復(fù)合改良劑對鉛污染土壤中小白菜品質(zhì)的影響

胡麗萍++周國興++金麗華++劉光敏++王一茜+++何洪巨

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.072

摘要：采用盆栽試驗，以小白菜為試驗材料，種植在人工配制的不同污染程度（800、1 200、1 600、2 000 mg/kg）的鉛污染土壤中，研究不同濃度復(fù)合改良劑（0、600、900、1 200 mg/kg）對土壤有機(jī)質(zhì)、pH值、小白菜可食部位鉛含量和營養(yǎng)品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，施用900 mg/kg復(fù)合改良劑可使鎘污染土壤有機(jī)質(zhì)含量提高24.19%～60.00%，但對土壤pH值無顯著影響。施用復(fù)合改良劑可明顯提高小白菜安全性和營養(yǎng)品質(zhì)，4個鉛處理小白菜可食部位鉛含量降低19.11%～35.72%，維生素C含量增加13.27%～69.30%，可溶性糖含量提高54.17%～87.50%，干物質(zhì)量提高2836%～33.39%，粗纖維含量降低20.83%～31.03%。因此，復(fù)合改良劑能夠用于重金屬鉛污染土壤的原位修復(fù)，推薦其適宜用量為900 mg/kg。

關(guān)鍵詞：小白菜；鉛；重金屬；復(fù)合改良劑；品質(zhì)

中圖分類號： S634.304；S156.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2016）10-0261-04

收稿日期：2015-08-26

基金項目：北京市葉類蔬菜創(chuàng)新團(tuán)隊項目（編號：blvt18）；北京市農(nóng)委項目（編號：20120129）

作者簡介：胡麗萍（1981—），女，四川眉山人，博士，助理研究員，主要從事蔬菜營養(yǎng)品質(zhì)研究。E-mail：huliping@nercv.org。

通信作者：何洪巨，博士，研究員，主要從事蔬菜營養(yǎng)品質(zhì)研究。E-mail：hehongju@nercv.org。據(jù)估計，我國有10%以上的耕地受到重金屬污染[1]，鉛是重金屬污染最為突出的元素之一[2-4]。土壤中的重金屬被農(nóng)作物吸收，降低農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，并可通過食物鏈進(jìn)入人體，危害人體健康[5]。鉛一旦進(jìn)入人體，通過血液干擾神經(jīng)細(xì)胞，破壞血紅素的生存和腦微血管的滲透性，對人體神經(jīng)系統(tǒng)、血液系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、骨骼系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重危害，并可導(dǎo)致兒童大腦發(fā)育遲緩，最終影響人的智力[6]。因此，開展鉛污染土壤的治理和修復(fù)研究，是十分緊迫和必要的。

目前，多種技術(shù)被應(yīng)用到土壤重金屬污染治理中來，如生物法、物理化學(xué)法等都能有效降低重金屬的污染風(fēng)險。但是，這些技術(shù)通常耗費(fèi)大、成本高，還會破壞土壤肥力和土壤結(jié)構(gòu)[7]。原位化學(xué)修復(fù)法是一種通過增加重金屬的吸附，降低其在土壤中的溶解度和生物有效性，從而減少污染物從土壤進(jìn)入農(nóng)作物的方法。原位修復(fù)法成本低，對土壤的影響和破壞小[8-9]，適合大范圍操作，符合我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求，引起了人們的廣泛關(guān)注。

本試驗所采用的復(fù)合改良劑由四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院提供。該改良劑由正銨鹽、磷礦粉、腐殖酸、有機(jī)質(zhì)、微生物生長所需營養(yǎng)元素及參與重金屬離子反應(yīng)的多種活性金屬離子配制而成。前期試驗結(jié)果表明，復(fù)合改良劑可以顯著降低重金屬污染土壤中水溶態(tài)Cd和Pb的含量[10]，但該改良劑對農(nóng)作物體內(nèi)重金屬含量和營養(yǎng)指標(biāo)影響的系統(tǒng)性研究尚未見報道。蔬菜是人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚氖澄铮~菜是最易受重金屬污染和毒害的蔬菜[11-12]。因此，本試驗通過盆栽試驗，以代表性葉類蔬菜小白菜（Brassica rapa L. chinensis group.）為對象，研究施用不同濃度復(fù)合改良劑對Pb污染土壤有機(jī)質(zhì)、pH值、小白菜營養(yǎng)品質(zhì)和Pb含量的影響，以期闡明復(fù)合改良劑緩解Pb毒害的機(jī)理，找到適宜的改良劑用量，為重金屬污染土壤改良技術(shù)和小白菜安全生產(chǎn)提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1供試土壤和材料

