鎘、鉛復(fù)合污染耕地主要作物安全生產(chǎn)閾值初探

楊燕媛 黃成濤 黎秋君 廖長君 周永信 謝湉

摘 要 為探明經(jīng)濟(jì)作物玉米、大豆及蔬菜作物紫菜苔、蒜苗、結(jié)球甘藍(lán)、西藍(lán)花在鎘、鉛復(fù)合污染耕地中的安全生產(chǎn)閾值，開展田間試驗(yàn)。結(jié)果表明，一定范圍內(nèi)，農(nóng)產(chǎn)品中重金屬累積量隨土壤重金屬含量增高而遞增;重度污染條件下，玉米、大豆、蒜苗、結(jié)球甘藍(lán)和西藍(lán)花可實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，且安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)玉米<大豆<西藍(lán)花<結(jié)球甘藍(lán)<蒜苗;紫菜苔于輕微污染條件下綜合超標(biāo)指數(shù)為0.67，可安全生產(chǎn)，但中度及重度條件下綜合超標(biāo)指數(shù)分別達(dá)到1.31、2.02，超標(biāo)較嚴(yán)重，需規(guī)避種植。

關(guān)鍵詞 鎘;鉛;糧食作物;蔬菜作物;安全利用

中圖分類號：X53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.06.076

隨著工、農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，土壤重金屬污染態(tài)勢日趨嚴(yán)峻。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國約有20%的耕地受到不同程度的重金屬污染，其污染的隱蔽性、累積性、難降解性，使其最終易由食物鏈富集放大轉(zhuǎn)移至人體中，危害人類健康[1-4]。因此，做好重金屬污染耕地的安全利用已成為亟待解決的環(huán)境問題。

目前，耕地土壤重金屬污染修復(fù)工程實(shí)施的原則是“阻源頭、消總量、控吸收、降活性、調(diào)種植”，即在阻斷污染源的同時(shí)，采用pH調(diào)節(jié)、植物萃取、替代種植、化學(xué)鈍化等單一或聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，降低生物鏈風(fēng)險(xiǎn)[5-6]。其中，植物萃取修復(fù)所需周期較長，pH調(diào)節(jié)、化學(xué)鈍化均可能破壞土壤原有的生態(tài)功能，且修復(fù)后土壤重金屬仍存在活化風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致技術(shù)推廣難度較大。而低積累作物替代種植因成本低、操作簡便，成了農(nóng)民較易接受的修復(fù)技術(shù)之一[7-9]。基于此，針對湖北地區(qū)典型鎘鉛復(fù)合污染耕地，通過對比各作物于不同污染程度土壤上對重金屬吸收積累情況，明晰各作物的安全生產(chǎn)閾值，旨在為湖北地區(qū)鎘鉛污染耕地農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地點(diǎn)位于湖北省3塊不同程度重金屬污染（輕微、中度、重度）的耕地，耕地土壤性質(zhì)見表1。供試作物為包括糧食作物玉米、大豆及蔬菜作物紫菜苔、蒜苗、結(jié)球甘藍(lán)和西藍(lán)花，其中玉米、大豆均選用當(dāng)?shù)胤N植較廣的常規(guī)品種，分別為登海9號、中黃13。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將供試作物玉米、大豆、紫菜苔、蒜苗、結(jié)球甘藍(lán)和西藍(lán)花分別種植于選定的輕微、中度、重度3個(gè)不同污染程度的耕地。即每種作物分輕微、中度、重度3個(gè)不同污染程度條件下種植處理，每處理重復(fù)3次，共計(jì)54個(gè)小區(qū)，每小區(qū)20 m2。待各作物成熟后分別采集其可食用部位，檢測重金屬鎘、鉛含量。

1.3 分析方法

鎘、鉛的測定采用石墨爐原子吸收法，GB/T 5009-2003。數(shù)據(jù)分析運(yùn)用Excel 2010和SPSS 18.0軟件。

1.4 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及方法

采用單因子污染指數(shù)法對農(nóng)產(chǎn)品安全性進(jìn)行評價(jià)，農(nóng)產(chǎn)品單因子超標(biāo)指數(shù)Ei越大，農(nóng)產(chǎn)品污染越嚴(yán)重。如Ei≤1，則表示農(nóng)產(chǎn)品未超標(biāo);12，則表示農(nóng)產(chǎn)品重度超標(biāo)[10-11]。農(nóng)產(chǎn)品單因子超標(biāo)指數(shù)及綜合超標(biāo)指數(shù)按照公式1和公式2計(jì)算。

Ei=Ci/Li（1）

E綜=[（E2i，max+E2i，ave）/2]1/2（2）

式（1）中，Ei為農(nóng)產(chǎn)品重金屬單因子超標(biāo)指數(shù)，Ci為農(nóng)產(chǎn)品重金屬測定值（單位與Li保持一致），Li為農(nóng)產(chǎn)品食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)限值。

式（2）中，E綜為農(nóng)產(chǎn)品重金屬綜合超標(biāo)指數(shù)，Ei，max為農(nóng)產(chǎn)品重金屬單因子超標(biāo)指數(shù)最大值，Ei，ave為農(nóng)產(chǎn)品重金屬單因子超標(biāo)指數(shù)平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量統(tǒng)計(jì)

