蔬菜的重金屬污染與治理措施研究進(jìn)展

帥正彬，王逸紅，楊　斌，郭江洪

(1.成都市農(nóng)林科學(xué)院園藝研究所，成都 溫江 611130；2.西南大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院，重慶 北碚 400700)

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蔬菜的重金屬污染與治理措施研究進(jìn)展

帥正彬1，王逸紅2，楊斌1，郭江洪1

(1.成都市農(nóng)林科學(xué)院園藝研究所，成都 溫江 611130；2.西南大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院，重慶 北碚 400700)

重金屬對(duì)人體的影響主要源于食用蔬菜，蔬菜是人體吸收重金屬的重要來(lái)源。本文綜述了蔬菜對(duì)重金屬富集規(guī)律、影響蔬菜吸收土壤重金屬的因素，闡述了蔬菜重金屬污染治理措施的研究進(jìn)展，包括控制污染源、施用土壤改良劑、植物修復(fù)技術(shù)、蔬菜田間生產(chǎn)布局、不同種植模式等。

土壤；蔬菜；重金屬污染；治理措施

重金屬是指比重>5的金屬，在環(huán)境污染方面主要有汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等具生物毒性的重元素。重金屬于大氣、水體、土壤環(huán)境中普遍存在，并在3種環(huán)境間相互遷移。重金屬在自然條件下很難分解且具有富集的特性，人體即使在低水平下長(zhǎng)期暴露，也極易累積重金屬發(fā)生中毒現(xiàn)象。在眾多重金屬中，以鎘、鉛、汞、銅、鋅、砷對(duì)人體健康影響較大。長(zhǎng)期暴露于重金屬環(huán)境下可對(duì)人體有以下影響[1,2]：重金屬汞可對(duì)腎臟、腦細(xì)胞造成損害，慢性汞中毒表現(xiàn)出神經(jīng)毒性，具體癥狀有頭痛、頭暈、運(yùn)動(dòng)失調(diào)、肢體麻木和疼痛、語(yǔ)言障礙、視野縮小、聽力障礙等，嚴(yán)重的可致畸胎、死胎和中毒死亡等。鎘于生物體內(nèi)富集，并通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體引起中毒。具體表現(xiàn)為：影響肝腎功能，腎小管損傷造成代謝紊亂，尿蛋白、尿糖含量上升，引發(fā)糖尿?。贿M(jìn)入呼吸道可引起肺炎、肺氣腫，進(jìn)入消化系統(tǒng)可引起腸胃炎；骨骼的代謝受阻，全身疼痛，易骨折，從而引起骨骼變形，軀體萎縮；孕婦鎘中毒易流產(chǎn)、新生兒畸形和死亡。人體鉛中毒會(huì)引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷，出現(xiàn)疲憊、頭疼、痙攣、食欲不振、記憶力減退和失眠等精神障礙；可損害骨髓造血系統(tǒng)，導(dǎo)致貧血；可對(duì)胃腸道造成胃腸黏膜出血，腸管痙攣；使人智力減退，尤其是兒童；影響成人生殖能力等。砷中毒主要為三價(jià)砷對(duì)酶系統(tǒng)的干擾，造成機(jī)體代謝障礙等，慢性砷中毒主要表現(xiàn)為皮膚色素高度沉著、皮膚增厚、角化過(guò)度、甚至皮膚癌；急性砷中毒主要表現(xiàn)為劇烈腹疼、腹瀉、惡心、嘔吐，嚴(yán)重情況可造成死亡。一般情況下，人接觸重金屬主要通過(guò)生活飲用水、空氣和降塵、食物3條途徑，其中又以膳食途徑最為嚴(yán)重。以鎘為例，正常情況下每人每天從空氣吸入量不超過(guò)0.02μg，而由飲水進(jìn)入的鎘量每人每天可達(dá)幾微克，通過(guò)食物攝入的鎘量每人每天可達(dá)幾十微克[3]，蔬菜已成為人類重金屬暴露的重要媒介[4]，人體中約70%的Cd來(lái)源于蔬菜[5]。

因此，研究蔬菜的重金屬污染與治理對(duì)于人類的健康和蔬菜安全生產(chǎn)非常重要，本文對(duì)蔬菜的重金屬污染治理措施的研究進(jìn)展作如下綜述。

