我國(guó)蔬菜重金屬污染現(xiàn)狀及研究進(jìn)展

靳輝勇，齊紹武，趙世浩，朱 益 (湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，湖南長(zhǎng)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(lèi)金屬元素。這些元素能夠在生態(tài)系統(tǒng)中遷移轉(zhuǎn)化，對(duì)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?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚氖澄镏唬瑸槿梭w提供了多種礦物質(zhì)和維生素，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到我國(guó)的“菜籃子”安全及人們的身體健康。但是隨著現(xiàn)代工農(nóng)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(nóng)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(yán)重。并且重金屬污染具有潛伏性、長(zhǎng)期性、累積性、地域性、多樣性、不可逆性、難治理性及后果嚴(yán)重性等特點(diǎn)，可通過(guò)食物鏈傳遞進(jìn)入人體，危害人類(lèi)身體健康。因此，研究蔬菜重金屬污染已迫在眉睫，應(yīng)引起高度重視。

1 我國(guó)蔬菜重金屬污染現(xiàn)狀

近年來(lái)，UNDP、FAD及WHO等國(guó)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(cè)計(jì)劃中的重要項(xiàng)目之一［1］。我國(guó)北京、上海、廣州、天津、南京、西安、深圳、長(zhǎng)沙、鄭州、洛陽(yáng)、成都、重慶等地也都相繼開(kāi)展了蔬菜及土壤重金屬污染狀況調(diào)查研究工作，了解了我國(guó)蔬菜重金屬污染的基本情況［2］。

中國(guó)科學(xué)院地理研究所的調(diào)查表明，北京市生產(chǎn)的蔬菜有30%重金屬含量超標(biāo)［3］。周藝敏等［4］檢測(cè)了天津市郊4種蔬菜36個(gè)樣品，結(jié)果表明重金屬的檢出率為100%，鎘超標(biāo)率為40%。王艷莉等［5］檢測(cè)了南京市區(qū)940個(gè)蔬菜樣品，發(fā)現(xiàn)葉菜類(lèi)蔬菜重金屬污染較重，豆類(lèi)蔬菜含汞量最高超標(biāo)12.4倍。李桂麗等［6］調(diào)查發(fā)現(xiàn)，西安市蔬菜Pb污染普遍，超標(biāo)率為77.5%;Hg和Cr只在個(gè)別蔬菜中出現(xiàn)污染，超標(biāo)率分別為10%和2.5%。李海華等［7］研究發(fā)現(xiàn)，鄭州市近郊蔬菜重金屬污染指數(shù)大部分高于3.0，污染比較嚴(yán)重。馬瑾等［8］報(bào)道Pb是東莞市蔬菜重金屬污染的主要元素，葉菜類(lèi)蔬菜中 Pb超標(biāo)率最高，為20.9%;其次是 Cd和 Hg，超標(biāo)率分別為11.6%和 2.3%。秦文淑等［9－10］檢測(cè)了廣州市城區(qū)主要蔬菜市場(chǎng)12種蔬菜36個(gè)樣品中重金屬的含量，發(fā)現(xiàn)Cr、Pb、Cd是主要污染元素，其超標(biāo)率分別為 38.9%、22.2%、13.9%。馮玉蘭等［11］研究發(fā)現(xiàn)，蘭州市8種蔬菜中，僅有韭菜中的Pb含量超標(biāo)，其他蔬菜重金屬含量均未超標(biāo)，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(xiàn)超標(biāo)，其中 Cd、Pb、Hg超標(biāo)嚴(yán)重。據(jù)福建省農(nóng)村環(huán)保能源總站調(diào)查發(fā)現(xiàn)，土壤Cd含量最低為 0.83 mg/kg，最高為 26.61 mg/kg，嚴(yán)重超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 0.3 mg/kg［13］。王輝等［14］調(diào)查發(fā)現(xiàn)，Pb 是洛陽(yáng)市蔬菜重金屬污染的主要元素，其超標(biāo)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(cè)的9種蔬菜152個(gè)樣品中，鎘的超標(biāo)率為29.4%，最高超標(biāo)5.6倍。據(jù)報(bào)道環(huán)鄱陽(yáng)湖區(qū)葉菜類(lèi)蔬菜重金屬含量超標(biāo)率在50%以上，其中白菜受Pb污染最為嚴(yán)重，超標(biāo)率高達(dá)85.2%，當(dāng)?shù)厥卟酥亟饘傥廴据^為嚴(yán)重［16］。沈彤等［17］調(diào)查發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)沙地區(qū)蔬菜中，Pb、Cd污染嚴(yán)重，超標(biāo)率分別為60%和51%。

