杭州市和睦濕地農(nóng)田蔬菜中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni污染評(píng)價(jià)及富集特性研究

高 清，李淑英，顧優(yōu)麗，龔夢(mèng)丹，巫 陽(yáng)，朱維琴

(杭州師范大學(xué)生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與恢復(fù)杭州市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310036)

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，原有的城郊菜地被大量征用，蔬菜種植基地被逐步轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)離城區(qū)的郊區(qū)，城郊農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中因污水灌溉而導(dǎo)致土壤環(huán)境呈現(xiàn)不同程度的重金屬?gòu)?fù)合污染現(xiàn)象.此外，由于目前空氣污染日益嚴(yán)重，也有可能導(dǎo)致土壤及蔬菜受到間接污染.伴隨土壤重金屬污染日益嚴(yán)重，蔬菜亦遭受了一定程度的重金屬污染，且重金屬在蔬菜中的殘留水平比較高，甚至超過(guò)食品衛(wèi)生的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1-5].有研究表明，杭州市農(nóng)田土壤存在一定程度的Cu、Zn、Pb重金屬?gòu)?fù)合污染現(xiàn)象.盡管蔬菜中重金屬的污染一般不會(huì)造成急性中毒，但重金屬可以通過(guò)食物鏈在人體中積累，從而危害人類(lèi)[6-9].同時(shí)，隨著公眾食品安全意識(shí)的日益提高，蔬菜安全性越來(lái)越受到政府相關(guān)部門(mén)的重視.

杭州和睦濕地是西溪濕地的延伸帶，地處余杭、倉(cāng)前、閑林、五常等四大片區(qū)的中心地帶，是杭州市余杭區(qū)組團(tuán)的生態(tài)“綠心”， 作為新開(kāi)發(fā)的城市濕地，和睦濕地的用地主要是由河港、池塘、農(nóng)田等多種要素組成.但是，隨著杭州城市化進(jìn)程的加快，人類(lèi)活動(dòng)的頻繁介入，天然濕地已逐步轉(zhuǎn)化為次生濕地，土壤污染亦越來(lái)越嚴(yán)重，因此，和睦濕地的保護(hù)與建設(shè)對(duì)杭州市城市整體布局規(guī)劃及城市體系完善均有積極意義.基于此，本研究通過(guò)對(duì)和睦濕地不同區(qū)域蔬菜中銅(Cu)、鋅(Zn)、鉛(Pb)、鎘(Cd)、鉻(Cr)、鎳(Ni)含量的調(diào)查與分析，研究和睦濕地農(nóng)田蔬菜中重金屬含量狀況及污染現(xiàn)狀，以期為和睦濕地農(nóng)田重金屬污染調(diào)控提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 供試植物

供試蔬菜品種主要包括小白菜、大白菜、蠶豆、芥菜、蠶豆以及蘿卜，分別取自和睦濕地不同區(qū)域的10個(gè)樣地.首先，用去離子水將采集的植物樣品洗凈，將根系和莖葉分開(kāi)，用吸水紙吸干稱(chēng)其鮮重后放入105 ℃烘箱中殺青30 min，再在85 ℃烘干至恒重，稱(chēng)其干重，然后用HNO3+HClO4法消解并過(guò)濾后，采用原子吸收分光光度計(jì)(AAS, Shimadzu 6800，USA)法測(cè)定各重金屬元素含量.如表1，各樣地農(nóng)田土壤的電導(dǎo)率、總氮含量、有機(jī)質(zhì)含量及CEC間存在較大差異.本研究中和睦濕地不同區(qū)域農(nóng)田蔬菜根系土重金屬的平均含量如表2所示，各區(qū)域蔬菜地土壤pH的平均值在6～7左右，對(duì)照國(guó)家土壤二級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中pH介于6.5～7.5的標(biāo)準(zhǔn)，雪菜、大白菜、小白菜、蠶豆和芥菜根際土壤的平均含量除了俞家橋北的土壤中Zn含量超過(guò)國(guó)家二級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，其余5種重金屬含量均未超標(biāo)，但其中Ni的含量與國(guó)家土壤二級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值較為相近，存在潛在污染危險(xiǎn).

表1 和睦濕地農(nóng)田土壤基本理化性質(zhì)

表2 根際土重金屬含量

1.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

采用國(guó)家有關(guān)的食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限值評(píng)價(jià)蔬菜重金屬污染狀況，蔬菜中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)上限值分別為10.0、20.0、0.2、0.05、0.5、0.6 mg·(kg鮮重)-1.

1.3 評(píng)價(jià)方法

1.3.1 單因子污染指數(shù)方法及污染等級(jí)劃分

單因子污染指數(shù)計(jì)算方法[10]為Pi=Ci/Si.式中:Pi—蔬菜中污染物i的單項(xiàng)污染指數(shù)；Ci—蔬菜中污染物i的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)；Si—污染物i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn).根據(jù)蔬菜中重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)污染分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[11]：當(dāng)Pi<1時(shí)，污染級(jí)為清潔；1≤Pi<2時(shí)，污染級(jí)別為輕污染；2≤Pi<3時(shí)，污染級(jí)別為中污染；Pi≥3時(shí)為重污染.

