我國(guó)土壤-蔬菜作物系統(tǒng)重金屬污染及其安全生產(chǎn)綜合農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)

馮 英，馬璐瑤，王 瓊，吳英杰，黃路寬，周其耀，楊肖娥

（浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，污染環(huán)境修復(fù)與生態(tài)健康教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310058）

從1978改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)蔬菜產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)30多年的迅猛發(fā)展，種植面積從1978年的3.3×106hm2發(fā)展到2015年的2.2×107hm2[1-2]，占全國(guó)耕地面積的13.2%。我國(guó)蔬菜年產(chǎn)量超7億t，人均占有量超500 kg[2]，是世界第一大生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)。蔬菜單產(chǎn)逐年提高，從1980年的2.6萬(wàn)kg·hm-2提高到2015年的3.6萬(wàn)kg·hm-2，高于世界平均水平約 17%[2-3]。2014 年蔬菜每公頃凈利潤(rùn)為3.23萬(wàn)元，成本利潤(rùn)率為51.3%，分別比糧食、大豆、甘蔗高39.7%、55.2%和58.4%[3]，已成為農(nóng)民增收的主要來(lái)源之一。

隨著生活水平的提高，人們對(duì)食品安全性和農(nóng)產(chǎn)品綠色生產(chǎn)的要求越來(lái)越高。然而目前農(nóng)田土壤重金屬污染問(wèn)題日益凸顯[4],土壤重金屬通過(guò)食物鏈的遷移是人體重金屬暴露的重要途徑。一旦重金屬進(jìn)入蔬菜地，就有可能在蔬菜作物中積累，從而給人體健康帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。Huang等[5]調(diào)研了南方典型郊區(qū)土壤重金屬污染的健康風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)現(xiàn)因土壤暴露和食物攝取導(dǎo)致的人體潛在健康危險(xiǎn)指數(shù)為15.3，其中87.5%的健康風(fēng)險(xiǎn)來(lái)自食物消耗，且水稻（10.44）＞蔬菜（2.86）＞茶葉（0.05）。Liu等[6]發(fā)現(xiàn)，菜地土壤鉻（Cr）和鉛（Pb）污染導(dǎo)致非致癌風(fēng)險(xiǎn)，而鎘（Cd）污染易導(dǎo)致致癌風(fēng)險(xiǎn)。相對(duì)于稻田，菜地土壤重金屬污染的健康風(fēng)險(xiǎn)雖然較低，但由于蔬菜作物在我國(guó)居民膳食結(jié)構(gòu)中占有重要地位，因此重金屬污染菜地的安全利用對(duì)保障蔬菜作物的安全生產(chǎn)和人體健康均有十分重要的意義。

本文在梳理我國(guó)菜地土壤和蔬菜作物重金屬污染現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)蔬菜作物對(duì)重金屬吸收積累特征及其安全生產(chǎn)綜合農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)，以期為重金屬污染蔬菜地的安全利用和農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 我國(guó)菜地土壤重金屬污染現(xiàn)狀

1.1 污染面積較大且以中輕度污染為主

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷進(jìn)步，因工業(yè)“三廢”排放、城市生活垃圾堆放、農(nóng)用化學(xué)品的投入及大氣沉降等引起的土壤重金屬污染問(wèn)題引起了全社會(huì)的廣泛關(guān)注。宋偉等[7]通過(guò)分析近千篇文獻(xiàn)中涉及31個(gè)省份的346個(gè)地級(jí)市數(shù)據(jù)，推斷我國(guó)大約有1/6的耕地受到不同程度的重金屬污染，約為2×107hm2，且污染面積不斷擴(kuò)大。2014年，環(huán)保部和國(guó)土資源部聯(lián)合發(fā)布了全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)，顯示耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率為19.4%，其中重度污染點(diǎn)位僅占1.1%。雖然我國(guó)蔬菜地土壤污染狀況尚未有權(quán)威的統(tǒng)計(jì)詳查數(shù)據(jù)，但從20世紀(jì)90年代起，全國(guó)各地就有大量蔬菜地土壤污染情況的調(diào)查報(bào)道（表1）。這些調(diào)研結(jié)果表明，我國(guó)蔬菜地土壤重金屬污染類型多樣，污染面積雖在擴(kuò)大，但主要以中輕度污染為主。最近啟動(dòng)了全國(guó)土壤污染狀況詳查工作，將在2018年底前查明農(nóng)用地土壤污染的面積分布及其對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

