不同種類蔬菜對土壤重金屬的富集吸收能力分析

黃建誠

（閩侯縣土壤肥料技術(shù)站，福州 350100）

土壤環(huán)境質(zhì)量與蔬菜安全生產(chǎn)密切相關(guān)，然而隨著我國工業(yè)化、城市化進(jìn)程的不斷加快，我國當(dāng)前的土壤環(huán)境狀況不容樂觀，尤其是耕地土壤重金屬污染問題日益突出（根據(jù)2014年發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，全國土壤總的點(diǎn)位超標(biāo)率為16.1%，從污染物超標(biāo)情況看，鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳8種無機(jī)污染物的點(diǎn)位超標(biāo)率分別為7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%，全國土壤鎘超標(biāo)占比最高），這也使蔬菜安全生產(chǎn)越來越受到人們的重視。土壤重金屬污染對蔬菜生長的影響大多表現(xiàn)為抑制和毒害作用，例如，影響蔬菜種子萌發(fā)和植株正常生長，進(jìn)而引起蔬菜減產(chǎn)。同時(shí)，重金屬元素容易在蔬菜植株中累積，導(dǎo)致蔬菜產(chǎn)品重金屬含量超標(biāo)，重金屬再通過食物鏈富集到人體和動(dòng)物體內(nèi)，從而出現(xiàn)蔬菜產(chǎn)品質(zhì)量安全問題，危害人畜健康[1-2]。

研究表明，蔬菜對重金屬的吸收富集能力存在種間差異，故可通過選種重金屬低富集的蔬菜種類或品種（例如，孟媛等[3]研究發(fā)現(xiàn)，空心菜、茼蒿低富集鎘；高清等[4]研究發(fā)現(xiàn)，雪菜、芥菜、大白菜、小白菜、蠶豆、蘿卜等低富集鉻；侯李云[5]研究發(fā)現(xiàn)，莧菜低富集砷），以減少蔬菜對土壤重金屬的吸收富集，從而實(shí)現(xiàn)對重金屬污染耕地的安全利用（這也是我國受污染耕地安全利用的主推技術(shù)之一）。

福建省福州市閩侯縣荊溪鎮(zhèn)關(guān)中村是福州市的主要蔬菜生產(chǎn)地，通過對當(dāng)?shù)啬程飰K的土壤進(jìn)行采樣、化驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該田塊的土壤鎘含量超過《G B 15618-2018土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的鎘篩選值。因此，關(guān)中村的蔬菜產(chǎn)品中，鎘等重金屬含量有可能存在超標(biāo)情況，這會(huì)嚴(yán)重制約當(dāng)?shù)厥卟说纳a(chǎn)和銷售，故篩選和種植重金屬低富集的蔬菜種類或品種，有助于實(shí)現(xiàn)對關(guān)中村重金屬污染菜地的安全利用。在此背景下，筆者選擇了當(dāng)?shù)爻７N的10種蔬菜，在關(guān)中村鎘超標(biāo)的耕地上，進(jìn)行了不同種類蔬菜的土壤重金屬富集吸收能力分析試驗(yàn)，以期篩選出低富集土壤重金屬的蔬菜種類，從而實(shí)現(xiàn)對當(dāng)?shù)厥芪廴靖氐陌踩谩，F(xiàn)將相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

1.1.1 供試蔬菜種類

選取閩侯縣當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶常種的4類10種蔬菜作為研究對象，具體為：葉菜類（白菜、冬寒菜、地瓜葉、空心菜、上海青）、根菜類（蘿卜）、茄果類（青椒、美人椒、茄子）、瓜類（黃瓜）。10種蔬菜的種植基本情況見表1。

表1 供試蔬菜種植基本情況

1.1.2 供試儀器與試劑

供試儀器與試劑為原子吸收分光光度計(jì)、原子熒光儀、硝酸、高氯酸、30%過氧化氫、鎘標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液、汞標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液、砷標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液、鉛標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液等，所用試劑均為優(yōu)級(jí)純。

