土壤中重金屬Cd含量與葉類蔬菜中Cd含量的相關(guān)性

賈相岳

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，山西太谷030800）

土壤中重金屬Cd含量與葉類蔬菜中Cd含量的相關(guān)性

賈相岳

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，山西太谷030800）

以3種葉菜類蔬菜（生菜、油菜、菠菜）為研究對象，采用盆栽試驗、向土壤中添加不同含量Cd的方法，研究土壤中Cd含量與蔬菜中Cd含量的相關(guān)性，旨在為葉類蔬菜種植提供技術(shù)支持。結(jié)果表明，向土壤中添加低含量的Cd，對3種蔬菜的生長及產(chǎn)量均呈極顯著的促進作用，高含量Cd則對蔬菜的產(chǎn)量及生長有毒害作用；3種蔬菜對重金屬Cd的吸收能力表現(xiàn)為菠菜＞生菜＞油菜，表明菠菜對Cd的富集能力最強，油菜最弱；隨著土壤中添加Cd含量的增加，菠菜、油菜、生菜中Cd含量均呈極顯著增加。相關(guān)性分析表明，土壤中Cd含量與蔬菜中Cd含量存在極顯著的正相關(guān)（P＜0.000 1），相關(guān)系數(shù)分別為：菠菜0.999 2，生菜0.997 7，油菜0.997 7。

土壤；葉類蔬菜；Cd含量；相關(guān)性

近年來，隨著農(nóng)業(yè)、工業(yè)的發(fā)展，城市垃圾、工礦業(yè)的廢渣和廢水、大氣沉降物等具有潛在毒性的物質(zhì)不斷排入水體和土壤。工業(yè)“三廢”的排放導(dǎo)致土壤中重金屬污染日益嚴重，主要包括無機污染和有機污染，其中，無機污染物尤以重金屬類最為突出。過量的重金屬給生態(tài)系統(tǒng)帶來壓力，同時也會被植被吸收，通過食物鏈進入人體并累積，給人類健康帶來潛在的危險[1-5]。蔬菜是生活中不可缺少的食品之一，而由于土壤污染和殺蟲劑問題，蔬菜重金屬和農(nóng)藥殘留問題比較嚴重，雖然一般不會造成人體急性中毒，但可以通過食物鏈在人體中累積危害人們的身體健康[6]。據(jù)估計，人體中的Cd有70%來自于蔬菜[7]；重金屬Cd生物毒性極高，在土壤中不能被淋洗，不能被微生物分解，難以修復(fù)治理，嚴重影響食品衛(wèi)生安全和農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)布局。

重金屬Cd污染問題受到人們極大的關(guān)注，防治重金屬污染、保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全也逐漸成為各國研究的熱點課題[8-10]。自從1955年日本富山縣發(fā)現(xiàn)“痛痛病”，即由于長期食用被Cd污染的食物所致[11]，鎘污染問題越來越引起人們的注意。孫清斌等[12]對礦區(qū)農(nóng)田土壤小麥體系中重金屬污染研究表明，小麥穗中Pb，Cd，Zn，Cu的含量均超標(biāo)，Cd，Pb超標(biāo)倍數(shù)遠大于Cu，Zn。

20世紀90年代初期，上海市就已針對綠葉蔬菜及種植蔬菜區(qū)的土壤進行調(diào)查，結(jié)果顯示，大部分綠葉蔬菜中含有重金屬元素，且受Cd污染尤為嚴重[13]。茹淑華等[14]采用溫室土培盆栽試驗研究了重金屬Cd在土壤-蘿卜系統(tǒng)中的遷移累積規(guī)律，結(jié)果表明，隨著土壤重金屬處理濃度的增加，蘿卜根系的Cd濃度明顯增加。唐家黎等[15]對內(nèi)蒙古通遼地區(qū)污水灌溉區(qū)的土壤進行了采樣，并分析了土壤及植物中Cu，Zn，Pb，Cr，Cd元素的含量。根據(jù)GB 15618—1995土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準對檢測結(jié)果進行了單因子分析與評價，結(jié)果表明，土壤及植物中Cr，Cd的含量明顯超標(biāo)。馬往校等[16]對不同綠色蔬菜吸收土壤中重金屬元素的能力進行了大量的研究，結(jié)果表明，不同植物吸收的重金屬含量具有顯著差異，大小順序為根菜＞葉菜＞果菜。目前，關(guān)于不同作物對土壤重金屬的吸收累積特征的研究、重金屬污染分布和污染程度調(diào)查方面的成果較多，而有關(guān)土壤中重金屬含量與葉類植物中重金屬含量的相關(guān)性研究不夠深入，這方面存在大量的不確定因素。不同種類蔬菜由于吸收重金屬元素的生理生化機制不同，對重金屬的吸收積累也存在差異[17-19]，因此，可以利用不同蔬菜種類及品種對重金屬吸收積累能力不同這一特點，通過篩選重金屬低積累型蔬菜品種來適應(yīng)蔬菜生產(chǎn)布局。但目前這方面的研究還鮮見報道。

