幾種重金屬在不同生長部位食用竹筍中富集分布特征研究

賀義昌，吳妹杰，余 林，雷小林，李保同，謝谷艾

（1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)國土資源與環(huán)境學(xué)院∕江西省鄱陽湖流域農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)重點實驗室，江西南昌 330045；2.江西省林業(yè)科學(xué)院，江西南昌 330013）

【研究意義】食用竹筍營養(yǎng)豐富，是抗氧化劑和生物活性化合物的潛在豐富來源，廣泛分布于江西、浙江、四川、廣西等地[1]。隨著人們對身體健康的越來越重視和對生活品質(zhì)的追求越來越高，像食用竹筍這樣富含蛋白質(zhì)、纖維素、氨基酸、胡蘿卜素、維生素及鈣磷鐵等營養(yǎng)物質(zhì)的產(chǎn)品也越來越受到人們的青睞，據(jù)統(tǒng)計全球食用竹筍消費量以每年15%的速度遞增，并且未來也將持續(xù)增長[2-3]。然而，由于食用竹筍的需求量迅速增長，食用竹筍的生長方式也日益受到人類的干涉，包括過量使用化肥，交通量的增加和工業(yè)發(fā)展等，都極大地影響了土壤重金屬的積累[4-5]。沉積在土壤中的重金屬不僅會影響食用竹筍的生長和質(zhì)量，還會被富集在食物鏈中最終進(jìn)入人體，使人們的生命安全受到威脅[6-7]。因此，食用竹筍質(zhì)量安全與人類身體健康和安全緊密相關(guān)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】大量文獻(xiàn)對竹筍及其土壤的質(zhì)量安全檢測與評價、竹筍高產(chǎn)培育技術(shù)及加工技術(shù)和竹筍的病原菌與藥物防治技術(shù)等方面進(jìn)行研究[8-11]。【本研究切入點】目前，國內(nèi)外對食用竹筍不同生長部位的重金屬的監(jiān)測鮮有報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以食用竹筍（毛竹春筍）為研究對象，測定其不同部位及其土壤中重金屬砷（As）、汞（Hg）、鉛（Pb）、鎘（Cd）、鉻（Cr）的含量，分析重金屬在食用竹筍不同部位的遷移富集情況，以期探索食用竹筍在不同部位重金屬含量規(guī)律，為判定食用竹筍重金屬是否超標(biāo)提供科學(xué)的理論支撐，為食用竹筍安全性評價提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

研究樣品采用隨機采樣的方法，采集于2019年4月在江西省的8個縣（市、區(qū)）的25個毛竹春筍生產(chǎn)基地（撫州市宜黃縣、撫州市南城縣、撫州市崇仁縣、撫州市黎川縣、撫州市南豐縣、鷹潭市貴溪市、江西省上饒市、贛州市全南縣）。竹筍品種為毛竹春筍，在重金屬污染區(qū)隨機采集毛竹筍，竹筍剝除外殼（筍皮），切取可食部分頂端往下5 cm作為上部樣品（筍尖），切取可食部分底端往上5 cm作為下部樣品（筍根），切取可食部分中間部位作為中部樣品（筍中）。在每個基地隨機取5～10個點，每個點采集不少于1 kg非根際土壤，采集深度為0～30 cm。土壤樣品采集后，在自然條件下風(fēng)干，過2 mm篩并除去在土壤中的一些動植物殘渣和石頭。

竹筍生產(chǎn)基地土壤均為紅壤，根據(jù)《中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（NTY1121—2006）》[12]測得各類土壤基本理化性質(zhì)如下:pH值在3.8～5.1，平均值為4.5；有機質(zhì)含量在5.0～80.0 g∕kg，平均含量為41.6 g∕kg；全氮含量在0.5～1.5 g∕kg，平均含量為1.2 g∕kg；堿解氮含量在30.0～200.0 mg∕kg，平均含量為140.2 mg∕kg；全磷含量在0.1～0.5 g∕kg，平均含量為0.3 g∕kg；有效磷含量在0.5～2.5 mg∕kg，平均含量為2.1 mg∕kg；全鉀含量在10.0～25.0 g∕kg，平均含量為23.1 g∕kg；速效鉀含量在10.0～110.0 mg∕kg，平均含量為68.7 mg∕kg。

1.2 測定項目及方法

毛竹春筍樣品主要重金屬污染物測定方法參照國家標(biāo)準(zhǔn)。本實驗主要測定砷（As）、汞（Hg）、鉛（Pb）、鎘（Cd）、鉻（Cr）5種重金屬元素的含量。毛竹春筍和土壤樣品分析方法見表1。