1.1.3 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)田塊面積為5 333.33 m2，地勢平坦，供試田塊土壤鎘含量為0.416 mg/kg（測定方法為HCl-HNO3-HF-HClO4微熱消解-石墨爐原子吸收分光光度法[6]），根據(jù)《GB 15618-2018土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，該田塊屬于輕中度鎘污染安全利用類耕地。在蔬菜種植前取土樣化驗(yàn)分析土壤基本理化性質(zhì)，即按梅花法采集5個(gè)表層土壤（0～20 cm深度）單獨(dú)樣品，充分混勻后采用四分法選取約400 g作為該網(wǎng)格位點(diǎn)的土壤混合樣（整塊試驗(yàn)田取3個(gè)土壤混合樣），裝入布袋或土壤樣品瓶中，編號(hào)并常溫保存。土樣經(jīng)自然風(fēng)干、過10目尼龍篩后，檢測土壤pH、有機(jī)質(zhì)含量和陽離子交換能力（CEC）等指標(biāo)，過100目尼龍篩后，檢測重金屬含量。供試田塊土壤質(zhì)地類型為中壤土，土壤基本理化性質(zhì)見表2。

表2 供試田塊土壤基本理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)1種蔬菜為1個(gè)處理，每處理重復(fù)3次，每小區(qū)面積為133.33 m2，隨機(jī)區(qū)組排列。即在供試田塊內(nèi)設(shè)置3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)設(shè)置10個(gè)長方形小區(qū)，每個(gè)小區(qū)分別種植1種蔬菜，小區(qū)以外的田塊為保護(hù)行。各處理的田間管理和施肥情況與當(dāng)?shù)厥卟松a(chǎn)實(shí)際保持一致。其中，試驗(yàn)施用的有機(jī)肥中重金屬含量均未超過《NY/T 525－2021有機(jī)肥料》規(guī)定的限定值，農(nóng)田灌溉水中重金屬檢測值未超過《GB 5084-2021農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的限定值。

1.3 調(diào)查項(xiàng)目及方法

1.3.1 蔬菜樣品采集

在各種蔬菜成熟期間，以獨(dú)立小區(qū)為單位，采集可食用部分（如根菜的塊根、葉菜類的莖葉、茄果類的果實(shí)等）作為檢測樣品。具體采集方法：采用“S”形取樣法在每個(gè)小區(qū)選擇5個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)采集1個(gè)塊根或莖葉或果實(shí)等樣品（0.5 kg），然后進(jìn)行混合，每個(gè)混合樣2.5 kg，送樣檢測（樣品送至中化地質(zhì)礦山總局福建地質(zhì)勘查院檢測）。值得注意的是，采樣過程中，所有樣品的采集、切分、烘干、裝盛至送樣均采用竹、木或玻璃器具，樣品不與任何金屬器具接觸，以免采樣、制樣過程受重金屬污染。

1.3.2 重金屬元素含量測定

依據(jù)《GB/T 5009食品衛(wèi)生檢驗(yàn)方法》中相關(guān)方法，采用石墨爐原子吸收分光光度法測定蔬菜樣品的鎘、鉛、鉻含量，采用原子熒光光譜分析法測定蔬菜樣品的汞、砷含量。

1.3.3 富集系數(shù)計(jì)算

某種重金屬元素的富集系數(shù)=（蔬菜中某種重金屬元素含量÷土壤中同種重金屬元素含量）×100%。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理采用Microsoft Excel 2017和SPSS 11.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種類蔬菜的重金屬含量

由圖1可知，10種蔬菜可食用部分的鎘含量存在顯著差異，其中，茄子的鎘含量最高，達(dá)0.055 mg/kg，黃瓜的鎘含量最低，僅為0.004 mg/kg，前者為后者的13.75倍。10種蔬菜可食用部分的鎘含量從高到低依次為茄子、冬寒菜、上海青、空心菜、美人椒、青椒、蘿卜、地瓜葉、白菜、黃瓜。

