菜用睡蓮栽培土壤和灌溉水鉛、汞及鎘安全指標驗證試驗

羅競+劉義滿+孫亞林+李雙梅+黃來春+匡晶+李明華

摘要：菜用睡蓮（Nymphaea tetragona Georgi）是湖北省開發的一種以葉柄及花柄為產品的新型水生蔬菜。為了評價菜用睡蓮對鉛、汞及鎘3種重金屬的吸收富集能力，并比較有關標準中關于土壤和灌溉水中鉛、汞及鎘安全指標限量值的適用性，利用睡蓮盆栽進行了3個獨立的模擬試驗。結果表明，處理土壤鉛、汞及鎘含量與灌溉水及菜用睡蓮產品中的鉛、汞及鎘含量分別呈顯著或極顯著正相關。菜用睡蓮對土壤重金屬的富集系數（PUF）為鎘0.99～3.26>汞0.50～1.50>鉛0.00～0.02，對這3種重金屬均有良好的富集效果，可以用于土壤和水體中重金屬的吸收清除。在處理土壤鉛含量為65 mg/kg時，菜用睡蓮產品的鉛含量為0.3 mg/kg，達到GB 2762-2012葉菜蔬菜的上限值以及NY/T 5010-2016規定的鉛含量上限值，不能保障菜用睡蓮產品鉛含量符合GB 2762-2012的規定。利用回歸方程計算的理論值表明，土壤鉛≤65 mg/kg、汞≤0.05 mg/kg及鎘≤2.88 mg/kg時，菜用睡蓮產品符合GB 2762-2012的限量值規定（鉛0.3 mg/kg、汞0.01 mg/kg、鎘0.2 mg/kg）。如果實行種養結合模式，則NY/T 5361-2016規定的土壤和水鉛、汞及鎘含量限量值指標更為適宜。

關鍵詞：菜用睡蓮（Nymphaea tetragona Georgi）；鉛；汞；鎘；標準；安全質量

中圖分類號：S645.9+1.6 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）06-1080-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.06.022

Abstract： Edible waterlily（Nymphaea tetragona Georgi） is a newly developed aquatic vegetable crop， with leaf stalks and flower stalks as product organs， in Hubei province. In order to evaluate the absorption and accumulation ability of edible waterlily to heavy metals including Pb， Hg and Cd， and the suitability of safety index limits for Pb， Hg and Cd content of soil and irrigation water， three isolated simulation experiments were carried out with pot-cultivated edible waterlily. The results are as follows， the content of Pb， Hg and Cd of treated soils were significantly or very significantly positively correlated with the content of Pb， Hg and Cd of irrigation water respectively and with those of the product organs of the edible warerlily respectively. The edible waterlily had high absorption and accumulation ability to heavy metals and the plant uptake factors（PUF） were 0.00～0.02 for Pb， 0.50～1.50 for Hg and 0.99～3.26 for Cd. Therefore， the edible waterlily can also be used to eradicate heavy metals from polluted soil and water. When cultivated in the treated soil with 65 mg/kg Pb， the Pb content of the product organs of edible waterlily reached to 0.3 mg/kg， the maximum limit determined by GB 2762-2012， thus the soil with the maximum limit of Pb content， determined by the ministerial standard--NY/T 5010-2016， is not suitable for cultivating edible waterlily with product Pb content below 0.3 mg/kg. When cultivated in the soil with 65 mg/kg Pb， 0.05 mg/kg Hg and 2.88 mg/kg Cd as maximum limits， which were theoretically calculated by regression equation， the product of the edible waterlily will compliant with the safety maximum limits， i.e.， 0.3 mg/kg Pb， 0.01 mg/kg Hg and 0.2 mg/kg Cd， which were determined by GB 2762-2012. The Pb， Hg and Cd maximum limits determined for soil and water by NY/T 5361-2016 standard are more suitable for quality edible waterlily production in edible waterlily-fish culture system.