1　土壤重金屬污染現(xiàn)狀與來(lái)源

土壤是植物體內(nèi)重金屬的重要來(lái)源，重金屬污染可改變土壤理化性質(zhì)，直接或間接地土壤生態(tài)環(huán)境，故而了解土壤中重金屬污染情況，可對(duì)蔬菜重金屬污染的認(rèn)識(shí)有一定現(xiàn)實(shí)意義[4]。有關(guān)資料表明我國(guó)土壤重金屬污染現(xiàn)狀不容樂觀，2013年宋偉等[6]通過(guò)檢索近千篇文獻(xiàn)、涉及全國(guó)31個(gè)省份和346個(gè)地級(jí)市的數(shù)據(jù)，推斷出我國(guó)約1/6的耕地受到不同程度的重金屬污染，數(shù)據(jù)顯示出以中部地區(qū)污染概率最高，東西部低的情況，分析認(rèn)為這可能與中部地區(qū)煤炭和金屬礦場(chǎng)以及開采相關(guān)。根據(jù)污染程度將耕地分級(jí)，屬清潔、尚清潔土壤的比例83.34%，輕污染、中污染、重污染比例分別為14.49%、1.45%、0.72%。對(duì)比重金屬元素，鎘元素被認(rèn)為是耕地重金屬污染中最主要的元素，污染發(fā)生概率達(dá)到25.20%。

2014年由環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部發(fā)布了全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)，通過(guò)達(dá)630萬(wàn)km2國(guó)土面積的點(diǎn)位調(diào)查，得知全國(guó)土壤總的超標(biāo)率為16.1%，污染類型以無(wú)機(jī)型為主，無(wú)機(jī)污染物超標(biāo)點(diǎn)位數(shù)占全部超標(biāo)點(diǎn)位的82.8%(無(wú)機(jī)污染物超標(biāo)調(diào)查情況見表1)。

表1　無(wú)機(jī)污染物超標(biāo)情況

不同土壤類型中，耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率為19.4%，其中輕微、輕度、中度和重度污染點(diǎn)位比例分別為13.7%、2.8%、1.8%和1.1%，主要污染物為鎘、鎳、銅、砷、汞、鉛、滴滴涕和多環(huán)芳烴。

目前相關(guān)學(xué)者對(duì)土壤重金屬污染來(lái)源有較一致的結(jié)果，研究認(rèn)為除了成土母質(zhì)、火山煙塵等自然因素外，人類活動(dòng)更是造成污染的最終來(lái)源。大多認(rèn)為工業(yè)污染為最主要原因，因采礦、冶煉、化工合成等產(chǎn)生的廢水廢渣亂排亂放直接進(jìn)入土壤，廢氣中微塵沉降于土壤表面等所致。農(nóng)業(yè)上因污水灌溉、濫用農(nóng)藥化肥以及施用含重金屬的污泥和城市生活垃圾為原料制成的有機(jī)肥等農(nóng)資也是一個(gè)重要原因。此外，因交通運(yùn)輸產(chǎn)生的汽車尾氣等也能使公路兩側(cè)土壤表面重金屬含量顯著增加[7-9]。

2　重金屬對(duì)蔬菜生長(zhǎng)的影響

某些重金屬為蔬菜所必需元素，微量重金屬對(duì)植物有一定促進(jìn)作用。大多數(shù)情況下，當(dāng)蔬菜體內(nèi)重金屬含量積累到一定閾值，就會(huì)對(duì)蔬菜表現(xiàn)出毒害作用，嚴(yán)重情況可致其死亡[10]。不同重金屬對(duì)蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育的影響有所不同。如洪春來(lái)等人的實(shí)驗(yàn)表明，鉛在低濃度下蔬菜沒有表現(xiàn)出明顯的受害癥狀，生長(zhǎng)正常，且有一定的促進(jìn)作用，刺激蔬菜地上部部分的生長(zhǎng)。隨著Pb濃度的增加，蔬菜表現(xiàn)出植株生長(zhǎng)矮小，葉片黃化，蔬菜部分葉片脫落的癥狀[11]。多項(xiàng)研究表明，鎘對(duì)植物的影響存在劑量效應(yīng)。鎘在一定濃度時(shí)可對(duì)植株有些許促進(jìn)，但稍升高Cd處理濃度，根和葉的生長(zhǎng)明顯受到抑制，高濃度下植株萎蔫矮小，葉片失綠，莖稈變黃變褐，甚至干枯，產(chǎn)量下降甚至死亡等癥狀[12-15]。鉻同鉛、鎘在低濃度下對(duì)植物有刺激作用，不同鉛鎘的是，鉻對(duì)植株地上部的影響比地下部大，植株隨鉻濃度增高較鉛、鎘對(duì)植株生長(zhǎng)的影響更為顯著，植株減產(chǎn)量更大，植株殘留量較少[16-17]。有研究認(rèn)為重金屬毒害的途徑可能有二：一是重金屬可通過(guò)取代某些酶和蛋白質(zhì)上的特定元素，降低其活性或變性；二是大量重金屬離子進(jìn)入植物體內(nèi)會(huì)影響離子間的原有平衡系統(tǒng)，擾亂正常離子吸收、運(yùn)輸、滲透和調(diào)節(jié)等功能的發(fā)揮，引起代謝過(guò)程紊亂[18]。