圖1 不同種類蔬菜可食用部分的鎘含量

由圖2可知，10種蔬菜可食用部分的砷含量存在顯著差異，其中，地瓜葉的砷含量最高，達(dá)0.027 mg/kg，白菜、蘿卜、上海青的砷含量較低，三者均小于0.004 mg/kg。10種蔬菜可食用部分的砷含量從高到低依次為地瓜葉、黃瓜、冬寒菜、空心菜、茄子、青椒、美人椒、白菜、蘿卜、上海青。

圖2 不同種類蔬菜可食用部分的砷含量

由圖3可知，10種蔬菜可食用部分的鉻含量存在顯著差異，其中，地瓜葉的鉻含量最高，達(dá)0.648 mg/kg，黃瓜的鉻含量最低，僅為0.039 mg/kg，前者為后者的16.62倍。10種蔬菜可食用部分的鉻含量從高到低依次為地瓜葉、冬寒菜、上海青、白菜、空心菜、青椒、美人椒、蘿卜、茄子、黃瓜。

圖3 不同種類蔬菜可食用部分的鉻含量

本試驗(yàn)還檢測了10種蔬菜的汞、鉛含量，結(jié)果均小于0.005 mg/kg（結(jié)果未列出），均低于檢出限，表明這10種蔬菜在中強(qiáng)度鎘污染田塊內(nèi)種植，其可食用部分的汞和鉛含量極低，說明這10種蔬菜低富集汞、鉛。

2.2 不同種類蔬菜的重金屬富集特征

富集系數(shù)是植物體內(nèi)某種重金屬元素含量與土壤中同種重金屬元素含量的比值，其反映了植物對土壤重金屬元素的富集能力，故在重金屬污染的相關(guān)研究中，常采用富集系數(shù)作為植物品種的篩選依據(jù)[7-8]。同時(shí)，重金屬元素在蔬菜中的含量與土壤中該重金屬元素的含量和蔬菜本身對該重金屬元素的選擇吸收性能等有關(guān)[9-10]，故也可用富集系數(shù)來反映蔬菜對某種重金屬元素富集能力的強(qiáng)弱，富集系數(shù)的數(shù)值越大，說明蔬菜富集該種重金屬元素的能力越強(qiáng)。

由表3可知，10種蔬菜的鎘富集系數(shù)為0.962%～13.221%，平均值為4.423%（大于平均值的蔬菜種類有冬寒菜、上海青、茄子），其中，茄子的鎘富集系數(shù)最高，為13.221%，黃瓜的鎘富集系數(shù)最低，為0.962%。10種蔬菜的砷富集系數(shù)為0.046%～0.616%，平均值為0.237%（大于平均值的蔬菜種類有冬寒菜、黃瓜、地瓜葉、空心菜），其中，地瓜葉的砷富集系數(shù)最高，為0.616%，白菜、蘿卜、上海青的砷富集系數(shù)較低，均為0.046%。10種蔬菜的鉻富集系數(shù)為0.278%～4.624%，平均值為1.161%（大于平均值的蔬菜種類有冬寒菜、上海青、地瓜葉），其中，地瓜葉的鉻富集系數(shù)最高，為4.624%，黃瓜的鉻富集系數(shù)最低，為0.278%。

由表3還可知，除地瓜葉（地瓜葉的鉻富集系數(shù)最高）外，其他9種蔬菜的鎘富集系數(shù)均高于砷、鉻富集系數(shù)。白菜、冬寒菜、蘿卜、上海青、青椒、美人椒、茄子、空心菜8種蔬菜的3種重金屬元素的富集系數(shù)排序均為鎘＞鉻＞砷，黃瓜的3種重金屬元素的富集系數(shù)排序?yàn)殒k＞砷＞鉻，地瓜葉的3種重金屬元素的富集系數(shù)排序?yàn)殂t＞鎘＞砷。

