4 種蔬菜對復(fù)合污染土壤中重金屬的積累差異研究

熊文明，李擁軍，莫桂民，周嘉誠，謝彩玲

（1. 廣東江門中醫(yī)藥職業(yè)學(xué)院，廣東 江門 529000；2.清遠職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 清遠 511510；3. 中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 中山 528436；4.中山市三鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)產(chǎn)品檢驗檢測站，廣東 中山 528463）

近年來，隨著“鎘米”“鎘麥”等事件的曝光，耕地重金屬污染問題引起了國人的普遍憂慮。蔬菜是人們?nèi)粘ｏ嬍持斜夭豢缮俚氖澄?，可提供人體所必需的多種維生素和礦物質(zhì)等。據(jù)國際糧農(nóng)組織統(tǒng)計，人體必需的維生素C 的90%、維生素A 的60%均來自蔬菜。研究顯示，某些葉菜類蔬菜對重金屬有極強的富集能力[1-6]。因此，GB 2762—2017 中對新鮮蔬菜中Pb、Cd 和Cr 等重金屬的限量做出了明確要求，不同蔬菜品種的限量要求不一致，如芹菜中Pb限量為0.1 mg/kg，明顯低于其他葉類蔬菜0.3 mg/kg的限量要求。這與蔬菜對土壤中重金屬的富集能力以及土壤本身的重金屬賦存狀態(tài)、理化性質(zhì)、蔬菜品種等都有一定關(guān)系[7-11]。另外，同一蔬菜的不同部位對重金屬的富集能力也不同，同一蔬菜同一部位對不同重金屬的富集能力也不同。由此可見，重金屬低積累蔬菜品種的篩選及農(nóng)作物生產(chǎn)的宏觀布局，對合理利用有限的土地資源和保障農(nóng)產(chǎn)品安全顯得尤為重要。

1 試驗材料

1.1 試驗材料

供試土壤取自中山市民眾鎮(zhèn)耕作層土壤，經(jīng)風(fēng)干、粗磨后，過3 mm 篩子，挑出侵入體和新生體；分別稱取約7.5 kg 的土壤，置于12 個塑料盆中，備用。試驗所用盆栽為塑料盆，上口長為48 cm，寬為20 cm，高為14 cm。供試植物種子為四季大葉香菜、奶油生菜、四季速生小白菜和四季小香芹種子，均由青縣興運蔬菜良種繁育中心提供。

主要儀器設(shè)備有A3 原子積累分光光度計（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）、微波消解儀（Anton-Paar PE Multiwave 3000）、ML104 萬分之一天平[梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司]、臺上式純水機（廣州金宗機械有限公司）、TDL-40B 低速離心機（上海安亭科學(xué)儀器廠）。

主要試劑中Pb、Cr、Cd、Ni、Cu 和Zn 的標(biāo)準(zhǔn)溶液均購自國家有色金屬及電子材料分析測試中心，每種元素質(zhì)量濃度均為1000 μg/mL；大蔥成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10049（GSB-27）和芹菜成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10048（GSB-26）均購自地球物理化學(xué)勘察研究所；過氧化氫、硝酸、硝酸鈀均為分析純；30%過氧化氫和磷酸二氫銨為優(yōu)級純。試驗用水為二次蒸餾水。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計 盆栽試驗在中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物醫(yī)藥樓樓頂進行。依據(jù)GB15618—2018 土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤環(huán)境污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值，模擬土壤重金屬污染情況，分多次在土壤中加入一定量的Pb、Cd、Cr、Cu、Ni和Zn 溶液晾干備用，種植前測定種植土壤的pH 值與重金屬含量，各處理基本信息見表1。4 種蔬菜于2019 年3 月中旬下種，每隔1 日澆水100 mL/盆，5月中旬采摘。總施肥量：復(fù)合肥1.00 g/盆，在下種前一星期施肥；尿素0.40 g/盆，KH2PO40.80 g/盆，在間苗后分3 次追施。

