我國蔬菜重金屬污染現狀及研究進展

靳輝勇，齊紹武，趙世浩，朱 益 (湖南農業(yè)大學，湖南長沙410128)

重金屬是密度大于5.0 g/cm3的一組金屬元素，包括鎘(Cd)、汞(Hg)、鉛(Pb)、鉻(Cr)、鋇(Ba)等 40 多種。一般也包括As等毒性顯著的類金屬元素。這些元素能夠在生態(tài)系統(tǒng)中遷移轉化，對自然環(huán)境及人體健康造成危害，是重要的環(huán)境污染物之一。

蔬菜是人們日常生活中不可缺少的食物之一，為人體提供了多種礦物質和維生素，其質量的優(yōu)劣直接關系到我國的“菜籃子”安全及人們的身體健康。但是隨著現代工農業(yè)的發(fā)展，自然環(huán)境的惡化，工業(yè)“三廢”的不合理排放，農藥、化肥的不合理使用等，使得蔬菜及土壤重金屬污染日益嚴重。并且重金屬污染具有潛伏性、長期性、累積性、地域性、多樣性、不可逆性、難治理性及后果嚴重性等特點，可通過食物鏈傳遞進入人體，危害人類身體健康。因此，研究蔬菜重金屬污染已迫在眉睫，應引起高度重視。

1 我國蔬菜重金屬污染現狀

近年來，UNDP、FAD及WHO等國際組織把蔬菜等食品中重金屬污染作為全球食品污染監(jiān)測計劃中的重要項目之一［1］。我國北京、上海、廣州、天津、南京、西安、深圳、長沙、鄭州、洛陽、成都、重慶等地也都相繼開展了蔬菜及土壤重金屬污染狀況調查研究工作，了解了我國蔬菜重金屬污染的基本情況［2］。

中國科學院地理研究所的調查表明，北京市生產的蔬菜有30%重金屬含量超標［3］。周藝敏等［4］檢測了天津市郊4種蔬菜36個樣品，結果表明重金屬的檢出率為100%，鎘超標率為40%。王艷莉等［5］檢測了南京市區(qū)940個蔬菜樣品，發(fā)現葉菜類蔬菜重金屬污染較重，豆類蔬菜含汞量最高超標12.4倍。李桂麗等［6］調查發(fā)現，西安市蔬菜Pb污染普遍，超標率為77.5%;Hg和Cr只在個別蔬菜中出現污染，超標率分別為10%和2.5%。李海華等［7］研究發(fā)現，鄭州市近郊蔬菜重金屬污染指數大部分高于3.0，污染比較嚴重。馬瑾等［8］報道Pb是東莞市蔬菜重金屬污染的主要元素，葉菜類蔬菜中 Pb超標率最高，為20.9%;其次是 Cd和 Hg，超標率分別為11.6%和 2.3%。秦文淑等［9－10］檢測了廣州市城區(qū)主要蔬菜市場12種蔬菜36個樣品中重金屬的含量，發(fā)現Cr、Pb、Cd是主要污染元素，其超標率分別為 38.9%、22.2%、13.9%。馮玉蘭等［11］研究發(fā)現，蘭州市8種蔬菜中，僅有韭菜中的Pb含量超標，其他蔬菜重金屬含量均未超標，蘭州市蔬菜重金屬污染較輕。韋偉等［12］研究表明，貴州省清鎮(zhèn)市蔬菜中，Cr、As、Cd、Pb、Hg 均出現超標，其中 Cd、Pb、Hg超標嚴重。據福建省農村環(huán)保能源總站調查發(fā)現，土壤Cd含量最低為 0.83 mg/kg，最高為 26.61 mg/kg，嚴重超出國家標準 0.3 mg/kg［13］。王輝等［14］調查發(fā)現，Pb 是洛陽市蔬菜重金屬污染的主要元素，其超標率為36.3%。羅曉梅等［15］等研究表明，鎘是成都地區(qū)蔬菜中的主要污染元素，在檢測的9種蔬菜152個樣品中，鎘的超標率為29.4%，最高超標5.6倍。據報道環(huán)鄱陽湖區(qū)葉菜類蔬菜重金屬含量超標率在50%以上，其中白菜受Pb污染最為嚴重，超標率高達85.2%，當地蔬菜重金屬污染較為嚴重［16］。沈彤等［17］調查發(fā)現，長沙地區(qū)蔬菜中，Pb、Cd污染嚴重，超標率分別為60%和51%。

2 重金屬污染的危害

重金屬污染是當今全球面臨的一個嚴重的環(huán)境問題，在所有的污染元素中，鎘以蓄積能力強、危害性大成為最受關注的對象之一。鎘是蔬菜重金屬污染的主要來源之一，它能夠影響細胞膜的通透性、抑制電子轉運、影響葉綠素含量、降低光合作用、傷害細胞系統(tǒng)，從而影響蔬菜生長發(fā)育和食用安全性。當鎘進入人體時，可損害血管，導致組織缺血，引起許多系統(tǒng)的損傷;鎘還可損害骨骼，干擾骨細胞鈣化、減少腸道對鈣的吸收、抑制膠原代謝，以引起骨代謝紊亂和骨質疏松。20世紀60年代，發(fā)生在日本的“痛痛病”就是因為人體中鎘含量過多引起的，其特征就是骨軟化和骨質疏松。此外鎘還有致癌致畸致突變作用，對人體危害極大。

