Cd Hg Pb脅迫下不同作物可食部分重金屬含量及累積特征研究

焦位雄，楊虎德，*，馮丹妮，林大松，李崇霄

Cd Hg Pb脅迫下不同作物可食部分重金屬含量及累積特征研究

焦位雄1，楊虎德1，2*，馮丹妮2，林大松3，李崇霄4

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，蘭州730070；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，蘭州730070；3.農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護科研監(jiān)測所，天津300191；4.甘肅省農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護管理站，蘭州730000）

采用微區(qū)土培試驗方法，研究了甘肅省3類10種主要栽培作物在Cd、Hg、Pb重度污染土壤上，作物可食部分對重金屬的吸收富集能力，并根據(jù)食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762—2012），采用單因子指數(shù)法對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全進行評價。結(jié)果表明：不同類型作物對重金屬的吸收與富集能力有顯著性差異，對Cd富集能力表現(xiàn)為蔬菜類＞油料作物＞糧食作物，對Hg、Pb富集能力表現(xiàn)為蔬菜類＞糧食作物＞油料作物；同一作物（除玉米和大豆外）對不同重金屬吸收能力表現(xiàn)為Cd＞Pb＞Hg。經(jīng)綜合評價，在對甘肅地區(qū)pH值大于8.0的重金屬重度污染土壤進行種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整時，Cd污染耕地可優(yōu)先選擇種植玉米，Hg污染耕地可優(yōu)先選擇種植玉米和油菜，Pb污染耕地可優(yōu)先選擇種植玉米和大豆。

農(nóng)田土壤；重金屬含量；農(nóng)產(chǎn)品；累積特征；安全性評價

土壤是構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的基本環(huán)境要素，是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是經(jīng)濟社會發(fā)展不可或缺的重要資源，更是絕大部分污染物的最終歸宿和食品安全的第一道防線。土壤作為種養(yǎng)殖農(nóng)產(chǎn)品的主要環(huán)境要素，其質(zhì)量的高低直接決定了人們所獲取農(nóng)產(chǎn)品的數(shù)量與品質(zhì)[1]。隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，特別是在近年來工業(yè)化、城市化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進程中，各種化學(xué)品、農(nóng)藥及化肥等的廣泛使用，使土壤環(huán)境質(zhì)量問題呈現(xiàn)多樣化、復(fù)雜化，給我國經(jīng)濟社會發(fā)展帶來了新的挑戰(zhàn)。

環(huán)境保護部和國土資源部2014年發(fā)布的全國土壤污染狀況調(diào)查公報顯示[2]，全國土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀，部分地區(qū)土壤污染較重，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂，工礦業(yè)廢棄地土壤環(huán)境問題突出。全國土壤總的點位超標(biāo)率為16.1%，耕地土壤點位超標(biāo)率為19.4%，其中輕微、輕度、中度和重度污染點位比例分別為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，重金屬已成為耕地土壤主要的污染物。重金屬污染物進入土壤后不能被土壤微生物所分解，易于在土壤中積累，被作物吸收，影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，對人體健康產(chǎn)生危害。因此，如何科學(xué)有效地控制和管理農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤環(huán)境重金屬污染問題，合理利用土地資源，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，保障農(nóng)產(chǎn)品安全已成為現(xiàn)階段土地可持續(xù)利用的主要任務(wù)。

甘肅省土壤類型眾多，種植作物差異很大[3]，不同種類的作物對不同重金屬元素的吸收富集能力不同[4]，不同種類作物對同一重金屬元素吸收轉(zhuǎn)化能力不同[5-6]，同一種類作物不同品種對重金屬的吸收富集能力不同[7-9]。土壤類型、土壤pH值、CEC、土壤有機質(zhì)含量等眾多因素均會影響作物對土壤中重金屬的吸收[10-11]。甘肅沿黃灌區(qū)重金屬污染土壤主要分布在污水灌區(qū)，一般情況下，土壤pH值大于8.0，有機質(zhì)含量小于15.0 g·kg-1，CEC小于10.0 cmol·kg-1，土壤質(zhì)地為風(fēng)積、淤積或洪沖積黃土母質(zhì)，質(zhì)地為粉砂質(zhì)輕、中壤土。這種土壤的特性決定了土壤的緩沖能力低，環(huán)境容量小。