表1 試驗處理的基本信息

1.2.2 樣品采集與制備 蔬菜樣品經(jīng)去離子水清洗后，再將鮮樣分成根、莖和葉（由于奶油生菜和四季速生小白菜主要是根和葉，故這2 種蔬菜只分了根和葉2 個部位），置于勻漿機中打勻混合、待測。所有玻璃瓶和塑料瓶都先用10%硝酸（分析純）浸泡12 h，然后用超純水洗滌。準(zhǔn)確稱取1.000 0 g 預(yù)處理的蔬菜樣品于聚四氟乙烯消解罐中，加入8 mL 濃硝酸、1.5 mL 過氧化氫，迅速蓋上塞子并擰緊消解罐。把樣品轉(zhuǎn)移到微波消解儀，根據(jù)表2 的微波消解程序設(shè)置條件參數(shù)進行消解處理[12]。消解完畢待聚四氟乙烯消解罐冷卻至常溫后，開蓋，用少許純水沖洗殘留物，于130℃趕酸，直至消解液剩約0.5 mL 時，冷卻定容至10 mL 容量瓶中，過濾后待測。同時做空白對照。

表2 微波消解程序

1.2.3 分析測定 試驗采用石墨爐原子吸收法[13-17]分別測定樣品中Pb、Cd、Cr、Cu 和Ni 的含量，采用火焰原子吸收法[18]測定樣品中Zn 的含量。采用國家生物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10048（GSB-26 芹菜）和GBW10049（GSB-27 大蔥）進行質(zhì)量控制試驗，確保檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測試回收率見表3。

表3 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的回收率

2 結(jié)果與分析

2.1 不同污染程度土壤中4 種蔬菜Pb 含量對比

由圖1 可知，從不同蔬菜品種來看，在高濃度和中濃度污染土壤中四季小香芹對重金屬Pb 的積累能力最強，其次是四季大葉香菜，奶油生菜對重金屬Pb 的積累能力最弱。

圖1 不同污染程度土壤中4 種蔬菜的Pb 含量對比

從不同部位來看，高濃度污染土壤中四季小香芹不同部位的Pb 含量表現(xiàn)為根＞莖＞葉，中濃度污染土壤中四季小香芹不同部位的Pb 含量表現(xiàn)為莖＞葉＞根；不同污染程度土壤中奶油生菜不同部位的Pb含量均表現(xiàn)為根＞葉；不同污染程度土壤中四季速生小白菜不同部位的Pb 含量均表現(xiàn)為葉＞根；不同污染程度土壤中四季大葉香菜不同部位的Pb 含量均表現(xiàn)為根＞葉＞莖。

2.2 不同污染程度土壤中4 種蔬菜的Cd 含量對比

由圖2 可知，從不同蔬菜品種來看，在低濃度污染土壤中四季小香芹對重金屬Cd 的積累能力最強，四季大葉香菜稍次之，奶油生菜最弱；在中濃度污染土壤中四季大葉香菜對重金屬Cd 的積累能力最強，四季小香芹稍次之，奶油生菜和四季速生小白菜較弱；在高濃度污染土壤中仍是四季小香芹對重金屬Cd 的積累能力最強，四季大葉香菜稍次之，奶油生菜第三。

圖2 不同污染程度土壤中4 種蔬菜的Cd 含量對比

從不同部位來看，不同濃度污染土壤中四季小香芹不同部位的Cd 含量均表現(xiàn)為根＞莖＞葉，奶油生菜不同部位的Cd 含量均表現(xiàn)為葉＞根，四季速生小白菜不同部位的Cd 含量均表現(xiàn)為根＞葉，四季大葉香菜不同部位Cd 含量的積累規(guī)律不明顯。

2.3 不同污染程度土壤中4 種蔬菜的Cr 含量對比

由圖3 可知，從不同蔬菜品種來看，在高濃度污染土壤中四季小香芹對重金屬Cr 的積累能力最強，奶油生菜次之，四季速生小白菜最弱；在中濃度污染土壤中仍是四季小香芹對重金屬Cr 的積累能力最強，其他3 種蔬菜相當(dāng)；在低濃度污染土壤中四季大葉香菜對重金屬Cr 的積累能力最強，其他3 種蔬菜相當(dāng)。

圖3 不同污染程度土壤中4 種蔬菜的Cr 含量對比

從不同部位來看，在高濃度和中濃度污染土壤中四季小香芹不同部位的Cr 含量表現(xiàn)為根＞莖＞葉，在低濃度污染土壤中四季小香芹不同部位的Cr 含量表現(xiàn)為莖＞根＞葉；不同濃度污染土壤中奶油生菜和四季速生小白菜不同部位的Cr 含量均表現(xiàn)為根＞葉；在低濃度污染土壤中四季大葉香菜不同部位的Cr 含量表現(xiàn)為莖＞根＞葉，但在中高濃度污染土壤中表現(xiàn)為根＞葉＞莖。