供試土壤采自北京夏至農(nóng)業(yè)科技有限公司日光溫室。取0～20 cm表層土壤，風(fēng)干、去沙石和植物殘體，過20目篩。土壤理化性質(zhì)及Pb含量見表1。供試作物為小白菜，種子購于北京京研益農(nóng)科技發(fā)展中心。

1.2盆缽試驗方法

在供試土壤的基礎(chǔ)上添加Pb（NO3）2，設(shè)置800、1 200、1 600、2 000 mg/kg 4個濃度，加水充分?jǐn)嚢杌靹?，平?周以上。待土壤平衡后，施入復(fù)合改良劑，施用量為0、600、900、1 200 mg/kg，與Pb污染土壤充分?jǐn)嚢杌靹?。每盆缽中裝入 3 kg 土壤，播種小白菜。每個處理3次重復(fù)，常規(guī)栽培管理。

1.3樣品采集及預(yù)處理

植株樣品：在小白菜收獲期，去除老葉后取可食用部分。

土壤樣品：在小白菜收獲后，用土鉆取0～20 cm表層土壤，去除根系等雜物、風(fēng)干、粉碎、過篩后用于土壤有機(jī)質(zhì)含量和pH值的測定。

1.4測定項目與方法

土壤有機(jī)質(zhì)和pH值測定[13]：采用重鉻酸鉀法測定土壤有機(jī)質(zhì)含量；采用pH SJ-3F型酸度計電位法測定土壤pH值。

Pb測定：采用HNO3-HClO方法消煮，石墨爐-原子吸收光譜法測定小白菜中Pb含量[14]。

小白菜營養(yǎng)品質(zhì)測定：采用2，6-二氯靛酚滴定法測定維生素C含量、蒽酮比色法測定可溶性糖含量、堿滴定法測定可滴定酸含量、質(zhì)量法測定粗纖維含量和干物質(zhì)量、凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)含量[15]。

1.5數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)的基本處理和繪圖，SPSS 20.0統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行差異顯著性檢驗。

2結(jié)果與分析

2.1復(fù)合改良劑對Pb污染小白菜土壤有機(jī)質(zhì)含量和pH值的影響

由圖1-A可知，施用復(fù)合改良劑對不同濃度Pb處理污染土壤有機(jī)質(zhì)含量具有明顯提升作用。隨著復(fù)合改良劑施用量的增加，4個不同濃度Pb污染土壤有機(jī)質(zhì)含量均逐漸增加，其中800、1 600、2 000 mg/kg 3個濃度Pb污染土壤有機(jī)質(zhì)含量均在施用900 mg/kg復(fù)合改良劑時達(dá)到最大值，繼續(xù)增加改良劑施用量為1 200 mg/kg時，其有機(jī)質(zhì)含量反而有所降低（圖1-A）。與800、1 600、2 000 mg/kg 3個濃度Pb污染土壤不同，1 200 mg/kg濃度Pb污染土壤有機(jī)質(zhì)含量在施用 1 200 mg/kg 改良劑時最高，但與施用900 mg/kg復(fù)合改良劑無顯著差異（圖1-A）。與不施用復(fù)合改良劑相比，往800、1 200、1 600、2 000 mg/kg濃度Pb污染土壤中施用 900 mg/kg 復(fù)合改良劑后，土壤有機(jī)質(zhì)含量分別增加 60.00%、30.10%、41.34%和24.19%（圖1-A）。由圖1-B可知，施用復(fù)合改良劑對4個濃度Pb污染土壤pH值均無顯著影響。

2.2復(fù)合改良劑對Pb污染土壤小白菜Pb含量的影響

由圖2可見，小白菜可食部位Pb含量隨土壤Pb濃度的增加而增加，這與前人的研究結(jié)果[11，16-18]相符。與不施用復(fù)合改良劑相比，當(dāng)復(fù)合改良劑施用量為900 mg/kg或者 1 200 mg/kg 時，4個不同濃度Pb污染土壤小白菜Cd含量顯著降低（圖2）。但是，與施用900 mg/kg復(fù)合改良劑相比，改良劑施用量增加到1 200 mg/kg時，4個不同濃度Pb污染土壤小白菜可食部位Pb含量無顯著差異（圖2）。與不施用復(fù)合改良劑相比，往800、1 200、1 600、2 000 mg/kg 4個濃度Pb污染土壤中施用900 mg/kg復(fù)合改良劑后，小白菜可食部位Pb含量分別降低35.72%、25.53%、28.84%和19.11%（圖2）。