表3 不同種類蔬菜的砷、鎘、鉻富集系數(shù)（單位：%）

3 結(jié)論與討論

《GB 2762-2017食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》中規(guī)定鎘的限量值為0.05 mg/kg。本試驗(yàn)結(jié)果表明，茄子可食用部分的鎘含量為0.055 mg/kg，已超標(biāo)；其他9種蔬菜可食用部分的鎘含量均低于0.05 mg/kg，以黃瓜可食用部分的鎘含量最低，僅為0.004 mg/kg。相關(guān)研究也發(fā)現(xiàn)，茄子的鎘含量容易超標(biāo)[6]，而黃瓜的鎘含量不易超標(biāo)[11]。因此，鑒于土壤中輕度鎘污染會(huì)引起茄子的鎘含量超標(biāo)，建議在閩侯縣鎘污染田塊內(nèi)禁止種植茄子，優(yōu)先種植黃瓜，若確需種植茄子，應(yīng)采取安全利用措施，如施用土壤調(diào)理劑或葉面阻控劑等。

《GB 2762-2017食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》中規(guī)定砷的限量值為0.5mg/kg。本試驗(yàn)結(jié)果表明，10種蔬菜可食用部分的砷含量均低于限量值。經(jīng)分析，10種蔬菜可食用部分的砷含量較低，這既與土壤中砷含量較低有關(guān)（為4.386 mg/kg），又與旱作時(shí)砷元素的活性較低有關(guān)。因此，從蔬菜可食用部分的砷含量較低這方面考慮，在閩侯縣可以放心種植這10種蔬菜。

《GB 2762-2017食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》中規(guī)定鉻的限量值為0.5 mg/kg。本試驗(yàn)結(jié)果表明，地瓜葉可食用部分的鉻含量為0.648 mg/kg，已超標(biāo)；其他9種蔬菜可食用部分的鉻含量均低于0.5 mg/kg，以黃瓜可食用部分的鉻含量最低，僅為0.039 mg/kg。相關(guān)研究也發(fā)現(xiàn)，地瓜葉較易富集鉻，從而容易造成鉻含量超標(biāo)[12]。因此，鑒于在土壤鉻含量不超標(biāo)的情況下仍會(huì)造成地瓜葉可食用部分鉻含量超標(biāo)，建議在閩侯縣盡量減少地瓜葉的種植面積，若確需種植地瓜葉，也應(yīng)采取安全利用措施。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，10種蔬菜對鎘、砷、鉻的富集能力存在一定差異（10種蔬菜的鎘富集系數(shù)均值為4.423%，鉻富集系數(shù)均值為0.485%，砷富集系數(shù)均值為0.182%），其中，地瓜葉對鉻的富集能力最強(qiáng)，其他9種蔬菜對鎘的富集能力較強(qiáng)，10種蔬菜對砷的富集能力均較弱。因此，對于鎘含量較高的田塊，應(yīng)當(dāng)慎種鎘富集能力均較強(qiáng)的茄子、冬寒菜、上海青、空心菜，推薦種植鎘富集能力弱的黃瓜、白菜、地瓜葉、蘿卜等；對于砷含量較高的田塊，應(yīng)當(dāng)慎種砷富集能力強(qiáng)的地瓜葉、黃瓜、冬寒菜、空心菜，推薦種植砷富集能力弱的白菜、蘿卜、上海青等；對于鉻含量較高的田塊，應(yīng)當(dāng)慎種鉻富集能力強(qiáng)的地瓜葉、冬寒菜等，推薦種植鉻富集能力弱的黃瓜、茄子、蘿卜等。

綜上所述，供試10種蔬菜的鎘、砷、鉻含量存在顯著差異，其中，茄子的鎘含量最高，地瓜葉的鉻含量最高，且兩者均超過了《GB 2762-2017食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》規(guī)定的限量值，建議在閩侯縣重金屬污染農(nóng)田內(nèi)禁止種植茄子或地瓜葉，或減少茄子和地瓜葉的種植面積。而其他8種蔬菜的鎘、砷、鉻含量均達(dá)標(biāo)，可在閩侯縣重金屬污染農(nóng)田上種植。