農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量檢測結(jié)果見表2。由表可知，一定范圍內(nèi)，土壤鎘、鉛含量越高，作物可食用部位鎘、鉛積累量越高。不同種類農(nóng)產(chǎn)品中鎘含量紫菜苔>大豆>結(jié)球甘藍(lán)>蒜苗>西藍(lán)花>玉米;鉛含量紫菜苔>蒜苗>西藍(lán)花>結(jié)球甘藍(lán)>玉米>大豆。不同農(nóng)產(chǎn)品對鎘、鉛積累情況不同，但相對而言，鎘、鉛均較易在塊莖類及葉菜類作物中累積。

2.2 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量評價(jià)

各農(nóng)產(chǎn)品不同污染程度下質(zhì)量情況見表3。由表3可知，土壤污染程度越高，農(nóng)產(chǎn)品鎘、鉛單因子超標(biāo)指數(shù)及綜合超標(biāo)指數(shù)越高。各農(nóng)產(chǎn)品中，紫菜苔中度污染條件下，鎘、鉛單因子超標(biāo)指數(shù)分別達(dá)1.38、1.10，屬輕度超標(biāo);重度污染條件下，鎘、鉛單因子超標(biāo)指數(shù)分別達(dá)2.02、2.02，屬重度超標(biāo)。其余各農(nóng)產(chǎn)品鎘、鉛單因子超標(biāo)指數(shù)、綜合超標(biāo)指數(shù)均小于1，屬于安全水平。

相同污染程度條件下，各農(nóng)產(chǎn)品綜合超標(biāo)指數(shù)以紫菜苔最大，重度污染下可達(dá)2.02，其次分別為蒜苗、結(jié)球甘藍(lán)、西藍(lán)花、大豆、玉米。對鎘的安全風(fēng)險(xiǎn)為紫菜苔>大豆>結(jié)球甘藍(lán)>西藍(lán)花>蒜苗>玉米;對鉛的安全風(fēng)險(xiǎn)紫菜苔>蒜苗>西藍(lán)花>結(jié)球甘藍(lán)>玉米>大豆。

3 結(jié)論

本研究中，農(nóng)產(chǎn)品中重金屬累積量隨土壤重金屬含量增高而遞增，且同等條件下，塊莖類及葉菜類可食部位重金屬鎘、鉛積累相對較易。農(nóng)作物對土壤重金屬的吸收累積差異，與土壤中重金屬總量及有效態(tài)含量密切相關(guān)。土壤重金屬總量及有效態(tài)含量越高，能被作物吸收利用的部分越大，作物越容易積累重金屬[12]。同時(shí)，作物對重金屬的積累也與其自身基因型差異有關(guān)，作物對重金屬的吸收受其自身根系形態(tài)、根系分泌物等因素影響，且由基因型控制的重金屬在植物體內(nèi)的分配差異，會進(jìn)一步擴(kuò)大不同種類作物可食部位重金屬含量差異[13-14]。

王志坤等[15]的研究表明，隨著外源鎘添加量的增長，大豆籽粒中鎘含量逐漸上升，當(dāng)土壤鎘含量為5 mg·kg-1及10 mg·kg-1時(shí)，大豆籽粒中鎘含量分別達(dá)到0.61 mg·kg-1、0.99 mg·kg-1。周建昌等[16]研究表明，相同污染程度下，豆類、瓜類農(nóng)產(chǎn)品合格率最高，達(dá)100%;葉菜類、根莖類則較低，分別為92.6%、85.7%。農(nóng)用地安全利用風(fēng)險(xiǎn)程度隨土壤重金屬含量及作物種類不同而存在一定差異，明晰各作物的安全生產(chǎn)閾值，得出不同污染程度農(nóng)用地安全種植清單，對降低農(nóng)用地安全利用風(fēng)險(xiǎn)起到至關(guān)重要的作用。本研究中，重度污染程度下，玉米、大豆、蒜苗、結(jié)球甘藍(lán)、西藍(lán)花可食部位重金屬鎘、鉛含量均不易超標(biāo);達(dá)到重度污染程度后，在一定范圍內(nèi)，仍能實(shí)現(xiàn)其安全生產(chǎn)。對于單鎘污染土壤，種植玉米的安全風(fēng)險(xiǎn)最低，其次分別為蒜苗、西藍(lán)花、結(jié)球甘藍(lán)及大豆;對于單鉛污染土壤，種植大豆安全風(fēng)險(xiǎn)最低，其次分別為玉米、結(jié)球甘藍(lán)、西藍(lán)花及蒜苗;而對鎘鉛復(fù)合污染土壤，玉米安全風(fēng)險(xiǎn)最低，其次分別為大豆、西藍(lán)花、結(jié)球甘藍(lán)、蒜苗。紫菜苔于輕微污染區(qū)種植可實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，但于中度及重度污染區(qū)，其可食部位鎘、鉛超標(biāo)情況較為嚴(yán)重，與羅春麗[17]研究結(jié)果一致。

4 討論

耕地土壤中鎘、鉛含量越高，作物可食用部位鎘、鉛積累量越高。且相對而言，鎘、鉛均較易在塊莖類及葉菜類作物中累積。玉米、大豆、蒜苗、結(jié)球甘藍(lán)、西藍(lán)花可食部位重金屬鎘、鉛含量均不易超標(biāo)，于重度污染區(qū)可實(shí)現(xiàn)有限條件下的安全利用。紫菜苔對重金屬鎘、鉛具有一定的富集作用，建議重金屬污染耕地需盡量規(guī)避種植。

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（責(zé)任編輯：趙中正）