3　蔬菜對(duì)重金屬的富集規(guī)律

當(dāng)前的研究結(jié)果表明，蔬菜對(duì)重金屬富集在不同蔬菜種類、不同品種及基因型、不同器官部位等方面存在顯著差異。

3.1不同蔬菜種類對(duì)土壤中重金屬元素吸收積累的差異

不同蔬菜種類對(duì)土壤中不同重金屬吸收有所差異。李其林[19]等研究表明，葉菜類蔬菜較果菜類對(duì)重金屬Pb、Cd、Cr、Zn等富集能力強(qiáng)，蔬菜對(duì)重金屬Ni、Cu的吸收富集能力表現(xiàn)為果菜類強(qiáng)于葉菜類。趙小蓉[20]等對(duì)花菜、白菜、萵苣、蓮白、蘿卜、土豆這6種蔬菜田間試驗(yàn)的結(jié)果表明，蔬菜對(duì)重金屬的平均富集能力大小為Cd>Hg>Pb>As>Cr。就蔬菜對(duì)某一種重金屬元素的富集能力來(lái)說(shuō)，這6種蔬菜間差異較大。如對(duì)鉛富集能力最強(qiáng)者為花菜，最弱者為土豆；對(duì)鎘富集能力最強(qiáng)者為白菜，最弱者為土豆；對(duì)Hg富集能力最強(qiáng)者為萵苣，最弱者為蘿卜。這6種蔬菜總體表現(xiàn)為葉菜類對(duì)重金屬富集能力較強(qiáng)于根莖類蔬菜。賈麗等人試驗(yàn)得出蔬菜中重金屬總含量大小順序?yàn)椴げ?土豆>大蒜>大蔥>萵苣>黃瓜，蔬菜對(duì)各重金屬元素吸收大小順序?yàn)閆n>Cd>Pb>Cu>Cr[21]。

3.2蔬菜不同品種間吸收積累重金屬的差異

蔬菜不同品種對(duì)重金屬富集能力差異較大，井彩巧選用38個(gè)大白菜品種在含鎘、鉛重金屬的土壤上進(jìn)行品種比較試驗(yàn)，試驗(yàn)表明大白菜不同品種對(duì)不同重金屬吸收存在以下差異：在38個(gè)品種中，豐源2號(hào)、旺春白菜、驚春等品種鎘含量較高，顯著高于其他品種；而黃芯娃娃菜、黃芯48、菊錦等鎘含量低，顯著低于其他品種。不同品種間鉛含量也存在差異，鉛含量較高品種有四季黃、小雜60、豐抗80等，對(duì)應(yīng)鉛含量低者有黃芯48、陽(yáng)春結(jié)球、迎春等[22]。劉維濤[23]等研究發(fā)現(xiàn)在不同鎘處理?xiàng)l件下，不同基因型白菜對(duì)重金屬的富集差異顯著。如豐源新3號(hào)在盆栽和大田試驗(yàn)下，富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均顯著低于其他大部分品種；而北京小雜56表現(xiàn)出對(duì)鎘有很強(qiáng)的富集能力。