1.2 污染物種類和污染程度區(qū)域分異明顯

我國(guó)蔬菜地土壤主要污染元素有Cd、汞（Hg）、Pb、砷（As）、Cr、銅（Cu）等（表1）。南方菜地Cd污染最為嚴(yán)重，其次是Pb、Hg和As[31]。Zeng等[32]通過(guò)比較不同地區(qū)菜地土壤的重金屬含量，發(fā)現(xiàn)中國(guó)東部菜地重金屬污染較嚴(yán)重，主要污染元素為Cd、Hg、鋅（Zn）；中部地區(qū)以As和Cd污染為主，少數(shù)受Hg、Zn和Cu污染；西部地區(qū)有一定程度的Cd和As污染，少數(shù)土壤樣品Cu、Cr和Hg超標(biāo)。郭愛(ài)珍等[33]通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，華中地區(qū)菜地污染較為嚴(yán)重，華東地區(qū)存在不同程度的Hg、Pb、Cr、Cd、As污染，華南地區(qū)主要是Pb、Cd污染，西南地區(qū)和東北地區(qū)污染較輕，華北地區(qū)部分Cr、Pb污染，而西北地區(qū)污染報(bào)道較少，土壤清潔。

2 蔬菜作物的重金屬污染狀況

近30年來(lái)，有大量蔬菜產(chǎn)品重金屬污染情況的報(bào)道（表1），其重金屬超標(biāo)率最低為12%[22]，有些高達(dá)90%以上[26]。Pan等[34]分析了從浙江省11個(gè)城市農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)采集的28個(gè)品種5785個(gè)蔬菜樣本中重金屬含

量，發(fā)現(xiàn)As、Cr、鎳（Ni）未超標(biāo)，而Cd和Pb超標(biāo)率分別為0.25%和1.56%，表明該地區(qū)人群有一定的通過(guò)消費(fèi)蔬菜攝取重金屬的風(fēng)險(xiǎn)。最近興起的文獻(xiàn)薈萃分析方法為評(píng)價(jià)土壤污染物通過(guò)食物鏈遷移影響人體健康的風(fēng)險(xiǎn)提供了有力的手段。Zhong等[35]分析了2007—2016年已發(fā)表的220篇論文中的1335個(gè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)蔬菜作物中重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)較低，Pb、Cd、Hg的平均含量分別為0.11、0.04、0.01 mg·kg-1，均低于最大允許濃度，南方部分地區(qū)如貴州、云南、湖南、廣東、湖北等省份和北方遼寧省因食用蔬菜有一定的公眾健康風(fēng)險(xiǎn)。在各種蔬菜作物中，葉菜類是Cd和Pb暴露的主要來(lái)源，根類是Cu和Zn暴露的重要途徑，而塊莖是Cr暴露的主要來(lái)源[1]。

表1 我國(guó)土壤-蔬菜系統(tǒng)重金屬污染狀況（部分案例）Table1 Heavy metal pollution in soil-vegetable systems in China（case studies）

蔬菜中的重金屬主要來(lái)自土壤、灌溉水、農(nóng)用化學(xué)品以及大氣沉降等[36]。當(dāng)蔬菜體內(nèi)重金屬含量積累到一定閾值，就會(huì)表現(xiàn)出毒害作用，嚴(yán)重情況可致其死亡。

3 蔬菜作物對(duì)重金屬的吸收積累特征及其影響因素

已有研究表明，土壤-農(nóng)作物系統(tǒng)重金屬累積并非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系[4]。蔬菜作物對(duì)重金屬的吸收積累作用，不僅與作物的基因型、生育期和組織部位有關(guān)，還與土壤因素及環(huán)境要素緊密相關(guān)。