表1 毛竹春筍和土壤樣品分析方法Tab.1 Analysis methods of bamboo shoots and soil samples

主要儀器設(shè)備:微波消解儀（Multiwave PRO，奧地利安東帕），原子吸收分光光度儀（Z2000，日本日立），原子熒光分光光度儀（AFS-230E，北京科創(chuàng)海光），電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（PQMS，德國耶拿）。

主要試劑:As、Hg、Pb、Cd、Cr標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000μg∕mL，國家有色金屬研究院），氫氧化鈉、硼氫化鉀、氫氧化鉀、磷酸二氫銨（500 g，國藥集團），抗壞血酸（500 g，阿拉?。呒儦鍤?、乙炔（≥99.999%，江西國源）。

1.3 重金屬富集系數(shù)及遷移系數(shù)計算

用Agoramoorthy等[13]和Usman等[14-15]提出的公式，計算富集系數(shù)（BCF）和遷移系數(shù)（BTF）。富集系數(shù)（BCF，F(xiàn)C）來表示竹筍對重金屬富集能力，F(xiàn)C1、FC2、FC3、FC4、FC5、FC6分別表示筍皮、筍尖、筍中、筍根、可食部分（筍尖+筍中+筍根）、全筍（筍皮+可食部分）的重金屬富集能力。當(dāng)FC＞1時，說明竹筍富集重金屬的能力較強[16]。用計算公式:公式（1）。

式（1）中，Cp筍皮、Cp筍尖、Cp筍中、Cp筍根分別為竹筍的筍皮、筍尖、筍中、筍根中重金屬含量，mg∕kg；Cs為土壤中重金屬含量，mg∕kg。

用遷移系數(shù)（BTF，F(xiàn)T）來表示竹筍中重金屬遷移能力，用FT1、FT2、FT3分別表示筍根-筍中、筍中-筍尖、筍皮-可食部分的遷移能力。當(dāng)FT＞1時，說明竹筍體內(nèi)運輸重金屬的能力很強；當(dāng)FT＞0.5時，說明竹筍體內(nèi)運輸重金屬的能力一般[17]。計算公式:公式（7）～（9）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理與分析采用Excel 2019和Origin 2018制圖，利用SPSS Statistics 22.0軟件進(jìn)行差異顯著性分析，顯著水平為P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 竹筍不同生長部位及土壤中重金屬分布特征

25個毛竹生產(chǎn)基地的竹筍不同生長部位及土壤中重金屬含量分布情況見表2。同一重金屬在竹筍各部位中含量分布不同。Pb、Hg在筍皮中的含量最高，但與筍尖、筍中、筍根無顯著差異；筍根中Cd的含量最高，顯著多于筍皮、筍尖、筍中；Cr、As規(guī)律一致，從大到小依次為筍皮、筍尖、筍中和筍根，而竹筍各部位的Cr含量差異不顯著，筍皮中As含量顯著高于筍尖、筍中、筍根，筍尖中As含量與筍中差異不顯著（表2）。

從表2中可以看出，不同重金屬在土壤中的含量是不同的，從大到小依次為Pb、Cr、As、Hg和Cd。在竹筍可食部分（筍尖+筍中+筍根），不同重金屬的含量有所不同，其中Cr含量最高，其次是Pb、Cd、As、Hg（表2）。不同重金屬在竹筍不同生長部位的含量分布也有所差異。其中，在筍皮和筍尖中規(guī)律一致，從大到小依次為Cr、Pb、As、Cd和Hg；在筍中和筍根中規(guī)律一致，Cr含量最高，Hg含量最低（表2）。此外，Hg在竹筍各部位中的含量明顯低于其他重金屬，可能是由于Hg在土壤中的含量較低和竹筍中的富集能力較弱2個因素導(dǎo)致的。同時，竹筍各部位中重金屬含量與土壤中的規(guī)律有一定差異，可能是由于不同重金屬的遷移能力不同。因此，土壤中重金屬含量和重金屬本身的富集遷移能力，是影響竹筍中重金屬含量的因素，這與前人的研究結(jié)論一致[18-19]。

表2 竹筍不同生長部位及土壤中重金屬含量分布Tab.2 Distribution of heavy metal content in different growing parts of bamboo shoots and soilmg∕kg