3.3蔬菜不同部位對(duì)重金屬的富集量不同

李海華[24]等研究了馬鈴薯、蘿卜、大白菜、番茄、茄子這幾種蔬菜各器官對(duì)重金屬元素鎘的累積特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)馬鈴薯、大白菜、番茄各器官鎘元素含量最高的為根，其次是莖葉，綠葉，最后為塊莖、果實(shí)等食用部位。蘿卜、茄子中鎘元素含量最高的則為莖葉、葉，其次為根。王曉芳等研究中發(fā)現(xiàn)蔬菜不同部位重金屬含量存在著以下表現(xiàn)：總體上水蘿卜葉對(duì)根的富集能力強(qiáng)，對(duì)不同重金屬的累積中以Pb和As的差距最為明顯，就根中Pb和As平均含量分別為1.034ug/g、0.144ug/g，葉中Pb和As平均含量分別為10.061ug/g、1.109ug/g，兩部位Pb和As平均含量差距近10倍；在黃豆中各部位重金屬含量平均值大小順序?yàn)槎谷~+豆角皮>豆莖>黃豆皮>黃豆，重金屬中Pb在豆葉中有明顯的富集程度，分析認(rèn)為這可能黃豆可通過(guò)葉面吸收空氣中的Pb并累積，是造成黃豆不同器官Pb含量差異的重要原因[25]。

楊暉[26]等認(rèn)為重金屬離子被植物的根吸收后，首先于根中積累，之后一部分被轉(zhuǎn)運(yùn)至植物其他部位，植物轉(zhuǎn)運(yùn)速度的差異是引起各重金屬在植物體內(nèi)不同部位分布出現(xiàn)差異的直接原因。研究結(jié)果顯示同一作物對(duì)Pb、Cd、As等的富集能力一般表現(xiàn)為根>葉、莖>果實(shí)，地下部位富集能力強(qiáng)于地上部位，Pb、Cd、As等重金屬在植物體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)相對(duì)較弱。而蘿卜卻表現(xiàn)為葉對(duì)Pb、Cd的富集能力強(qiáng)于根，分析認(rèn)為可能是在蘿卜體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)能力強(qiáng)，造成根、葉重金屬含量的差異。吳琦[27]等在不同土壤環(huán)境下蕹菜對(duì)Pb和Cd的富集性研究中發(fā)現(xiàn)蕹菜莖中的Pb平均含量分別是葉中的3.86、2.02倍,Cd平均含量分別是葉中的3.58、4.73倍。

4　蔬菜重金屬含量與土壤重金屬含量的相關(guān)性

一般蔬菜重金屬含量與大多數(shù)土壤重金屬含量呈明確的相關(guān)性。仝磊[28]就12種常見蔬菜重金屬與土壤重金屬的相關(guān)分析中得知，土壤中重金屬如Zn、Cu、Cd含量與大部分蔬菜的含量呈顯著的正相關(guān)；土壤有效態(tài)重金屬與蔬菜全量重金屬的分析中，大部分重金屬和蔬菜間相關(guān)性很好，而土壤有效態(tài)Pb卻與蔬菜全量重金屬無(wú)相關(guān)性，這可能與蔬菜對(duì)Pb的吸收方式有關(guān)[29]。

茹淑華[30]在研究復(fù)合重金屬污染對(duì)番茄富集規(guī)律的影響中，發(fā)現(xiàn)隨著土壤重金屬含量的增加，番茄各部位重金屬含量都呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，莖葉部分吸收量遠(yuǎn)大于果實(shí)和根系吸收量。隨著土壤重金屬濃度升高，莖葉的Cd吸收量呈一直上升的趨勢(shì)，而莖葉對(duì)Zn、Cu。Pb的吸收量則為先增加后下降。

5　土壤環(huán)境對(duì)蔬菜吸收重金屬的影響

由于土壤是一個(gè)復(fù)雜的體系，因而田間試驗(yàn)結(jié)果是各種影響因素作用的綜合結(jié)果[3]。就土壤環(huán)境對(duì)蔬菜吸收重金屬的影響而言，土壤中重金屬含量和存在形態(tài)、土壤各類理化性質(zhì)是其主要影響因素。

5.1土壤重金屬含量和存在形態(tài)

土壤環(huán)境中重金屬的毒性不僅與其總量有關(guān)，更大程度上由其形態(tài)分布決定，不同的形態(tài)產(chǎn)生不同的環(huán)境效應(yīng)，直接影響到重金屬的毒性、遷移及在自然界的循環(huán)，重金屬化學(xué)形態(tài)與重金屬的生物有效性密切相關(guān)[31]。學(xué)術(shù)界多采用Tessier法、BCR法提取分析土壤中重金屬，Tessier法為應(yīng)用最廣泛的方法，BCR法因其重現(xiàn)性較好，在歐洲各國(guó)得到廣泛應(yīng)用[32]。