2 重金屬污染的危害

重金屬污染是當(dāng)今全球面臨的一個(gè)嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，在所有的污染元素中，鎘以蓄積能力強(qiáng)、危害性大成為最受關(guān)注的對(duì)象之一。鎘是蔬菜重金屬污染的主要來(lái)源之一，它能夠影響細(xì)胞膜的通透性、抑制電子轉(zhuǎn)運(yùn)、影響葉綠素含量、降低光合作用、傷害細(xì)胞系統(tǒng)，從而影響蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育和食用安全性。當(dāng)鎘進(jìn)入人體時(shí)，可損害血管，導(dǎo)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(xì)胞鈣化、減少腸道對(duì)鈣的吸收、抑制膠原代謝，以引起骨代謝紊亂和骨質(zhì)疏松。20世紀(jì)60年代，發(fā)生在日本的“痛痛病”就是因?yàn)槿梭w中鎘含量過(guò)多引起的，其特征就是骨軟化和骨質(zhì)疏松。此外鎘還有致癌致畸致突變作用，對(duì)人體危害極大。

汞及其許多化合物對(duì)人體產(chǎn)生的毒性極大，其污染的特點(diǎn)是濃度低、范圍廣。對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)、腎臟系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、肝臟等可產(chǎn)生嚴(yán)重的損害。當(dāng)人因?yàn)轱嬘没蚴秤檬苤亟饘俟廴镜乃褪澄铮w內(nèi)重金屬汞蓄積過(guò)多時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)各種病癥。舉世震驚的日本“水俁病”，就是由于人長(zhǎng)期食用受甲基汞毒害的魚(yú)類(lèi)而引起的中樞神經(jīng)中毒癥。這種癥狀開(kāi)始表現(xiàn)為口齒不清、面部癡呆、全身麻木、運(yùn)動(dòng)失調(diào)，最后精神失常，身體彎曲至死亡。

鉛是人們?nèi)粘Ｉ钪凶钊菀捉佑|的重金屬元素，一旦進(jìn)入人體將很難排除，能直接傷害人的腦細(xì)胞，特別是胎兒的神經(jīng)系統(tǒng)。可造成先天智力低下，對(duì)老年人則會(huì)造成癡呆。人體吸入過(guò)多鉛會(huì)危害人的神經(jīng)系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)，導(dǎo)致不同程度的鉛中毒，臨床特點(diǎn)為劇烈的腹絞痛、貧血、中毒性肝病、中毒性腎病、多發(fā)性周?chē)窠?jīng)病。表現(xiàn)為頭暈、全身無(wú)力、肌肉關(guān)節(jié)酸痛、不能進(jìn)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(lán)白色多價(jià)金屬元素，常見(jiàn)的有二價(jià)鉻、三價(jià)鉻和六價(jià)鉻。鉻的過(guò)量攝入對(duì)人體危害非常大，其毒性與存在的價(jià)態(tài)有關(guān)。如果人長(zhǎng)期大量地?cái)z入三價(jià)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(lèi)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(jià)鉻相比，六價(jià)鉻毒性比三價(jià)鉻大100倍;此外六價(jià)鉻還具有強(qiáng)氧化性和腐蝕性，可通過(guò)多種途徑進(jìn)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(gè)系統(tǒng)器官的損傷。

由此可見(jiàn)，重金屬對(duì)人體健康危害十分嚴(yán)重，并且其污染一旦出現(xiàn)將很難逆轉(zhuǎn)，治理起來(lái)將有很大難度。

3 蔬菜重金屬污染的來(lái)源

3.1 工業(yè)污染源 工業(yè)污染源主要是點(diǎn)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(dǎo)致水或土壤中重金屬含量過(guò)高，造成生態(tài)環(huán)境惡化［18］。鐘曉蘭等［19］調(diào)查發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江三角洲地區(qū)土壤Cd污染嚴(yán)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(yáng)張士灌區(qū)，由于污水灌溉歷史悠久，灌溉水質(zhì)不符合標(biāo)準(zhǔn)，造成菜地土壤Cd、Hg重金屬污染［20］。通過(guò)對(duì)南京市典型工業(yè)區(qū)附近土壤污染狀況調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域已出現(xiàn) Cu、Zn、Pb、Cd、Hg 和 As 等重金屬(類(lèi)金屬)污染，表明土壤重金屬的富集與相關(guān)企業(yè)密切相關(guān)［21］。

3.2 農(nóng)業(yè)及交通業(yè)污染源 農(nóng)藥、化肥等農(nóng)用化學(xué)品的不合理使用，均可能導(dǎo)致土壤重金屬污染。硝酸銨、磷酸銨、復(fù)合肥中含有砷，磷肥含有鎘，過(guò)量施用化肥可造成蔬菜及土壤重金屬污染。此外，個(gè)別農(nóng)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(dǎo)致土壤中重金屬元素的積累。

