洛陽市蔬菜基地土壤重金屬含量對蔬菜安全性的影響

王 輝，王宜娟，黎星輝*，徐仁扣

洛陽市蔬菜基地土壤重金屬含量對蔬菜安全性的影響

王 輝1，王宜娟1，黎星輝2,*，徐仁扣3

(1.河南科技大學食品與生物工程學院，河南 洛陽 471003；2.南京農(nóng)業(yè)大學園藝學院，江蘇 南京 210095；3.中國科學院南京土壤研究所，土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室，江蘇 南京 210008)

以洛陽市露地蔬菜基地土壤及蔬菜為研究對象，采用原子吸收分光光度法分別對樣品中重金屬(Cr、Pb、Cd、Hg)含量進行測定，以單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)為評價方法分析土壤的污染狀況和蔬菜的質(zhì)量。結(jié)果表明：洛陽市露地蔬菜基地土壤中重金屬除Cd、Hg外，Cr、Pb的含量均未超過GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》二級標準限值；洛龍區(qū)和伊川縣蔬菜基地土壤已受到重金屬污染，含量超過國家食品衛(wèi)生蔬菜類標準；蔬菜的主要污染元素是Pb，油菜、生菜中Pb 含量超標，葉菜類重金屬含量平均值超標，說明葉菜類受到Pb 污染的威脅更大，而根莖類蔬菜受污染程度較小，處于安全水平。

蔬菜；土壤；重金屬；污染

蔬菜是人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚氖澄?，也是十分重要的?jīng)濟作物。由于工業(yè)三廢和城市生活垃圾的排放，礦物的開采和冶煉，含重金屬廢水灌溉農(nóng)田以及含重金屬的農(nóng)藥、化肥的不合理使用，導致菜地土壤受重金屬的污染。重金屬可通過土壤進入植物體進而直接或間接進入人體，并很難排出而富積下來，影響人體健康。大量重金屬污染了農(nóng)田，何江華等[1]發(fā)現(xiàn)在工業(yè)污染區(qū)的蔬菜重金屬含量明顯高于其他地方。沈彤等[2]發(fā)現(xiàn)不同蔬菜品種及蔬菜的不同部位對重金屬的吸收積累存在明顯差異，應全面開展不同品種蔬菜對各種重金屬的吸收富積能力的研究。劉景紅等[3]通過分析各主要城市蔬菜重金屬污染監(jiān)測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)南方地區(qū)蔬菜重金屬污染較北方嚴重，而其中又以Cd的污染形勢最為嚴峻。羅曉獠等[4]報道，我國兒童鉛中毒發(fā)病率大約為51.6%，并且其毒性作用可持續(xù)到成人，短期內(nèi)不可逆轉(zhuǎn)。因此，開展蔬菜重金屬污染的研究具有重要的現(xiàn)實意義。

本研究通過對洛陽市蔬菜基地土壤及部分蔬菜中重金屬的含量的研究，為有效控制蔬菜基地重金屬污染提供相關(guān)數(shù)據(jù)及安全策略。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 樣點布設

洛陽市2009年蔬菜種植面積約3.3萬畝，農(nóng)業(yè)用水主要有4個來源：一是伊河水，灌溉區(qū)主要集中在靠近伊河的伊川縣；二是地下水，灌溉區(qū)主要分布在無地表水的偃師縣；三是城市污水，灌溉區(qū)一般集中在城市排污河、渠兩側(cè)的洛龍區(qū)；四是黃河水，灌溉區(qū)主要分布在靠近黃河的孟津縣。采樣點選擇在洛陽市不同灌溉方式的露天蔬菜地，按行政區(qū)劃分將洛陽市蔬菜基地分為4個區(qū)域，分別為伊川縣伊河灌區(qū)、偃師縣井灌區(qū)、洛龍區(qū)污灌區(qū)和孟津縣黃河灌區(qū)，對照為采用溫室滴灌技術(shù)的新安縣綠色無公害蔬菜基地。

1.1.2 采樣方法

土壤混合樣采自耕作層，采樣深度為0～20cm，每個區(qū)域隨機選擇9～10個采樣點，采用多點取樣混合成1個代表樣的方法，每個混合土樣采集1kg。蔬菜采樣點與土壤同地布點，在同一采樣點采集不同的蔬菜品種，選擇洛陽市常見葉菜類(油菜、生菜)、瓜果類(番茄、黃瓜)、根莖類(芹菜、蒜苗)6種蔬菜進行分析，共采集樣品180個。