李裕等[12]研究表明，甘肅沿黃灌區(qū)各種重金屬在蔬菜中的含量呈現(xiàn)Zn＞Cu＞Pb＞Cd的趨勢，葉菜對重金屬元素的吸收能力大于莖菜，某種特定金屬元素在不同的蔬菜中累積不一致。南忠仁等[13]對白銀市土壤作物系統(tǒng)重金屬污染調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，小麥等作物中重金屬含量超標(biāo)。為進一步研究甘肅省主要栽培作物可食部分對重金屬吸收和積累特征，本文采用微區(qū)土培的試驗方法，研究甘肅省10種主要栽培作物在Cd、Hg、Pb重度污染的土壤上，作物可食部分的吸收和累積特性，并對其進行安全評價，為甘肅省種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，合理利用重金屬污染土壤提供理論依據(jù)。對甘肅省產(chǎn)地土壤重金屬污染防治及農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)具有現(xiàn)實意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所蘭州試驗地（東經(jīng)103°41′17″，北緯36°5′59″，海拔高度1510 m），屬暖溫帶半干旱季風(fēng)氣候，年平均氣溫9.1℃，年無霜期約180 d，年平均降雨量205～350 mm。試驗土壤為灌淤土，質(zhì)地中壤，pH值8.45，有機質(zhì)17.5 g·kg-1，陽離子代換量9.23 cmol·kg-1，全氮1.2 g·kg-1，全磷0.65 g·kg-1，堿解氮80 mg·kg-1，速效磷16 mg·kg-1，速效鉀135 mg·kg-1。供試土壤為0～20 cm表層土，全部過2 cm篩。試驗地總面積128 m2，微區(qū)面積1.2 m2。

1.2 試驗材料

供試重金屬鹽分別為Cd（NO3）2·4H2O（上海展云化工有限公司）、HgCl2（泰興市化學(xué)試劑廠）、Pb（NO3）2（天津凱信化工有限公司），均為分析純。

試驗主要農(nóng)作物為小麥（Triticum aestivum L.）、玉米（Zea mays L.）、馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）、谷子（Setaria italica）、啤酒大麥（Hordeum vulgare L.）、油菜籽（Brassica campestris L.）、大豆[Glycine max（Linn.）Merr.]、胡麻（Linum usitatissimum L.）、娃娃菜[Brassica campestris L.ssp.chinensis Makino（var.communis Tsen et Lee）]、芹菜（Apium graveolens L.）10種作物（表1）。

1.3 試驗方法

試驗研究涉及3類10種作物及3種重度重金屬污染土壤兩個因素，其中重金屬處理分別為：（1）對照（CK），不添加重金屬；（2）添加Cd，土壤中施入3.0 mg·kg-1的Cd（實際測定值3.04 mg·kg-1）；（3）添加Hg，土壤中施入5.0 mg·kg-1的Hg（實際測定值4.11 mg·kg-1）；（4） 添加Pb，土壤中施入400.0 mg·kg-1的Pb（實際測定值418.0 mg·kg-1）。土壤中重金屬添加量均按照《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)》（HJ/T 332—2006）中土壤環(huán)境質(zhì)量評價限值的5倍濃度值設(shè)定。試驗設(shè)4個處理，每處理4次重復(fù)，共16個微區(qū)。重金屬添加前，先將每個小區(qū)耕層20 cm的土壤取出，過2 cm篩后混勻。按照設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)濃度稱取相應(yīng)質(zhì)量的重金屬化合物，加水稀釋至一定量，將重金屬溶液與土壤充分混合、拌勻，然后回填至已安裝規(guī)格為1.5 m×0.8 m×0.2 m塑料筐的微區(qū)內(nèi)，壓實后老化180 d，以保證重金屬與土壤的充分融合。

