濟(jì)南市菜地蔬菜富集重金屬的特征研究

賈 麗，郭篤發(fā)，王龍龍

(山東師范大學(xué)人口·資源與環(huán)境學(xué)院，山東濟(jì)南 250014)

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濟(jì)南市菜地蔬菜富集重金屬的特征研究

賈 麗，郭篤發(fā)*，王龍龍

(山東師范大學(xué)人口·資源與環(huán)境學(xué)院，山東濟(jì)南 250014)

[目的]以濟(jì)南市菜地為研究對(duì)象，通過研究不同蔬菜品種富集重金屬的特征，篩選出抗重金屬污染的蔬菜品種。[方法]田間采樣與室內(nèi)分析相結(jié)合。[結(jié)果]濟(jì)南市菜地土壤中重金屬全量果菜類>葉菜類>莖菜類；蔬菜各部位中Zn富集最多，Cd富集最少；不同蔬菜可食部位重金屬含量存在差異，同種蔬菜可食部位不同重金屬含量也存在明顯差異。[結(jié)論]蔬菜富集重金屬能力大小為Zn>Cd>Pb>Cu>Cr，黃瓜最不容易積累重金屬，菠菜和土豆富集系數(shù)較大，抗重金屬污染能力弱。

土壤；蔬菜；重金屬；富集；特征

蔬菜是人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚氖澄镏?，可以為人體提供多種維生素和礦物質(zhì)。但是，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類活動(dòng)的加劇，土壤中重金屬不斷積累[1]。2014年4月，由環(huán)保部和國土資源部主導(dǎo)完成的首次全國土壤污染狀況公報(bào)顯示，全國土壤質(zhì)量狀況不容樂觀，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂。全國20億畝耕地面積有16%以上受到重金屬污染。農(nóng)業(yè)部2002～2011年進(jìn)行了4次農(nóng)田污染情況調(diào)查，總調(diào)查面積292.16萬hm2，超標(biāo)面積29.79 hm2，總超標(biāo)率為10.2，其中鎘污染最嚴(yán)重，其次是砷、汞、銅、鉛。蔬菜依賴于土壤生長，一旦土壤遭受重金屬污染，不僅引起作物減產(chǎn)、質(zhì)量下降，而且通過食物鏈傳播，危害人類的身體健康。

近年來，學(xué)術(shù)界對(duì)蔬菜富集重金屬進(jìn)行了大量的研究。同種植物對(duì)不同重金屬元素的富集能力有差異，不同種植物對(duì)同種重金屬元素的富集能力也存在差異[2-3]。茹淑華等[4]對(duì)河北省永年蔬菜中污染物的調(diào)查表明，葉菜類蔬菜對(duì)重金屬Zn、Pb和Cd的富集能力高于果菜類和根菜類蔬菜，三類蔬菜對(duì)重金屬的富集能力大小為Cd>Zn>Cu>Pb。李其林等[5]對(duì)重慶市蔬菜中重金屬的研究表明，葉菜類中大部分重金屬含量高于果菜類。筆者以山東省濟(jì)南市各縣區(qū)、地級(jí)市的蔬菜種植區(qū)為研究區(qū)域，對(duì)蔬菜富集重金屬Cu、Zn、Pb、Cd和Cr的特征規(guī)律進(jìn)行研究，為濟(jì)南市蔬菜生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品的采集與處理濟(jì)南市地處山東省中西部，地勢(shì)南高北低，屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候。境內(nèi)主要有黃河、小清河、徒駭河三大河流。土壤類型主要為潮土和棕壤。