1.1.3 原材料的預處理

所采土樣置于陰涼處風干后按四分法分取一部分磨碎過100目尼龍篩，裝塑料瓶貼好標簽放于陰涼干燥處備用。蔬菜樣品鮮樣洗凈，晾干表面水漬后于烘箱60～70℃烘干，磨碎過60目尼龍篩，貼好標簽放于陰涼干燥處備用。

1.1.4 試劑

3 0%過氧化氫、濃硝酸、濃鹽酸、濃硫酸、硝酸鎂、高錳酸鉀均為分析純；Cd的標準儲備液(質(zhì)量濃度為l00μg/mL)，Cr、Hg、Pb的標準儲備液(質(zhì)量濃度均為50μg/mL) 河南科技大學化工學院。

1.2 儀器與設備

MDS-6型微波消解儀、ECH-1電子控溫加熱板 新儀微波化學科技有限公司；F-732-S雙光束測Hg儀 上海華光儀器儀表廠；Analyst700原子吸收光譜儀、AS-72型自動進樣器、空心陰極燈 美國Pekin Elmer公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品的前處理

1.3.1.1 測定重金屬Pb、Cr、Cd時樣品的前處理

在電子分析天平上準確稱取0.5g預處理后的樣品，放入聚四氟乙烯溶樣杯內(nèi)，加入12mL濃硝酸，然后在電子控溫加熱板上加熱，設定加熱溫度為180℃，30min后，待黃煙冒盡或者有少量白煙冒出時，前處理完畢[5]。

1.3.1.2 測定重金屬Hg時樣品的前處理

在電子分析天平上準確稱取0.5g預處理后的樣品，記錄后，將其放入聚四氟乙烯溶樣杯內(nèi)，加入12mL濃硝酸，然后在電子控溫加熱板上加熱，設定加熱溫度為125℃，40min后，待黃煙冒盡或者有少量白煙冒出時，前處理完畢[5]。

1.3.2 樣品的消解

取出聚四氟乙烯溶樣杯，待稍冷卻后，加入2mL濃硝酸，1mL 30%過氧化氫，使管內(nèi)液體達到5mL以上，然后擴口、裝罐，將消解罐置于微波消解儀中。設定微波消解程序，運行儀器，待其自動停止后，取出外罐冷卻至常壓后慢慢打開，取出溶樣杯，溶液應澄清透亮。若溶液為黃色的透明溶液，可逐滴滴加過氧化氫，直至溶液澄清透亮，將其中溶液用0.5mol/L硝酸定容至25mL容量瓶中，按同一方法作一試劑空白。然后過濾，待測[5]。

1.3.3 重金屬含量的測定

將消解后的樣品后用原子吸收光譜儀測定C r、Pb、Cd 的含量，用冷原子熒光法測定Hg的含量[5]。測定過程中，設置兩個重復，為保證分析準確可靠，在分析過程中插入一定數(shù)目的土壤及植物標樣。

1.3.4 土壤與蔬菜污染評價

土壤評價標準采用GB 5618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》中的二級標準(pH6.5～7.5)，標準限值Cr為200.00mg/kg、Pb為300.00mg/kg、Cd為0.30mg/kg、Hg為0.50mg/kg。蔬菜評價標準采用GB 2762—2005《國家食品中污染物限量標準》如表1所示。

表1 蔬菜中重金屬元素的最高允許限量Table 1 Maximum allowable limits of heavy metal elements in vegetables

采用單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)進行土壤與蔬菜污染評價。單因子污染指數(shù)計算公式為：

式(1)中：Pi為污染物的污染指數(shù)；Ci為污染物的測定值/(mg/kg)；Si為污染物的評價標準/(mg/kg)。

綜合污染指數(shù)計算公式為：

式(2)中：(Ci/Si)max為污染物中污染指數(shù)最大值；(C/Si)ave為污染指數(shù)平均值。根據(jù)上式求出綜合污染指數(shù)，采用表1蔬菜質(zhì)量分級標準。