表1 種植作物信息Table 1 The information of crops

試驗于2016年5月1日播種，小麥、玉米、谷子、啤酒大麥、大豆、胡麻、油菜籽、娃娃菜、芹菜采用育苗移栽的方式，移栽前清洗掉根部的基質(zhì)，并在移栽時根部蘸取生根粉溶液；馬鈴薯塊莖蘸取生根粉溶液后采用穴播的方式播種。種植后，定期定量灌水、施肥，灌溉水源為自來水。試驗期每月測定一次灌溉水中Cd、Hg、Pb含量，灌溉水質(zhì)符合試驗要求，其值分別小于0.001、0.005、0.000 1 mg·L－1。

1.4 樣品處理與分析

種植前采集耕層（0～20 cm）土壤樣品，風(fēng)干后磨碎過20、60、100目篩備用。土壤pH值、有機質(zhì)、CEC、N、P、K均參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[14]進行測定。土壤中Cd、Pb全量分析采用HNO3－HF－HClO4消解法（GB/T 17141—1997）[15]，ICP－MS（ZXS－31）測定；Hg采用王水消解（GB/T 17136—1997）[16]，原子熒光儀（ZXS－02、30）測定。在測定過程中采用國家標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品（GSS－19）進行分析質(zhì)量控制，數(shù)字修約遵從GB 8170規(guī)則。

作物成熟后，收獲全部植株樣品，用自來水沖洗去除植物表面的泥土，然后用蒸餾水多次沖洗，瀝干水分。將植株分為根、莖葉和籽粒三部分，常溫下風(fēng)干，用1%電子天平測定其生物量，并將可食部分磨碎，測定重金屬含量。作物可食部分Cd、Hg、Pb含量分析采用硝酸－雙氧水消解法（GB/T 5009—2010）[17]，測定方法同上。采用植物標(biāo)準(zhǔn)樣品（GSB－2，3，4國家標(biāo)準(zhǔn)參比物質(zhì)）進行質(zhì)控。

1.5 數(shù)據(jù)處理

農(nóng)產(chǎn)品安全性評價采用單項污染指數(shù)法，單項污染指數(shù)表示某單項污染物對農(nóng)產(chǎn)品污染影響的程度，該法只用1種重金屬元素作為評價指標(biāo)，可直接了解農(nóng)作物中重金屬含量與評價標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系[18]。

農(nóng)產(chǎn)品單項污染指數(shù)計算公式：

式中：Pi安全為農(nóng)產(chǎn)品中重金屬i的安全性評價指數(shù)；Ci農(nóng)產(chǎn)品為農(nóng)產(chǎn)品中重金屬i的實測值，mg·kg－1；Si農(nóng)產(chǎn)品為農(nóng)產(chǎn)品中重金屬i的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)值，mg·kg－1。

評價標(biāo)準(zhǔn)值按照食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)《食品中污染物限量》（GB 2762—2012）執(zhí)行[19]（表2）。

Pi安全≤1.0農(nóng)產(chǎn)品是安全的；Pi安全＞1.0農(nóng)產(chǎn)品受到污染，超過農(nóng)產(chǎn)品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)值。

數(shù)據(jù)采用Excel軟件進行常規(guī)分析，并用Duncan氏新復(fù)極差法進行差異顯著性測驗。用SPSS 19.0軟件進行相關(guān)性分析。

重金屬富集系數(shù)=植物某一部位重金屬含量（mg·kg－1）/土壤中重金屬含量（mg·kg－1）

2 結(jié)果與分析

2.1 不同作物可食部分重金屬的含量

如圖1所示，Cd污染土壤上蔬菜類作物可食部分Cd含量普遍偏高，且極顯著高于空白對照；其次是油料作物，其中胡麻籽粒中Cd含量極顯著高于蔬菜類作物；糧食作物對Cd污染敏感性較低。同一類別不同作物對Cd吸收也存在差異，蔬菜類作物中芹菜對Cd的吸收量高于娃娃菜，但差異不顯著。油料作物中胡麻籽粒Cd含量最高，且極顯著高于所有供試作物，其次是大豆和油菜籽，但差異不顯著。糧食類作物馬鈴薯Cd含量最高，顯著高于谷子、啤酒大麥和玉米；其次是小麥，顯著高于啤酒大麥和玉米籽粒中Cd含量，與谷子差異不顯著；谷子、啤酒大麥、玉米籽粒中Cd含量差異不顯著，其中玉米籽粒Cd含量最低，較空白對照差異不顯著。由此可見，蔬菜類作物對Cd吸收較大，胡麻Cd含量極顯著高于其他油料作物，油菜籽、大豆與糧食作物相比差異不顯著。

