鎘、鉛復合污染耕地主要作物安全生產閾值初探

楊燕媛 黃成濤 黎秋君 廖長君 周永信 謝湉

摘 要 為探明經濟作物玉米、大豆及蔬菜作物紫菜苔、蒜苗、結球甘藍、西藍花在鎘、鉛復合污染耕地中的安全生產閾值，開展田間試驗。結果表明，一定范圍內，農產品中重金屬累積量隨土壤重金屬含量增高而遞增;重度污染條件下，玉米、大豆、蒜苗、結球甘藍和西藍花可實現安全生產，且安全生產風險玉米<大豆<西藍花<結球甘藍<蒜苗;紫菜苔于輕微污染條件下綜合超標指數為0.67，可安全生產，但中度及重度條件下綜合超標指數分別達到1.31、2.02，超標較嚴重，需規避種植。

關鍵詞 鎘;鉛;糧食作物;蔬菜作物;安全利用

中圖分類號：X53 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.06.076

隨著工、農業的快速發展，土壤重金屬污染態勢日趨嚴峻。據統計，我國約有20%的耕地受到不同程度的重金屬污染，其污染的隱蔽性、累積性、難降解性，使其最終易由食物鏈富集放大轉移至人體中，危害人類健康[1-4]。因此，做好重金屬污染耕地的安全利用已成為亟待解決的環境問題。

目前，耕地土壤重金屬污染修復工程實施的原則是“阻源頭、消總量、控吸收、降活性、調種植”，即在阻斷污染源的同時，采用pH調節、植物萃取、替代種植、化學鈍化等單一或聯合修復技術，降低生物鏈風險[5-6]。其中，植物萃取修復所需周期較長，pH調節、化學鈍化均可能破壞土壤原有的生態功能，且修復后土壤重金屬仍存在活化風險，導致技術推廣難度較大。而低積累作物替代種植因成本低、操作簡便，成了農民較易接受的修復技術之一[7-9]。基于此，針對湖北地區典型鎘鉛復合污染耕地，通過對比各作物于不同污染程度土壤上對重金屬吸收積累情況，明晰各作物的安全生產閾值，旨在為湖北地區鎘鉛污染耕地農產品安全生產提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗地點位于湖北省3塊不同程度重金屬污染（輕微、中度、重度）的耕地，耕地土壤性質見表1。供試作物為包括糧食作物玉米、大豆及蔬菜作物紫菜苔、蒜苗、結球甘藍和西藍花，其中玉米、大豆均選用當地種植較廣的常規品種，分別為登海9號、中黃13。

1.2 試驗設計

將供試作物玉米、大豆、紫菜苔、蒜苗、結球甘藍和西藍花分別種植于選定的輕微、中度、重度3個不同污染程度的耕地。即每種作物分輕微、中度、重度3個不同污染程度條件下種植處理，每處理重復3次，共計54個小區，每小區20 m2。待各作物成熟后分別采集其可食用部位，檢測重金屬鎘、鉛含量。

1.3 分析方法

鎘、鉛的測定采用石墨爐原子吸收法，GB/T 5009-2003。數據分析運用Excel 2010和SPSS 18.0軟件。

1.4 評價標準及方法

采用單因子污染指數法對農產品安全性進行評價，農產品單因子超標指數Ei越大，農產品污染越嚴重。如Ei≤1，則表示農產品未超標;12，則表示農產品重度超標[10-11]。農產品單因子超標指數及綜合超標指數按照公式1和公式2計算。

Ei=Ci/Li（1）

E綜=[（E2i，max+E2i，ave）/2]1/2（2）

式（1）中，Ei為農產品重金屬單因子超標指數，Ci為農產品重金屬測定值（單位與Li保持一致），Li為農產品食品安全國家標準限值。

式（2）中，E綜為農產品重金屬綜合超標指數，Ei，max為農產品重金屬單因子超標指數最大值，Ei，ave為農產品重金屬單因子超標指數平均值。

2 結果與分析

2.1 農產品重金屬含量統計

農產品重金屬含量檢測結果見表2。由表可知，一定范圍內，土壤鎘、鉛含量越高，作物可食用部位鎘、鉛積累量越高。不同種類農產品中鎘含量紫菜苔>大豆>結球甘藍>蒜苗>西藍花>玉米;鉛含量紫菜苔>蒜苗>西藍花>結球甘藍>玉米>大豆。不同農產品對鎘、鉛積累情況不同，但相對而言，鎘、鉛均較易在塊莖類及葉菜類作物中累積。

2.2 農產品質量評價

各農產品不同污染程度下質量情況見表3。由表3可知，土壤污染程度越高，農產品鎘、鉛單因子超標指數及綜合超標指數越高。各農產品中，紫菜苔中度污染條件下，鎘、鉛單因子超標指數分別達1.38、1.10，屬輕度超標;重度污染條件下，鎘、鉛單因子超標指數分別達2.02、2.02，屬重度超標。其余各農產品鎘、鉛單因子超標指數、綜合超標指數均小于1，屬于安全水平。

相同污染程度條件下，各農產品綜合超標指數以紫菜苔最大，重度污染下可達2.02，其次分別為蒜苗、結球甘藍、西藍花、大豆、玉米。對鎘的安全風險為紫菜苔>大豆>結球甘藍>西藍花>蒜苗>玉米;對鉛的安全風險紫菜苔>蒜苗>西藍花>結球甘藍>玉米>大豆。