表2 綜合評價分級標準Table 2 Rating criteria for comprehensive evaluation

1.4 統(tǒng)計分析

實驗數(shù)據(jù)采用SPSS V10.0軟件進行分析，對其進行One-way方差分析(ANOVA)，并用Duncan s 復相關(guān)實驗法進行均值差異性的相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤中重金屬的含量

表3 洛陽市蔬菜基地土壤重金屬含量及污染情況Table 3 Heavy metal content and pollution of soil from Luoyang vegetable base

從表3可看出，重金屬含量除Cd超過 GB 5618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》中的二級標準限值外，其他如Cr、Pb、Hg基本上對植物和環(huán)境不造成危害和污染。相比對照新安縣無公害滴灌蔬菜基地洛龍區(qū)污灌區(qū)蔬菜基地土壤中Cr、Pb、Cd、Hg含量均較高，其次為伊川縣伊河灌區(qū)蔬菜基地，不同區(qū)域內(nèi)土壤重金屬含量差異較大。4種重金屬除Cd外，其他3種單因子污染指數(shù)不同區(qū)域差異較大。將蔬菜基地土壤的重金屬的原始數(shù)據(jù)與國家標準進行對比，發(fā)現(xiàn)Hg、Cd有少數(shù)污染，其他元素均不超標。這可能因為洛陽為古冶煉和古燒陶遺址，古冶煉和古燒陶對當?shù)赝寥乐械闹亟饘俸坑绊懗潭容^高，范圍較大。各區(qū)域綜合污染指數(shù)洛龍區(qū)污灌區(qū)蔬菜基地和伊川縣伊河灌區(qū)蔬菜基地均大于1.0，綜合評價污染等級為“輕度污染”，這主要是因為這兩個地區(qū)靠近市區(qū)，大型企業(yè)較多，使用污水灌溉對提高土壤中重金屬含量有較大影響，同時也證明了伊河水已被輕度污染，蔬菜基地已被輕度污染，需引起環(huán)境部門的重視。孟津黃灌區(qū)及對照新安無公害滴灌蔬菜基地土壤中Cr、Pb、Cd的含量較低，造成此結(jié)果的原因可能與黃河由于近年治理，水質(zhì)已逐漸變好有關(guān)。所有研究地區(qū)按綜合污染指數(shù)排序為：洛龍區(qū)污灌區(qū)＞伊川縣伊河灌區(qū)＞偃師縣井灌區(qū)灌區(qū)＞孟津縣黃灌區(qū)＞對照。由此可見，洛陽市黃河沿岸地區(qū)為理想的無公害蔬菜發(fā)展規(guī)劃基地。

2.2 蔬菜中重金屬含量

表4 洛陽市蔬菜基地6種蔬菜重金屬含量Table 4 Heavy metal content in 6 kinds of vegetables from Luoyang vegetable base

由表4可知，不同蔬菜中重金屬Cd、Hg含量差異不明顯，Pb、Cr的含量差異顯著。蔬菜中Pb污染相對較重，洛龍區(qū)污灌區(qū)的6種蔬菜中Pb含量均超出國家食品衛(wèi)生標準0.2mg/kg，說明該區(qū)域中的6種蔬菜已受到輕微污染。伊川縣伊河灌區(qū)蔬菜基地的油菜、生菜、

番茄、蒜苗4種蔬菜及偃師縣井灌區(qū)蔬菜基地的油菜、生菜、蒜苗中Pb含量也均超出國家無公害蔬菜衛(wèi)生標準0.2mg/kg，其中伊川縣伊河灌區(qū)生菜受到的污染最嚴重超標33.5%，油菜超標17.5%，蒜苗超標12%。對于不同類型蔬菜的重金屬含量，反映出不同類型蔬菜對重金屬的吸收情況。葉菜類蔬菜中Pb含量超標，平均超標21.8%，芹菜中重金屬除Cr以外其他均顯著低于葉菜類蔬菜。油菜中的Cd含量明顯高于其他蔬菜，而芹菜中的 Cd含量顯著低于其他蔬菜。而對照新安縣無公害蔬菜生產(chǎn)基地蔬菜中重金屬含量均較小，可忽略不計。與土壤中的重金屬含量對比表明，不同蔬菜對同種重金屬的吸收能力不同，同種蔬菜對不同重金屬的吸收能力也不相同，這與前人的研究結(jié)果相一致[6-11]。

