孫尚省 王文君 馬兆虎 呂志賢 李瑞琦 賈莉犁 梁愛(ài)萍

摘要：為研究不同濃度的重金屬Pb、Cd在葉菜不同部位（根、莖、葉）中的富集狀況，以及對(duì)葉菜生長(zhǎng)狀況的影響，進(jìn)行土培盆栽試驗(yàn)。結(jié)果表明，當(dāng)在土壤中添加不同濃度重金屬時(shí)，3種葉菜不同部位Pb、Cd的富集量均表現(xiàn)為隨著土壤中添加濃度的增加而增大;當(dāng)在土壤中添加同一濃度重金屬時(shí)，Pb在3種葉菜的富集量表現(xiàn)為菠菜>苔菜>油菜，葉>根>莖;Cd在3種葉菜的富集量表現(xiàn)為菠菜>油菜>苔菜，根>莖>葉;當(dāng)土壤中重金屬Pb和Cd超出一定濃度時(shí)會(huì)影響葉菜的出芽率和出芽時(shí)間，并使之出現(xiàn)萎蔫、發(fā)黃、等現(xiàn)象，而高濃度的Cd還會(huì)使3種葉菜出現(xiàn)斑點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：Cd;Pb;葉菜;富集;影響

中圖分類(lèi)號(hào)：X131.3 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2019）24-0072-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.24.017 ? ? ? ? ? 開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Enrichment of heavy metals Pb and Cd in leafy vegetables

and the effects on their growth

SUN Shang-sheng1，WANG Wen-jun2，MA Zhao-hu2，LYU Zhi-xian1，LI Rui-qi1，JIA Li-li1，LIANG Ai-ping1

（1.College of Environmental and Material Engineering，Yantai University，Yantai 264005，Shandong，China;

2.Yantai Marine Environment Monitoring and Forecasting Center，Yantai 264003，Shandong，China）

Abstract： For the study of different concentrations of heavy metals Pb， Cd in different parts of leaf vegetables（root， stem and leaf） of enrichment， and the influence on the growth condition of leafy vegetables， the soil culture pot experiment was conducted. The results showed that when adding different concentrations of heavy metals in soil， the three kinds of enrichment of Pb， Cd in the different parts of leafy vegetables were characterized by increased with the increase of concentration added in soil increased. When heavy metals of the same concentration were added to the soil， the enrichment of Pb in the three leafy vegetables was as follows： Spinach>moss vegetables>rape， leaf>root>stem; The enrichment of Cd in three leafy vegetables was as follows： Spinach>rape>moss vegetables， root>stem>leaves. When the heavy metals Pb and Cd in the soil exceeds a certain concentration， the germination rate and germination time of leafy vegetables will be affected， and the leaf vegetables will wilt， turn yellow， etc.， make them wilt， while the high concentration of Cd will also cause spots in the three leaf vegetables.

Key words： Cd; Pb; leafy vegetables; enrichment; effect

近年來(lái)，全國(guó)發(fā)生多起重大重金屬污染事故，其中砷（As）、鉛（Pb）、鎘（Cd）等污染事故達(dá)30余起[1]，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了大量的研究，特別是在土壤-植物系統(tǒng)中的研究受到較多關(guān)注[2]。但因?yàn)橹亟饘儆赏寥老蛑参矬w內(nèi)的遷移富集受諸多因素影響[3-5]，所以重金屬由土壤向植物體內(nèi)遷移的規(guī)律至今沒(méi)有統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。研究發(fā)現(xiàn)在土壤重金屬污染中，Pb和Cd的污染最為嚴(yán)重、普遍，蔬菜中的葉菜對(duì)重金屬的富集能力較強(qiáng)[6]。因此本試驗(yàn)選取2種重金屬Pb和Cd，并根據(jù)時(shí)令特點(diǎn)以煙臺(tái)地區(qū)具有代表性的3種葉菜——油菜、菠菜、苔菜作為研究對(duì)象，為中毒菜的識(shí)別、食品安全的防范提供相關(guān)依據(jù)，為進(jìn)一步研究重金屬在土壤-植物體系中的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理、對(duì)后續(xù)的有關(guān)土地修復(fù)問(wèn)題提供相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 ?材料與方法