本試驗以生菜、油菜和菠菜3種日常食用較多的綠色蔬菜作為研究對象，通過人工向土壤中添加不同含量的Cd元素進行種植試驗，以探索不同葉類蔬菜中Cd含量、土壤與蔬菜中重金屬Cd含量的相關(guān)性及食用部分重金屬積累量，旨在通過對重金屬低積累型蔬菜品種的篩選，為蔬菜食用安全和種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

1.1.1 土壤 采樣地點為太谷縣山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院開心農(nóng)場，其土壤基本理化性狀列于表1。將采取的土壤曬干、粉碎、過篩和去除雜質(zhì)后，與同體積干燥鋸末充分混合均勻，作為供試土壤。

表1 供試土壤樣品基本理化性狀

1.1.2 蔬菜 生菜、油菜、菠菜菜籽購買于太谷縣種子市場。

1.2 試驗設(shè)計

試驗用外源Cd為Cd（NO3）2·4H2O溶液（分析純），用去離子水配成母液后，再稀釋配成溶液，按照Cd添加量分別為0，0.15，0.25，0.35，0.45，1.35，2.45 mg/kg的設(shè)計水平，噴灑到盆栽試驗的土壤中，邊噴邊攪拌，以保證Cd的均勻分布。采用直徑為20 cm的花盆，將土壤混合均勻后裝入花盆，盆中土壤約1.5 kg。3種葉類蔬菜各設(shè)7個處理，每個處理重復(fù)3次，處理后土壤Cd含量列于表2。使用小噴霧器加水，使其土壤含水量為55%（整個生長期一致），2 d后播種。出苗7 d后間苗，生長期間所有處理管理一致。培養(yǎng)40～45 d后，收獲整株測量3種蔬菜生物量（干質(zhì)量）及Cd含量。

表2 不同處理土壤中Cd含量 mg/kg

1.3 測定項目及方法

各指標(biāo)的測定方法參照《土壤農(nóng)化分析》[20]進行。

Cd含量采用王水-HClO4消煮-火焰原子吸收光譜法測定（上海精科AA320N型原子吸收分光光度計）；pH值采用pH計測量（E-201-C-9型pH復(fù)合電極）；有機質(zhì)采用重鉻酸鉀-外加熱法測定；全氮含量采用半微量開氏法（上海洪記KDN-08型定氮儀/消化爐）測定；全磷含量采用HClO4-H2SO4消煮-鉬銻抗比色法測定；全鉀含量采用NaOH熔融-火焰光度法（上海精科6400A型火焰光度計）測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Office 2010，SPSS 16.0和Sigmaplot 10.0軟件對各組試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理與3種蔬菜生物量差異顯著性分析

為尋求不同含量Cd對綠葉蔬菜生物量的影響，對3種蔬菜的干質(zhì)量進行測定，并對每種設(shè)定含量下3種蔬菜的干質(zhì)量進行方差分析（圖1）。

由圖1可知，經(jīng)由不同含量Cd處理的土壤中，3種蔬菜的干質(zhì)量均存在極顯著差異（P＜0.000 1）。在土壤Cd含量為0.18～0.66 mg/kg時，隨著Cd含量的升高，3種綠葉蔬菜干質(zhì)量均呈顯著增加的趨勢。其中，油菜的增幅趨勢最為明顯，在5種設(shè)定含量下蔬菜干質(zhì)量均呈現(xiàn)極顯著差異（P＜0.000 1）；菠菜和生菜干質(zhì)量也存在顯著或極顯著差異。在土壤Cd含量為1.54～2.60 mg/kg時，相比前5種低含量Cd處理的土壤，3種蔬菜的干質(zhì)量均呈極顯著下降趨勢（P＜0.000 1），下降幅度菠菜最為明顯。

由上可知，土壤中Cd含量的變化對蔬菜的生物量有顯著影響，在低含量范圍內(nèi)，重金屬Cd對蔬菜生長有促進作用。楊金鳳等[21]對低含量Cd與油菜生長進行研究，結(jié)果表明，Cd含量小于1 mg/kg時，對油菜的生長有促進作用。本研究的3種蔬菜在土壤Cd含量低于1 mg/kg時，隨著Cd含量增大，其干質(zhì)量均增加；但在高含量Cd的土壤環(huán)境下，3種蔬菜干質(zhì)量均顯著下降，且在植物生長期間發(fā)現(xiàn)，在高含量Cd環(huán)境下生長的蔬菜葉片有發(fā)黃的現(xiàn)象，說明高含量重金屬Cd對蔬菜的生長有毒害作用。

