成都平原農田蔬菜重金屬含量及污染評價

黑兒平，上官宇先，喻 華，秦魚生，曾祥忠，郭晶晶，伍燕翔

（1.四川省農業科學院 農業資源與環境研究所，成都 610066; 2.四川農業大學 農學院，成都 611130;3.敘永縣農業農村局，四川 瀘州 646499; 4.翠屏區農業農村局，四川 宜賓 644002）

據報道，近年來，工業“三廢”的隨意排放和生活污水灌溉于農田，以及大量工業肥料農藥的施用，造成農田土壤中重金屬富集和積累顯著增加[1-2]。蔬菜可以通過根系等吸收轉運土壤重金屬到食用部分，重金屬進而通過食物鏈危害人體身心健康[3]。趙小蓉等[4]在成都平原區研究表明葉菜類蔬菜對土壤重金屬富集能力較強，而根莖類蔬菜則表現相對較弱。林君鋒等[5]在福建部分污染嚴重地區研究蔬菜對鎘、鋅、銅的富集能力，結果顯示蔬菜對鎘的富集能力相對較強。何江華等[6]研究廣州蔬菜生產基地的蔬菜，表明不同蔬菜對不同重金屬的富集存在很大差異，其吸收富集能力從大到小為Cd ＞ Hg ＞ As ＞ Pb ＞ Cr。有學者進一步研究證實了不僅不同蔬菜對重金屬的富集能力存在明顯差異[7-8]，同種蔬菜之間也存在差異。結果表明，不同蔬菜具有對重金屬不同的富集能力，可選擇性地栽培在相適宜的農田土壤中，以減輕對重金屬的過度富集風險以及保證蔬菜生產安全[9-11]。成都平原是我國西部地區重要的蔬菜生產基地，近期有研究報道，成都平原個別地區農田土壤已受到不同程度的重金屬污染[12-13]。筆者在成都平原農田土壤重金屬污染區域，選擇面積較大、連續種植多年的蔬菜種植地和當地常見的具有代表性的18 種蔬菜品種（蔬菜類型主要涉及葉菜類、果菜類、蔥蒜類、根莖類、甘藍類5 大類作物）進行田間試驗，測定了土壤和蔬菜中Cd、Cr、Pb、Zn、Cu、Ni、Hg、As 8 種重金屬含量狀況，分析了不同蔬菜對重金屬的富集規律，并篩選了不同富集能力的蔬菜種類，為該地區種植蔬菜種類的選擇及種植結構的調整提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區域概況試驗區位于四川成都平原東北部，其中心地理位置坐標為107°50′E，31°21′N，年均氣溫17.3℃，無霜期長達300 d，年均降雨量1 185.2 mm，試驗區土壤pH 均值6.48，偏酸性，土壤有機質均值為32.30 g·kg-1。

1.2 樣 品的采集與處理于2017 年10 月 至2019 年5 月在研究區域具有代表性的蔬菜生產基地選擇有一定規模的田塊進行田間試驗。為全面比較不同蔬菜對重金屬吸收累積的差異性 ，供試作物類型包括葉菜類、果菜類、蔥蒜類、根莖類、甘藍類5 大類作物 ，即白菜（Brassica rapa var.glabra Regel）、白蘿卜（Raphanussativus）、白菜型油菜（Brassia campestris L.）簡稱白油菜、菠菜（Spinacia oleracea L.）、蓮 白 與 包 心 菜（Brassica oleracea var.capitata Linnaeus）、小白菜（Brassica campestrisL.ssp.chinensis Makino var.communis Tsen et Lee）、胡蘿卜（Daucus carota var.sativa Hoffm.）、小蔥（Allium fistulosuml.）、紅蘿卜(Salvia bowleyana Dunn)、紅油菜(Brassica campestris L.ssp.chinensis var.utilis)、青菜[Brassica rapa var.chinensis(Linnaeus) Kitamura]、蒜苗(Allium sativum)、豌豆尖（Pisum sativum L.）、萵筍葉（Lactuca sativa L.）、香 菜（Coriandrum sativum L.）、小 青 菜（Brassica chinensis L.）、油 菜（Brassica rapa var.oleifera DC.）等18 種當地常見的主要蔬菜品種。將每個品種蔬菜分別種植在不同的試驗小區內，小區面積為20 m2（5 m×4 m），周圍設置保護行（30 cm），農田管理均采取當地平時農作習慣。在成熟期筆者課題組安排專人到試驗基地負責采集蔬菜測定部位。白菜、白油菜、菠菜、蓮白、包心菜、小白菜、紅油菜、青菜、豌豆尖、萵筍葉、香菜、小青菜、油菜采集測定部位為葉片；白蘿卜、胡蘿卜、紅蘿卜采集測定部位為根；小蔥、蒜苗采集測定部位為莖。