汞及其許多化合物對人體產生的毒性極大，其污染的特點是濃度低、范圍廣。對人體的神經系統(tǒng)、腎臟系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、肝臟等可產生嚴重的損害。當人因為飲用或食用受重金屬汞污染的水和食物，體內重金屬汞蓄積過多時，便會出現各種病癥。舉世震驚的日本“水俁病”，就是由于人長期食用受甲基汞毒害的魚類而引起的中樞神經中毒癥。這種癥狀開始表現為口齒不清、面部癡呆、全身麻木、運動失調，最后精神失常，身體彎曲至死亡。

鉛是人們日常生活中最容易接觸的重金屬元素，一旦進入人體將很難排除，能直接傷害人的腦細胞，特別是胎兒的神經系統(tǒng)?？稍斐上忍熘橇Φ拖?，對老年人則會造成癡呆。人體吸入過多鉛會危害人的神經系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)，導致不同程度的鉛中毒，臨床特點為劇烈的腹絞痛、貧血、中毒性肝病、中毒性腎病、多發(fā)性周圍神經病。表現為頭暈、全身無力、肌肉關節(jié)酸痛、不能進食、便秘或腹瀉、肝臟腫大、肝區(qū)壓痛、黃疸、血壓升高等癥狀。

鉻是一種藍白色多價金屬元素，常見的有二價鉻、三價鉻和六價鉻。鉻的過量攝入對人體危害非常大，其毒性與存在的價態(tài)有關。如果人長期大量地攝入三價鉻，容易得一些慢性的氧化性疾病，比如糖尿病、高血壓這一類的疾病;由于抗氧化系統(tǒng)受到了損傷，又容易發(fā)生腫瘤等這種異常增生的疾病。與三價鉻相比，六價鉻毒性比三價鉻大100倍;此外六價鉻還具有強氧化性和腐蝕性，可通過多種途徑進入人體，引起呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等多個系統(tǒng)器官的損傷。

由此可見，重金屬對人體健康危害十分嚴重，并且其污染一旦出現將很難逆轉，治理起來將有很大難度。

3 蔬菜重金屬污染的來源

3.1 工業(yè)污染源 工業(yè)污染源主要是點源污染，是由印染、采礦、紡織、冶煉、電鍍、燃煤等工業(yè)的“三廢”排放，導致水或土壤中重金屬含量過高，造成生態(tài)環(huán)境惡化［18］。鐘曉蘭等［19］調查發(fā)現長江三角洲地區(qū)土壤Cd污染嚴重，冶金電鍍區(qū)以及化工區(qū)土壤中 Cd、Cu、Ni、Pb、Co、Cr等重金屬有效態(tài)很高。在沈陽張士灌區(qū)，由于污水灌溉歷史悠久，灌溉水質不符合標準，造成菜地土壤Cd、Hg重金屬污染［20］。通過對南京市典型工業(yè)區(qū)附近土壤污染狀況調查研究，發(fā)現該區(qū)域已出現 Cu、Zn、Pb、Cd、Hg 和 As 等重金屬(類金屬)污染，表明土壤重金屬的富集與相關企業(yè)密切相關［21］。

3.2 農業(yè)及交通業(yè)污染源 農藥、化肥等農用化學品的不合理使用，均可能導致土壤重金屬污染。硝酸銨、磷酸銨、復合肥中含有砷，磷肥含有鎘，過量施用化肥可造成蔬菜及土壤重金屬污染。此外，個別農藥在其組分中含有Pb、Cd、Cu、Hg等重金屬，如甲胺磷、波爾多液等，都將導致土壤中重金屬元素的積累。

交通運輸業(yè)的快速發(fā)展，產生大量的汽車尾氣，也是土壤重金屬污染原因之一。盧德亮等［22］認為機動車尾氣的排放以及輪胎橡膠的磨損是造成哈爾濱市區(qū)土壤重金屬污染的主要來源之一。李波等［23］調查表明，滬寧高速公路兩側土壤中污染元素主要有 Cu、Pb、Zn，其污染的原因是交通運輸過程中產生大量的有害氣體和粉塵。吳長年等［24］、李波等［25］報道，寧連高速公路兩側200 m范圍內的土壤和小麥均受到不同程度的重金屬污染，其中檢測的小麥籽粒中Pb含量超標嚴重，最高超標3.5倍。

