不同品種西蘭花對土壤重金屬鉛鎘汞的吸收規(guī)律

陳 劍，檀國印，朱良其，孫彩霞

(1.臺(tái)州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 臨海 317000； 2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究所，浙江 杭州 310021)

不同品種西蘭花對土壤重金屬鉛鎘汞的吸收規(guī)律

陳 劍1，檀國印1，朱良其1，孫彩霞2

(1.臺(tái)州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 臨海 317000； 2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究所，浙江 杭州 310021)

采用大棚土培盆栽試驗(yàn)研究4個(gè)西蘭花品種對Pb、Cd、Hg的吸收富集規(guī)律。結(jié)果表明，隨著土壤中添加的Pb、Cd、Hg濃度的提高，西蘭花花球和根部中的Pb、Cd、Hg含量呈明顯上升趨勢；通過土壤的重金屬臨界含量值和西蘭花對3種重金屬的富集系數(shù)可以得出，西蘭花是一種對重金屬低積累的蔬菜作物，花球及根部的Pb、Cd、Hg含量與土壤中的重金屬含量呈較強(qiáng)的正相關(guān)性，花球部位對重金屬富集能力的順序?yàn)镃d>Hg>Pb，根部對重金屬富集能力的順序?yàn)镃d>Pb>Hg；參試的4個(gè)西蘭花品種中，浙青95與臺(tái)綠1號(hào)對Pb的富集能力相對較弱；臺(tái)綠1號(hào)對Hg的富集能力較弱；由于4個(gè)品種西蘭花花球的Cd含量在不同濃度梯度中排序各不相同，因而無法判斷品種間對Cd的富集能力強(qiáng)弱。

西蘭花； 重金屬； 土壤臨界值； 富集系數(shù)

土壤是環(huán)境要素的重要組成部分，承擔(dān)著環(huán)境中大約90%的來自各方面的污染物。我國對土壤、植物系統(tǒng)污染的研究涉及的主要污染物是重金屬，這是因?yàn)橹亟饘倬哂形廴疚锏亩嘣葱?、隱蔽性、一定程度上的長距離傳輸性和污染后果的嚴(yán)重性[1]。近年來，隨著工業(yè)的發(fā)展和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化，土壤的重金屬污染日益嚴(yán)重，不僅導(dǎo)致土壤的退化、農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的降低，而且通過徑流和淋洗作用污染地表水和地下水，惡化水文環(huán)境，并可能通過直接接觸、食物鏈等途徑危及人類的健康和生命[2-4]。國外的許多蔬菜進(jìn)口企業(yè)已經(jīng)把鉛、汞、砷等重金屬的含量作為必檢項(xiàng)目，重金屬超標(biāo)由此成為影響我國擴(kuò)大蔬菜出口的障礙因素之一。西蘭花作為浙江省特色蔬菜，主要分布在臺(tái)州、杭州、寧波等地區(qū)，是我國在國際市場上比較有競爭力的蔬菜品種，也是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民致富創(chuàng)收的重要來源，其質(zhì)量安全不僅影響到國內(nèi)居民的身體健康，還影響到我國在國際市場的公眾形象[5]。本研究采用大棚盆栽試驗(yàn)研究不同品種的西蘭花對土壤中幾種重金屬的吸收積累及分配規(guī)律，旨在為進(jìn)一步研究西蘭花對重金屬的吸收機(jī)理及其污染的防治提供技術(shù)支持，并為受污染地區(qū)選擇合適的西蘭花品種提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

參試西蘭花4個(gè)品種分別為海綠、浙青95、耐寒優(yōu)秀和臺(tái)綠1號(hào)。重金屬試劑為Pb(NO3)2，Hg(NO3)2和CdCl2。供試盆缽大小一致，底部密封。供試土壤采自臺(tái)州市農(nóng)科院天臺(tái)基地附近的水稻土，土壤中Hg、Pb、Cd含量分別為0.0860、23.67、0.12 mg·kg-1，本底值符合《土壤環(huán)境質(zhì)量(重金屬)標(biāo)準(zhǔn)》中適合于農(nóng)田土壤環(huán)境的二級(jí)指標(biāo)。

1.2 處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2015年在臺(tái)州市農(nóng)科院天臺(tái)基地塑料大棚內(nèi)進(jìn)行。供試土壤經(jīng)曬干、敲細(xì)、去雜、充分拌勻后裝盆備用，每盆裝干土15 kg。將3種重金屬分開添加(表1)。將參試的3種重金屬試劑按照濃度梯度配制成溶液，均勻噴灑在土壤中，攪拌均勻后將土壤重新裝盆，每處理設(shè)平行試驗(yàn)4盆，同時(shí)設(shè)空白對照4盆。西蘭花采用穴盤育苗后于9月底移栽，每個(gè)品種西蘭花栽種52盆，共栽種208盆。待西蘭花達(dá)到采摘標(biāo)準(zhǔn)后，采集各株花球部分及地下根系部分，分別測定其重金屬含量。