2.2 竹筍不同生長部位中重金屬富集能力

竹筍各部位積累重金屬在一定程度上受土壤重金屬含量影響（表3）。竹筍各生長部位對不同重金屬吸收能力差異較大，在筍皮、筍尖、可食部分、全筍中富集系數(shù)平均值大小規(guī)律相同，由大到小依次為Cd、Cr、Hg、As和Pb，其中筍皮中Cr與Hg富集能力平均值差異不顯著，筍尖中Hg與As差異不顯著。在竹筍的筍皮、筍尖、筍中、筍根、可食部分和全筍中As與Pb之間的差異均不顯著，而Cd與Cr、Hg、As、Pb均有顯著差異。從表3中還可以看出，筍中富集能力（FC）由大到小依次為Cd、Hg、Cr、As和Pb，其中Cd最強，其FC3在0.003 6～0.281 4，平均值為0.070 1；其次是Hg和Cr，其FC3范圍分別為0.007 1～0.032 4和0.000 1～0.050 1，平均值分別為0.005 7和0.003 5；而As和Pb富集能力最弱。此外，Pb、Cd、Cr、As、Hg在竹筍的筍皮、筍尖、筍中、筍根、可食部分和全筍中的富集系數(shù)FC遠(yuǎn)小于1，由此說明Pb、Cd、Cr、As、Hg富集能力很弱。

表3 竹筍不同生長部位重金屬富集系數(shù)（FC）Tab.3 Enrichment coefficients of heavy metals in different growing parts of bamboo shoots

2.3 竹筍不同生長部位中重金屬遷移能力

竹筍的不同生長部位中不同重金屬遷移能力有一定的差異。從表4可知，筍中與筍根間遷移能力（FT1）由大到小依次為Hg、As、Cr、Pb和Cd，其中Hg、As、Cr的FT均大于1，說明筍中與筍根間重金屬的遷移能力很強；而Pb和Cd的FT分別為0.772 2和0.758 8，遷移能力一般。筍中與筍尖間的遷移能力（FT2）由大到小依次為Cr、As、Pb、Cd和Hg，其中Cr的FT2值最大，為5.344 8，即遷移能力最強；其次As的FT2值為1.298 0，遷移能力很強；最后Pb、Cd、Hg的FT2值分別為0.854 9、0.822 4、0.699 6，遷移能力一般。筍皮與可食部分的遷移能力（FT3）由大到小依次為Hg、As、Cr、Pb和Cd，其中Hg的FT3＞1，說明遷移能力很強；As、Cr的FT3值分別為0.989 1、0.910 4，遷移能力一般；而Pb、Cd的FT3值分別為0.596 5、0.282 0，遷移能力很弱。

表4 竹筍各部位重金屬遷移系數(shù)（FT）Tab.4 Heavy metal migration coefficients of bamboo shoots

2.4 竹筍不同生長部位及土壤中重金屬遷移特征

Cr是動物和人體必不可少的微量營養(yǎng)素之一，但進(jìn)入植物體內(nèi)，會對植物造成一定的危害，其在竹筍及土壤中的分布特征由大到小順序依次為土壤、筍皮、筍尖、筍中和筍根，遷移系數(shù)由大到小依次為FT2、FT1和FT3，且FT之間差異顯著。土壤中Cr含量是筍皮的44.40倍，表現(xiàn)為很弱的富集作用；而筍尖中Cr含量是筍中的5.35倍，筍中Cr含量是筍根的1.21倍，均表現(xiàn)出很強的富集作用，其FT2和FT1高達(dá)5.344 8和1.244 6，說明Cr進(jìn)入竹筍體內(nèi)后在筍尖-筍中、筍中-筍根的傳輸非常通暢。此外，F(xiàn)T3為0.910 4，說明筍皮與可食部分的傳輸也比較通暢。由此可見，竹筍對土壤中的Cr的富集能力較弱，而Cr進(jìn)入竹筍體內(nèi)后遷移能力較強。

As對植物生長有一定的危害，其在竹筍及土壤中的分布特征從高到低依次為土壤、筍皮、筍尖、筍中和筍根，遷移系數(shù)由大到小依次為FT2、FT1和FT3，除FT2和FT3差異顯著，其余FT間差異均不顯著。筍皮中As含量僅是土壤中的0.58%，說明富集能力很弱。而FT1和FT2均大于1，表現(xiàn)為較強的富集能力，體現(xiàn)出As在筍中-筍根、筍尖-筍中的傳輸非常通暢；FT3為0.989 1，說明筍皮與可食部分的傳輸也比較通暢。因此，竹筍對土壤中的As的富集能力較弱，而As進(jìn)入竹筍體內(nèi)后遷移能力較強。