表2 食品中重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)值Table 2 Limit the quantity of heavy metals in the food

如圖2所示，Hg污染土壤上蔬菜類作物可食部分Hg含量較高，極顯著高于其他類別作物和空白對照；其次是糧食作物，油料作物對Hg污染敏感性最低，但二者差異不顯著。同一類別不同作物對Hg吸收也存在一定差異，蔬菜類作物中娃娃菜對Hg的吸收量高于芹菜，但差異不顯著。油料作物中胡麻籽粒Hg含量最高，且極顯著高于油菜籽，與大豆差異不顯著；大豆高于油菜籽，但差異不顯著。糧食類作物中馬鈴薯Hg含量最高，極顯著高于玉米，與其他糧食作物差異不顯著；啤酒大麥、谷子和小麥差異不顯著；玉米籽粒Hg含量最低，較空白對照差異不顯著。由此可見，蔬菜類作物對Hg吸收較強，油料作物中胡麻對Hg的吸收較強，糧食作物中馬鈴薯對Hg的吸收較強。在Hg污染土壤上10種作物可食部分Hg含量均高于空白對照，其中娃娃菜、芹菜、胡麻和馬鈴薯均達到極顯著水平，其他作物差異不顯著；糧食作物中玉米Hg含量最低，油料作物中油菜籽Hg含量最低。

圖1 10種農(nóng)產(chǎn)品中Cd含量Figure 1 Concentrations of Cd in ten different plants of agriculture products

如圖3所示，Pb污染土壤上蔬菜類作物可食部分Pb含量較高，極顯著高于其他類別作物和空白對照；其次是糧食作物和油料作物，但糧食作物和油料作物差異不顯著。同一類別不同作物對Pb吸收也存在一定差異，蔬菜類作物中娃娃菜對Hg的吸收量極顯著高于芹菜。油料作物中胡麻籽粒Hg含量最高，其次為油菜籽和大豆，但三者差異不顯著。糧食類作物中谷子Pb含量最高，其次是馬鈴薯、啤酒大麥、小麥和玉米，但5種作物差異均不顯著。與空白對照比較，娃娃菜和芹菜在Pb脅迫下，可食部分Pb含量極顯著高于空白對照，其他作物與空白對照比較，差異不顯著。由此可見，蔬菜對Pb的吸收能力較強，油料作物中胡麻對Pb的吸收能力較強，糧食作物中谷子和馬鈴薯對Pb的吸收能力較強。在所有供試作物中，玉米和大豆對Pb的吸收能力較弱。

2.2 不同作物可食部分對重金屬的富集性

圖2 10種農(nóng)產(chǎn)品中Hg含量Figure 2 Concentrations of Hg in ten different plants of agriculture products

供試的3類10種作物中，同一作物可食部分Cd的富集系數(shù)最高，明顯高于Hg和Pb（表3）。按作物類型分析，Cd污染土壤上，蔬菜類作物對Cd的富集系數(shù)最大，油料作物次之，糧食作物最??；Hg和Pb污染土壤上，蔬菜類作物的富集系數(shù)最大，糧食作物次之，油料作物最小。按作物品種分析，Cd污染土壤上，胡麻籽粒Cd的富集系數(shù)最高，為2.39，玉米籽粒Cd的富集系數(shù)最低，為0.02；Hg和Pb污染土壤上，娃娃菜Hg和Pb的富集系數(shù)最高，分別為0.052和0.091，玉米籽粒Hg和Pb的富集系數(shù)最低，均為0.001。由此可見，Cd、Hg、Pb污染土壤上，娃娃菜、芹菜和胡麻對重金屬的富集能力較高，玉米和啤酒大麥的富集能力較低。