Key words： edible waterlily（Nymphaea tetragona Georgi）； Pb； Hg； Cd； standard； safety quality

菜用睡蓮（Nymphaea tetragona Georgi）是湖北省新開發的一種水生蔬菜，主要以葉柄及花柄為食用器官，適宜于水塘和魚池等較深水體中種植，也是種養結合模式的一種適宜蔬菜植物，已經在省內的應城、洪湖、仙桃、武漢市等地開始規模化種植[1-5]。菜用睡蓮的栽培環境通常是魚菜兼用田塊，因而其產地環境安全指標要兼顧作物種植和水產養殖兩個方面；重金屬是影響環境和農產品質量安全的重要污染物，在有關水生蔬菜和水產品的產地環境行業標準和國家標準中，均對土壤和灌溉水中重金屬安全指標限量值做了規定。試驗以菜用睡蓮為材料，通過模擬試驗，比較了菜用睡蓮對主要重金屬的富集規律，同時驗證評價了有關標準中關于產地土壤及灌溉水中鉛、汞及鎘等重金屬安全指標的限量值，以期為菜用睡蓮安全生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

參試菜用睡蓮由武漢市農業科學技術研究院蔬菜科學研究所（原武漢市蔬菜科學研究所）提供，2014年3月18日移栽睡蓮植株，每缸2株。移栽用缸容積40 L（陶缸，口徑33 cm，深45 cm），缸底填充40 kg曬干后的魚塘泥土，泥土pH 6.8，缸內灌魚塘水，水深高出泥面25 cm。重金屬試劑分別為醋酸鉛、氯化鎘、氧化汞粉劑，由華中農業大學中心實驗室提供。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 對鉛、汞、鎘3種重金屬分別設置3個獨立的單因素試驗，每種重金屬濃度（按照填充的土壤質量計）都設5個處理，每處理3次重復；缸栽，每缸一個處理。醋酸鉛和氯化鎘粉劑均溶于水后施于陶缸中，氧化汞先用稀硫酸溶解后、再用水稀釋后施于陶缸中。處理后，土壤鉛含量分別為16.6（CK，不添加）、40.0、65.0、90.0、115.0 mg/kg；土壤汞含量分別為0.00（CK，不添加）、0.25、0.50、0.75、1.00 mg/kg；土壤鎘含量分別為0.0（CK，不添加）、2.5、5.0、7.5、10.0 mg/kg。試驗地點在蔬菜科學研究所國家種質水生蔬菜資源圃，于2014年4月17日完成土壤的鉛、汞、鎘3種重金屬處理。

1.2.2 取樣 在處理當日（4月17日）取土樣，處理20 d后分別取水樣、土樣及菜用睡蓮葉柄鮮樣（去皮），待測。含鉛、鎘的水樣在采樣后立即加入硝酸，酸化至pH小于2，冷環境保存；含汞的水樣加入濃硫酸，使pH小于1，冷環境保存。一周內測定對應重金屬的含量。

1.2.3 測定方法 測定工作由農業部食品質量監督檢驗測試中心（武漢）完成，水體鉛和鎘的含量測定按文獻[6]的方法，水體汞含量測定按文獻[7]的方法，土壤鉛和鎘含量測定按文獻[8]的方法，土壤汞含量測定按文獻[9]的方法，菜用睡蓮鉛含量測定按文獻[10]的方法，菜用睡蓮汞含量測定按文獻[11]的方法，菜用睡蓮鎘含量測定按文獻[12]的方法，所有測定最終結果用3次重復測定的平均值表示。

1.2.4 富集系數計算 富集系數（PUF）指作物體內污染物含量與對應土壤中污染物含量的比值，計算公式為：

PUF=X（crop）/X（soil），

式中，X（crop）表示菜用睡蓮葉柄鉛、汞、鎘的含量，X（soil）表示對應土壤中鉛、汞、鎘的含量。

1.2.5 驗證指標 在試驗中，用于驗證分析比較的相關國家標準和行業標準有7項[13-19]，分別比較驗證這些標準中有關環境土壤和灌溉水中的鉛、汞、鎘3種重金屬指標值的合理性。