表1 重金屬濃度梯度

1.3 數(shù)據(jù)測定分析

土壤和植株中的Pb、Cd、Hg測定方法參照GB/T 17136—1997 土壤質(zhì)量總汞的測定冷原子吸收分光光度法、GB/T 17141—1997 土壤質(zhì)量鉛、鎘的測定石墨爐原子吸收分光光度法、GB/T 5009.17—2003 食品中總汞及有機(jī)汞的測定、GB/T 5009.12—2003 食品中鉛的測定、GB/T 5009.15—2003 食品中鎘的測定。全部數(shù)據(jù)采用Excel進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同部位重金屬含量的變化

由表2可知，各參試品種的花球及根部中鉛和鎘的含量均隨著土壤中添加的重金屬濃度的提高而呈上升趨勢，在不同濃度處理下根部中鉛和鎘的含量均遠(yuǎn)超于花球。隨著土壤中兩種重金屬濃度的分別提高，花球中的鉛和鎘含量上升的幅度要大于根部?；ㄇ蚝透康你U、鎘含量在不同濃度梯度下品種間均存在一定的差異，在3級(jí)濃度梯度下品種間鉛含量的差異顯著性得到較好體現(xiàn)。

表2 西蘭花各部位在不同梯度處理下不同重金屬含量

注：無相同小寫字母表示各品種間在0.05水平差異顯著。

由表2可知，各參試品種的花球和根部中Hg的含量隨著土壤中添加的Hg濃度的提高而上升，從各品種Hg含量的平均值來看，不同濃度處理下花球中的Hg含量均要高于根部，隨著土壤中Hg濃度的提高花球中的Hg含量上升的幅度要大于根部。各品種間花球的Hg含量在各梯度下均無顯著差異，各品種之間根部的Hg含量在4級(jí)濃度梯度下有一定的差異。

參試的4個(gè)西蘭花品種的花球和根部在不同添加濃度下重金屬含量的排序并不一致。浙青95花球的鉛含量在2～4級(jí)中都是最低的，臺(tái)綠1號(hào)的花球在5級(jí)濃度時(shí)鉛含量最低，這2個(gè)品種對Pb的富集能力相對較弱；4個(gè)品種花球的鎘含量在不同濃度梯度中排序各不相同，因而無法判斷哪個(gè)品種對Cd的富集能力更弱；臺(tái)綠1號(hào)的花球在各濃度梯度下汞含量都是最低的，對Hg的富集能力較弱。

2.2 重金屬含量與土壤中重金屬濃度的相關(guān)性

根據(jù)各參試品種西蘭花花球中重金屬含量的平均值，得出西蘭花花球?qū)ν寥乐懈髦亟饘俚奈崭患匠?x、y分別為土壤、西蘭花花球中重金屬的含量)。

由表3可知，西蘭花花球?qū)ν寥乐蠵b的吸收富集規(guī)律符合方程y=-3×10-8x2+0.000 1x+0.049 5，R2=0.994 2；對土壤中Cd的吸收富集規(guī)律符合方程y=0.025 4x2+0.038 8x+0.018 1，R2=0.985 0；對土壤中Hg的吸收富集規(guī)律符合方程y=0.003x2+0.000 6x+0.004 6，R2=0.988 9。由于西蘭花花球與土壤中Pb、Cd、Hg含量的相關(guān)系數(shù)都很高，說明西蘭花受土壤中3種重金屬的濃度影響都較大。

臨界含量值即指蔬菜中某種有害重金屬的含量等于國家標(biāo)準(zhǔn)限量值時(shí)，所對應(yīng)的土壤中某種有害重金屬的含量值。根據(jù)食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)(GB 2762—2012)的規(guī)定，新鮮西蘭花中的Pb、Cd、Hg含量分別不得高于0.30、0.05、0.01 mg·kg-1。根據(jù)表3的吸收富集方程，可以預(yù)測當(dāng)西蘭花花球中重金屬Pb、Cd、Hg的含量達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)限量值時(shí)，土壤中Pb、Cd、Hg的臨界含量值分別為4 027.221、0.592和1.245 mg·kg-1。

表3 西蘭花花球與土壤中重金屬濃度的相關(guān)性分析

重金屬回歸方程R2含量/(mg·kg-1)西蘭花重金屬標(biāo)準(zhǔn)土壤污染臨界值Pby=-3×10-8x2+00001x+0049509942≤034027221Cdy=00254x2+00388x+0018109850≤0050592Hgy=0003x2+00006x+0004609889≤0011245