3.1 基因型對(duì)重金屬吸收積累的影響

不同種類蔬菜對(duì)土壤重金屬的吸收積累作用有明顯差異，普遍表現(xiàn)為葉菜類＞根菜類＞果菜類[36]。李其林等[37]發(fā)現(xiàn)相比于果菜，葉菜類對(duì)Pb、Cd、Cr、Zn等重金屬的富集能力強(qiáng)，而對(duì)Ni和Cu的吸收富集能力低。Alexander等[38]發(fā)現(xiàn)豆類蔬菜積累的Cd、Cu、Zn和Pb的量比根菜類和葉菜類的低。歐陽(yáng)喜輝等[39]調(diào)查以褐土為主的北京市集中連片蔬菜生產(chǎn)基地，發(fā)現(xiàn)扁豆、黃瓜、甜菜、西瓜等對(duì)Cd的吸收能力較弱；油菜的吸收能力較強(qiáng)；白菜、菠菜、芹菜、生菜的吸收能力處于中等水平。趙小蓉等[40]通過(guò)田間試驗(yàn)（供試土壤為岷江沖積土）發(fā)現(xiàn)，重金屬富集能力總體表現(xiàn)為葉菜類強(qiáng)于根莖類，在花菜、白菜、萵苣、蓮白、蘿卜、土豆等6種蔬菜中，以土豆對(duì)Cd和Pb的富集能力最弱。朱蘭保等[41]對(duì)蚌埠市蔬菜的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，重金屬含量大小順序?yàn)槿~菜類＞茄果類、豆類＞瓜類。Chang等[42]在珠江三角洲的研究發(fā)現(xiàn)，在菜心、生菜、小白菜、大白菜、綠葉萵苣和中國(guó)芥菜中，小白菜對(duì)重金屬的富集能力最低；5種重金屬Hg、Cd、Pb、Cr、As中以Cd從土壤中轉(zhuǎn)移到蔬菜中的能力最強(qiáng)。賈麗等[43]發(fā)現(xiàn)，在石灰性的潮土（13.4%）和褐土（74.1%）區(qū)域，蔬菜重金屬總量大小順序?yàn)椴げ耍就炼梗敬笏猓敬笫[＞萵苣＞黃瓜，對(duì)各重金屬元素吸收大小順序?yàn)閆n＞Cd＞Pb＞Cu＞Cr。陳玉梅等[44]盆栽試驗(yàn)（供試土壤為潮土）結(jié)果表明，番茄和茄子可以在輕度重金屬?gòu)?fù)合污染土壤中種植；在中度Cd污染土壤上可種植番茄；而辣椒對(duì)Cd、Zn的吸收量大，不建議在Cd、Zn污染土壤上種植。與果類蔬菜相比，葉菜和根莖類蔬菜具有相對(duì)較高的重金屬濃度和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)[30]。由于各類蔬菜對(duì)重金屬的吸收累積特性受土壤環(huán)境條件和研究方法的制約，導(dǎo)致部分研究結(jié)果不總是符合葉菜類＞根菜類＞果菜類的重金屬積累規(guī)律。

與水稻、小麥等大宗作物類似，同一種蔬菜的不同基因型對(duì)重金屬吸收積累的特性也有很大差異。井彩巧[45]發(fā)現(xiàn)38個(gè)大白菜品種對(duì)Cd和Pb的富集能力有明顯差異，并篩選出Cd和Pb共低積累品種黃芯48等。在盆栽和大田試驗(yàn)條件下，15種大白菜品種中，北京小雜56對(duì)Cd的富集能力很強(qiáng)，而豐源3號(hào)的Cd富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均較低[46]。Chen等[47]通過(guò)盆栽和田間試驗(yàn)對(duì)長(zhǎng)三角地區(qū)主栽的50個(gè)小白菜品種進(jìn)行了篩選，發(fā)現(xiàn)杭州油冬兒和早生華京等對(duì)Cd的積累能力較低，適用于種植在低Cd污染土壤上（≤1.2 mg·kg-1）。Hussain等[48]分析了100個(gè)西紅柿品種Cd積累能力的差異，發(fā)現(xiàn)有8個(gè)品種在土壤中Cd濃度為3 mg·kg-1和6 mg·kg-1時(shí)，產(chǎn)量最高，且果實(shí)中Cd含量最低。Dai等[49]通過(guò)盆栽試驗(yàn)從40個(gè)蘿卜品種中篩選出了3個(gè)Cd低積累品種和5個(gè)Cd高積累品種。陳劍等[50]采用大棚盆栽試驗(yàn)研究了4個(gè)西蘭花品種對(duì)Pb、Cd、Hg的吸收富集規(guī)律，發(fā)現(xiàn)浙青95與臺(tái)綠1號(hào)對(duì)Pb的富集能力相對(duì)較弱，臺(tái)綠1號(hào)對(duì)Hg的富集能力較弱。蔬菜作物對(duì)重金屬吸收積累的基因型差異為篩選重金屬低積累種質(zhì)資源，用于重金屬污染蔬菜地安全利用和克隆相關(guān)重金屬拒吸收基因提供了遺傳基礎(chǔ)。