每個采樣點小區取 3～5 個樣品，然后混合均勻，現場去除腐爛葉或根部土壤，其混合樣1 kg 左右。土樣保持與蔬菜樣在同一樣點同步采取，采樣深度為0～20 cm，每份混合樣不少于1 kg，共54 個土樣。土樣按NY/T395—2012《農田土壤環境質量監測技術規范》要求進行，剔除石塊、植物根莖等雜質，風干后、將其置于60 ℃恒溫干燥箱內，烘干至恒重，取出后用瑪瑙研磨機研磨、過1 mm 尼龍篩，樣品保存于玻璃瓶中備用。蔬菜樣品經離子水沖洗干凈后，65 ℃烘干，磨碎后過0.84 mm 孔徑尼龍網篩。

1.3 測定方法蔬菜每個品種混合樣品以及其混合土樣經 HNO3-HCIO4 消化處理后，Hg、As 原子熒光分光光度法測定，Pb、Cd、Cu、Cr、Zn、Ni 利用電感耦合等離子體質譜法測定，土壤pH 值的測定使用電位法，土壤有機質采用高溫外熱重Cr 酸鉀氧化-容量法測定[14]。

1.4評價方法

1.4.1單項污染指數法根據公式計算單項污染指數，依據GB2762—2017《食品安全國家標準食品中污染物限量》[15]制定限量標準，Pi≤1 為安全，1.0＜Pi≤2.0 為輕微污染，2.0＜Pi≤3.0 為輕度污染，3.0＜Pi≤5.0 為中度污染，Pi＞5.0 為重度污染。

式中，Pi為污染物的單項污染指數；Ci為農產品中重金屬質量分數，mg.kg-1；Si為污染物i的評價標準限值，mg.kg-1。

1.4.2內梅羅綜合污染指數法根據公式計算內梅羅綜合污染指數，PN值越大，說明重金屬污染越嚴重，PN＜0.7為安全，0.7＜PN≤1.0 為輕微污染，1.0＜PN≤2.0 為輕度污染，2.0＜PN≤3.0 為中度污染，PN＞3.0 為重度污染。

式中，PN表 示某區域綜合污染指數；Pmax表示單因子污染指數最大值；pave為單因子污染指數平均值。

1.5 生物富集系數為了比較不同蔬菜品種對土壤重金屬的吸收和累積特性的差異，利用富集系數來衡量蔬菜可食用部分對土壤中重金屬元素的吸收能力。富集系數愈大，表明愈易從土壤中吸收該元素，即對該元素的富集能力愈強。

式中，BCF 為蔬菜可食部分中重金屬生物富集系數，CG為蔬菜可食部分中重金屬含量，CT為對應的土壤中重金屬含量，mg.kg-1。

1.6 數據處理對土樣和蔬菜樣中的8 種重金屬含量采用Excel 2010 進行數據分析，相關性分析用SPSS 軟件，富集能力分析圖用OriginPro 8.5統計軟件完成。

2 結果與分析

2.1 蔬菜地土壤重金屬含量特征供試土壤樣本的重金屬含量平均值和標準差詳見表1。參照GB15618—2018《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準》[16]，土樣中Cd 含量有15 個超標，超標率達31.91%，最大超標值是限值的2.18 倍，其余元素均符合國家標準。土壤Cd、Cr、Pb、Zn、Cu、Ni、Hg、As 的平均值分別為四川省土壤背景值的4.05 倍、0.91 倍、1.19 倍、1.18 倍、0.90 倍、1.00 倍、1.80 倍、0.82 倍。