3 結論

本研究中，農產品中重金屬累積量隨土壤重金屬含量增高而遞增，且同等條件下，塊莖類及葉菜類可食部位重金屬鎘、鉛積累相對較易。農作物對土壤重金屬的吸收累積差異，與土壤中重金屬總量及有效態含量密切相關。土壤重金屬總量及有效態含量越高，能被作物吸收利用的部分越大，作物越容易積累重金屬[12]。同時，作物對重金屬的積累也與其自身基因型差異有關，作物對重金屬的吸收受其自身根系形態、根系分泌物等因素影響，且由基因型控制的重金屬在植物體內的分配差異，會進一步擴大不同種類作物可食部位重金屬含量差異[13-14]。

王志坤等[15]的研究表明，隨著外源鎘添加量的增長，大豆籽粒中鎘含量逐漸上升，當土壤鎘含量為5 mg·kg-1及10 mg·kg-1時，大豆籽粒中鎘含量分別達到0.61 mg·kg-1、0.99 mg·kg-1。周建昌等[16]研究表明，相同污染程度下，豆類、瓜類農產品合格率最高，達100%;葉菜類、根莖類則較低，分別為92.6%、85.7%。農用地安全利用風險程度隨土壤重金屬含量及作物種類不同而存在一定差異，明晰各作物的安全生產閾值，得出不同污染程度農用地安全種植清單，對降低農用地安全利用風險起到至關重要的作用。本研究中，重度污染程度下，玉米、大豆、蒜苗、結球甘藍、西藍花可食部位重金屬鎘、鉛含量均不易超標;達到重度污染程度后，在一定范圍內，仍能實現其安全生產。對于單鎘污染土壤，種植玉米的安全風險最低，其次分別為蒜苗、西藍花、結球甘藍及大豆;對于單鉛污染土壤，種植大豆安全風險最低，其次分別為玉米、結球甘藍、西藍花及蒜苗;而對鎘鉛復合污染土壤，玉米安全風險最低，其次分別為大豆、西藍花、結球甘藍、蒜苗。紫菜苔于輕微污染區種植可實現安全生產，但于中度及重度污染區，其可食部位鎘、鉛超標情況較為嚴重，與羅春麗[17]研究結果一致。

4 討論

耕地土壤中鎘、鉛含量越高，作物可食用部位鎘、鉛積累量越高。且相對而言，鎘、鉛均較易在塊莖類及葉菜類作物中累積。玉米、大豆、蒜苗、結球甘藍、西藍花可食部位重金屬鎘、鉛含量均不易超標，于重度污染區可實現有限條件下的安全利用。紫菜苔對重金屬鎘、鉛具有一定的富集作用，建議重金屬污染耕地需盡量規避種植。

參考文獻：

[1] 梁巧玲，楊暉，趙鸝.麗水市郊蔬菜重金屬含量及健康風險分析[J].北方園藝，2013（12）：29-32.

[2] 周輝，張志轉.中國蔬菜農業污染現狀、污染來源及污染防控[J].農業災害研究，2013（5）：27-38.

[3] 張永發，鄺繼云，謝茵，等.海南省農產品重金屬污染評價與特征分析[J].中國土壤與肥料，2018，277（5）：172-179.

[4] 曾曉舵，王向琴，凃新紅，等.耕地土壤重金屬污染阻控技術研究進展[J].生態環境學報，2019（9）：1900-1906.

[5] 楊啟豪.耕地土壤重金屬污染現狀及修復技巧探討[J].科學技術創新，2019（31）：5-6.

[6] 張猛.淺析耕地土壤重金屬污染及修復技術[J].農業與技術，2020，40（1）：114-116.

[7] 沈禮來，丁佳鋒，鐘宇馳，等.耕地重金屬阻控的微生物修復技術研究進展[J].廣東化工，2019，46（22）：61-63.

[8] 王爍.我國耕地土壤重金屬污染修復技術、問題及對策的探討[J].環境與發展，2019，31（1）：71-72.

[9] 饒聰.淺析耕地土壤重金屬污染修復技術及可操作性[J].種子科技，2019，37（10）：126.

[10] 師榮光，趙玉杰，高懷友，等.天津市郊蔬菜重金屬污染評價與特征分析[J].農業環境科學學報，2005，24（Z1）：

169-173.

[11] 姚春霞，陳振樓，張菊，等.上海浦東部分蔬菜重金屬污染評價[J].農業環境科學學報，2005（4）：761-765.

[12] 任艷軍，任學軍，馬為民，等.14種葉菜類蔬菜對土壤中重金屬吸收累積差異的分析與評價[J].河北科技師范學院學報，2019，33（3）：23-34.

[13] 吳佳，涂書新.植物根系分泌物對污染脅迫響應的研究進展[J].核農學報，2010，24（6）：1320-1327.

[14] 畢春娟，陳振樓，鄭祥民，等.根際環境重金屬地球化學行為及其生物有效性研究進展[J].地球科學進展，2001（3）：387-393.

[15] 王志坤，廖柏寒，黃運湘，等.鎘處理對大豆生物量及鎘分布狀況的影響[J].湖南農業大學學報（自然科學版），2006，32（6）：658-661.

[16] 周建昌，周麗燕，盧春霞，等.不同蔬菜對污染土壤重金屬的積累規律[J].浙江農業科學，2018，59（1）：11-13.

[17] 羅春麗.規模化養殖豬糞中重金屬對土壤及蔬菜影響研究[D].南昌：江西農業大學，2014.

（責任編輯：趙中正）