2013年5月，在濟(jì)南市(包括章丘市、長清區(qū)、歷城區(qū)、平陰縣、濟(jì)陽縣和商河縣)選取靠近水源地的蔬菜地，采集土壤和蔬菜樣品。土壤樣品為相應(yīng)耕層0～20、20～40 cm的土壤。采樣點(diǎn)用GPS定位，同一樣點(diǎn)采樣3次，混合均勻?yàn)?個(gè)土樣。蔬菜樣品有菠菜、萵苣、大蔥、大蒜、黃瓜和土豆。每次采集1～2株。共采集土壤樣品56個(gè)，對(duì)應(yīng)地塊的蔬菜樣品36個(gè)。

土壤樣品風(fēng)干、研磨后全部過2 mm篩保存待測，采用四分法取對(duì)角二組約1 kg土，磨碎過110目尼龍篩。蔬菜樣品分成根、莖、葉等部分，用自來水反復(fù)清洗，并且用去離子水清洗干凈，稱其鮮重，在烘箱中烘干，再稱其干重，最后將蔬菜樣品磨細(xì)，備用。

1.2 蔬菜和土壤樣品重金屬含量分析土壤重金屬Cu、Zn、Pb、Cd、Cr全量采用HF-HNO3-HClO4三酸消化，火焰原子吸收法測定。蔬菜重金屬Cu、Zn、Pb、Cd、Cr全量采用HNO3-HClO4消煮，用火焰原子吸收法測定[6]。在樣品測定過程中插入國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行質(zhì)量控制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種蔬菜土壤重金屬全量根據(jù)蔬菜食用器官分類法，將6種蔬菜分類，其中黃瓜為果菜類，土豆為莖菜類，菠菜、萵苣、大蔥、大蒜為葉菜類。

由表1可知，三類蔬菜土壤中Pb、Cd、Cr、Cu、Zn的全量范圍依次是14.450～25.300、0.600～1.625、11.750～22.625、16.275～45.525、36.180～84.600 mg/kg。不同種蔬菜土壤中重金屬全量有相同的大小規(guī)律，均為Zn >Cu>Pb>Cr >Cd。土壤中Pb平均含量最大的是大蒜，最小的是土豆；Cd含量最大的是黃瓜，最小的是萵苣；Cr含量最大的是黃瓜，最小的是土豆；Cu含量最大的是菠菜，最小的是土豆；Zn含量最大的是黃瓜，最小的是大蒜?？梢姡N植黃瓜和菠菜的土壤重金屬含量比種植大蔥和土豆的土壤高。三類蔬菜土壤重金屬全量均表現(xiàn)為果菜類>葉菜類>莖菜類。這與王麗鳳等[7]對(duì)沈陽市蔬菜調(diào)查出的土壤重金屬全量大小為葉菜類>根菜類>瓜菜類的結(jié)果不同。這是由于種植黃瓜的蔬菜大棚較其他在大田中種植的蔬菜農(nóng)藥、化肥攝入多。

三類蔬菜中果菜類土壤中重金屬變異系數(shù)最小，莖菜類蔬菜土壤中重金屬變異系數(shù)大小順序?yàn)镃d>Cr>Zn>Cu>Pb，葉菜類蔬菜土壤中重金屬變異系數(shù)大小順序?yàn)镃d>Cu>Zn>Pb、Cr。

表1 不同種蔬菜土壤重金屬全量特征

2.2 不同蔬菜種類各部位重金屬分布特征由表2可知，果菜類蔬菜葉中重金屬平均含量大小為Cu>Zn>Pb>Cr>Cd，果菜類果實(shí)和莖菜類各部位重金屬平均含量大小為Zn>Cu>Pb>Cr>Cd，葉菜類各部位重金屬平均含量大小為Zn>Pb>Cu>Cr>Cd。Zn、Cu在蔬菜中富集較多，但是它對(duì)人體新陳代謝有積極作用，加之食品重金屬限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中Cu、Zn限量標(biāo)準(zhǔn)值分別為10、20 mg/kg，正常攝入量較寬，所以人體不易發(fā)生Zn、Cu中毒[8]。