圖3 10種農(nóng)產(chǎn)品中Pb含量Figure 3 Concentrations of Pb in ten different plants of agriculture products

表3 農(nóng)產(chǎn)品中重金屬富集系數(shù)Table 3 Bioconcentration coefficient of heavy metals in ten different crops

2.3 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全評價

根據(jù)食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)《食品中污染物限量》（GB 2762—2012）中限量值，采用單因子指數(shù)法對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全進行評價，結(jié)果如表4所示。

在Cd重度污染土壤上，10種作物可食部分PCd在0.47～72.5之間。從作物類型上來看，蔬菜類作物污染指數(shù)最大，油料作物次之，糧食作物最小。按作物分析，除玉米籽粒Cd污染指數(shù)小于1，未受到污染外，其他農(nóng)產(chǎn)品Cd污染指數(shù)均大于1，出現(xiàn)不同程度的污染。胡麻籽粒污染指數(shù)最高，為72.5，污染程度最為嚴(yán)重，顯著高于其他農(nóng)產(chǎn)品；其次為馬鈴薯、芹菜、娃娃菜和小麥，污染指數(shù)均大于10。油菜籽、啤酒大麥、大豆和谷子Cd污染指數(shù)較低，但仍超過農(nóng)產(chǎn)品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)值，農(nóng)產(chǎn)品中Cd含量超標(biāo)。

表4 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全單因子評價指數(shù)Table 4 Single factor evaluation index for quality and safety of agricultural products

在Hg重度污染土壤上，PHg值在0.15～21.2之間。從作物類型分析，蔬菜作物全部超過食品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限量值，在三類作物中超標(biāo)最嚴(yán)重；糧食作物中只有馬鈴薯塊莖中Hg含量超標(biāo)，油料作物中均未出現(xiàn)Hg含量超標(biāo)現(xiàn)象。從作物品種分析，娃娃菜、芹菜和馬鈴薯Hg污染指數(shù)分別為21.2、18.5和3.24，農(nóng)產(chǎn)品受到Hg污染；其他農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全指數(shù)均小于1，農(nóng)產(chǎn)品是安全的，玉米污染指數(shù)最小。

在Pb重度污染土壤上，PPb值在0.74～127.0之間。從作物類型分析，蔬菜作物全部超過食品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限量值，在三類作物中超標(biāo)最嚴(yán)重；按作物品種分析，大豆和玉米Pb污染指數(shù)小于1，Pb含量未超標(biāo)，農(nóng)產(chǎn)品是安全的；其他作物Pb污染指數(shù)均大于1，出現(xiàn)不同程度的污染，其中娃娃菜Pb污染指數(shù)最高，為127.0，污染程度最為嚴(yán)重，顯著高于其他農(nóng)產(chǎn)品；其次為芹菜，污染指數(shù)為67.1；胡麻、谷子、馬鈴薯、啤酒大麥、油菜籽、小麥污染指數(shù)相對較低，但仍超過農(nóng)產(chǎn)品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)值，農(nóng)產(chǎn)品中Pb含量超標(biāo)。

3 討論

對重金屬污染土壤的治理方法包括物理措施、化學(xué)方法及生物技術(shù)等，但這些方法在有效性、持久性及經(jīng)濟性方面難以達到預(yù)期效果[20]。通過評價比較不同農(nóng)作物吸收、積累重金屬的能力，調(diào)節(jié)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)，可以有效地防止重金屬對農(nóng)產(chǎn)品的污染，降低農(nóng)產(chǎn)品中重金屬污染風(fēng)險。作物吸收重金屬主要取決于作物本身的遺傳因素和外界的環(huán)境條件[21－22]。作物對重金屬的吸收能力通過富集系數(shù)（Bioconcentration Coefficient，BCF）量化表現(xiàn)，反映植物對重金屬富集程度的高低或富集能力的強弱[23－25]。