1.3 數據處理

利用Origin 軟件進行回歸分析，計算土壤鉛、汞及鎘含量的理論安全限量值，具體計算由華中農業大學嚴守雷博士完成。

2 結果與分析

2.1 鉛處理后土壤、水體、菜用睡蓮葉柄中的鉛含量比較

菜用睡蓮富集20 d后的相關鉛含量檢測結果見表1。由表1可見，處理后種植菜用睡蓮土壤的鉛含量在16.6～115.0 mg/kg，經過菜用睡蓮富集20 d后，環境中土壤殘留的鉛及水體鉛含量均降低至相關標準規定的安全指標范圍內。其中，土壤殘留的鉛含量降低明顯，比初期的含量減少了9.63%～77.39%，已經符合有關土壤鉛指標的規定[17-19]，同時符合有關水產品養殖環境底質鉛含量安全指標的規定[16]（只占安全指標限量值的30%～56%）；水體的鉛含量符合有關水質安全指標[17，18]的規定（占上限值的2.00%～18.00%），同時也符合國家標準的規定[14-16]（占該3部標準規定上限值的4.00%～56.00%）。說明菜用睡蓮對土壤鉛具有良好的吸收作用。表1結果還表明，當處理土壤鉛含量達到65.0 mg/kg時，菜用睡蓮可食部分葉柄的鉛含量為0.30 mg/kg，達到食品安全國家標準[13]規定的葉類蔬菜鉛含量安全指標上限；當處理土壤鉛含量超過65.0 mg/kg時，菜用睡蓮可食部分葉柄的鉛含量超過該規定的上限，已不符合安全指標規定。而且隨著處理土壤鉛含量的增加，菜用睡蓮產品中的鉛含量也明顯增加。從表1中富集系數來看，菜用睡蓮產品對鉛的富集系數為0.00～0.02，平均為0.01，相對較低。說明菜用睡蓮對鉛起富集作用的部位可能是根狀莖、須根系等水面下部位，而不是食用部位（葉柄和花柄）。

表2列出了處理土壤鉛含量與菜用睡蓮吸收20 d后的土壤殘留鉛含量、水體鉛含量、菜用睡蓮產品鉛含量及鉛富集系數之間的簡單相關關系。從表2可見，處理土壤鉛含量與菜用睡蓮吸收20 d后的水體鉛含量和菜用睡蓮產品鉛含量存在極顯著正相關，與菜用睡蓮產品對鉛的富集系數存在顯著正相關；菜用睡蓮吸收20 d后的水體中鉛含量與菜用睡蓮產品鉛含量存在顯著正相關；菜用睡蓮產品鉛含量與富集系數存在極顯著正相關。

利用處理土壤鉛含量與菜用睡蓮葉柄鉛含量數據進行回歸分析，理論計算結果表明，處理土壤鉛含量在不高于64～65 mg/kg時，菜用睡蓮葉柄的鉛含量不高于0.3 mg/kg。

2.2 汞處理后土壤、水體、菜用睡蓮葉柄中的汞含量比較

菜用睡蓮富集20 d后的相關汞含量檢測結果見表3。由表3可見，處理后種植菜用睡蓮土壤的汞含量為0.25～1.00 mg/kg，經過菜用睡蓮富集20 d后，土壤殘留的汞為0.049～0.052 mg/kg，比處理初期的含量減少了80.4%～94.80%，符合農業行業標準的規定[17，18]，只占該指標相應上限值的0.40%～10.40%。也符合國家標準等規定[16，19]；處理后相應水體的汞含量為0.003～0.004 mg/L，雖然不象處理土壤汞含量同比增加，但仍然大幅度超過相關標準規定的安全指標上限值，為規定水質汞含量上限值的3～4倍[17，18]、30～40倍[14，19]、6～8倍[15，16]；處理土壤汞含量從0.25 mg/kg到1.00 mg/kg，增加了3倍，相應的菜用睡蓮可食部分葉柄汞含量從0.041 mg/kg增加到0.078 mg/kg，約增加了1倍；并且菜用睡蓮產品的汞含量為食品安全國家標準規定的安全指標上限值（0.01 mg/kg）的4.1～7.8倍[13]。

表4列出了處理土壤汞含量與菜用睡蓮吸收20 d后的土壤殘留汞含量、水體汞含量、菜用睡蓮產品汞含量及汞富集系數之間的簡單相關關系。從表4可見，處理土壤汞含量與菜用睡蓮產品汞含量和汞富集系數呈極顯著正相關；菜用睡蓮吸收20 d后的水體汞含量與土壤殘留汞含量也呈極顯著正相關，與菜用睡蓮產品汞含量呈顯著正相關；菜用睡蓮吸收20 d后的土壤殘留汞含量與菜用睡蓮產品汞含量呈顯著正相關關系；菜用睡蓮產品汞含量與富集系數呈極顯著正相關。

利用處理土壤汞含量與菜用睡蓮葉柄汞含量數據進行回歸分析，理論計算結果表明，處理土壤汞含量在不高于0.04～0.05 mg/kg時，菜用睡蓮葉柄汞汞量不高于0.01 mg/kg。

