鎘污染菜地葉面阻隔劑對(duì)不同品種辣椒鎘積累影響

王衛(wèi)紅 ，高雙全，杜衍紅，李志豐，竇飛，曾曉舵*

1. 廣東省科學(xué)院生態(tài)環(huán)境與土壤研究所，廣東 廣州 510650；2. 深圳市環(huán)?？萍技瘓F(tuán)有限公司，廣東 深圳 518049

近年來(lái)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展加劇了生態(tài)環(huán)境的污染。以鎘（Cd）為代表的重金屬經(jīng)礦山冶煉、化肥農(nóng)藥不合理施用等途徑，遷移并富集到土壤中，導(dǎo)致土壤重金屬污染日趨嚴(yán)重（曾希柏，2013）。重金屬經(jīng)食物鏈進(jìn)入農(nóng)產(chǎn)品中，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品安全及人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重威脅（Yang et al.，2018）。目前，關(guān)于水稻及稻田重金屬污染修復(fù)治理相關(guān)的研究不斷增多，而蔬菜的Cd超標(biāo)情況，同樣需要引起重視（戴軍等，1995；杜志鵬等，2018）。辣椒作為Cd高積累蔬菜，超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)較高，超標(biāo)現(xiàn)象日益增加（趙志燊等，2019）。2019年，童磊等（2019）抽取重慶萬(wàn)州區(qū)20份市售辣椒樣品，檢測(cè)結(jié)果顯示Cd超標(biāo)率為85%。

作為居民日常食用蔬菜，如何采取有效措施降低辣椒Cd超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，具有十分重要的研究意義。本研究選取華南地區(qū)某受重金屬污染菜地，分3個(gè)階段進(jìn)行研究：首先進(jìn)行蔬菜污染風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查，即種植不同蔬菜（葉菜類和茄果類）測(cè)試可食部位重金屬積累量，結(jié)果顯示辣椒是Cd高積累蔬菜，具有較高的食品安全風(fēng)險(xiǎn)；其次種植不同辣椒品種進(jìn)行Cd低積累品種篩選；最后，選取3種Cd積累量較為典型（高、中、低）的辣椒，噴施葉面阻控劑“降鎘靈”和“噴噴富”抑制辣椒吸收Cd的能力及改善營(yíng)養(yǎng)成分的能力。本研究可為污染地區(qū)蔬菜安全生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)地點(diǎn)為華南地區(qū)某受污染蔬菜田，面積約0.33 hm2，菜地土壤基本理化性質(zhì)見表1。土壤pH 7.2，鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0.70 mg·kg?1，超過(guò)農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值 0.3 mg·kg?1（GB 15618—2018），為供試菜地的主要污染物，對(duì)農(nóng)作物質(zhì)量安全有較高風(fēng)險(xiǎn)，其他重金屬含量未超標(biāo)。蔬菜種子由廣州市農(nóng)科院蔬菜所提供；葉面阻隔劑降鎘靈和噴噴富由佛山市鐵人環(huán)?？萍加邢薰咎峁?，主要成分分別為硅溶膠（SiO2，100 g·L?1）和硒硅溶膠（SiO2，105 g·L?1）。

表1 供試土壤pH值和重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 1 pH and mass fractions of heavy metals in tested soil mg·kg?1

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 不同蔬菜重金屬鎘積累能力差異

共設(shè)置8個(gè)處理，分別種植該區(qū)域常見蔬菜空心菜（Ipomoea aquatica Forsk，臺(tái)灣竹葉空心菜）、紅莧菜（Amaranthus mangostanus L.，大紅圓葉莧菜）、綠莧菜（Amaranthus mangostanus L.，鶴山馬齒莧）、番茄（Lycopersicon esculentum，年豐8號(hào)）、黃瓜（Cucumis sativus L.，油亮 2 號(hào)）、茄子（Solanum melongena L.，公牛長(zhǎng)茄）、辣椒（Capsicum annuum L.，香妃線椒）和絲瓜（Luffa cylindrical，夏勝 4號(hào)），每個(gè)處理設(shè)置 3個(gè)重復(fù)。對(duì)應(yīng)試驗(yàn)小區(qū)面積為30 m2，小區(qū)周邊設(shè)置保護(hù)行，小區(qū)間田埂用塑料薄膜覆蓋，防止小區(qū)間竄水。各個(gè)處理進(jìn)行常規(guī)施肥，除草和灌溉等田間管理與農(nóng)民平時(shí)管理一致。分別于2019年3月初進(jìn)行蔬菜植株移栽，于各自成熟期進(jìn)行收獲。

1.2.2 辣椒品種篩選試驗(yàn)