2.3 不同蔬菜質(zhì)量安全評價

參照上述土壤單因子污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法的評價方法和標準，蔬菜質(zhì)量安全評價結(jié)果見表5。

表5 洛陽市蔬菜基地不同蔬菜質(zhì)量安全評價結(jié)果Table 5 Quality and safety evaluation of different kinds of vegetables from Luoyang vegetable base

在所檢測的6種蔬菜樣品中，芹菜、蒜苗綜合污染指數(shù)低于0.7，屬于安全等級，生菜、番茄綜合污染指數(shù)大于0.7 小于1.0，屬于警戒線等級，而油菜的綜合污染指數(shù)大于1.0，處于輕污染等級，表明樣品開始受到污染。對于葉菜類蔬菜，不同金屬的污染指數(shù)為Pb＞Cd＞Hg＞Cr，綜合污染指數(shù)等級處于警戒線和輕度污染水平；對于瓜果類蔬菜，不同金屬的污染指數(shù)為Pb＞Cd＞Hg＞Cr，綜合污染指數(shù)等級處于警戒線水平；對于根莖類蔬菜，不同金屬的污染指數(shù)為Pb＞Hg＞Cd＞Cr，綜合污染指數(shù)等級處于安全水平。由此可見，Pb 對蔬菜的重金屬污染影響較大，特別是對葉菜類蔬菜而言，其所受Pb污染的影響更大，因此，該地區(qū)適宜種植根莖類蔬菜。

3 結(jié) 論

研究結(jié)果表明，洛陽市蔬菜的主要污染元素是Pb，超標率為36.3%，油菜、生菜中Pb 含量超標，葉菜類平均值超標，說明葉菜類受到Pb 污染的威脅更大。研究表明：蔬菜中Pb 的污染可能與人為因素有關(guān)，主要包括污水的灌溉以及汽油的燃燒，從而導致Pb 含量的超標，大氣中的鉛50%以上可被蔬菜葉片直接吸收[12-14]，使用含鉛汽油在未來一段時間內(nèi)可能會持續(xù)造成蔬菜鉛含量的超標[15-18]。同種蔬菜對不同種重金屬的吸收能力不同，不同種蔬菜對同種重金屬的吸收能力也不相同。Cr、Cd、Hg的遷移能力較強，比較容易在蔬菜中積累；鉛的遷移能力最強，容易在葉菜類蔬菜中積累[8-9]。因此土壤中Pb含量過高對蔬菜安全性影響比較大，監(jiān)測部門應加強蔬菜中Pb含量的監(jiān)測工作。

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Effect of Heavy Metal Content in Soil from Luoyang Vegetable Base on Vegetable Safety

WANG Hui1， WANG Yi-juan1，LI Xing-hui2,*，XU Ren-kou3
(1. Food and Bioengineering Department, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471003, China；2. College of Horticulture, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China；3. State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China)

Soil and vegetables from Luoyang vegetable base were used as the subjects to determine the contents of heavy metal ions such as Cr, Pb, Cd and Hg by atomic absorption spectrometry. The pollution status of soil and the quality of vegetables were evaluated by single factor pollution index and comprehensive pollution index. Results showed that the contents of Cr and Pb did not exceed the second-level limit of“ Standard of Soil Environment” (GB 15618—1995). However, Luolong and Yichuan vegetables base were polluted by heavy metals according to the national vegetable food criteria. The key pollution factor was Pb with an exceeding rate of 36.3%. The highest content of lead was determined in leafy vegetables such as leaf lettuce. The lower pollution of lead was determined in root and stem vegetables, which was remained at the safe level.

vegetable；soil；heavy metal；pollution

TS255

A

1002-6630(2010)21-0369-04

2010-06-29

國家自然科學基金項目(30872009)；河南科技大學博士啟動基金項目(09001447)

王輝(1979—)，女，講師，博士，研究方向為食品質(zhì)量與安全。E-mail：wanghui_peony@163.com

*通信作者：黎星輝(1962—)，男，教授，博士，研究方向為茶葉食品安全及加工技術(shù)。E-mail：lxh@njau.edu.cn