Tessier提取方法認(rèn)為重金屬形態(tài)可分為可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳結(jié)合態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)。其中，可交換態(tài)最活躍，遷移性強(qiáng)，最易被植物所利用。殘?jiān)鼞B(tài)最穩(wěn)定，一般對(duì)環(huán)境比較安全。按活躍順序從大到小排序?yàn)榭山粨Q態(tài)>碳酸鹽結(jié)合態(tài)>鐵錳結(jié)合態(tài)>有機(jī)結(jié)合態(tài)>殘?jiān)鼞B(tài)[33]。而BCR提取法將重金屬形態(tài)可分為弱酸溶解態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)4種形態(tài)。除殘?jiān)鼞B(tài)重金屬，其余3種形態(tài)為重金屬與土壤各相通過(guò)各種物理化學(xué)作用結(jié)合而成，這三類形態(tài)重金屬被稱為次生相重金屬。一般認(rèn)為殘?jiān)鼞B(tài)重金屬性質(zhì)較穩(wěn)定，次生相重金屬含量的高低可表明重金屬的生物有效性，即含量越高，土壤重金屬毒害作用越強(qiáng)，生物利用重金屬形態(tài)容易程度為弱酸溶解態(tài)>鐵錳結(jié)合態(tài)>有機(jī)結(jié)合態(tài)[34]。

5.2土壤pH值

土壤pH值為土壤重要的理化性質(zhì)之一。重金屬形態(tài)分布與土壤pH值關(guān)系密切。土壤pH值改變重金屬的吸附位、吸附表面的穩(wěn)定性、存在形態(tài)和配位性能等。土壤pH值升高，土壤對(duì)重金屬離子的吸附力加強(qiáng)，從而固定重金屬離子。土壤pH值降低，土壤膠體負(fù)電荷減少，重金屬有效態(tài)含量增加[33]。一項(xiàng)對(duì)鉛冶煉廠附近農(nóng)田調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)：土壤pH值降低是導(dǎo)致重金屬生物有效性增加的原因之一，該研究認(rèn)為土壤pH值降低可助推重金屬有效態(tài)含量的轉(zhuǎn)化[35]。

5.3土壤Eh值

土壤Eh值，即土壤溶液的氧化-還原電位。土壤Eh值在很大程度上會(huì)影響植物對(duì)一些重金屬元素的吸收，在土壤環(huán)境中，重金屬與硫化物形成沉淀、與有機(jī)質(zhì)絡(luò)合、被鐵錳氧化物吸附等行為均受土壤氧化還原電位的影響。例如鎘在氧化條件下比還原條件更易由無(wú)效態(tài)轉(zhuǎn)化為水溶態(tài)和交換態(tài)。植物根系的氧化作用下，硫化物不穩(wěn)定發(fā)生氧化，重金屬被釋放，有效性得到增強(qiáng)，從而促進(jìn)了植物對(duì)重金屬的吸收。此外，氧化狀態(tài)下，植物根系可形成鐵氧化物膠膜，膠膜厚度和介質(zhì)中元素離子濃度影響根系對(duì)重金屬的吸收，一定厚度可促進(jìn)植物根系對(duì)鎘的吸收，過(guò)厚則成為重金屬吸收的阻礙層[36]。

5.4土壤類型

根據(jù)土壤不同大小土粒的比例可分為不同質(zhì)地的土壤。土粒比表面積與其吸附重金屬的能力有關(guān)。粘粒較砂粒、粉粒相比粒徑更小，且粘粒表面帶有負(fù)電荷，可有效吸附土壤中的重金屬離子。而砂粒，粉粒多的土壤空隙較多較大，重金屬離子易流失。因此土壤砷、鉛、鉻、汞、鎘重金屬元素含量與土壤砂粒、粉粒含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與土壤粘粒含量呈極顯著正相關(guān)，質(zhì)地粘重的土壤，重金屬含量較高[37]。

吳琦等通過(guò)盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)小蘿卜在水稻土、潮土兩種不同類型的土壤條件下對(duì)Pb和Cd的累積含量有較大差異，同一試驗(yàn)水平下，水稻土中的小蘿卜根Pb含量達(dá)到潮土中的21.58倍，Cd含量是潮土中的2.26倍，表明水稻土中重金屬的毒性高于潮土[38]。在蕹菜中也得到了類似的結(jié)果：同一水平下，水稻土中蕹菜莖、葉中Pb含量分別為潮土條件下的4.88倍、2.56倍，Cd含量分別為潮土條件下的3.04倍、4.02倍[27]。