2.3復(fù)合改良劑對Pb污染土壤小白菜營養(yǎng)品質(zhì)的影響

蔬菜受體內(nèi)重金屬的影響，其維生素、糖分和其他物質(zhì)含量都相應(yīng)有所變化，從而影響蔬菜的品質(zhì)[19]。由圖3-A和3-B可見，隨著土壤中添加Pb濃度的增加，小白菜可食部位維生素C和可溶性糖含量呈逐漸下降之勢，這與前人的研究結(jié)果[20]一致。其原因可能是高濃度重金屬Pb會抑制小白菜合成維生素C和可溶性糖相關(guān)酶的活性，從而導(dǎo)致其含量降低[19，21]。隨著復(fù)合改良劑施用量的增加，小白菜維生素C和可溶性糖含量逐漸增加，當(dāng)復(fù)合改良劑施用量為900 mg/kg時4個不同濃度Pb處理小白菜維生素C和可溶性糖含量均顯著高于不施用改良劑對照（圖3-A和3-B）。與不施用復(fù)合改良劑相比，往800、1 200、1 600、2 000 mg/kg 4個濃度Pb污染土壤中施用 900 mg/kg 復(fù)合改良劑后，小白菜可食部位維生素C含量分別增加了69.30%、49.73%、49.55%、1327%（圖3-A），可溶性糖含量分別增加了68.09%、8750%、5484%、54.17%（圖3-B）。與施用900 mg/kg復(fù)合改良劑相比，改良劑施用量增加到 1 200 mg/kg 并不能進(jìn)一步顯著提升小白菜維生素C和可溶性糖含量，甚至導(dǎo)致其含量有所降低（圖3-A和3-B）。這些結(jié)果說明，施用 900 mg/kg 復(fù)合改良劑可有效緩解重金屬Pb對維生素C和可溶性糖相關(guān)合成酶活性的抑制作用。

在不施用改良劑的情況下，1 200、1 600、2 000 mg/kg 3個濃度Pb污染土壤小白菜可滴定酸含量均低于800 mg/kg濃度Pb污染土壤。由此可見，高濃度Pb處理會降低小白菜可食部位可滴定酸含量。施用復(fù)合改良劑可在一定程度上提高小白菜可滴定酸含量，可使1 200、1 600、2 000 mg/kg 3個濃度Pb污染土壤小白菜可滴定酸含量提高12.5%左右，但對800 mg/kg濃度Pb污染土壤小白菜可滴定酸含量的提升作用不顯著（圖3-C）。

隨著土壤中添加Pb濃度的增加，小白菜可食部位粗纖維含量逐漸增加，其原因可能是土壤受到Pb污染使小白菜莖葉木質(zhì)化和纖維化所致。小白菜粗纖維含量過高，將導(dǎo)致其口感硬且粗糙，品質(zhì)變差。施用復(fù)合改良劑可以降低Pb污染土壤小白菜可食部位粗纖維含量，提升其口感和品質(zhì)。隨著復(fù)合改良劑施用量的增加，小白菜粗纖維含量逐漸降低，當(dāng)復(fù)合改良劑施用量為900 mg/kg時4個不同濃度Pb處理小白菜粗纖維含量均顯著低于不施用改良劑對照。與不施用復(fù)合改良劑相比，往800、1 200、1 600、2 000 mg/kg 4個濃度Pb污染土壤中施用900 mg/kg復(fù)合改良劑后，小白菜可食部位粗纖維含量分別降低 24.66%、22.47%、20.83%和31.03%，增加改良劑施用量到1 200 mg/kg并不能進(jìn)一步顯著降低小白菜可食部位粗纖維含量（圖3-D）。

在不施用復(fù)合改良劑的情況下，800、1 200、1 600 mg/kg 3個Pb污染土壤小白菜蛋白含量無明顯差異。同時，施用復(fù)合改良劑對這3個Pb污染土壤小白菜蛋白含量無顯著影響。但是，當(dāng)土壤中Pb 添加量增加到2 000 mg/kg時，小白菜蛋白含量顯著增加，其原因可能是小白菜體內(nèi)積累Pb的量越來越大，一部分蛋白質(zhì)被Pb沉淀失活保存在小白菜體內(nèi)，這些失活的蛋白質(zhì)在測定過程中又被釋放出來，從而提高其含量值。隨著復(fù)合改良劑施用量的增加，2 000 mg/kg Pb污染土壤小白菜蛋白含量逐漸降低，在施用900 mg/kg復(fù)合改良劑時降到最低值，與不施用改良劑對照相比降低了21.83%（圖4-A）。

隨著土壤中添加Pb濃度的增加，小白菜可食部位干物質(zhì)量逐漸降低。施用復(fù)合改良劑可顯著提高Pb污染土壤小白菜干物質(zhì)量。隨著復(fù)合改良劑施用量的增加，800、1 200、1 600、2 000 mg/kg 4個Pb污染土壤小白菜干物質(zhì)量均逐漸增加，在改良劑施用量為900 mg/kg或1 200 mg/kg時達(dá)到最大值。但是，與施用900 mg/kg復(fù)合改良劑相比，改良劑施用量增加到1 200 mg/kg時，4個不同濃度Pb污染土壤小白菜可食部位干物質(zhì)量均無顯著差異。與不施用復(fù)合改良劑相比，往800、1 200、1 600、2 000 mg/kg 4個濃度Pb污染土壤中施用900 mg/kg復(fù)合改良劑后，小白菜可食部位干物質(zhì)量分別增加了33.39%、31.38%、28.36%、29.40%（圖4-B）。