3.2 不同組織部位對(duì)重金屬積累能力的差異

已有研究表明，蔬菜的不同組織部位對(duì)重金屬的富集量也存在顯著差異。Dunbar等[51]發(fā)現(xiàn)土豆不同組織中Cd含量存在顯著差異，與禾本科植物類似，即根＞莖＞葉＞子實(shí)。李非里等[52]發(fā)現(xiàn)辣椒中不同部位的Cd含量為根＞莖葉＞果實(shí)，其中果實(shí)中的Cd含量?jī)H為莖葉的0.42～0.51倍。楊菲等[53]在潮土和水稻土的盆栽試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，空心菜根和莖中Pb的平均含量分別是葉中的3.86倍和2.02倍，Cd的平均含量分別是葉中的3.58倍和4.73倍。不同組織部位對(duì)重金屬轉(zhuǎn)運(yùn)和區(qū)隔能力的差異是導(dǎo)致其富集能力不同的主要原因。植物對(duì)Pb、Cd、As等的富集能力一般為地下部位＞地上部位，這是由于這些重金屬在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)能力相對(duì)較弱[54]。重金屬離子被根吸收后，一般通過(guò)必需元素的運(yùn)輸途徑或者離子通道轉(zhuǎn)運(yùn)至其他部位，因而轉(zhuǎn)運(yùn)能力差的離子地上部積累就少。但是有研究顯示，芥菜的地上部可以從土壤或水溶液中積累高水平的Cd[55-56]，Nouairia等[57]比較了芥菜和油菜葉片吸收積累Cd的區(qū)別，發(fā)現(xiàn)與油菜相比，芥菜的地上部積累了更多的Cd；Cd處理下芥菜葉片的脂質(zhì)含量增加，但脂肪酸組成基本不變，而油菜葉片不僅脂質(zhì)成分發(fā)生了變化，而且脂質(zhì)含量也有所下降。

3.3 土壤環(huán)境條件制約蔬菜作物對(duì)重金屬的吸收積累

重金屬在蔬菜作物體內(nèi)的積累，除了與作物本身特性有關(guān)，還與土壤狀況和外界環(huán)境條件直接相關(guān)。土壤中重金屬的含量和形態(tài)、土壤的理化性質(zhì)、養(yǎng)分狀況及微生物活性等均顯著影響作物對(duì)重金屬的吸收積累。

Ye等[24]發(fā)現(xiàn)蔬菜作物（尤其是莖葉類蔬菜）重金屬含量與土壤中重金屬含量呈顯著正相關(guān)。Zhang等[58]調(diào)研發(fā)現(xiàn)，蔬菜作物體內(nèi)重金屬濃度與土壤重金屬總濃度的相關(guān)性較差，而與土壤重金屬生物有效濃度直接相關(guān)，土壤pH是決定土壤重金屬生物有效性的重要因素；基于土壤-植物系統(tǒng)生物有效重金屬轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)分析，所研究的珠江三角洲區(qū)域Cu、As和Hg容易在蔬菜作物中富集。Yu等[59]對(duì)27篇蔬菜作物Hg污染研究論文薈萃分析發(fā)現(xiàn)，土壤的pH值和有機(jī)質(zhì)含量（SOM）是影響蔬菜作物Hg吸收的主要因素。

土壤中的微生物活動(dòng)對(duì)重金屬的遷移轉(zhuǎn)化有重要作用。微生物對(duì)重金屬離子的影響不僅包括生物吸附、富集、溶解、氧化還原以及絡(luò)合等物理化學(xué)作用[60-61]，而且還包括調(diào)控植物對(duì)重金屬離子的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)等生物作用。陳寶等[62]從Pb污染礦區(qū)篩選到1株銅綠假單胞菌M2（Pseudomonas aeruginosa），發(fā)現(xiàn)接種M2能夠促進(jìn)小白菜生長(zhǎng)，維持土壤細(xì)菌多樣性，明顯促進(jìn)Pb污染土壤的植物修復(fù)作用。He等[63]在伏毛蓼根部分離出一種金屬耐受和促植物生長(zhǎng)內(nèi)生菌（Rahnella sp.JN6），將其接入甘藍(lán)型油菜后，顯著提高了油菜地上部和根組織中Cd、Pb、Zn的濃度，促進(jìn)了植物對(duì)重金屬的吸收。通過(guò)調(diào)控土壤尤其是作物根際土壤中微生物的組成和活性降低蔬菜作物對(duì)重金屬的吸收累積將是未來(lái)一段時(shí)間研究的熱點(diǎn)。

此外，水肥管理方式、溫度光照等外界環(huán)境要素都會(huì)影響作物對(duì)土壤重金屬的吸收與積累，為通過(guò)調(diào)控這些要素降低蔬菜可食用部位重金屬含量提供了可能。

4 重金屬污染菜地蔬菜作物安全生產(chǎn)農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)