表1 菜地土壤重金屬含量的情況

2.2 蔬菜可食部分重金屬含量參照上述蔬菜重金屬評價標準，蔬菜樣品中除了Zn、Cu 未超標外，其余6 種重金屬Cd、Cr、Pb、Ni、Hg、As 含量超標率分別為4.39%、26.37%、6.59%、12.09%、5.49%、1.10%。其中，香菜中的Cd、Cr、Pb、Zn、Cu、Ni、Hg 的平均含量，菠菜中的Cd、Cr 的平均含量，胡蘿卜中的Cd 的平均含量，紅油菜中的Cr 的平均含量，蒜苗中的Cr 的平均含量，豌豆尖中的Cr 的平均含量，萵筍葉中的Cr 的平均含量，油菜中的Cr 的平均含量均超過食品安全國家標準食品中污染物限量，但其他均符合國家標準。不同蔬菜中重金屬含量具體詳見圖1。

圖1 不同蔬菜中重金屬的含量

2.3 蔬菜可食部位重金屬污染評價由上述重金屬污染評價計算結果（表2）可知，各種蔬菜主要受重金屬Cr 污染，受污染蔬菜達到55.56%，其次是 Hg、Cd 和 Pb 分 別 為 16.67%、22.22%和11.11%，而As 無污染。綜合污染程度處于安全范圍內的蔬菜有白菜、白蘿卜、白油菜、蓮白、包心菜、小白菜、胡蘿卜、小蔥、紅蘿卜、紅油菜、青菜、豌豆尖、萵筍葉、小青菜，其中白油菜、小蔥、紅油菜、青菜、萵筍葉和小青菜均受到不同程度的Cr 污染，胡蘿卜受到Cd 和Hg 污染；輕微污染的蔬菜有蒜苗和油菜，均受到Cr 污染，綜合污染指數分別為0.789 和0.874；而輕度污染的蔬菜有菠菜和香菜，均受到Hg、Pb、Cd 和Pb 污染，綜合污染指數分別為1.185 和1.373。

表2 蔬菜重金屬污染評價

2.4 蔬菜可食部位對重金屬的富集能力根據相關性分析表明，蔬菜中重金屬含量與土壤中重金屬含量具有一定的顯著性相關，因此，為了比較不同蔬菜品種對土壤重金屬的吸收和累積特性的差異，利用富集系數來衡量蔬菜可食用部分對土壤中重金屬元素的吸收能力，富集系數愈大，表明愈易從土壤中吸收該元素，即對該元素的富集能力愈強。由生物富集系數結果（圖2）可見，總體而言，18 種蔬菜對Cd、Zn、Hg 3 種元素的富集系數平均值均超過0.04，表現出富集能力相對較強，而對其余元素則表現出富集能力相對較弱的趨勢（圖3）。