表2 不同蔬菜種類各部位重金屬的含量特征

2.3 不同蔬菜可食部分重金屬含量由表3可知，Pb在不同蔬菜可食部分平均含量范圍是0.46～2.78 mg/kg，變異系數(shù)范圍是0.16～0.40；Cd在不同蔬菜可食部分平均含量范圍是0.01～0.15 mg/kg，變異系數(shù)范圍是0.21～0.62；Cr在不同蔬菜可食部分平均含量范圍是0.26～1.38 mg/kg，變異系數(shù)范圍是0.11～0.41；Cu在不同蔬菜可食部分平均含量范圍是0.81～2.85 mg/kg，變異系數(shù)范圍是0.11～0.33；Zn在不同蔬菜可食部分平均含量范圍是2.23～17.78 mg/kg，變異系數(shù)范圍是0.10～0.56。不同蔬菜可食部分中重金屬Pb、Cd、Cr、Cu、Zn平均含量大小為大蒜>菠菜>土豆>大蔥>萵苣>黃瓜，菠菜>土豆>大蔥>萵苣>大蒜>黃瓜，土豆>大蒜>菠菜>大蔥>萵苣>黃瓜，土豆>菠菜>大蒜>大蔥>萵苣>黃瓜，菠菜>土豆>大蒜>萵苣>大蔥>黃瓜?？梢?，黃瓜可食部分各重金屬含量均為最低，變異系數(shù)較小，大蒜中Pb含量最高，菠菜中Cd和Zn含量最高，土豆中Cr和Cu含量最高。由此可知，不同種類蔬菜中同一重金屬含量存在差異，同種蔬菜中不同重金屬含量也存在明顯差異。

表3 不同蔬菜可食部分重金屬含量特征

2.4 不同蔬菜富集重金屬的能力富集系數(shù)是蔬菜體內(nèi)污染物含量與對(duì)應(yīng)土壤中該污染物含量的比值。土壤中重金屬含量在一定程度上影響蔬菜中重金屬含量。因此，富集系數(shù)可以用來表示蔬菜吸收重金屬能力的強(qiáng)弱[9]。富集系數(shù)越大，說明蔬菜更容易從土壤中吸收該元素，抗土壤重金屬污染的能力則越弱[10]。

由表4可知，Zn的移動(dòng)性最強(qiáng)，各個(gè)蔬菜中Zn的富集系數(shù)遠(yuǎn)高于其他蔬菜，蔬菜中重金屬元素的富集系數(shù)大小為Zn>Cd>Pb>Cu>Cr。由平均富集系數(shù)可知，各種蔬菜富集重金屬能力大小為菠菜>土豆>大蒜>大蔥>萵苣>黃瓜，各種蔬菜富集重金屬Pb能力大小為菠菜>大蒜>土豆>大蔥>萵苣>黃瓜，各種蔬菜富集重金屬Cd能力大小為菠菜>土豆>大蔥>萵苣>大蒜>黃瓜，各種蔬菜富集重金屬Cr能力大小為土豆>大蒜>菠菜>大蔥>萵苣>黃瓜，各種蔬菜富集重金屬Cu能力大小為土豆>大蒜>菠菜>萵苣>大蔥>黃瓜，各種蔬菜富集重金屬Zn能力大小為菠菜>土豆>大蒜>萵苣>大蔥>黃瓜?？梢?，黃瓜最不容易積累重金屬，菠菜和土豆富集系數(shù)是黃瓜的3倍多，抗重金屬污染能力最弱。

表4 不同蔬菜對(duì)重金屬元素的富集系數(shù)