2.3 鎘處理后土壤、水體、菜用睡蓮葉柄中的鎘含量比較

菜用睡蓮富集20 d后的相關鎘含量檢測結果見表5。由表5可見，處理后種植菜用睡蓮土壤鎘的含量為2.5～10.00 mg/kg，經過菜用睡蓮富集20 d后，土壤殘留的鎘含量比處理初期的含量減少95%以上。其中處理土壤的鎘含量為2.50～7.50 mg/kg時，菜用睡蓮富集20 d后的土壤殘留鎘含量為0.121～0.261 mg/kg，低于農業行業標準中土壤鎘限量指標[17，18]，也符合國家標準等關于水產品養殖環境底質鎘限量指標的規定[16，19]；處理土壤鎘含量為0.02～5.00 mg/kg時，經過菜用睡蓮富集20 d后，相應的水體鎘含量為0.001～0.004 mg/L，符合相應標準中關于灌溉水或水產養殖水質鎘限量值的規定[14-17，19]（≤0.005 mg/kg）；處理土壤鎘含量為0.02～2.50 mg/kg時，經過20 d富集后，菜用睡蓮產品的鎘含量為0.04～0.12 mg/kg，符合食品安全國家標準中有關葉菜蔬菜鎘含量限量值的規定[13]（≤0.2 mg/kg）。

表6列出了處理土壤鎘含量與菜用睡蓮吸收20 d后的土壤殘留鎘含量、水體鎘含量、菜用睡蓮產品鎘含量及鎘富集系數之間的簡單相關關系。從表6可見，處理土壤鎘含量與水體鎘含量存在顯著正相關，與土壤殘留鎘含量及菜用睡蓮產品鎘含量存在極顯著正相關；菜用睡蓮吸收20 d后的水體鎘含量與土壤殘留鎘含量存在極顯著正相關，與菜用睡蓮產品鎘含量存在顯著正相關；土壤殘留鎘含量亦與菜用睡蓮產品鎘含量存在顯著正相關。

利用處理土壤鎘含量與菜用睡蓮葉柄鎘含量數據進行回歸分析，理論計算結果表明，處理土壤鎘含量在不高于2.80～2.88 mg/kg時，菜用睡蓮葉柄鎘含量不高于0.2 mg/kg。

3 小結與討論

試驗結果顯示，處理土壤的鉛、汞、鎘的含量與土壤殘留、灌溉水及菜用睡蓮產品中的鉛、汞、鎘含量均呈正相關，而且大多達到了顯著或極顯著水平。菜用睡蓮對土壤重金屬的吸收富集系數是鎘（0.99～3.26）>汞（0.50～1.50）>鉛（0.00～0.02），對這3種重金屬均有良好的富集效果，可以將其用作污染土壤和水體中重金屬的吸收清除作物種類。

處理土壤的鉛含量為65 mg/kg、灌溉水的鉛含量為0.008 mg/L時，菜用睡蓮產品的鉛含量為0.3 mg/kg，達到食品安全國家標準中葉類蔬菜的上限值[13]。而文獻[17]規定的鉛含量上限值為300 mg/kg，不能保障菜用睡蓮產品鉛含量低于0.3 mg/kg。

當處理土壤的汞濃度在0.25 mg/kg、灌溉水汞含量為0.003 mg/L時，菜用睡蓮產品汞含量即達0.04 mg/kg以上，嚴重超過食品安全國家標準規定的安全指標上限值0.01 mg/kg[13]。也就是說，文獻[17]關于土壤汞限量指標規定（0.50 mg/kg）不能保障菜用睡蓮產品汞含量低于0.01 mg/kg。

處理土壤的鎘濃度在2.50 mg/kg時，菜用睡蓮產品的鎘含量為0.12 mg/kg，低于食品安全國家標準[13]規定的葉類蔬菜限值（0.2 mg/kg）。

2015年以來，國家有關部門對相關標準進行了調整與整合，頒布了種植業產地環境條件執行農業行業標準NY/T 5010-2016《無公害農產品 種植業產地環境條件》和淡水養殖執行農業行業標準NY/T 5361-2016《無公害農產品 淡水養殖產地環境條件》。綜合比較后，這2個行業標準規定的指標能保障“菜用睡蓮-魚”種養結合模式中菜用睡蓮產品的鉛、汞、鎘安全質量。

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