5.5元素間的相互作用

土壤中重金屬元素之間，重金屬元素與其他養(yǎng)分元素之間存在交互作用。單一重金屬元素的試驗(yàn)研究能讓我們更清晰地認(rèn)識(shí)各種重金屬元素的性質(zhì)及元素間的差異。而自然環(huán)境下，重金屬污染往往是多種重金屬元素的復(fù)合污染，多元素間相互作用對(duì)植物的各方面的效應(yīng)值得研究。前人在研究鎘、鉛、鋅相互作用對(duì)作物的影響中發(fā)現(xiàn)當(dāng)鉛濃度高于鎘時(shí)，鎘對(duì)鉛存在很明顯的拮抗作用；在旱地土壤中，鎘、鋅比以1∶100施入時(shí)，煙草各器官鎘含量比單獨(dú)施入鎘下降70%～90%，對(duì)白菜的試驗(yàn)也有相近的結(jié)果；而在水田土壤中，鎘、鋅比達(dá)到1∶200和1∶400時(shí)，水稻根、莖葉中鎘含量比單獨(dú)施入鎘增加2倍和20倍以上，表現(xiàn)出協(xié)同作用；當(dāng)鎘、鉛、鋅同時(shí)施入土壤中，多種情況下重金屬元素之間都表現(xiàn)出拮抗作用[39]。另有試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)重金屬元素與養(yǎng)分元素交互作用的相關(guān)規(guī)律：水稻籽實(shí)中As含量與土壤中的全Se、全P含量呈極顯著的負(fù)相關(guān)；生菜中，隨營(yíng)養(yǎng)液Se濃度的增加，生菜不管是地上部分還是地下部分吸收As的含量明顯下降，表明了Se對(duì)As的拮抗作用。[40]

6　蔬菜重金屬污染的防治措施

6.1綜合治理工業(yè)“三廢”

對(duì)于“三廢”的治理，除了相關(guān)政策法規(guī)的約束，嚴(yán)格把握“三廢”排放標(biāo)準(zhǔn)以減輕對(duì)環(huán)境的壓力之外，還應(yīng)思考如何治理“三廢”本身。令人欣慰的是，國(guó)內(nèi)已有相關(guān)企業(yè)通過(guò)對(duì)“三廢”的綜合治理，真正實(shí)現(xiàn)了變廢為寶的實(shí)例。一部分工業(yè)企業(yè)通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新將“三廢”回收利用提取出副產(chǎn)品，節(jié)能減排之際增加企業(yè)產(chǎn)值。此外，從農(nóng)事活動(dòng)角度出發(fā)，禁止重金屬超標(biāo)的污水污泥、農(nóng)藥化肥、有機(jī)肥的施用，能有效控制重金屬?gòu)脑搭^進(jìn)入農(nóng)業(yè)環(huán)境[41,42]。

