成都市蔬菜重金屬積累特征及安全生產(chǎn)農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)簡介

劉西萌，謝麗紅，鐘文挺，何玉亭，孫 娟，蔡梣儀，李 浩

(成都市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，四川 成都 610041)

成都市位于四川省經(jīng)濟中心地帶，是我國著名的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地。然而長期的人類活動給土壤環(huán)境質(zhì)量帶來了不可小視的影響，尤其是工業(yè)“三廢”排放、城市生活垃圾堆放、農(nóng)用化學品的投入以及不合理的耕作制度等，導致農(nóng)田土壤重金屬污染問題日益凸顯[1-2]。一旦重金屬進入農(nóng)田，便可能在作物中積累，從而通過食物鏈給生態(tài)系統(tǒng)和人類健康帶來風險[3]。相對于其它土地利用類型，菜地土壤重金屬污染風險雖然較低，但蔬菜在我國居民膳食結(jié)構(gòu)中占有重要地位[4-5]，因此探究蔬菜重金屬積累特征以及修復調(diào)控重金屬污染菜地對保障農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)和人體健康均具有十分重要的意義。

本文基于2017～2018年成都市耕(園)地土壤重金屬污染普查結(jié)果，探究成都市蔬菜作物重金屬積累特征，并介紹菜地農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)研究進展，以期為蔬菜地的安全利用和農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)提供參考。

1 成都市菜地土壤重金屬污染現(xiàn)狀

2017～2018年成都市耕(園)地土壤重金屬污染普查結(jié)果表明，成都地區(qū)土壤及農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量受人類活動影響范圍很廣且程度不等。其中，采集的2804個菜地土壤樣品和對應(yīng)的66個品種2804個蔬菜樣品部分點位輕度超標。重金屬污染均以鎘(Cd)元素為主，其次為鉻(Cr)、鉛(Pb)、銅(Cu)、砷(As)和汞(Hg)。成都市土壤Cd元素背景值為0.147mg/kg，顯著高于四川和全國平均水平[6]。因此，地質(zhì)背景值高可能是成都市鎘污染情況較其他元素嚴重的重要原因之一。此外，大氣沉降、風力和水力搬運的自然物理和化學遷移過程以及工礦企業(yè)生產(chǎn)及不規(guī)范處理排放，使用重金屬含量高的農(nóng)藥、化肥、農(nóng)膜等人為活動都是造成重金屬污染的主要成因[7-8]。

2 蔬菜作物重金屬積累特征

以《食品安全國家標準食品中污染物限量》(GB2762-2012) 為參考，普查數(shù)據(jù)中成都市蔬菜重金屬平均含量均未超過其標準限量值(表1)，但不同種類蔬菜對土壤重金屬的吸收積累作用有明顯差異(表2)，普遍表現(xiàn)為葉菜類>根菜類>果菜類>豆類，其中，蔬菜作物對重金屬的積累作用因重金屬種類而異。蔬菜Cd含量累積規(guī)律表現(xiàn)為葉菜類>瓜類>蔥蒜類>根莖類>茄果類>豆類，Pb含量累積規(guī)律為葉菜類>根莖類>瓜類>茄果類>豆類>蔥蒜類，Cr含量累積規(guī)律為葉菜類>豆類>瓜類>根莖類>茄果類>蔥蒜類，Cu含量累積規(guī)律為豆類>葉菜類>瓜類>根莖類>茄果類>蔥蒜類。As和Hg在蔬菜體內(nèi)累積含量不高，As含量累積規(guī)律為葉菜類>豆類>瓜類>根莖類>茄果類>蔥蒜類；Hg含量未表現(xiàn)出明顯差異。這一結(jié)論與馮英等[4]研究結(jié)果相似。與果菜和豆類相比，葉菜類和根莖類具有相對較高的重金屬濃度和轉(zhuǎn)運系數(shù)，是Cd和Pb暴露的主要來源，而根莖類是Cr和Cu暴露的重要途徑[4,9]。

表1 蔬菜中重金屬限量指標(mg/kg)

表2 成都市蔬菜體內(nèi)平均重金屬含量(mg/kg)

3 蔬菜作物重金屬超標特征

普查數(shù)據(jù)表明，成都市蔬菜作物部分點位重金屬輕微超標。重金屬超標率表現(xiàn)為Cd>Cr>Pb>Hg>As，蔬菜超標量普遍表現(xiàn)為果菜類>根菜類>葉菜類>豆類。與重金屬在蔬菜中的累積規(guī)律不同，蔬菜超標數(shù)量因不同蔬菜種類對應(yīng)的污染標準限值差異而表現(xiàn)出不同的大小規(guī)律，其中，蔬菜作物超標量又因重金屬種類而異。Cd超標點位中，蔬菜超標量表現(xiàn)為茄果類>瓜類>蔥蒜類>葉菜類>根莖類>豆類；Cr超標點位中，蔬菜超標量表現(xiàn)為茄果類>瓜類>葉菜類>根莖類>豆類>蔥蒜類；Pb超標點位中，蔬菜超標量表現(xiàn)為茄果類>瓜類>葉菜類>根莖類>蔥蒜類>豆類；Hg和As的超標點位中，各類蔬菜超標數(shù)量無明顯差異。

重金屬在蔬菜作物體內(nèi)的積累，除了與作物本身特性有關(guān)之外，土壤中重金屬的含量和形態(tài)、土壤的理化性質(zhì)、養(yǎng)分狀況及水肥管理方式等外在因素均顯著影響作物對重金屬的吸收積累[10]。因此，人為調(diào)控這些要素為降低蔬菜可食用部位重金屬含量提供了可能。