我國(guó)《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》確定了農(nóng)用地分類管理的思路，對(duì)于中輕度污染農(nóng)田重在安全利用。因此，可以采用農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)進(jìn)行邊生產(chǎn)邊修復(fù)，以保障重金屬污染蔬菜地的安全生產(chǎn)。已有大量針對(duì)重金屬污染稻田的農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)集成和示范研究，而對(duì)蔬菜地的研究相對(duì)較少，特別是大規(guī)模的推廣應(yīng)用示范還比較缺乏，當(dāng)前的研究主要集中于以下幾個(gè)方面：

4.1 調(diào)整種植布局，選擇低積累品種

由于土壤重金屬不能被微生物降解，具有移動(dòng)性差、積累性強(qiáng)等特點(diǎn)，其治理和修復(fù)難度很大。要在中輕度污染蔬菜地上種出安全的農(nóng)產(chǎn)品，可以根據(jù)不同蔬菜作物對(duì)重金屬富集和吸收的差異，合理進(jìn)行生產(chǎn)布局，比如在重金屬污染嚴(yán)重的地區(qū)，盡量少種容易富集重金屬的葉菜類蔬菜，改種富集力弱的果菜和低積累的根菜等。韓峰等[64]大田試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在貴州礦區(qū)Cd含量超標(biāo)的蔬菜地中，可以種植胡蘿卜、芹菜、茄子等對(duì)Cd的積累能力較弱的蔬菜；而在Hg含量超標(biāo)的蔬菜地里，可以種植豇豆、棒豆、辣椒等對(duì)Hg富集能力較低的蔬菜。顧燕青等[65]指出，在中輕度重金屬污染土壤中，可以種植葉菜類和根莖類的低積累品種，避免種植高富集基因型蔬菜。目前大多數(shù)重金屬低積累品種篩選研究采用人為添加重金屬污染的盆栽試驗(yàn)或者溶液培養(yǎng)試驗(yàn)，污染水平比較高，土壤環(huán)境單一。而在田間生產(chǎn)實(shí)際中，大部分蔬菜地是中輕度污染水平，污染元素多樣，且土壤環(huán)境復(fù)雜。因此，必須立足蔬菜生產(chǎn)基地，因地制宜選擇優(yōu)質(zhì)高抗農(nóng)藝性狀優(yōu)良的主栽品種，篩選出市場(chǎng)接受程度高、易于推廣應(yīng)用的重金屬低積累品種。

4.2 優(yōu)化種植模式，合理輪間套作

我國(guó)蔬菜生產(chǎn)多采用高度集約化的輪間套作種植模式，復(fù)種指數(shù)較高。近年的研究發(fā)現(xiàn)，在重金屬中輕度污染土壤上，通過(guò)合理的輪間套作技術(shù)可以有效降低作物可食部位重金屬含量，特別是利用超富集植物與普通植物的輪間套作，效果更加明顯。輪間作系統(tǒng)中，作物從土壤中提取的Cd分別占土壤Cd總量的2.30%和1.16%，而在單作體系中只占0.21%[66]。居述云等[67]發(fā)現(xiàn)超積累植物與蔬菜作物輪作可以降低后茬茄子的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)。An等[68]研究了5種作物（番茄、玉米、青菜、白菜和三葉草）在單作和間作條件下重金屬的吸收狀況，結(jié)果顯示，當(dāng)番茄與其他作物間作時(shí)，會(huì)增加重金屬的積累，當(dāng)玉米與其他作物間作時(shí)，Cr、Cu、Fe的濃度會(huì)降低，而三葉草對(duì)Cd和Pb的積累能力強(qiáng)，與三葉草間作，5種重金屬的濃度都降低了。田間試驗(yàn)條件下，間作增強(qiáng)了Cd富集植物續(xù)斷菊對(duì)Cd的吸收，降低了蠶豆對(duì)Cd的吸收[69]。盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Cd超富集植物土荊芥和蠶豆、玉米間作促進(jìn)了土荊芥對(duì)Pb、Cd、Zn的吸收和積累，同時(shí)抑制了蠶豆、玉米對(duì)重金屬的吸收[70]。與Cd超富集植物龍葵間作，提高了茄子的生物量、光合作用和抗氧化酶活性[71]。而龍葵與低積累大蔥套種不僅顯著提高了龍葵對(duì)土壤Cd的去除率，而且降低了大蔥可食部位Cd的含量[72]。油菜是一種Cd高積累作物[73-74]，溪口花籽和川油Ⅱ-10具有明顯的Cd超積累特征和修復(fù)Cd污染土壤的能力[73,75]。Su等[76]通過(guò)自然Cd污染土壤的盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與竹倉(cāng)花籽或川油Ⅱ-93輪作會(huì)降低白菜中Cd的含量。這些結(jié)果表明，輪間套作是實(shí)現(xiàn)重金屬中輕度污染土壤安全利用的重要途徑，比較適用于我國(guó)蔬菜作物的生產(chǎn)，但由于間套作模式用工甚大，相關(guān)機(jī)械化操作設(shè)備還較少，因此限制了其大規(guī)模的推廣應(yīng)用。