2.2 3種蔬菜對Cd富集能力評價分析

其評價標(biāo)準如表3[13]所示。

表3 蔬菜中重金屬Cd污染分級

從表4可以看出，隨著土壤中Cd含量的增加，3種綠葉蔬菜中Cd含量均隨之增加，但增加的幅度有所不同，在低含量下（處理1～5，Cd含量小于1 mg/kg），具體表現(xiàn)為菠菜＞生菜＞油菜。從表3，4可以看出，在處理1中，未添加外源Cd的情況下（土壤中Cd含量為0.18 mg/kg），3種蔬菜中的Cd含量均未超出國家蔬菜食品衛(wèi)生標(biāo)準（五級，警戒值）；但隨著向土壤中添加外源Cd的增加（處理2～7），蔬菜中Cd含量均超過國家標(biāo)準，其中，菠菜的超標(biāo)率最大，生菜次之，油菜最小。

表4 不同處理蔬菜中Cd含量 mg/kg

以上分析可以得出，3種蔬菜對重金屬Cd的富集能力大小不同，其中，菠菜富集Cd的能力最強，生菜次之，油菜最小。同時也說明控制土壤中重金屬Cd含量，可以有效地避免Cd通過食物鏈向人體中遷移和富集，避免潛在危害。

2.3 不同處理土壤與蔬菜中Cd含量相關(guān)性分析

對3種葉類蔬菜中Cd含量與相對應(yīng)土壤中Cd含量的相關(guān)性進行了分析，其相關(guān)性結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，3種蔬菜中Cd含量與相對應(yīng)土壤中Cd含量均呈極顯著正相關(guān)（P＜0.000 1），相關(guān)系數(shù)分別為：油菜0.997 7，生菜0.997 7，菠菜0.999 2。表明土壤中Cd含量越高，蔬菜中Cd含量同樣也越高。

3 結(jié)論與討論

本試驗以3種葉菜類蔬菜（生菜、油菜、菠菜）為研究對象，采用盆栽試驗、向土壤中添加不同含量Cd的方法，分析了不同含量下3種蔬菜的生物量、富集特性及土壤與蔬菜中Cd含量的相關(guān)性，結(jié)果表明，土壤中Cd含量相對較低時，不會影響蔬菜的生長和產(chǎn)量，相反還有增產(chǎn)作用；高含量Cd對蔬菜產(chǎn)量和生長均有不利作用。隨土壤中Cd含量增加，菠菜、油菜、生菜中Cd含量均呈現(xiàn)極顯著增加，表明土壤中Cd含量與蔬菜中Cd含量存在極顯著正相關(guān)。向土壤中添加Cd，蔬菜中Cd含量均超過國家蔬菜食品衛(wèi)生標(biāo)準；不同蔬菜種類品種對Cd吸收積累量存在顯著差異，其中，菠菜吸收土壤中Cd含量最為明顯，表明其富集Cd能力最強，生菜次之，油菜富集能力最弱。在實際種植生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)地域環(huán)境質(zhì)量及蔬菜的重金屬積累特性進行合理的安排和規(guī)劃，以達到安全生產(chǎn)的目的。供試蔬菜中菠菜對重金屬的積累量最高，容易超標(biāo)，所以，菠菜的安全生產(chǎn)對生產(chǎn)地的重金屬污染情況要求特別嚴格。而菠菜是一年中種植面積較廣、產(chǎn)量較高的蔬菜，其食用安全問題與人們健康密切相關(guān)，因此，在生產(chǎn)中要特別注意土壤環(huán)境質(zhì)量，要合理規(guī)劃，在重金屬Cd污染區(qū)禁止栽培。

以上結(jié)論旨在為國家無污染蔬菜種植和土壤污染治理提供科學(xué)依據(jù)。在重金屬含量偏高或接近國際標(biāo)準臨界值的農(nóng)田進行蔬菜品種選擇時，最好先進行科學(xué)試驗評估，以規(guī)避重金屬污染的風(fēng)險。

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Study on Correlation of the Cadmium Content between Soil and Leafy Vegetables

JIA Xiang-yue
（College of Information，Shanxi Agricultural University，Taigu 030800，China）

In this paper,the correlation of Cd content between soil and leafy vegetables of lettuce,rape and spinach was studied that aimed to provide technical support for vegetable production by pot experiment of adding different concentration of Cd in soil.The results showed that it was significant in promoting the growth and yield of three kinds of vegetables to add the lower concentration of Cd in soil, and higher concentration of Cd had a toxic effect on the growth of vegetables.Apparent differences were shown in the absorption and enrichment of Cd in different vegetables,the spinach offered the highest absorption,the rape offered the least.The Cd content of three kinds of vegetables increased significantly with the increasing of Cd content in soil.Correlation analysis showed that there was significantly positive correlation of Cd content between the vegetables and soil,the correlation coefficient of spinach was 0.999 2,the lettuce and the rape were 0.997 7,respectively.

soil;leafy vegetables;cadmium content;correlation

X53

A

1002-2481（2016）05-0625-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.05.14

2015-12-14

賈相岳（1987-），男，內(nèi)蒙古赤峰人，助教，碩士，主要從事土壤環(huán)境、土壤污染修復(fù)研究及教學(xué)工作。