3討論與結(jié)論

當(dāng)前我國菜田重金屬污染呈現(xiàn)加重趨勢，隨之帶來的“菜籃子”產(chǎn)品品質(zhì)安全問題令人擔(dān)憂。在從菜田到餐桌的整個食物流通鏈中，在“菜籃子”產(chǎn)品產(chǎn)地源頭進(jìn)行重金屬污染土壤修復(fù)，是保證蔬菜品質(zhì)安全和人體健康的重要措施。鑒于農(nóng)作物只吸收土壤中的有效態(tài)重金屬而非重金屬全量[22]，而重金屬有效性主要受土壤有機(jī)質(zhì)含量和pH值的影響[8，23]，因此目前的重金屬原位化學(xué)修復(fù)法主要是圍繞調(diào)節(jié)重金屬污染土壤的有機(jī)質(zhì)含量和pH值而展開的。已有的研究表明，土壤中的有機(jī)質(zhì)可絡(luò)合Pb2+、Cd2+等重金屬離子，如果降低Pb2+、Cd2+等重金屬離子的有效性，便可增大其從土壤遷移到作物體內(nèi)的難度[24-25]。因此，提高重金屬污染土壤的有機(jī)質(zhì)含量可降低重金屬的有效性，從而減少農(nóng)作物對其的吸收。本試驗結(jié)果表明，施用900 mg/kg復(fù)合改良劑可使Pb污染土壤有機(jī)質(zhì)含量提高24.19%～60.00%。

影響重金屬有效性的另一個關(guān)鍵因子是土壤pH值。土壤pH值提高可促使土壤中Cd、Pb等重金屬離子形成氫氧化物或碳酸鹽結(jié)合態(tài)沉淀，降低重金屬遷移性和生物有效性，減少植物對重金屬的吸收[8，26]。與之相反，土壤pH值降低可導(dǎo)致氫氧化物或碳酸鹽結(jié)合態(tài)重金屬的溶解、釋放，也可增加

吸附態(tài)重金屬的釋放，從而增加了植物對重金屬的吸收[27]。由此可見，提高土壤pH值有助于降低植物中Cd、Pb等重金屬含量[18]。但本試驗土壤為堿性（表1），進(jìn)一步顯著提升土壤pH值將不利于小白菜生長。本試驗結(jié)果表明，施用復(fù)合改良劑并不能顯著提高Pb污染土壤pH值。由結(jié)果可知：本試驗所采用的復(fù)合改良劑主要是通過提高土壤有機(jī)質(zhì)含量來降低土壤Pb有效性的。在本試驗中，施用900 mg/kg復(fù)合改良劑可使小白菜可食部位Pb含量降低19.11%～35.72%，下降幅度顯著。

蔬菜受到重金屬污染，不僅會表現(xiàn)出外在的受害特征，如生長緩慢、失綠、矮小、減產(chǎn)等，而且還會進(jìn)一步影響到營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)，如維生素C、粗纖維、可溶性糖、蛋白、硝酸鹽等含量的高低[20-21，28-30]。因此，在重金屬污染土壤的改良治理中，改良劑對植物體營養(yǎng)品質(zhì)的影響也是非常重要的研究內(nèi)容。在本試驗中發(fā)現(xiàn)，施用復(fù)合改良劑對Pb污染土壤小白菜營養(yǎng)品質(zhì)具有一定的提升作用，尤其是對提高小白菜維生素C、可溶性糖含量和干物質(zhì)量，同時降低其體內(nèi)粗纖維含量效果顯著。施用900 mg/kg復(fù)合改良劑可使小白菜可食部位維生素C含量提高13.27%～69.30%，可溶性糖含量提高54.17%～87.50%，干物質(zhì)量提高28.36%～33.39%，粗纖維含量降低20.83%～3103%。

綜上所述，復(fù)合改良劑可通過提高Pb污染土壤有機(jī)質(zhì)含量來降低Pb2+有效性，從而顯著降低小白菜可食部位對Pb2+的積累，并可顯著增加小白菜體內(nèi)維生素C、可溶性糖含量和干物質(zhì)量，降低其粗纖維含量，提升Pb污染土壤小白菜的營養(yǎng)品質(zhì)。因此，復(fù)合改良劑能夠用于重金屬Pb污染土壤的原位修復(fù)，推薦其適宜用量為900 mg/kg。

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