研究發(fā)現(xiàn)，3類10種作物可食部分對Cd富集能力表現(xiàn)為蔬菜＞油料作物＞糧食作物，對Hg、Pb富集能力表現(xiàn)為蔬菜＞糧食作物＞油料作物，同一類型作物（除玉米和大豆外）對不同重金屬吸收能力表現(xiàn)為Cd＞Pb＞Hg。楊暉等[26]研究發(fā)現(xiàn)，莖葉類蔬菜重金屬富集能力高于禾谷類，同時供試的7種作物對土壤中Cd的吸收能力明顯大于Pb；蔬菜對不同重金屬富集的規(guī)律是Cd＞Zn、Cu＞Pb、Hg、As、Cr[27]；小麥籽粒對土壤重金屬富集能力的大小順序均為Cu＞Cd＞Zn＞Pb＞Cr[28]；胡麻對重金屬Cd的吸收明顯高于Pb[29]。這與本研究結(jié)果相同，說明土壤中的Cd更易被作物吸收和轉(zhuǎn)運，容易在可食部分中累積。

由于不同作物重金屬富集基因型不同，其Cd、Hg、Pb的吸收富集能力也存在較大差異。蔬菜作物中，芹菜對Cd的敏感性顯著高于娃娃菜，與顧燕青等[30]研究結(jié)果相同，而在Hg、Pb污染土壤上，娃娃菜的重金屬富集能力高于芹菜。糧食作物對Cd的吸收能力為馬鈴薯＞小麥＞谷子＞啤酒大麥＞玉米，對Hg的吸收表現(xiàn)為馬鈴薯＞啤酒大麥＞谷子＞小麥＞玉米，對Pb的吸收表現(xiàn)為谷子＞馬鈴薯＞啤酒大麥＞小麥＞玉米。馬鈴薯對重金屬的吸收顯著強于其他糧食作物，主要是因為馬鈴薯可食部位為塊莖，其他糧食作物可食部位為籽粒，植物莖部較籽粒更易富集重金屬；玉米籽粒對重金屬的富集能力最低，與Florijn等[31]的結(jié)論一致，玉米生物量大是典型的重金屬富集作物[32]，但重金屬主要富集在玉米秸稈中。油料作物對Cd的吸收表現(xiàn)為胡麻＞大豆＞油菜籽，對Hg和Pb的吸收表現(xiàn)為胡麻＞油菜籽、大豆。研究發(fā)現(xiàn)胡麻是重金屬富集作物[33]，其在重金屬污染土壤上耐性和富集性高，與本研究結(jié)論一致。油菜籽的重金屬富集能力也較強[34]，但主要富集部位為葉片。本試驗在Cd、Hg、Pb脅迫條件下，不同類別作物可食部分對重金屬的吸收表現(xiàn)出明顯的差異，同一種類別作物，其基因型的差異也較大，同時也因農(nóng)藝措施及環(huán)境條件的變化表現(xiàn)出不同的特性，吸收重金屬的能力也不同。如何保證篩選出的某類農(nóng)作物對特定重金屬的遺傳功能穩(wěn)定發(fā)揮，往往受諸多因素影響，因而尚有很多工作要做。

農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤環(huán)境重金屬污染問題的出現(xiàn)，極有可能導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題的發(fā)生，并通過食物鏈最終在人體內(nèi)蓄積而危害人類生命與健康。農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險評估是農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管工作推進到一定程度的客觀需要和必然選擇[35]。本試驗中3類10種作物可食部分對Cd、Hg、Pb等重金屬的累積情況及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的評價研究表明：娃娃菜、芹菜、胡麻對重金屬的敏感性最強，具有較強的吸收和富集能力，也是重金屬最容易超標(biāo)的食用性農(nóng)產(chǎn)品。玉米對重金屬的敏感性最弱，吸收和富集能力較小，是10種作物中超標(biāo)率最低的農(nóng)作物。因此，為保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，必須對娃娃菜、芹菜、胡麻產(chǎn)地土壤及農(nóng)產(chǎn)品進行定期安全檢測，對農(nóng)作物產(chǎn)地重金屬含量背景值較高或已存在重金屬污染的低風(fēng)險區(qū)進行種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，將胡麻、娃娃菜、芹菜、馬鈴薯等對Cd、Hg、Pb富集能力較強的作物調(diào)整為玉米等重金屬富集能力較低的作物，以降低農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量且不影響農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)，但在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，仍然需要通過大田試驗驗證。