1.1 ?重金屬Pb、Cd添加濃度的選擇

依據(jù)GB15618-1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以及當(dāng)?shù)赝寥赖膒H，土壤中添加重金屬Pb和Cd的濃度分別超標(biāo)1、2、3倍，并設(shè)置臨界點(diǎn)和空白對(duì)照組進(jìn)行試驗(yàn)，即向土壤中添加Pb的濃度為0、300、600、900、1 200 mg/kg;添加Cd的濃度為0、0.3、0.6、0.9、1.2 mg/kg。

1.2 ?盆栽試驗(yàn)

1.2.1 ?試驗(yàn)盆編號(hào) ?取相同規(guī)格的花盆30個(gè)，其中土壤中添加Pb的花盆分別編號(hào)為A1、A2、A3、A4、A5＼B1、B2、B3、B4、B5＼C1、C2、C3、C4、C5;土壤中添加Cd的花盆分別編號(hào)為D1、D2、D3、D4、D5＼E1、E2、E3、E4、E5＼F1、F2、F3、F4、F5。A、D表示油菜，B、E表示菠菜，C、F表示苔菜，數(shù)字表示濃度。

1.2.2 ?土壤及重金屬的添加 ?將從大田取回的土壤置于潔凈地面風(fēng)干、碾碎、剔除根系和石塊后，分別用天平秤取1 kg分堆攤平，用噴壺將已配好的不同濃度的重金屬?lài)姙⒌较鄳?yīng)的土堆混合均勻并轉(zhuǎn)移至花盆。

1.2.3 ?播種及管理 ?在上述花盆表土下2～3 cm處，分別均勻添加20粒相應(yīng)的葉菜種子，平整土壤，開(kāi)始記錄時(shí)間。每天澆1次去離子水，并記錄葉菜的生長(zhǎng)狀況。

1.3 ?出芽率的計(jì)算

播種后，密切關(guān)注種子發(fā)芽（破土而出即發(fā)芽）時(shí)間，并及時(shí)記錄，10 d后記錄每盆葉菜的出芽總數(shù)，按下列公式對(duì)每個(gè)花盆進(jìn)行出芽率的計(jì)算。

出芽率=■×100%

1.4 ?樣品的采集與測(cè)定

待葉菜生長(zhǎng)40 d后將其統(tǒng)一收獲，先用自來(lái)水洗凈表面泥土和灰塵，再用去離子水沖洗。瀝水后用剪刀將每棵葉菜按根、莖、葉剪成3部分裝入牛皮紙袋，然后置于烘箱中以105 ℃殺青1 h，再以70 ℃烘干24 h后貼標(biāo)簽保存。參考GB5009.12-2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鉛的測(cè)定》、GB5009.15-2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鎘的測(cè)定》中的測(cè)定方法對(duì)上述烘干樣品進(jìn)行消解、定容、測(cè)定，每個(gè)樣品重復(fù)3次取平均值。

主要儀器設(shè)備為原子吸收分光光度計(jì)（PerkinElmer AAnalyst 700，美國(guó)珀金埃爾默公司）。

2 ?結(jié)果與分析

氣候狀況對(duì)葉菜生長(zhǎng)有一定影響，因此本試驗(yàn)選擇在煙臺(tái)適宜葉菜生長(zhǎng)的10月進(jìn)行，并記錄了盆栽過(guò)程中每天的溫度和濕度情況。盆栽試驗(yàn)期間，濕度在40%～60%，溫度在10～20 ℃，適合作物生長(zhǎng)。

2.1 ?重金屬Pb在葉菜中的富集狀況

由圖1可知，在試驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，3種葉菜各部位重金屬Pb的含量大都表現(xiàn)為隨著土壤中添加Pb濃度的增加而增大，基本呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系。說(shuō)明土壤中Pb濃度越高，從土壤遷移到葉菜中的重金屬的量越多。當(dāng)在土壤中添加同一濃度Pb時(shí)，3種葉菜中的富集總量表現(xiàn)為菠菜>苔菜>油菜。說(shuō)明重金屬Pb最容易在菠菜中富集，而最難在油菜中富集。