圖2 蔬菜對重金屬的富集系數平均值

圖3 不同蔬菜對重金屬的富集系數

蔬菜可食部分對重金屬Cd、Cr、Pb、Zn、Cu、Ni、Hg、As 元素的富集系數（圖2）具體規律表現如下：（1）不同蔬菜對Cd 的富集規律：不同蔬菜對Cd 的富集系數平均值為0.201 1，由高到低依次是菠菜＞香菜＞胡蘿卜＞青菜＞紅油菜＞萵筍葉＞白油菜＞油菜＞蒜苗＞白菜＞小蔥＞小青菜＞小白菜＞蓮白＞紅蘿卜＞豌豆尖＞白蘿卜＞包心菜；其中，菠菜對Cd 的富集能力相對較強，富集系數為1.121 6，而包心菜則相對較弱，富集系數僅為0.025 8。（2）不同蔬菜對Cr 的富集規律：不同蔬菜對Cr 的富集系數平均值為0.006 3，由高到低依次是香菜＞油菜＞蒜苗＞菠菜＞紅油菜＞豌豆尖＞萵筍葉＞青菜＞小蔥＞白油菜＞小青菜＞白菜＞蓮白＞小白菜＞胡蘿卜＞白蘿卜＞紅蘿卜＞包心菜；其中，香菜對Cr 的富集能力相對較強，富集系數為0.014 8，而包心菜則相對較弱，富集系數僅為0.001 7。（3）不同蔬菜對Pb 的富集規律：不同蔬菜對Pb 的富集系數平均值為0.003 1，由高到低依次是香菜＞菠菜＞萵筍葉＞紅油菜＞油菜＞豌豆尖＞蒜苗＞青菜＞白油菜＞白菜＞白蘿卜＞紅蘿卜＞小蔥＞蓮白＞胡蘿卜＞小青菜＞小白菜＞包心菜；其中，香菜對Pb 的富集能力相對較強，富集系數為0.018 0，而包心菜則相對較弱，富集系數僅為0.000 1。（4）不同蔬菜對Zn 的富集規律：不同蔬菜對Zn 的富集系數平均值為0.056 5，由高到低依次是菠菜＞香菜＞豌豆尖＞胡蘿卜＞蓮白＞紅油菜＞青菜＞白油菜＞小青菜＞小蔥＞蒜苗＞包心菜＞油菜＞萵筍葉＞小白菜＞白菜＞白蘿卜＞紅蘿卜；其中，菠菜對Zn 的富集能力相對較強，富集系數為0.268 7，而紅蘿卜則相對較弱，富集系數僅為0.020 2。（5）不同蔬菜對Cu 的富集規律：不同蔬菜對Cu 的富集系數平均值為0.020 7，由高到低依次是香菜＞菠菜＞豌豆尖＞小蔥＞萵筍葉＞胡蘿卜＞紅油菜＞小青菜＞油菜＞蒜苗＞白油菜＞青菜＞小白菜＞蓮白＞白菜＞包心菜＞紅蘿卜＞白蘿卜；其中，香菜對Cu 的富集能力相對較強，富集系數為0.045 3，而白蘿卜則相對較弱，富集系數僅為0.005 7。（6）不同蔬菜對Ni 的富集規律：不同蔬菜對Ni 的富集系數平均值為0.017 8，由高到低依次是香菜＞豌豆尖＞油菜＞紅油菜＞萵筍葉＞蓮白＞小青菜＞蒜苗＞青菜＞白油菜＞菠菜＞小蔥＞白菜＞胡蘿卜＞紅蘿卜＞包心菜＞小白菜＞白蘿卜；其中，香菜對Ni 的富集能力相對較強，富集系數為0.031 1，而白蘿卜則相對較弱，富集系數僅為0.006 0。（7）不同蔬菜對Hg 的富集規律：不同蔬菜對Hg 的富集系數平均值為0.048 1，由高到低依次是菠菜＞香菜＞胡蘿卜＞小蔥＞豌豆尖＞青菜＞白油菜＞蓮白＞油菜＞小白菜＞紅油菜＞小青菜＞蒜苗＞萵筍葉＞紅蘿卜＞白菜＞包心菜＞白蘿卜；其中，菠菜對Hg 的富集能力相對較強，富集系數為0.116 4，而白蘿卜則相對較弱，富集系數僅為0.010 8。（8）不同蔬菜對As 的富集規律：不同蔬菜對As 的富集系數平均值為0.009 5，由高到低依次是紅油菜＞小青菜＞白油菜＞萵筍葉＞香菜＞青菜＞紅蘿卜＞豌豆尖＞白菜＞菠菜＞油菜＞小蔥＞蒜苗＞胡蘿卜＞白蘿卜＞蓮白＞小白菜＞包心菜；其中，紅油菜對As 的富集能力相對較強，富集系數為0.027 1，而包心菜則相對較弱，富集系數僅為0.002 2。