共設(shè)置9個(gè)處理，選擇常見的9種辣椒品種（香妃線椒、五彩辣椒、綠劍辣椒、辣優(yōu)2號(hào)、辣優(yōu)6號(hào)、辣優(yōu)16號(hào)、辣優(yōu)17號(hào)、辣優(yōu)18號(hào)和辣優(yōu)19號(hào)）分別種植于30 m2供試小區(qū)內(nèi)，株距20—30 cm，每個(gè)品種設(shè)置3個(gè)重復(fù)小區(qū)。成熟期分別采集各小區(qū)辣椒果實(shí)測(cè)定重金屬鎘含量。各個(gè)處理進(jìn)行常規(guī)施肥，除草和灌溉等田間管理與農(nóng)民平時(shí)管理一致。分別于2019年10月初進(jìn)行蔬菜植株移栽，于各自成熟期進(jìn)行收獲。

1.2.3 葉面阻隔試驗(yàn)

根據(jù)品種試驗(yàn)篩選結(jié)果，選取鎘積累量較高、居中和較低的3種辣椒，在供試區(qū)域分區(qū)種植，分別設(shè)置噴施清水對(duì)照、噴施“降鎘靈”葉面阻控劑（納米有機(jī)硅溶膠）和噴施“噴噴富”葉面阻控劑（硅硒復(fù)合溶膠）等3種處理。每個(gè)處理實(shí)施于30 m2小區(qū)內(nèi)，每組試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)重復(fù)。各個(gè)處理進(jìn)行常規(guī)施肥，除草和灌溉等田間管理與農(nóng)民平時(shí)管理一致。分別于2020年3月初進(jìn)行蔬菜植株移栽，于各自成熟期進(jìn)行收獲。主要在作物坐果期進(jìn)行噴施，用量均為1.50 mL·m?2，稀釋100倍后噴施在葉片部位。作物成熟期采集樣品進(jìn)行重金屬污染物含量分析以及品質(zhì)分析。各試驗(yàn)組辣椒生長(zhǎng)期內(nèi)施肥、農(nóng)藥噴灑等日常管理均保持條件一致。

1.3 樣品處理與分析檢測(cè)

辣椒等蔬菜成熟期，采用對(duì)角線法采集可食部位樣品，烘干后粉碎并混勻待測(cè)。前處理及重金屬元素測(cè)定方法具體參照 GB 5009.15—2014，Vitamin C及可溶性糖含量測(cè)定參照GB/T 5009.86—2016和 NY/T 2742—2015，產(chǎn)量依據(jù)試驗(yàn)小區(qū)總產(chǎn)量測(cè)算。

應(yīng)用Origin 8.0軟件對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較與作圖，采用SPSS軟件進(jìn)行顯著性差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同蔬菜重金屬含量對(duì)比

供試區(qū)域土壤及主要種植蔬菜的重金屬含量如表2所示。與國(guó)家食品安全標(biāo)準(zhǔn)限值相比，8種蔬菜可食部位 As、Pb、Cr和 Hg均未超標(biāo)，茄子Cd略超標(biāo)，辣椒Cd的含量為0.080 mg·kg?1，為食品國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)的1.60倍，具有較高的食品安全風(fēng)險(xiǎn)。葉菜類中空心菜Cd含量相比紅莧菜和綠莧菜Cd含量較高，但低于食品污染限量值。相比茄果類蔬菜，葉菜更易于吸收 Pb、Cr元素；相比葉菜類蔬菜，茄果類蔬菜更易于吸收Cd、As元素。

表2 試驗(yàn)區(qū)主要蔬菜重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 2 Mass fractions of heavy metals in vegetables at the maturing stage mg·kg?1

2.2 不同品種辣椒Cd含量

辣椒品種篩選試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示，不同辣椒品種對(duì)土壤Cd的吸收富集能力存在顯著差異。供試的9種辣椒品種中，Cd含量高于食品中污染物限量0.05 mg·kg?1的有5種，其中，辣優(yōu)2號(hào)Cd含量達(dá)到0.133 mg·kg?1，其次為辣優(yōu)18號(hào)、香妃辣椒、五彩椒和辣優(yōu)6號(hào)；低于污染物限量的有4種，其中辣優(yōu)19號(hào)Cd含量最低，為0.028 mg·kg?1，其次為綠劍辣椒、辣優(yōu)16號(hào)和辣優(yōu)17號(hào)。

圖1 不同品種辣椒Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig. 1 Mass fractions of Cd in pepper