交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，產(chǎn)生大量的汽車(chē)尾氣，也是土壤重金屬污染原因之一。盧德亮等［22］認(rèn)為機(jī)動(dòng)車(chē)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(lái)源之一。李波等［23］調(diào)查表明，滬寧高速公路兩側(cè)土壤中污染元素主要有 Cu、Pb、Zn，其污染的原因是交通運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生大量的有害氣體和粉塵。吳長(zhǎng)年等［24］、李波等［25］報(bào)道，寧連高速公路兩側(cè)200 m范圍內(nèi)的土壤和小麥均受到不同程度的重金屬污染，其中檢測(cè)的小麥籽粒中Pb含量超標(biāo)嚴(yán)重，最高超標(biāo)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(yán)重，其污染原因主要是土壤污染。2014年政府工作報(bào)告首次明確提出要實(shí)施“土壤修復(fù)工程”，4月份通過(guò)的《環(huán)境保護(hù)法》修訂案又增加了土壤修復(fù)的內(nèi)容，足見(jiàn)我國(guó)對(duì)土壤污染的高度重視。鑒于目前蔬菜重金屬污染的復(fù)雜性和難治理性，有關(guān)如何預(yù)防和控制蔬菜重金屬污染的研究已成為當(dāng)前熱點(diǎn)，在綜合前人研究的基礎(chǔ)上，歸納出以下幾種防治措施。

4.1 化學(xué)修復(fù)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(zhì)來(lái)增加土壤有機(jī)質(zhì)和粘粒的含量，提高土壤pH和導(dǎo)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(jī)結(jié)合態(tài)比例。熊亞紅等［27］調(diào)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(duì)油菜和玉米的毒害作用。雷鳴等［28］通過(guò)野外稻田試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，硅肥不僅能降低水稻對(duì)Cd的吸收，而且對(duì)水稻的生長(zhǎng)發(fā)育具有良好的促進(jìn)作用。化學(xué)修復(fù)屬于原位修復(fù)，該措施操作簡(jiǎn)單，投放方式簡(jiǎn)便易行，適合大面積地區(qū)施用，但只限于我國(guó)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?yàn)锳s在堿性土壤中趨于釋放。

4.2 物理修復(fù)措施 主要有電動(dòng)修復(fù)和電熱修復(fù)等。前者是通過(guò)電化學(xué)和電動(dòng)力學(xué)的復(fù)合作用(電泳、電滲、電遷移等)，使土壤中的重金屬離子和無(wú)機(jī)離子向電極區(qū)運(yùn)輸、集聚，然后進(jìn)行集中處理或分離;后者是利用高頻電壓產(chǎn)生的電磁波和熱能對(duì)土壤進(jìn)行加熱，使污染物從土壤顆粒內(nèi)解吸并分離出來(lái)，從而達(dá)到修復(fù)的目的。兩種方法都是原位修復(fù)技術(shù)，修復(fù)速度快，但是操作復(fù)雜，成本較高。

4.3 工程修復(fù)措施 主要包括客土、換土、翻耕等措施。客土是指在受污染的土壤上覆蓋一層凈土;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(fù)雜、費(fèi)用較高，且容易破壞土壤原有的結(jié)構(gòu)，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(fù) 是指利用微生物、植物和其他生物來(lái)吸收、富集或降解土壤中的重金屬元素，以達(dá)到凈化土壤的目的。主要包括植物修復(fù)和微生物修復(fù)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(xiàn)白三葉、黑麥草這兩種牧草對(duì)減少土壤重金屬含量有一定效果。陳同斌等［35］發(fā)現(xiàn)蜈蚣草對(duì)As富集能力較強(qiáng)，在工程應(yīng)用中具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。目前，植物修復(fù)技術(shù)因其具有經(jīng)濟(jì)環(huán)保，效果明顯等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛重視，正成為世界環(huán)境修復(fù)技術(shù)中的一個(gè)前沿領(lǐng)域。

5 研究展望

目前，國(guó)內(nèi)外很多城市都存在蔬菜及土壤重金屬污染問(wèn)題，尤其是在工業(yè)發(fā)達(dá)和人口密集的城市，重金屬污染問(wèn)題尤為突出。因此，系統(tǒng)、全面地開(kāi)展土壤重金屬污染的調(diào)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(guó)蔬菜重金屬污染控制研究的重點(diǎn)。

5.1 系統(tǒng)全面地開(kāi)展蔬菜重金屬污染的調(diào)查研究工作 雖然我國(guó)對(duì)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(shù)還不夠成熟，所以需要系統(tǒng)全面地開(kāi)展蔬菜重金屬污染的調(diào)查與研究，可以結(jié)合現(xiàn)在的高科技手段，積極采取措施嚴(yán)格控制蔬菜重金屬污染。

5.2 優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，控制污染物的排放 高投入、高消耗、高排放的粗放型產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)加劇了土壤重金屬的污染。嚴(yán)格控制工業(yè)“三廢”排放，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)從粗放型向集約型轉(zhuǎn)變，加大淘汰落后產(chǎn)能、節(jié)能減排等工作力度，促進(jìn)全產(chǎn)業(yè)鏈整體升級(jí)，以便預(yù)防和控制蔬菜重金屬污染。

5.3 加強(qiáng)多學(xué)科協(xié)作與滲透 雖然目前預(yù)防和控制蔬菜及土壤重金屬污染的方法有很多，但大多數(shù)方法都僅限于單獨(dú)使用，其效果往往并不是很理想;推動(dòng)蔬菜及土壤重金屬污染控制，加強(qiáng)多學(xué)科協(xié)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(huì)大大提高對(duì)蔬菜重金屬污染的控制效果。

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