當(dāng)在土壤中添加同一濃度Pb時(shí)，同一葉菜不同部位的Pb富集量表現(xiàn)為油菜中葉>根>莖;苔菜中根>葉>莖;菠菜中葉≈根>莖，說(shuō)明Pb更容易在油菜葉、苔菜根和菠菜葉中富集。究其原因可能是油菜和菠菜中Pb在各部位的含量與各部位的表面積呈正相關(guān)[7]。而苔菜中，Pb在土壤-根界面和莖-葉界面的遷移比較通暢，而在根-莖界面受阻較大，根細(xì)胞壁中存在大量交換位點(diǎn)，能將重金屬離子固定在這些位點(diǎn)上，從而阻止重金屬離子進(jìn)一步向地上部分轉(zhuǎn)移[8]。

當(dāng)在土壤中添加同一濃度Pb時(shí)，不同葉菜同一部位的Pb富集量表現(xiàn)為菠菜根>苔菜根>油菜根;菠菜莖>苔菜莖≈油菜莖;對(duì)于葉而言，當(dāng)土壤中添加Pb的濃度低于600 mg/kg時(shí)，Pb富集量表現(xiàn)為菠菜葉>苔菜葉>油菜葉，而當(dāng)土壤中添加Pb的濃度高于900 mg/kg時(shí)，Pb富集量表現(xiàn)為菠菜葉>油菜葉>苔菜葉。說(shuō)明當(dāng)土壤受重金屬Pb污染時(shí)，相比較于油菜、苔菜的同一部位，Pb更容易在菠菜的根、莖、葉中富集，而隨著土壤中Pb濃度的增加，Pb在油菜葉中的富集量逐漸趕上并超過(guò)在苔菜葉的富集量。

2.2 ?重金屬Cd在葉菜中的富集狀況

由圖2可知，在試驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，3種葉菜各個(gè)部位Cd的含量大都表現(xiàn)為隨著土壤中添加Cd濃度的增加而增大，基本呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系。說(shuō)明土壤中Cd濃度越高，從土壤遷移到葉菜中的重金屬的量越多。當(dāng)在土壤中添加同一濃度Cd時(shí)，在3種葉菜中的各個(gè)部位富集總量表現(xiàn)為菠菜>油菜>苔菜。說(shuō)明重金屬Cd最容易在菠菜中富集而最難在苔菜中富集。

當(dāng)在土壤中添加同一濃度Cd時(shí)，同一葉菜不同部位的含量均表現(xiàn)為根>莖>葉。說(shuō)明Cd在土壤-根界面的遷移比較通暢，而在根-莖界面和莖-葉界面的遷移受阻較大。

當(dāng)在土壤中添加同一濃度Cd時(shí)，不同葉菜同一部位的富集含量表現(xiàn)為菠菜根>油菜根>苔菜根;菠菜莖>油菜莖>苔菜莖;菠菜葉>油菜葉≈苔菜葉。說(shuō)明當(dāng)土壤受重金屬Cd污染時(shí)，相比較于油菜、苔菜的同一部位，Cd更容易在菠菜的根、莖、葉中富集。

2.3 ?Cd、Pb對(duì)葉菜出芽時(shí)間的影響

由表1可知，當(dāng)土壤中添加不同濃度Cd時(shí)，種植5 d時(shí)油菜開(kāi)始發(fā)芽;種植9 d時(shí)苔菜開(kāi)始發(fā)芽;除空白對(duì)照組外，種植6 d時(shí)菠菜開(kāi)始發(fā)芽，種植7 d時(shí)空白對(duì)照組菠菜發(fā)芽。原因可能是在本試驗(yàn)濃度范圍內(nèi)重金屬Cd能促進(jìn)菠菜的萌發(fā)，但是對(duì)油菜和苔菜的萌發(fā)沒(méi)有明顯影響。