4.3 合理施用土壤改良劑，降低土壤重金屬的生物有效性

土壤改良產(chǎn)品種類繁多，包括松土劑、增肥劑、改良劑、調(diào)節(jié)劑等[77]，其類型不同，作用機(jī)制也不相同，主要包括改善土壤含水量、容重等物理性質(zhì)，改變土壤pH、SOM等化學(xué)性質(zhì)，調(diào)控土壤微生物的活性等，從而改變土壤對(duì)重金屬的吸附、沉淀、絡(luò)合、氧化還原作用等以降低土壤中重金屬的生物有效性[78]。劉恩玲等[79]采用大棚小區(qū)試驗(yàn)，比較有機(jī)肥、欄肥、腐植酸和石灰作為土壤改良劑的作用效果，發(fā)現(xiàn)腐植酸和石灰可有效抑制Cd、Pb在土壤-蔬菜（青菜、蘿卜）系統(tǒng)的遷移。劉維濤等[80]通過(guò)盆栽試驗(yàn)，比較了石灰、雞糞、過(guò)磷酸鈣及其組合降低大白菜地上部Cd和Pb含量的作用效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)施用改良劑可升高土壤的pH值、降低土壤中的有效態(tài)Cd含量，促進(jìn)大白菜的生長(zhǎng)并降低大白菜中Cd和Pb的含量。劉曉婷等[81]通過(guò)盆栽試驗(yàn)比較了石灰、過(guò)磷酸鈣、人造沸石、納米羥基磷灰石及其組合在中輕度Cd污染土壤上降低芹菜Cd吸收的作用效果。李丹等[82]研究了Cd污染程度不同的土壤中改良劑的應(yīng)用效果，發(fā)現(xiàn)不同土壤中改良劑的作用效果與機(jī)制不同。Yao等[83]發(fā)現(xiàn)新型Fe-Si鈍化材料比人工沸石和堿土具有更好的增加土壤pH、降低上海青對(duì)As和Cd吸收的作用。李富榮等[84]比較了不同栽培方式和施用改良劑的農(nóng)藝調(diào)控措施組合對(duì)蕹菜中Pb、Cd累積規(guī)律的影響差異，結(jié)果顯示與旱作模式相比，水作條件下施用改良劑對(duì)蕹菜-土壤系統(tǒng)中Pb、Cd累積特性的影響效果更明顯。有機(jī)改良劑可以升高土壤pH值，增加與土壤中Cd的結(jié)合位點(diǎn)，形成穩(wěn)定的復(fù)合物，降低Cd在土壤中的生物有效性，被認(rèn)為是環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)有效的原位修復(fù)技術(shù)。

近年來(lái)，生物炭作為土壤改良劑被廣泛應(yīng)用。李鷹翔等[85]發(fā)現(xiàn)在酸性和中性土壤中，生物炭和粉煤灰可以發(fā)揮有效的重金屬鈍化作用，粉煤灰可以有效阻礙土壤的重金屬淋溶，但對(duì)土壤酸化只能起到短期的改善作用；施用生物炭可以有效提高作物產(chǎn)量、降低重金屬的生物有效性以及改善土壤性質(zhì)等。楊僑等[86]發(fā)現(xiàn)由海泡石、生物炭、腐植酸組成的復(fù)合鈍化劑施入污灌區(qū)土壤后，土壤有機(jī)質(zhì)含量升高，土壤和菠菜中Cd含量均明顯降低。Cardenas-Aguiar等[87]比較了添加生物炭和生物炭/堆肥混合物對(duì)不同土壤-蔬菜（芥菜、水芹、黑麥草）系統(tǒng)中Cu遷移的影響，發(fā)現(xiàn)添加生物炭降低了Cu在土壤中的移動(dòng)性，增加了植物的根長(zhǎng)和生物量。Ren等[88]發(fā)現(xiàn)向土壤中施加生物炭，降低了土壤的pH值和EC值，增加了土壤微生物的數(shù)量，并且促使土壤中的Cd轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定形態(tài)，降低Cd的生物有效性，抑制白菜從土壤中吸收Cd。盡管生物炭作為土壤改良劑的作用效果十分明顯，然而由于生產(chǎn)成本較高，導(dǎo)致其在蔬菜生產(chǎn)體系中大規(guī)模應(yīng)用的報(bào)道還較少。