3 結(jié)論

研究表明，濟(jì)南市菜地土壤中重金屬全量大小為果菜類>葉菜類>莖菜類，果菜類土壤中重金屬變異系數(shù)最?。皇卟烁鞑课恢衂n富集最多，Cr、Cd在蔬菜中含量最少；黃瓜可食部分各重金屬含量均為最低，變異系數(shù)較小，大蒜中Pb含量最高，菠菜中Cd和Zn含量最高，土豆中Cr和Cu含量最高?？梢姡煌N類蔬菜中同一重金屬含量存在差異，同種蔬菜中不同重金屬含量也存在明顯差異；蔬菜富集重金屬能力大小為Zn>Cd>Pb>Cu>Cr，最不容易積累重金屬的蔬菜是黃瓜，菠菜和土豆富集系數(shù)較大，抗重金屬污染能力弱。

[1] 梁稱福，陳正法，劉明月.蔬菜重金屬污染研究進(jìn)展[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2002(4)：45-48.

[2] LEI B K,FAN M S,CHEN Q S J,et al.Soil and vegetables enrichment with heavy metals from geological sources in Gilgit, northern Pakistan[J].Ecotoxicology and Environmental Safety,2010,73(7):1820-1827.

[3] CHEN W P, LI L Q, CHAN G A C, et al.Characterizing the solid solution partitioning coefficient and plant uptake factor of As, Cd, and Pb in California croplands[J].Agr Ecosyst Environ, 2009, 129: 212-220.

[4] 茹淑華，張國印，孫世友，等.蔬菜富集重金屬Cu、Zn、Pb和Cd的特征和規(guī)律研究[M]//中國土壤學(xué)會(huì).土壤科學(xué)與生態(tài)安全和環(huán)境健康.北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2008：321-326.

[5] 李其林，劉光德，黃韻，等.蔬菜中重金屬特征研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2004,20(3)：40-44.

[6] 魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，1999:1-9，13，205-226.

[7] 王麗鳳，白俊貴.沈陽市蔬菜污染調(diào)查及防治途徑研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)，1994,13(2)：84-88.

[8] 馬往校，段敏，李嵐.西安市郊區(qū)蔬菜中重金屬污染分析與評(píng)價(jià)[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)，2000(2)：96-98.

[9] 朱宇恩，趙燁，李強(qiáng)，等.北京城郊污灌土壤-小麥(Triticumaestivum)體系重金屬潛在健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2011,30(2)：263-270.

[10] 宋波，陳同斌，鄭袁明，等.北京市菜地土壤和蔬菜鎘含量及其健康風(fēng)險(xiǎn)分析[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2006,26(8)：1343-1351.

Characteristic of Heavy Metal Accumulation in Vegetables in Jinan Vegetable Fields

JIA Li, GUO Du-fa*, WANG Long-long

(College of Population, Resources and Environment, Shandong Normal University, Jinan, Shandong 250014)

[Objective] In Jinan vegetable fields, the characteristics of heavy metal accumulation in different vegetables were studied to identify pollution-tolerant vegetable varieties. [Method] The study combined the field sampling with laboratory analysis was carried out. [Result] The concentration of heavy metals in soil of Jinan vegetable fields was fruit vegetables>leaf vegetables>stem vegetables. Heavy metal Zn was the highest in different vegetable parts, while Cd was the least. The concentration of heavy metals in different vegetable types was different and it in the same type of vegetables was different. [Conclusion] The enrichment ability of vegetables for heavy metals was Zn>Cd>Pb>Cu>Cr. Cucumber (Cucumissativus) was the most difficult to accumulate heavy metals.The bioaccumulation of spinach (Spinaciaoleracea) and potato (Solanumtuberosum) was high, so their abilities against heavy metal pollution were weak.

Soil; Vegetable; Heavy metal; Accumulation; Characteristic

濟(jì)南市科技計(jì)劃項(xiàng)目(201202086)。

賈麗(1989-)，女，山東濟(jì)南人，碩士研究生，研究方向：土壤生態(tài)學(xué)。*通訊作者，教授，碩士生導(dǎo)師，從事環(huán)境生態(tài)學(xué)、土壤生態(tài)學(xué)方面的研究。

2014-11-24

S 153.6;X 820.4

A

0517-6611(2015)02-117-03