2.3 噴施葉面阻隔劑對(duì)辣椒Cd含量、營(yíng)養(yǎng)組分和產(chǎn)量的影響

2.3.1 噴施葉面阻隔劑對(duì)辣椒Cd含量的影響

根據(jù)多種辣椒積累Cd試驗(yàn)篩選結(jié)果，按照富集Cd能力高、中、低的特性選擇辣優(yōu)2號(hào)、6號(hào)和19號(hào)3個(gè)辣椒品種進(jìn)行葉面噴施阻隔劑試驗(yàn)。結(jié)果如圖2所示。與第二階段試驗(yàn)結(jié)果一致，3組對(duì)照樣品中，辣優(yōu) 2號(hào) Cd含量超標(biāo)嚴(yán)重，達(dá) 0.132 mg·kg?1，其次為辣優(yōu)6號(hào)（輕微超標(biāo)）和辣優(yōu)19號(hào)（未超標(biāo)）。噴施葉面肥降鎘靈和噴噴富可顯著降低辣優(yōu)2號(hào)和6號(hào)辣椒Cd含量，但對(duì)辣優(yōu)19號(hào)Cd含量影響不顯著。與對(duì)照相比，施用降鎘靈后辣優(yōu)2號(hào)、辣優(yōu)6號(hào)和辣優(yōu)19號(hào)的Cd含量分別降低64.39%、44.23%和35.71%；噴施噴噴富后辣優(yōu)2號(hào)、辣優(yōu)6號(hào)和辣優(yōu)19號(hào)的Cd含量分別降低67.42%、59.62%和39.29%。這表明葉面噴施降鎘靈和噴噴富，可有效抑制辣椒積累Cd，噴噴富降Cd效果更明顯。同時(shí)，施用兩種葉面阻控劑后，3種辣椒Cd含量均低于食品污染物限量，尤其對(duì)于對(duì)照組超標(biāo)嚴(yán)重的辣優(yōu) 2號(hào)，施用降鎘靈和噴噴富后 Cd含量分別降至 0.047 mg·kg?1和0.043 mg·kg?1。

圖2 噴施葉面阻控劑后辣椒中Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig. 2 Mass fractions of Cd in peppers under foliar applications

2.3.2 噴施葉面阻隔劑對(duì)辣椒可溶性糖與 Vitamin C含量的影響

噴施降鎘靈和噴噴富對(duì)3種辣椒中營(yíng)養(yǎng)組分可溶性糖及Vitamin C的影響如圖3和圖4所示。由圖可知，兩種葉面阻控劑在降低辣椒Cd含量的同時(shí)，均提高了辣椒中可溶性糖及抗壞血酸含量。相比對(duì)照，施用降鎘靈可使3種辣椒中可溶性糖含量提升7.75%—10.19%、Vitamin C含量提升4.09%—9.90%；施用噴噴富使 3種辣椒中可溶性糖含量提升10.92%—12.08%、Vitamin C含量提升4.09%—12.78%。噴噴富對(duì)辣椒營(yíng)養(yǎng)組分含量的提升效果略優(yōu)于降鎘靈。

圖3 葉面阻隔劑對(duì)辣椒可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Fig. 3 Mass fractions of soluble sugar in peppers under foliar applications

圖4 葉面阻控劑對(duì)辣椒抗壞血酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Fig. 4 Mass fractions of Vitamin C in peppers under foliar applications

2.3.3 噴施葉面阻隔劑對(duì)辣椒產(chǎn)量的影響

施用兩種葉面阻控劑對(duì)3種辣椒產(chǎn)量的影響如圖5所示。2種葉面阻控劑均使3種辣椒產(chǎn)量增加。與對(duì)照組相比，施用降鎘靈分別對(duì)辣優(yōu)2號(hào)、辣優(yōu)6號(hào)和辣優(yōu)19號(hào)的產(chǎn)量提高3.77%、7.85%和4.89%，而施用噴噴富對(duì)產(chǎn)量提升的效果更高，分別提高5.81%、9.74%和6.65%。相關(guān)的研究也顯示，噴施硅類葉面阻控劑增加了水稻的單株有效穗數(shù)，提高水稻產(chǎn)量（趙穎等，2010；黃崇玲等，2013）。

圖5 葉面阻控劑對(duì)辣椒產(chǎn)量的影響Fig. 5 Biomass of peppers under foliar applications

3 討論

3.1 不同種類蔬菜重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)