注：土壤中重金屬的濃度包括本底值。

2.3 不同部位對重金屬的富集能力

由于蔬菜中重金屬含量受到土壤重金屬含量的影響，因此可用富集系數(shù)來衡量蔬菜吸收重金屬元素能力的強(qiáng)弱。富集系數(shù)是指蔬菜中某污染物含量占土壤中該污染物含量的百分率。富集系數(shù)愈大，表明作物愈易從土壤中吸收該元素，即該元素的遷移性愈強(qiáng)[6]。

由表4可知，西蘭花不同部位對不同重金屬元素的富集能力是不同的。西蘭花花球?qū)b、Cd、Hg的平均富集系數(shù)分別為0.000 6、0.109 7和0.019 2，其順序大小依次為Cd>Hg>Pb；西蘭花根部對Pb、Cd、Hg的平均富集系數(shù)分別為0.012 5、0.366 5和0.009 7，其順序大小依次為Cd>Pb>Hg。富集系數(shù)在0.5～1.5時(shí)，表示該部位重金屬含量與土壤中該重金屬的含量屬同一水平；富集系數(shù)小于0.5時(shí)，表示該部位重金屬含量較土壤中該重金屬的含量相對貧化，即低于土壤中相應(yīng)重金屬含量的水平[7]。西蘭花2個(gè)部位對3種重金屬的富集系數(shù)均小于0.5，說明西蘭花對這3種重金屬的吸收富集能力均較小。

表4 西蘭花不同部位對重金屬元素的富集系數(shù)

處理PbCdHg花球根部花球根部花球根部CK0002300042016250406300610003492級(jí)0000200260009150418500073000383級(jí)0000200140009200335200083000334級(jí)0000100100008900314000095000315級(jí)000010008401134035850009700036

此外，西蘭花根部對Pb和Cd的富集系數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過花球，說明這2種重金屬在西蘭花體內(nèi)的遷移能力較低，從土壤中吸收的重金屬元素大部分被根部吸收固定，向地上部轉(zhuǎn)移的量較少；而西蘭花花球?qū)g的富集系數(shù)要大于根部，說明Hg元素在西蘭花體內(nèi)的運(yùn)輸能力較強(qiáng)。

3 小結(jié)與討論

西蘭花花球和根部中的Pb、Cd、Hg含量與土壤中的重金屬含量呈較強(qiáng)的正相關(guān)性，兩個(gè)部位的重金屬含量均隨著土壤中重金屬濃度的升高而升高。根部的Pb、Cd含量在不同濃度梯度下均要高于花球，而Hg含量則要低于花球，可能是由于不同的重金屬元素在西蘭花體內(nèi)的活性和轉(zhuǎn)移能力不同而導(dǎo)致的。

通過吸收富集方程得出，Pb、Cd、Hg致使蔬菜西蘭花重金屬污染超標(biāo)的土壤臨界含量值分別是4 027.221、0.592和1.245 mg·kg-1，均高于土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中適用于農(nóng)田土壤環(huán)境的二級(jí)指標(biāo)。

通過計(jì)算西蘭花不同部位的重金屬富集系數(shù)可知，花球?qū)χ亟饘俑患芰Φ捻樞驗(yàn)镃d>Hg>Pb，根部對重金屬富集能力的順序?yàn)镃d>Pb>Hg，花球和根部對重金屬的富集能力并不相同。

在不同濃度梯度下，參試的4個(gè)西蘭花品種間重金屬含量存在一定的差異，浙青95與臺(tái)綠1號(hào)對Pb的富集能力相對較弱；臺(tái)綠1號(hào)對Hg的富集能力較弱；由于4個(gè)品種西蘭花花球的鎘含量在不同濃度梯度中排序各不相同，因而無法判斷哪個(gè)品種對Cd的富集能力更弱。

根據(jù)土壤臨界含量值和富集系數(shù)的結(jié)果可以看出，西蘭花對Pb、Cd、Hg的吸收富集能力都較弱，可作為對這3種重金屬低積累的蔬菜品種進(jìn)行推廣種植。

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(責(zé)任編輯：張瑞麟)

2017-02-20

浙江省公益技術(shù)研究農(nóng)業(yè)項(xiàng)目(2015C32006)

陳 劍(1985—)，男，農(nóng)藝師，農(nóng)業(yè)推廣碩士，從事農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全研究工作，E-mail：chenrichard615@163.com。

10.16178/j.issn.0528-9017.20170512

S635

A

0528-9017(2017)05-0764-03

文獻(xiàn)著錄格式：陳劍，檀國印，朱良其，等. 不同品種西蘭花對土壤重金屬鉛鎘汞的吸收規(guī)律[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58(5)：764-766.