4 菜地蔬菜作物安全生產(chǎn)農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)

農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)主要通過施肥、育種(苗)、土壤管理、水分管理和栽培措施及其他技術(shù)對耕地土壤中污染物的生物有效性進行調(diào)控，減少污染物從土壤向作物特別是可食用部分的轉(zhuǎn)移，從而保障農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)[11]。

4.1 調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，選擇低積累品種

近年來，圍繞“邊生產(chǎn)，邊修復，邊收益”的理念，替代種植模式逐漸推廣。替代種植即農(nóng)用土地根據(jù)其生態(tài)環(huán)境的條件和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求調(diào)整其利用的方式和強度，用一種作物替代另外一種作物的種植方式[11]。這種調(diào)整種植結(jié)構(gòu)模式可實現(xiàn)對污染土壤的邊修復邊治理，同時收獲符合一定食品標準的農(nóng)產(chǎn)品，符合我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的道路。

根據(jù)農(nóng)田污染程度和種類的不同，替代種植的模式也有差別。如在Cd含量超標的蔬菜地中，可以將易富集重金屬的葉菜類蔬菜替代為富集能力弱的茄果菜和低積累的根菜等，如改種為胡蘿卜和茄子等；而在Hg含量超標的蔬菜地里，可以替代為豇豆、棒豆、辣椒等對Hg富集能力較低的蔬菜[12]。在田間生產(chǎn)實際中，大部分蔬菜地是中、輕度污染水平，污染元素多樣，且土壤環(huán)境復雜。因此，必須立足蔬菜生產(chǎn)基地，因地制宜選擇優(yōu)質(zhì)高抗農(nóng)藝性狀優(yōu)良的主栽品種，篩選出市場接受程度高、易于推廣應(yīng)用的重金屬低積累品種。

4.2 優(yōu)化種植模式，合理輪間套作

我國蔬菜生產(chǎn)多采用高度集約化的輪間套作種植模式，復種指數(shù)較高。近年的研究發(fā)現(xiàn)，在重金屬中輕度污染土壤上，通過合理的輪間套作技術(shù)不僅可以起到保墑的作用，還能有效降低作物可食部位重金屬含量，特別是利用超富集植物與普通植物的輪間套作，效果更加明顯[12-13]。因此，輪間套作是實現(xiàn)重金屬中輕度污染土壤安全利用的重要途徑，比較適用于我國蔬菜作物的生產(chǎn)。

4.3 合理施用土壤改良劑，降低土壤重金屬生物有效性

土壤改良產(chǎn)品種類繁多，包括松土劑、增肥劑、改良劑、調(diào)節(jié)劑等，其類型不同，作用機制也不相同，主要包括改善土壤含水量、容重等物理性質(zhì)，改變土壤pH、有機質(zhì)(SOM)等化學性質(zhì)，調(diào)控土壤微生物的活性等，從而改變土壤對重金屬的吸附、沉淀、絡(luò)合、氧化還原作用等以降低土壤中重金屬的生物有效性[11,13]。劉恩玲等[14]采用大棚小區(qū)試驗，比較有機肥、欄肥、腐植酸和石灰作為土壤改良劑的作用效果，發(fā)現(xiàn)腐植酸和石灰可有效抑制Cd、Pb在土壤-蔬菜(青菜、蘿卜)系統(tǒng)的遷移。雖然土壤改良劑可以在一定程度上降低土壤重金屬的生物有效性，但其本身可能含有重金屬，甚者會產(chǎn)生有毒有害次生代謝物[4]，影響土壤的理化性質(zhì)，帶來二次污染風險，因此應(yīng)慎用土壤改良劑。

4.4 優(yōu)化水肥管理，減少蔬菜可食部位重金屬積累

水肥管理措施不僅會影響土壤理化性質(zhì)和重金屬形態(tài)，還會影響作物對重金屬的吸收[15-16]，因此可以通過水肥管理措施的調(diào)控，調(diào)節(jié)土壤pH值、氧化還原電位(Eh)、SOM、陽離子交換量(CEC)、質(zhì)地等因素，從而降低重金屬的生物有效性，減少重金屬從土壤向作物，特別是向可食部分的轉(zhuǎn)移，達到作物安全生產(chǎn)的目的[17]。在淹水條件下，SOM結(jié)合Cd的能力增強，使其向活性較低的結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化，同時還原性的環(huán)境易形成硫化鎘沉淀，降低Cd的生物有效性，但隨著土壤水分的增加，作物中As的含量顯著上升，因而As污染的土壤更適宜缺水條件[18]。

5 總結(jié)與展望

近年來，成都市蔬菜產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，技術(shù)水平穩(wěn)步提高，在當前農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革背景下，菜地土壤重金屬污染給成都市蔬菜的產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來了重大挑戰(zhàn)。然而目前對重金屬污染蔬菜地安全利用關(guān)注還較少，大規(guī)模的污染治理技術(shù)推廣應(yīng)用尚不多見。因此在未來的產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，仍需加強土壤-蔬菜系統(tǒng)重金屬遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律與安全生產(chǎn)技術(shù)標準研究、土壤重金屬污染的治理、重金屬污染蔬菜地安全利用農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)與蔬菜傳統(tǒng)種植模式的耦合以及長期定位試驗及風險評價。