雖然土壤改良劑可以通過(guò)各種過(guò)程降低土壤重金屬的生物有效性[89]，但有些改良劑本身含有一定量的重金屬，還有些改良劑可能會(huì)產(chǎn)生一些有毒有害次生代謝物，大量使用會(huì)影響土壤的理化性質(zhì)，帶來(lái)二次污染的風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，施用改良劑并沒(méi)有將重金屬帶離土壤，在一定條件下，鈍化的重金屬還可能轉(zhuǎn)化為活性形態(tài)，因此在生產(chǎn)實(shí)際中，應(yīng)該慎重使用土壤改良劑。

4.4 優(yōu)化水肥管理，減少蔬菜可食部位重金屬積累

水肥管理措施不僅會(huì)影響土壤理化性質(zhì)和重金屬形態(tài)，還會(huì)影響作物對(duì)重金屬的吸收[90]，因此可以通過(guò)水肥管理措施的調(diào)控，調(diào)節(jié)土壤pH、氧化還原電位（Eh）、有機(jī)質(zhì)含量、陽(yáng)離子交換量（CEC）、質(zhì)地等因素,從而改變土壤中重金屬的活性，降低重金屬的生物有效性，減少重金屬?gòu)耐寥老蜃魑?，特別是向可食部分的轉(zhuǎn)移，達(dá)到作物安全生產(chǎn)的目的。在淹水條件下，土壤有機(jī)質(zhì)結(jié)合Cd的能力增強(qiáng)，使其向活性較低的結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化，同時(shí)還原性的環(huán)境易形成硫化鎘沉淀，從而降低Cd的生物有效性。Tack等[91]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土壤中總Cd含量為0.45 mg·kg-1時(shí)，菠菜在需水時(shí)期限制供水，植株體中的Cd濃度會(huì)升高。雖然大部分蔬菜是旱地作物，但部分蔬菜如空心菜等，可以淹水種植，淹水條件不僅可以提高酸性土壤pH，鈍化土壤重金屬，而且有利于減輕設(shè)施菜地土壤鹽漬化，具有較好的應(yīng)用前景。

不同肥料化學(xué)組分不同，施用后對(duì)土壤-植物系統(tǒng)重金屬遷移轉(zhuǎn)化的效果也不同，導(dǎo)致有些肥料在某些情況下也可成為土壤改良劑，成為強(qiáng)化重金屬污染植物修復(fù)的有力措施[92]。Zhang等[93]通過(guò)盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，供應(yīng)緩釋硝酸銨和緩釋尿素的小白菜鮮重比供應(yīng)速效硝酸銨和尿素時(shí)分別增加了103%和203%，且植株體內(nèi)的Cd濃度分別減少了51%～55%和44%～56%。Chen等[94]比較了有機(jī)礦物肥料與化學(xué)肥料對(duì)Cd污染土壤上的小白菜生長(zhǎng)和Cd含量的影響，發(fā)現(xiàn)有機(jī)礦物肥料不僅可以促進(jìn)小白菜的生長(zhǎng)，并且減少了小白菜從土壤中吸收重金屬的含量。Yu等[95]通過(guò)向有機(jī)和無(wú)機(jī)氮肥中添加硝化抑制劑3,4-二甲基吡唑磷（DMPP），發(fā)現(xiàn)與不添加DMPP的復(fù)合氮肥相比，添加DMPP使小白菜的生物量增加了9.8%～15.8%，硝酸鹽的濃度降低了15.7%～40.8%，Cu、Zn、Cd的含量分別降低了 7.8%～25.6%、10.4%～20.3%、12.8%～22.2%。

應(yīng)用葉面生理阻控劑保障作物安全生產(chǎn)是當(dāng)前農(nóng)田重金屬污染控制的重要方向[96]。利用離子拮抗原理，可以通過(guò)噴施含Zn、Fe、硅（Si）、硒（Se）等元素的葉面肥減少重金屬在作物體內(nèi)的積累。呂選中等[97]發(fā)現(xiàn)，在Cd污染的條件下，葉面噴施Se后，生菜Se吸收量增加了1213%，而Cd的吸收降低了31.63%；噴施鋅肥，生菜Zn吸收量增加了118%，而Cd的吸收降低了37.01%。許超等[98]通過(guò)盆栽實(shí)驗(yàn)研究了3種鐵肥對(duì)菜心中重金屬累積的影響，發(fā)現(xiàn)噴施鐵肥使菜心中的Cd、Pb和Cu濃度分別降低4.30%～35.5%、6.17%～50.3%和8.34%～33.4%，Zn濃度變化為27.1%～19.6%，F(xiàn)e濃度提高42.6%～90.2%。