總體而言，蔬菜可食部分對Cd、Hg 和Cr 的富集能力規律表現為葉菜類＞蔥蒜類＞果菜類＞根菜類＞甘藍類；對Pb、As 和Ni 的富集能力規律表現為葉菜類＞果菜類＞蔥蒜類＞根莖類＞甘藍類；對Cu、Zn 的富集能力規律表現為葉菜類＞果菜類＞蔥蒜類＞甘藍類＞根莖類，顯然，葉菜類蔬菜對重金屬元素的富集能力相對較強，而甘藍類和根莖類則相對較弱。這表明不同蔬菜對同一種重金屬元素的富集能力存在差異，或同一種蔬菜對不同重金屬元素的富集能力存在差異，特別是還存在種內差異，即同種蔬菜的不同品種對重金屬的富集能力也有所差異，該種內差異主要內容有待進一步深入研究。

3 討 論

本調查發現試驗區域土壤Cd 元素超標較嚴重，且蔬菜對Cd 元素的富集能力相對較強。土壤有機質可參與土壤重金屬的氧化還原反應、絡合與螯合作用，影響重金屬的存在形態，進而干擾遷移、轉化過程。通常土壤Cd 的有效態含量隨pH 值的下降而增加，這是因為土壤pH 值降低可促進Cd 的絡合態與殘渣態向有效態轉化[17-20]。而本試驗區域土壤呈偏酸性，土壤有機質含量較豐富，平均值為32.30 g.kg-1（二級），屬偏上等水平，有利于增加Cd 的活性，因而作物較容易吸收積累Cd[11]。

本試驗區域蔬菜主要受重金屬Cr、Hg、Cd 污染，但除了Cd 外，Cr、Hg 在農田土壤采樣中并未發現含量超標的現象，因而可以認定為蔬菜生長發育過程中受到污染，污染物主要來源是外源，如農田施肥、灌溉以及農藥等農業活動和工業廢氣等工業活動，因而建議密切監督當地工業活動和嚴格制定農藥化肥的使用規格。葉菜類蔬菜對重金屬的富集能力相對較強，而根莖類和甘藍類蔬菜則相對較弱，以及同種蔬菜種內存在差異，利用這個特性，可以選擇性地去完善種植制度和規劃種植區域，減少甚至避免蔬菜受重金屬的污染，保證蔬菜生產安全和降低重金屬污染風險[21-23]，這一項研究具有重大的意義。

4 結 論

（1）本試驗區域土壤Cd、Cr、Pb、Zn、Cu、Ni、Hg、As 含量平均值分別為四川省土壤背景值的4.05 倍、0.91 倍、1.19 倍、1.18 倍、0.90 倍、1.00 倍、1.80 倍、0.82 倍，其中土壤Cd 含量超標率達31.91%，最大超標值是限值的2.18 倍，Cd 是主要污染物，其余元素均符合國家標準。

（2）本研究區域蔬菜主要受重金屬Cr、Hg、Cd 污染；綜合污染程度為輕微污染的有蒜苗和油菜，輕度污染的有菠菜和香菜；通過富集系數發現，18 種蔬菜對8 種重金屬元素的富集系數平均值 從 高 到 低 依 次 為Cd＞Zn＞Hg＞Cu＞Ni＞As＞Cr＞Pb，且18 種蔬菜對同一種元素的富集系數也表現顯著性差異。總體上，葉菜類蔬菜如香菜對Cd、Hg、Pb、Cr、Ni、Zn、Cu 和菠菜對Cd、Hg、Zn、Pb、Cu 以及紅油菜對As、Pb 富集能力相對較強，而甘藍類和根莖類如包心菜對Cd、Hg、Cr、Pb、As、Ni、Cu 和 白 蘿 卜 對Cd、Cr、Zn、Cu、Ni、Hg 及紅蘿卜對Zn、Cr、Cu 的富集能力則相對較弱。這表明研究區域香菜和菠菜不宜在被Cd、Hg、Pb、Cr、Ni、Zn、Cu 污染的土壤上栽培；紅油菜不宜在被As、Pb 污染的土壤上栽培；包心菜、白蘿卜和紅蘿卜可作為被 Cd、Hg、Cr、Pb、As、Ni、Cu、Zn 污染的土壤優先選種的蔬菜品種。