6.2施用土壤改良劑

近年來(lái)，使用土壤改良劑治理土壤重金屬污染受到廣泛關(guān)注。施用土壤改良劑實(shí)則是一種化學(xué)修復(fù)法，改良劑可通過(guò)調(diào)節(jié)土壤理化性質(zhì)以及對(duì)重金屬的吸附、沉淀、絡(luò)合、氧化還原等作用，改變土壤重金屬的存在形態(tài)，降低其生物有效性和遷移性。[43]土壤改良劑多為生活中常見物質(zhì)，如生石灰、堿性煤渣等因其來(lái)源廣泛經(jīng)濟(jì)廉價(jià)，常用于治理重金屬輕中度污染的土壤[44,45]。肖細(xì)元[46]等發(fā)現(xiàn)施用改良劑提高了土壤pH和脲酶活性,土壤有效態(tài)重金屬含量不同程度降低。與對(duì)照相比,石灰和鈣鎂磷肥處理顯著提高小白菜和西紅柿生物產(chǎn)量，降低小白菜葉中As含量,明顯抑制西紅柿莖葉對(duì)As、Cd和Pb的吸收(p<0.05);施加石灰明顯降低小白菜葉中Cd和Pb含量(p<0.05)。劉維濤[44]等研究結(jié)果顯示施用改良劑可升高土壤的pH值和降低土壤中重金屬有效態(tài)含量,顯著降低大白菜中重金屬含量.如在Pb含量為1500mg/kg的土壤上種植大白菜，施入石灰+雞糞+過(guò)磷酸鈣的改良劑,其地上部Pb含量小于2.0mg/kg,實(shí)現(xiàn)了大白菜在Pb<1500mg/kg污染土壤上的安全生產(chǎn)。杜志敏[31]等了解到改良劑提高了污染土壤pH,降低了土壤可交換態(tài)(EX)Cu、Cd含量;改良劑提高了土壤脲酶、酸性磷酸酶和過(guò)氧化氫酶活性,每種改良劑對(duì)土壤酶活性增加幅度隨其添加劑量增加而增大;土壤酶活性與土壤EX態(tài)Cu、Cd含量呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,與土壤pH呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系。丁園[47]等通過(guò)分析土壤重金屬浸出質(zhì)量分?jǐn)?shù)和浸出率來(lái)表征改良劑效果，結(jié)果表明石灰>粉煤灰>改性污泥，主要通過(guò)改變土壤pH值降低重金屬活性。

6.3植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)是指利用綠色植物對(duì)重金屬、有機(jī)物或放射性元素進(jìn)行轉(zhuǎn)移、容納或轉(zhuǎn)化,以達(dá)到對(duì)污染土壤的凈化作用。植物修復(fù)技術(shù)是以植物忍耐和超量積累某種污染物的理論為基礎(chǔ),利用植物及其共存微生物體系清除環(huán)境中污染物的一門環(huán)境污染治理技術(shù)[48]。與傳統(tǒng)物理化學(xué)等治理方法相比,這項(xiàng)技術(shù)以安全、高效、經(jīng)濟(jì)及其生態(tài)協(xié)調(diào)性等優(yōu)勢(shì)顯示出巨大潛力,成為學(xué)者研究熱點(diǎn)，因此篩選對(duì)重金屬耐受能力高以及具有富集和超富集能力的植物成為目前較新的修復(fù)途徑之一[49]。重金屬污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)可分為以下4種類型[50,51]:植物萃取技術(shù)、植物轉(zhuǎn)化技術(shù)、植物揮發(fā)技術(shù)、植物穩(wěn)定技術(shù)。植物萃取技術(shù)是利用對(duì)重金屬富集或超富集的特殊植物處理土壤污染，重金屬經(jīng)植物根系吸收后轉(zhuǎn)移、貯存到植物莖葉,然后收割莖葉,從而達(dá)到去除土壤重金屬元素的目的。這類植物需具有生物量大、生長(zhǎng)快和抗病蟲害能力強(qiáng)的特點(diǎn)，且富集能力應(yīng)表現(xiàn)在多種重金屬上，因?yàn)閷?shí)際情況中土壤重金屬污染多為復(fù)合污染。植物轉(zhuǎn)化技術(shù)是指利用植物的根部及其它部位通過(guò)新陳代謝作用等生理過(guò)程將污染物由一種形態(tài)轉(zhuǎn)化為另一種形態(tài)的過(guò)程。這種技術(shù)是通過(guò)改變重金屬形態(tài)，從而降低其危害性。植物轉(zhuǎn)化過(guò)程不同于植物降解,轉(zhuǎn)化后的污染物分子結(jié)構(gòu)不一定比轉(zhuǎn)化前的更簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)化后產(chǎn)物還有可能比轉(zhuǎn)化前物質(zhì)具更高或更低的生物毒性,但一般對(duì)植物本身無(wú)毒或低毒。植物揮發(fā)技術(shù)是利用植物根系分泌的一些特殊物質(zhì)或微生物使土壤中的污染物被植物吸收和轉(zhuǎn)化,以揮發(fā)狀態(tài)排出植物體外，被轉(zhuǎn)化后的毒性要小于轉(zhuǎn)化前的污染物質(zhì),以減輕環(huán)境危害。植物穩(wěn)定技術(shù)利用植物根際的一些特殊物質(zhì)使土壤中的污染物轉(zhuǎn)化為相對(duì)穩(wěn)定無(wú)害的物質(zhì)。這些植物通過(guò)根系分解、沉淀、螯合、氧化還原等多種過(guò)程可使污染物鈍化。