4 結(jié)論

（1）蔬菜對重金屬的敏感性最高，在Cd、Pb、Hg污染土壤上應(yīng)盡量避免種植蔬菜作物，尤其是根莖葉類蔬菜；油料作物Cd的富集能力較強，糧食作物對Pb、Hg的富集能力較強，針對不同土壤污染物狀況，適當(dāng)調(diào)整油料作物和糧食作物的種植。

（2）同一作物可食部分對Cd的富集能力顯著高于Hg、Pb，Cd污染土壤對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全具有更大的潛在威脅。

（3）在供試的10種作物農(nóng)產(chǎn)品中，Cd脅迫下有9種作物超標(biāo)，Pb脅迫下有8種作物超標(biāo)，Hg脅迫下有3種作物超標(biāo)。Cd和Pb比Hg更容易造成農(nóng)產(chǎn)品中重金屬超標(biāo)。

（4）在土壤Cd、Hg、Pb重度污染區(qū)域進行農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整時，綜合評價：在Cd污染區(qū)可優(yōu)先選擇種植玉米做驗證；在Hg污染區(qū)可優(yōu)先選擇種植玉米和油菜籽做驗證；在Pb污染區(qū)可優(yōu)先選擇種植玉米和大豆做驗證。因此，玉米可作為甘肅省農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染防治中低風(fēng)險區(qū)域種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的首選作物。

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Heavy metal content and accumulation characteristics in the edible parts of different crops under Cd,Hg,and Pb stress

JIAO Wei－xiong1,YANG Hu－de1,2*,FENG Dan－ni2,LIN Da－song3,LI Chong－xiao4
（1.College of Resources and Environment,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China;2.Institute of Soil,Fertilizer and Watersaving Agriculture,Gansu Academy of Agricultural Sciences,Lanzhou 730070,China;3.Agro－Environmental Protection Institute,Ministry of Agriculture,Tianjin 300191,China;4.Gansu Agricultural Ecological Environment Protection Management Station,Lanzhou 730000,China）

The test method of micro area soil cultivation was used in this research to investigate absorption and accumulation ability of heavy metals in the edible parts of 10 common types of cultivated crops,including three main crop classes,planted in soil heavily polluted by Cd,Hg,or Pb.Furthermore,the quality and safety of agricultural products were evaluated using a single factor index method,according to National food safety standard of China（GB 2762—2012）.The results showed that there were significant differences in the absorption capacity of different types of heavy metals in different crops.The trend of accumulation ability of Cd showed as vegetables＞oil crops＞food crops;for Hg and Pb,it was vegetables＞food crops＞oil crops.The absorption ability of the same crop（except corn and soybean）for different heavy metals was in the order of Cd＞Pb＞Hg.This comprehensive evaluation suggested that corn was preferable for Cd－polluted farmland,corn and rapeseed for Hg－polluted farmland,and corn and soybeans for Pb－polluted farmland.This information is helpful for adjusting the crop planting structure in Gansu Province.

farmland soil;heavy metal content;agricultural products;Accumulation characteristics;safety assessment

X503.231

A

1672－2043（2017）09－1726－08

10.11654/jaes.2017－0225

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2017－02－26

焦位雄（1986—），男，甘肅秦安人，碩士研究生，從事土地退化防治與土壤環(huán)境保護研究。E－mail：695663209@qq.com

*通信作者：楊虎德E－mail：596259707@qq.com

國家重點研發(fā)計劃課題（2016YFD0201207）

Project supported：The National Science and Technology Major Project of the Ministry of Science and Technology of China（2016YFD0201207）