng)產(chǎn)品中,紫菜苔中度污染條件下,鎘、鉛單因子超標(biāo)指數(shù)分別達(dá)1.38、1.10,屬輕度超標(biāo);重度污染條件下,鎘、鉛單因子超標(biāo)指數(shù)分別達(dá)2.02、2.02,屬重度超標(biāo)。其余各農(nóng)產(chǎn)品鎘、鉛單因子超標(biāo)指數(shù)、綜合超標(biāo)指數(shù)均小于1,屬于安全水平。
相同污染程度條件下,各農(nóng)產(chǎn)品綜合超標(biāo)指數(shù)以紫菜苔最大,重度污染下可達(dá)2.02,其次分別為蒜苗、結(jié)球甘藍(lán)、西藍(lán)花、大豆、玉米。對鎘的安全風(fēng)險(xiǎn)為紫菜苔>大豆>結(jié)球甘藍(lán)>西藍(lán)花>蒜苗>玉米;對鉛的安全風(fēng)險(xiǎn)紫菜苔>蒜苗>西藍(lán)花>結(jié)球甘藍(lán)>玉米>大豆。
3 結(jié)論
本研究中,農(nóng)產(chǎn)品中重金屬累積量隨土壤重金屬含量增高而遞增,且同等條件下,塊莖類及葉菜類可食部位重金屬鎘、鉛積累相對較易。農(nóng)作物對土壤重金屬的吸收累積差異,與土壤中重金屬總量及有效態(tài)含量密切相關(guān)。土壤重金屬總量及有效態(tài)含量越高,能被作物吸收利用的部分越大,作物越容易積累重金屬[12]。同時(shí),作物對重金屬的積累也與其自身基因型差異有關(guān),作物對重金屬的吸收受其自身根系形態(tài)、根系分泌物等因素影響,且由基因型控制的重金屬在植物體內(nèi)的分配差異,會進(jìn)一步擴(kuò)大不同種類作物可食部位重金屬含量差異[13-14]。
王志坤等[15]的研究表明,隨著外源鎘添加量的增長,大豆籽粒中鎘含量逐漸上升,當(dāng)土壤鎘含量為5 mg·kg-1及10 mg·kg-1時(shí),大豆籽粒中鎘含量分別達(dá)到0.61 mg·kg-1、0.99 mg·kg-1。周建昌等[16]研究表明,相同污染程度下,豆類、瓜類農(nóng)產(chǎn)品合格率最高,達(dá)100%;葉菜類、根莖類則較低,分別為92.6%、85.7%。農(nóng)用地安全利用風(fēng)險(xiǎn)程度隨土壤重金屬含量及作物種類不同而存在一定差異,明晰各作物的安全生產(chǎn)閾值,得出不同污染程度農(nóng)用地安全種植清單,對降低農(nóng)用地安全利用風(fēng)險(xiǎn)起到至關(guān)重要的作用。本研究中,重度污染程度下,玉米、大豆、蒜苗、結(jié)球甘藍(lán)、西藍(lán)花可食部位重金屬鎘、鉛含量均不易超標(biāo);達(dá)到重度污染程度后,在一定范圍內(nèi),仍能實(shí)現(xiàn)其安全生產(chǎn)。對于單鎘污染土壤,種植玉米的安全風(fēng)險(xiǎn)最低,其次分別為蒜苗、西藍(lán)花、結(jié)球甘藍(lán)及大豆;對于單鉛污染土壤,種植大豆安全風(fēng)險(xiǎn)最低,其次分別為玉米、結(jié)球甘藍(lán)、西藍(lán)花及蒜苗;而對鎘鉛復(fù)合污染土壤,玉米安全風(fēng)險(xiǎn)最低,其次分別為大豆、西藍(lán)花、結(jié)球甘藍(lán)、蒜苗。紫菜苔于輕微污染區(qū)種植可實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn),但于中度及重度污染區(qū),其可食部位鎘、鉛超標(biāo)情況較為嚴(yán)重,與羅春麗[17]研究結(jié)果一致。
4 討論
耕地土壤中鎘、鉛含量越高,作物可食用部位鎘、鉛積累量越高。且相對而言,鎘、鉛均較易在塊莖類及葉菜類作物中累積。玉米、大豆、蒜苗、結(jié)球甘藍(lán)、西藍(lán)花可食部位重金屬鎘、鉛含量均不易超標(biāo),于重度污染區(qū)可實(shí)現(xiàn)有限條件下的安全利用。紫菜苔對重金屬鎘、鉛具有一定的富集作用,建議重金屬污染耕地需盡量規(guī)避種植。
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(責(zé)任編輯:趙中正)