愈雅君[48]提到印度芥菜因其超富集特性，與植物修復(fù)中展現(xiàn)巨大潛力。在對(duì)于黑麥草和印度芥菜累積鋅的比較試驗(yàn)中，印度芥菜內(nèi)鋅濃度大大高于黑麥草，但生物量低成為印度芥菜在修復(fù)中的掣肘。吳卿等利用紫花苜蓿吸收河道底泥中的重金屬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)紫花苜蓿對(duì)Ni、Cu、Pb、Cr的降解效果較好，且延長(zhǎng)作物播種時(shí)間、增加播種次數(shù)可提高作物對(duì)重金屬的降解[52]。

6.4蔬菜品種合理布局

由前文可知道，不同蔬菜品種的富集能力有所差異，在進(jìn)行蔬菜生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)充分考慮土壤環(huán)境污染程度。徐明飛等人指出，我們可根據(jù)不同蔬菜品種的富集能力，參照《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無(wú)公害蔬菜安全要求》指導(dǎo)蔬菜生產(chǎn)[53]。汪雅各[54]的研究認(rèn)為瓜類、花菜對(duì)重金屬的富集系數(shù)低，可種植中等及以上污染區(qū)域；青菜、番茄對(duì)重金屬的富集能力中等，可種植在低污染及中等污染區(qū)域；菠菜、土豆、茄子、辣椒富集系數(shù)高，應(yīng)種植在低污染及以下區(qū)域。類似地，李博文[55]等人根據(jù)蔬菜可食部分對(duì)重金屬吸收累積的特點(diǎn)，將蔬菜分為4種累積類型：低度累積型有胡蘿卜、茄子、芥菜、絲瓜、番茄、辣椒，受污染程度輕，在進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)可作為優(yōu)先種植對(duì)象；中度累積型有白蘿卜、菜花、萵苣、大蔥、小白菜、韭菜，在重金屬污染情況不嚴(yán)重的土壤中可適當(dāng)種植；重度累積型有芹菜、茴香、香菜、圓白菜、蓬蒿，種植時(shí)應(yīng)避免重金屬污染的土壤；極重度累積型有白菜、油菜，種植最好選用清潔土壤，不在重金屬污染的土壤中種植。

6.5合理規(guī)劃種植模式

蔬菜生產(chǎn)時(shí)不同的輪作模式對(duì)防治蔬菜重金屬污染的效果不一。黃寶同[56]等人經(jīng)過(guò)不同輪作模式下對(duì)菜地重金屬影響的試驗(yàn)，認(rèn)為菠菜-西紅柿-蕓豆輪作模式可在一定程度上減少試驗(yàn)地土壤中鎘含量，降低土壤重金屬綜合指數(shù)。選擇蔬菜種類時(shí)應(yīng)充分考慮其重金屬富集性，比如鎘容易在土壤表層富集，導(dǎo)致土壤表面含量最高，而葉菜類根系較淺，因此葉菜類蔬菜的種植需謹(jǐn)慎。郭曉靜[57]等人在一鎘污染的土壤中開展的輪作模式試驗(yàn)，得出白蘿卜-番茄-青蘿卜的種植模式較其他模式更具優(yōu)勢(shì)，該模式除了能有效減少生產(chǎn)蔬菜可食部位對(duì)鎘元素的積累，且產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益位居首位，這對(duì)該模式治理重金屬污染的農(nóng)業(yè)推廣更具現(xiàn)實(shí)意義。前人就根據(jù)不同種類對(duì)重金屬富集的差別，進(jìn)行了蔬菜重金屬低富集輪作。該實(shí)驗(yàn)根據(jù)蔬菜生產(chǎn)狀況，土壤污染分區(qū)，蔬菜對(duì)重金屬的富集系數(shù)，合理選用蔬菜品種進(jìn)行輪作。研究表明與普通輪作相比，可使污染田塊的重金屬含量降低50%～80%，此外還可明顯提高蔬菜產(chǎn)量和產(chǎn)值。其中，黃瓜、花椰菜、甘藍(lán)、豇豆、花、葉、莖類蔬菜作物是低富集輪作的優(yōu)先選擇的對(duì)象[58]。

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2016-7-19

四川省蔬菜創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)——無(wú)公害蔬菜栽培技術(shù)研究與應(yīng)用崗位

帥正彬(1967-)，女，研究員。