2.4 不同污染程度土壤中4 種蔬菜的Cu 含量對比

由圖4 可知，從不同蔬菜品種來看，高濃度污染的土壤中四季小香芹對重金屬Cu 的積累能力最強，其他3 種蔬菜中Cu 的含量基本相當(dāng)。

圖4 不同污染程度土壤中4 種蔬菜的Cu 含量對比

從不同部位來看，在高濃度污染土壤中四季小香芹不同部位的Cu 含量表現(xiàn)為莖＞根＞葉；四季大葉香菜、奶油生菜和四季速生小白菜在不同濃度污染土壤中各部位Cu 含量積累的規(guī)律不明顯。

2.5 不同污染程度土壤中4 種蔬菜的Ni 含量對比

由圖5 可知，從不同蔬菜品種來看，在中濃度污染土壤中四季速生小白菜對重金屬Ni 的積累能力最強，四季大葉香菜最弱；而在高濃度污染土壤中，四季小香芹對重金屬Ni 的積累能力最強，其次是奶油生菜，四季大葉香菜最弱；在低濃度污染土壤中，4種蔬菜對重金屬Ni 的積累能力相當(dāng)。

圖5 不同污染程度土壤中4 種蔬菜的Ni 含量對比

從不同部位來看，不同污染程度土壤中四季速生小白菜和奶油生菜不同部位的Ni 含量均表現(xiàn)為根＞葉；不同濃度污染土壤中四季小香芹不同部位的Ni含量表現(xiàn)為根＞莖＞葉；在中高濃度污染土壤中四季大葉香菜不同部位得Ni 含量表現(xiàn)為根＞葉＞莖，但在低濃度污染土壤中表現(xiàn)為莖＞根＞葉。

2.6 不同污染程度土壤中4 種蔬菜的Zn 含量對比

由圖6 可知，從不同蔬菜品種來看，在高濃度污染土壤中四季小香芹對重金屬Zn 的積累能力最強，奶油生菜次之，四季大葉香菜最弱；在中低濃度污染土壤中四季小香芹對重金屬Zn 的積累能力最強，四季速生小白菜次之，奶油生菜和四季大葉香菜相當(dāng)。

圖6 不同污染程度土壤中4 種蔬菜的Zn 含量對比

從不同部位來看，在低高濃度污染土壤中四季小香芹不同部位的Zn 含量均表現(xiàn)為根＞莖＞葉，在中等濃度污染土壤中表現(xiàn)為根＞葉＞莖；在中高濃度污染土壤中四季大葉香菜不同部位的Zn 含量表現(xiàn)為根＞葉＞莖，但在低濃度污染土壤中表現(xiàn)為莖＞根＞葉；不同污染程度土壤中奶油生菜和四季速生小白菜不同部位的Zn 含量均表現(xiàn)為根＞葉。

3 結(jié) 論

試驗用Pb、Cd、Cr、Ni、Cu 和Zn 這6 種重金屬鹽模擬了高、中、低3 種不同污染程度的種植土壤，以四季大葉香菜、奶油生菜、四季速生小白菜和四季小香芹4 種蔬菜為對象進行了盆栽試驗，研究了不同蔬菜對6 種重金屬的積累情況。結(jié)果表明：高濃度Pb、Cd、Cr、Ni、Cu 和Zn 復(fù)合污染土壤中種植的四季速生小白菜未采收到樣本，考察的其他3 種蔬菜均采收到足夠的樣本；供試4 種蔬菜中，四季小香芹對Pb、Cd、Cr、Cu 和Zn 這5 種重金屬的積累能力最強，四季速生小白菜對重金屬Ni 的積累能力最強；在高濃度污染土壤中4 種蔬菜的地下部較地上部更易積累重金屬；品種和重金屬種類均可影響蔬菜對重金屬的累積；研究還發(fā)現(xiàn)四季大葉香菜是一種高產(chǎn)且重金屬低累積的品種。該研究結(jié)果為Pb、Cd、Cr、Cu、Ni和Zn 這6 種重金屬復(fù)合污染土壤的安全生產(chǎn)及蔬菜品種種植布局提供了一定的指導(dǎo)。