圖1 重金屬污染菜地土壤-蔬菜作物系統(tǒng)安全生產(chǎn)綜合農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)Figure1 Comprehensive agronomic regulation technologies for vegetable safety production in heavy metal pollution soil-crop system

5 總結(jié)與展望

近年來(lái)，我國(guó)蔬菜生產(chǎn)穩(wěn)定發(fā)展，技術(shù)水平穩(wěn)步提高，但隨著蔬菜產(chǎn)業(yè)重金屬污染的加重，在當(dāng)前農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革背景下，菜地土壤重金屬污染給蔬菜的產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)了重大挑戰(zhàn)。為保障重金屬污染農(nóng)田的安全生產(chǎn)，目前采用的主要技術(shù)模式包括：施用土壤重金屬鈍化劑、選用低積累作物品種、合理輪間套作和水肥管理技術(shù)、實(shí)行植物修復(fù)等（圖1），有些已經(jīng)在湖南等地大規(guī)模應(yīng)用。然而目前對(duì)重金屬污染蔬菜地安全利用關(guān)注還較少，大規(guī)模的推廣應(yīng)用尚不多見(jiàn)。因此，需要加強(qiáng)以下幾個(gè)方面的研究：

5.1 土壤-蔬菜系統(tǒng)重金屬遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律與安全生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究

由于蔬菜種類繁多、種植土壤復(fù)雜多變、主產(chǎn)區(qū)環(huán)境條件差異大，因此不同重金屬在土壤-蔬菜系統(tǒng)的遷移轉(zhuǎn)化特征雖有不少研究，但尚需全面總結(jié)驗(yàn)證。目前蔬菜地重金屬污染家底不清，區(qū)域差異較大，對(duì)判定為污染的蔬菜地是否會(huì)造成農(nóng)產(chǎn)品的污染、以及判定為清潔的蔬菜地是否就不會(huì)造成農(nóng)產(chǎn)品的污染研究還較缺乏。對(duì)菜地土壤污染狀況常采用《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995）中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、《溫室蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（HJ/T 333—2006）和《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（HJ/T 332—2006）中的土壤中各項(xiàng)污染物的指標(biāo)要求。而對(duì)蔬菜中重金屬污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)常采用《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》（GB 2762—2012；GB 2762—2017）。這兩類標(biāo)準(zhǔn)直接用于蔬菜作物的生產(chǎn)，就會(huì)產(chǎn)生判定為污染的土壤上農(nóng)產(chǎn)品不超標(biāo)或者判定為潔凈的土壤上生產(chǎn)出超標(biāo)農(nóng)產(chǎn)品的現(xiàn)象。因此，要從重金屬在土壤-蔬菜-人體系統(tǒng)出發(fā)，明確不同重金屬食物鏈的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，制定更加科學(xué)的、實(shí)用的、針對(duì)性強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)不同區(qū)域、不同類型蔬菜地進(jìn)行分類管理。

5.2 重金屬污染蔬菜地安全利用農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)與蔬菜傳統(tǒng)種植模式的耦合

近年來(lái)，我國(guó)對(duì)重金屬污染農(nóng)田安全生產(chǎn)綜合農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)已有很多研究，尤其是土壤重金屬調(diào)理劑、鈍化劑、葉面阻控劑、輪間套作等單項(xiàng)農(nóng)藝調(diào)控措施，相關(guān)論文和專利呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，部分技術(shù)推廣應(yīng)用面積急劇增加。但由于蔬菜種植的周期性與高度集約化特征，一些在稻田成熟應(yīng)用的技術(shù)受到了極大的挑戰(zhàn)，將農(nóng)田綜合調(diào)控技術(shù)與蔬菜傳統(tǒng)的種植模式進(jìn)行耦合的研究還很少。

5.3 長(zhǎng)期定位試驗(yàn)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

目前重金屬污染蔬菜地安全利用技術(shù)集成示范與大規(guī)模應(yīng)用較少，且大部分研究周期為3～5年，長(zhǎng)期定位試驗(yàn)和跟蹤驗(yàn)證研究較為缺乏。此外，技術(shù)模式與組合的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)也需要加強(qiáng)。