土壤重金屬污染會(huì)造成蔬菜中重金屬含量超標(biāo)，如蔬菜根系土壤高濃度 Cd的脅迫不僅導(dǎo)致果實(shí)重金屬超標(biāo)，而且抑制地上部生長(zhǎng)，土壤有效態(tài)Cd含量與蔬菜生長(zhǎng)狀況呈負(fù)相關(guān)（楊曉磊等，2017；賀章咪，2020）。蔬菜種間差異使得其對(duì)重金屬的吸收富集存在明顯差別，研究表明，不同類型蔬菜對(duì)Cd的富集能力從大到小依次為葉菜類、茄果類、根菜類、瓜菜類、豆類（Yang et al.，2010）。本研究表明，辣椒作為茄果類蔬菜，與茄子、番茄相比更容易富集Cd，這和陳玉梅等（2016）研究結(jié)果一致。因此，辣椒作為Cd高積累蔬菜，對(duì)其采用安全生產(chǎn)技術(shù)措施具有相當(dāng)重要的意義。

3.2 不同辣椒品種的污染風(fēng)險(xiǎn)

同種蔬菜種內(nèi)差異是導(dǎo)致蔬菜重金屬積累差異的重要原因（Liu et al.，2010；劉峰等，2017）。對(duì)重慶、貴陽(yáng)及遵義等地辣椒產(chǎn)地及市售辣椒品種調(diào)查結(jié)果顯示，盡管辣椒對(duì)Cd具有較強(qiáng)的富集能力，但不同辣椒品種對(duì)Cd的富集能力不同（楊婧等，2017；趙志燊等，2019；王慶鶴等，2020）。本研究辣椒品種吸收Cd能力篩選試驗(yàn)結(jié)果表明，不同品種辣椒對(duì)Cd的吸收程度具有顯著性差異，在實(shí)際生產(chǎn)中，可以通過(guò)種植低積累辣椒的方式而降低辣椒Cd超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 硅硒類葉面阻隔劑對(duì)Cd污染蔬菜的影響

葉面阻隔技術(shù)被廣泛應(yīng)用于水稻等農(nóng)作物的重金屬修復(fù)研究，但針對(duì)重金屬污染蔬菜的葉面阻隔研究較少（鄧思涵等，2020；向焱赟等，2020）。研究表明，辣椒葉面噴施阻隔劑降鎘靈和噴噴富不僅降低了3種不同品種辣椒Cd含量，而且提高了其可溶性糖、Vitamin C含量和辣椒產(chǎn)量。降鎘靈和噴噴富的主要成分為硅溶膠和硒硅溶膠，硅可以沉積在植物細(xì)胞壁上，與半纖維素、果膠和/或木質(zhì)素絡(luò)合，增加細(xì)胞壁機(jī)械性和外部保護(hù)層，促進(jìn)植物生長(zhǎng)；硒硅類葉面阻隔劑還可以調(diào)控農(nóng)作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收、提升葉綠素含量、促進(jìn)光合作用以及降低細(xì)胞膜通透性；而硅硒類葉面阻隔劑還可通過(guò)硅結(jié)合蛋白的誘導(dǎo)，降低根系細(xì)胞的細(xì)胞壁孔隙度，增加根系對(duì)Cd的吸附固定，從而降低Cd向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)（He et al.，2004；Lin et al.，2012；Feng et al.，2013；Wan et al.，2016；許佳瑩等，2012）。

與土壤重金屬污染修復(fù)相比，篩選低積累辣椒品種，結(jié)合噴施降鎘靈、噴噴富葉面阻隔劑，能夠在不影響土地利用、不改變土壤性質(zhì)的基礎(chǔ)上，有效控制辣椒積累Cd，保障辣椒產(chǎn)品安全。在今后的工作中，需要進(jìn)一步對(duì)硅硒類葉面阻隔劑調(diào)控辣椒等蔬菜中的Cd及營(yíng)養(yǎng)吸收的機(jī)制進(jìn)行深入研究。

4 結(jié)論

通過(guò)蔬菜污染風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查，篩選低鎘積累品種，噴施葉面阻控劑“降鎘靈”和“噴噴富”抑制辣椒吸收Cd等3個(gè)階段的試驗(yàn)，結(jié)果表明：

（1）辣椒作為茄果類蔬菜，與茄子、番茄相比更容易吸收Cd。

（2）不同辣椒品種 Cd的含量差異較大。最高含量為辣優(yōu)2號(hào)0.133 mg·kg?1，最低含量為辣優(yōu)19號(hào)0.028 mg·kg?1，種植低Cd積累辣椒，可顯著降低辣椒Cd超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。

（3）降鎘靈和噴噴富均能顯著降低Cd高、中、低積累辣椒品種對(duì)土壤中Cd的吸收。施用2種葉面阻控劑后，辣椒 Cd含量可分別降低 35.71%—64.39%和39.29%—67.42%，辣椒Cd超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)降低；2種葉面阻隔劑均提高了辣椒中可溶性糖、Vitamin C含量和辣椒產(chǎn)量，而噴噴富對(duì)辣椒營(yíng)養(yǎng)組分含量的提升效果略優(yōu)于降鎘靈。