4 蔬菜重金屬污染的防治措施

如今，蔬菜重金屬污染日趨嚴重，其污染原因主要是土壤污染。2014年政府工作報告首次明確提出要實施“土壤修復工程”，4月份通過的《環(huán)境保護法》修訂案又增加了土壤修復的內容，足見我國對土壤污染的高度重視。鑒于目前蔬菜重金屬污染的復雜性和難治理性，有關如何預防和控制蔬菜重金屬污染的研究已成為當前熱點，在綜合前人研究的基礎上，歸納出以下幾種防治措施。

4.1 化學修復措施 主要是施用土壤改良劑。即在受重金屬污染的土壤中施加生石灰、碳酸鈣、硅酸鈣、沸石等石灰性物質來增加土壤有機質和粘粒的含量，提高土壤pH和導電率，從而降低重金屬的生物有效性。黃敏等［26］研究表明，草炭可以有效地降低土壤中Cd的有效態(tài)，從而提高其有機結合態(tài)比例。熊亞紅等［27］調查表明，熟石灰、花生殼粉、草木灰等混合物能有效降低重金屬對油菜和玉米的毒害作用。雷鳴等［28］通過野外稻田試驗研究發(fā)現，硅肥不僅能降低水稻對Cd的吸收，而且對水稻的生長發(fā)育具有良好的促進作用?；瘜W修復屬于原位修復，該措施操作簡單，投放方式簡便易行，適合大面積地區(qū)施用，但只限于我國南方酸性土壤，并不適合在堿性土壤和As污染環(huán)境中施用，因為As在堿性土壤中趨于釋放。

4.2 物理修復措施 主要有電動修復和電熱修復等。前者是通過電化學和電動力學的復合作用(電泳、電滲、電遷移等)，使土壤中的重金屬離子和無機離子向電極區(qū)運輸、集聚，然后進行集中處理或分離;后者是利用高頻電壓產生的電磁波和熱能對土壤進行加熱，使污染物從土壤顆粒內解吸并分離出來，從而達到修復的目的。兩種方法都是原位修復技術，修復速度快，但是操作復雜，成本較高。

4.3 工程修復措施 主要包括客土、換土、翻耕等措施?？屯潦侵冈谑芪廴镜耐寥郎细采w一層凈土;換土是挖走污染較重的土壤換上新土;翻耕則是把污染較輕的下層翻至上層。這幾種措施雖然治理徹底、效果穩(wěn)定，但是操作復雜、費用較高，且容易破壞土壤原有的結構，引起土壤肥力下降，所以通常只用于污染較重的土壤。

4.4 生物修復 是指利用微生物、植物和其他生物來吸收、富集或降解土壤中的重金屬元素，以達到凈化土壤的目的。主要包括植物修復和微生物修復兩方面。有研究表明，三葉鬼針草、籽粒莧、商陸、印度芥菜、龍葵、日本鷹爪木［29］，以及油菜、野茼蒿、球果蔊菜、壺瓶碎米薺等［30－33］是積累 Cd的最有效的植物。田偉莉等［34］發(fā)現白三葉、黑麥草這兩種牧草對減少土壤重金屬含量有一定效果。陳同斌等［35］發(fā)現蜈蚣草對As富集能力較強，在工程應用中具有較高的實際應用價值。目前，植物修復技術因其具有經濟環(huán)保，效果明顯等優(yōu)點受到廣泛重視，正成為世界環(huán)境修復技術中的一個前沿領域。

5 研究展望

目前，國內外很多城市都存在蔬菜及土壤重金屬污染問題，尤其是在工業(yè)發(fā)達和人口密集的城市，重金屬污染問題尤為突出。因此，系統(tǒng)、全面地開展土壤重金屬污染的調查和研究，制定合理、有效的防治措施，降低和控制蔬菜及土壤重金屬污染已十分必要。以下幾方面將是我國蔬菜重金屬污染控制研究的重點。

5.1 系統(tǒng)全面地開展蔬菜重金屬污染的調查研究工作 雖然我國對蔬菜重金屬污染早有研究，但目前仍處于起步階段，資料還很不完善，技術還不夠成熟，所以需要系統(tǒng)全面地開展蔬菜重金屬污染的調查與研究，可以結合現在的高科技手段，積極采取措施嚴格控制蔬菜重金屬污染。

5.2 優(yōu)化產業(yè)結構，控制污染物的排放 高投入、高消耗、高排放的粗放型產業(yè)結構加劇了土壤重金屬的污染。嚴格控制工業(yè)“三廢”排放，促進產業(yè)結構從粗放型向集約型轉變，加大淘汰落后產能、節(jié)能減排等工作力度，促進全產業(yè)鏈整體升級，以便預防和控制蔬菜重金屬污染。

5.3 加強多學科協作與滲透 雖然目前預防和控制蔬菜及土壤重金屬污染的方法有很多，但大多數方法都僅限于單獨使用，其效果往往并不是很理想;推動蔬菜及土壤重金屬污染控制，加強多學科協作與滲透顯得尤為重要，若能將這些單一措施配合使用，將會大大提高對蔬菜重金屬污染的控制效果。

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