當(dāng)土壤中添加不同濃度Pb時(shí)，種植6 d時(shí)菠菜開(kāi)始發(fā)芽;除空白對(duì)照組外，種植5 d時(shí)油菜開(kāi)始發(fā)芽，種植6 d時(shí)空白對(duì)照組油菜開(kāi)始發(fā)芽;除土壤中添加Pb濃度為600 mg/kg組外，種植的苔菜9 d時(shí)開(kāi)始發(fā)芽，種植10 d時(shí)土壤中添加Pb濃度為600 mg/kg的組開(kāi)始發(fā)芽。原因可能是重金屬Pb能促進(jìn)油菜的萌發(fā)，卻對(duì)菠菜的出芽時(shí)間沒(méi)有明顯影響，而濃度過(guò)高或者過(guò)低對(duì)苔菜的出芽時(shí)間都沒(méi)有明顯影響，中濃度的Pb則會(huì)抑制苔菜的萌發(fā)。這與Chen等[9]對(duì)重金屬之于其他蔬菜的研究結(jié)果有相似之處。

2.4 ?Cd、Pb對(duì)葉菜出芽率的影響

由表2可知，當(dāng)土壤中添加不同濃度Cd時(shí)，在濃度為0.3～1.2 mg/kg時(shí)，油菜的出芽率整體較高，但與Cd的添加濃度沒(méi)有明顯的線性關(guān)系;菠菜的出芽率隨著Cd濃度的增加呈現(xiàn)出先降低后升高的現(xiàn)象，可以判斷為Cd的濃度對(duì)菠菜的出芽率呈拋物線關(guān)系;苔菜的出芽率隨著Cd添加濃度的增加呈現(xiàn)出逐漸降低的現(xiàn)象，可知高濃度的Cd對(duì)苔菜種子的萌發(fā)有抑制作用。

當(dāng)土壤中添加不同濃度Pb時(shí)，在濃度為300～1 200 mg/kg時(shí)，苔菜的出芽率整體較低，且隨著Pb添加濃度的增加呈現(xiàn)出逐漸降低的現(xiàn)象，而油菜和菠菜的出芽率與Pb的添加濃度沒(méi)有明顯的線性關(guān)系。這與林偉等[10]對(duì)黃瓜苗富集Pb的研究結(jié)果有相似之處。

2.5 ?Cd、Pb對(duì)葉菜生長(zhǎng)狀況的影響

由表3可知，高濃度的Cd、Pb對(duì)3種葉菜的生長(zhǎng)狀況均有一定的影響，均會(huì)使葉菜出現(xiàn)萎蔫、發(fā)黃的現(xiàn)象，而高濃度的Cd還會(huì)使3種葉菜出現(xiàn)斑點(diǎn)。這與王陽(yáng)陽(yáng)等[11]研究鎘脅迫下對(duì)水稻生長(zhǎng)狀況的影響結(jié)果有相似之處。

3 ?小結(jié)與討論

1）重金屬Cd、Pb分別在濃度為0.3～1.2 mg/kg、300～1 200 mg/kg時(shí)對(duì)油菜、菠菜、苔菜3種葉菜的出芽時(shí)間、出芽率、生長(zhǎng)狀況均有一定的影響。且在不同葉菜不同部位的富集狀況也各有不同，并呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。

2）由于試驗(yàn)中對(duì)3種葉菜采取統(tǒng)一種植、統(tǒng)一收獲的方式，沒(méi)有考慮到三者成熟時(shí)間的差異，可能存在部分重金屬遷移不完全等情況，下一步試驗(yàn)要充分考慮此因素。

3）影響重金屬在土壤-植物體系中遷移的因素有很多，下一步研究中要充分考慮土壤、植物、環(huán)境等多種因素，充分測(cè)定并分析土壤成分，計(jì)算重金屬在3種葉菜中的富集系數(shù)，并探究重金屬在復(fù)合污染狀況下向葉菜中的遷移與富集狀況。

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