1.3.2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)方法及污染等級(jí)劃分

2 結(jié)果與分析

2.1 蔬菜中的Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni含量狀況

所檢6種蔬菜中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni 含量狀況如表3所示，與國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中Cu≤ 10.0 mg·(kg 鮮重)-1、Zn≤20.0 mg·(kg 鮮重)-1和Cd≤0.05 mg·(kg 鮮重)-1的限量標(biāo)準(zhǔn)相比，6種蔬菜莖葉和根系中的Cu、Zn、Cd含量均未超標(biāo)；Pb含量則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了限量標(biāo)準(zhǔn)，污染程度相對(duì)嚴(yán)重；各蔬菜根系中的Cr和Ni含量亦超過(guò)了限量標(biāo)準(zhǔn)，而各蔬菜莖葉中Cr含量和Ni含量基本在限量標(biāo)準(zhǔn)值以下，但芥菜中Ni含量則存在一定超標(biāo)現(xiàn)象.由表4可知:蘿卜、芥菜和蠶豆的莖葉Pb含量及Cr含量明顯高于雪菜、小白菜以及大白菜，Ni含量則在芥菜和雪菜莖葉中較高；根系中，蠶豆、芥菜和大白菜的Pb含量相對(duì)較高，Cr含量與莖葉中相差不大.此外，大白菜和芥菜根系中的Ni含量平均值分別為1.30和1.22，達(dá)到限量標(biāo)準(zhǔn)的2倍.

表3 不同蔬菜中的Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni含量

表4 不同蔬菜中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni污染評(píng)價(jià)

2.2 不同蔬菜中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr和Ni污染評(píng)價(jià)

蔬菜污染評(píng)價(jià)結(jié)果如表4和表5所示.從單因子污染指數(shù)Pi來(lái)看，大白菜、小白菜、蘿卜、芥菜、蠶豆、雪菜中根系和莖葉的重金屬Cd、Zn、Cu的單項(xiàng)污染指數(shù)Pi均小于1，均為1級(jí)，屬清潔水平；就各蔬菜中重金屬Cr、Ni污染而言，由表5看出，除了雪菜、小白菜、大白菜、芥菜及蠶豆的根系中Cr的單因子污染指數(shù)Pi及芥菜、雪菜、大白菜的根系中Ni的單因子污染指數(shù)Pi大于1外，各蔬菜可食部分(包括蘿卜根系)中Cr、Ni的單因子污染指數(shù)Pi均小于1，均屬清潔水平.然而，由表5可見(jiàn)，各蔬菜莖葉及根系中Pb的單因子污染指數(shù)Pi均遠(yuǎn)大于1，污染等級(jí)均達(dá)重度污染水平，且以蘿卜、芥菜及蠶豆可食部分Pb的單因子污染指數(shù)Pi相對(duì)較高，污染更為嚴(yán)重.從綜合污染指數(shù)PM來(lái)看，各蔬菜的重金屬綜合污染指數(shù)均大于3，除了雪菜、小白菜、大白菜的重金屬綜合污染指數(shù)在6左右，其他均超過(guò)了10，甚至最高達(dá)到了29.565，均屬于重度污染；各蔬菜的莖葉中重金屬綜合污染指數(shù)大小順序?yàn)椋盒Q豆>蘿卜>芥菜>小白菜>大白菜>雪菜.結(jié)合兩項(xiàng)污染指數(shù)大小分析可以發(fā)現(xiàn)，各蔬菜莖葉中重金屬污染程度主要與其Pb污染有關(guān).因此，和睦濕地農(nóng)田土壤及蔬菜中的Pb污染需要引起有關(guān)部門(mén)的高度重視.

2.3 不同蔬菜對(duì)土壤Cu、Zn、Pb、Cd、Cr和Ni的富集特性

表5 不同蔬菜的綜合污染指數(shù)及污染程度

一般而言，植物中的重金屬主要來(lái)源于土壤，而且同一植物種類(lèi)對(duì)不同重金屬元素的吸收富集能力不同，不同種類(lèi)的植物對(duì)同一重金屬元素的吸收富集能力也不同.根據(jù)蔬菜樣品重金屬含量(表3)及其對(duì)應(yīng)土壤的重金屬含量(表2)，得到各種蔬菜的生物富集系數(shù)(生物體內(nèi)污染物的濃度與其生存環(huán)境中該污染物濃度的比值)，結(jié)果如表6所示，各蔬菜莖葉對(duì)Cu、Zn、Pb、Cd、Cr和Ni的富集存在明顯差異，除了蠶豆莖葉中的Cu、Zn富集系數(shù)及蘿卜、芥菜、蠶豆中的Pb富集系數(shù)大于5%，屬于高度富集外，其余蔬菜中的重金屬Zn和Pb的富集系數(shù)均多介于2%～5%之間，為中度富集，而各蔬菜莖葉Cu、Cr和Ni的富集系數(shù)均小于2%，即均為輕度富集.與莖葉相比，各種蔬菜根系對(duì)Cu、Zn、Pb、Cd、Cr和Ni的富集能力較強(qiáng)，6種蔬菜根系中，Cu在蠶豆根系中屬于高度富集，但在雪菜、小白菜、大白菜及芥菜中則為中度富集，而在蘿卜中為輕度富集；各蔬菜根系Zn的富集系數(shù)除了在蘿卜根系中小于5%，在其他蔬菜中均超過(guò)5%，屬于高度富集；各蔬菜根系Pb的富集系數(shù)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于5%，最高甚至達(dá)到了20.18%；重金屬Ni在根系中多數(shù)為輕度富集和中度富集；Cr在蠶豆根系中為高度富集，其余均為輕度和中度富集.另由表6可知，不同蔬菜對(duì)不同重金屬的富集能力基本一致，其順序大致為Pb、Zn、Cu、Ni、Cr、Cd.結(jié)合根際土中平均Pb含量低于國(guó)家二級(jí)土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)這一現(xiàn)象，分析蔬菜中的Pb污染除了來(lái)自土壤以外，空氣污染也有可能成為蔬菜Pb污染的重要來(lái)源.可見(jiàn)，需要根據(jù)不同作物對(duì)土壤重金屬富集間的差異性，有選擇地栽培作物，確定蔬菜基地的選址，以便減少作物對(duì)土壤重金屬的吸收富集，此外，加強(qiáng)大氣環(huán)境的治理以減少葉類(lèi)蔬菜的重金屬來(lái)源亦具有重要意義.

表6 不同蔬菜Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni富集系數(shù)

3 結(jié) 論

1)和睦濕地采樣區(qū)域中6種蔬菜中平均含Cu量、含Zn量及含Cd量均未超標(biāo)，而Pb含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了限量標(biāo)準(zhǔn)，污染程度相對(duì)嚴(yán)重.

2)單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，6種蔬菜根系和莖葉的重金屬Cd、Cu、Zn污染水平均屬清潔水平；多數(shù)蔬菜根系受到Cr、Ni污染，但各蔬菜莖葉中Cr、Ni均達(dá)清潔水平；6種蔬菜中Pb的污染等級(jí)均屬重度污染并致使各蔬菜綜合污染程度達(dá)重度污染水平，其中尤以蠶豆受Pb污染比較嚴(yán)重.

3)不同蔬菜對(duì)不同重金屬的富集能力基本一致，其順序大致為Pb、Zn、Cu、Ni、Cr、Cd.不同蔬菜根系對(duì)6種重金屬都具有高度富集性，6種蔬菜莖葉對(duì)重金屬Cu、Zn、Ni、Cr、Cd多為輕度富集，而對(duì)Pb則多為中度和高度富集，且不同蔬菜Pb富集系數(shù)大小順序?yàn)椋盒Q豆>蘿卜>芥菜>小白菜>大白菜>雪菜.

[1]孫國(guó)強(qiáng)，崔俊鳳.狠抓源頭治理，確保蔬菜質(zhì)量安全[J].北京農(nóng)業(yè)，2007(7)：10-11.

[2]周頎，黃陽(yáng)誠(chéng)，李翔,等.蔬菜質(zhì)量安全檢測(cè)體系建設(shè)探討[J].長(zhǎng)江蔬菜，2007(4)：1-2.

[3]張淼，葛顏祥，王仁強(qiáng).蔬菜安全生產(chǎn)保障體系研究:以山東省壽光市為例[J].農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，2007(4)：19-21.

[4]樊孝鳳，周向陽(yáng)，周德翼.蔬菜質(zhì)量安全問(wèn)題治理分析[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007(4)：484-485.

[5]謝正苗，李靜，徐建明,等.杭州市郊蔬菜基地土壤重金屬中Pb、Zn和Cu含量的環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué)，2006,27(4)：742-747.

[6]Song J,Zhao F,Steve P M.Influence of soil properties and aging on arsenic phytotoxicity[J].Environmental Toxicology and Chemistry , 2006,25(6): 1663-1670.

[7]謝正苗，李靜，陳建軍,等.中國(guó)蔬菜地土壤重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)的研究[J].生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2006,1(2)：172-179.

[8]馬瑾，萬(wàn)洪富，楊國(guó)義,等.東莞市蔬菜重金屬污染狀況研究[J].生態(tài)環(huán)境，2006,15(2)：319-322.

[9]王學(xué)峰，馮穎俊，林海,等.新鄉(xiāng)市部分市售蔬菜中重金屬污染狀況與質(zhì)量評(píng)價(jià)[J].河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006,43(3)：120-123.

[10]丁園，宗良綱，何歡,等.蔬菜中重金屬含量及其評(píng)價(jià)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007,35(33)：10672-10674.

[11]陳同斌，宋波，鄭袁名,等.北京市菜地土壤和蔬菜鎳含量及其健康風(fēng)險(xiǎn)[J].自然資源學(xué)報(bào)，2006，21(3)：349-361.