Hg是對生物體毒性很高的元素，其在竹筍及土壤中的分布特征從大到小依次為土壤、筍皮、筍中、筍根和筍尖，遷移系數(shù)由大到小依次為FT3、FT1和FT2，除FT2和FT3差異顯著，其余FT間均無顯著差異。Hg在筍中-筍根、筍皮與可食部分的傳輸非常通暢，其FT1和FT3分別為1.139 9和1.247 2；FT2僅為0.699 6，因而對筍尖吸收Hg有一定的阻礙作用。

Pb、Cd都是對生物體有毒性的元素，其在竹筍及土壤中的的分布特征由大到小依次為土壤、筍皮、筍根、筍中、筍尖，遷移系數(shù)由大到小依次為FT2、FT1和FT3，F(xiàn)T1與FT2之間無顯著性差異。遷移系數(shù)在0.282 0～0.854 9，說明筍中-筍根、筍尖-筍中及筍皮-可食部分都會在一定程度上阻止竹筍對土壤中Pb、Cd的吸收，而FT3分別為0.596 5、0.282 0，顯著低于FT1、FT2，表明阻止竹筍對Pb、Cd吸收的主要界面為筍皮-可食部分。

3 結(jié)論與討論

土壤中的重金屬遷移過程實質(zhì)是重金屬的化學(xué)形態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)化的過程，然而，重金屬化學(xué)形態(tài)受到土壤pH值、有機質(zhì)及陽離子交換量等土壤理化性質(zhì)的影響[18]。

重金屬在竹筍不同生長部位及土壤中分布有一定的差異。Pb、Cd含量從大到小依次為筍皮、筍根、筍中、筍尖，筍根、筍中、筍皮和筍尖，表現(xiàn)為自筍根至筍尖逐漸下降的趨勢，這與黃安香等[20]研究結(jié)果一致。由于植物對重金屬的吸收和富集主要通過吸附在根的外圍，轉(zhuǎn)運進(jìn)根系；再通過根系繼續(xù)向上運輸；隨著時間的推移，筍皮分配比例會逐漸增大[21]。Cr、As含量順序由大到小依次為筍皮、筍尖、筍中和筍根，表現(xiàn)出從筍根至筍尖逐漸上升的趨勢，有研究表明植物對土壤中重金屬的吸收量與土壤pH之間呈負(fù)相關(guān)[22-23]。本研究中竹筍采集地的土壤都是偏酸性，由于筍根對重金屬的吸收量較少，而Cr、As在竹筍中的遷移能力較強，所以導(dǎo)致竹筍自上而下Cr、As含量呈下降趨勢。Hg的含量由大到小依次為筍皮、筍中、筍根和筍尖，由于阻礙竹筍對Hg吸收的主要界面為筍尖-筍中，所以導(dǎo)致筍尖中Hg的含量最少。竹筍對不同重金屬的吸收有所不同，可能因為土壤中多種元素共存而引起的拮抗或協(xié)同作用導(dǎo)致的[24]。

富集系數(shù)和遷移系數(shù)是衡量植物與植物器官對重金屬的累積能力和遷移情況的指標(biāo)，富集系數(shù)越高，富集能力越強，遷移系數(shù)越大，根系吸收的重金屬遷移到地上器官的量越少，即遷移能力越弱[25]。植物種類也會影響植株對土壤中不同重金屬吸收能力[26]。本研究中竹筍對土壤中不同重金屬吸收能力存在差異，但在筍皮、筍尖、可食部分、全筍中富集系數(shù)平均值大小規(guī)律相同，由大到小依次為Cd、Cr、Hg、As和Pb，即Cd最強，Pb最弱，并且由于FC均遠(yuǎn)小于1，故竹筍對Pb、Cd、Cr、As、Hg的富集能力很弱。不同重金屬在竹筍不同生長部位的遷移能力也有所不同，其中在筍尖-筍中間Cr的遷移能力最強，Pb、Cd一般，Hg在其間的運輸存在一定的阻礙，表現(xiàn)為遷移能力最弱；在筍中-筍根間Cr、As、Hg遷移能力較強，Pb、Cd一般；在筍皮-可食部分之間，Hg的傳輸非常通暢，遷移能力較強，其余較弱，其中Cd最弱。竹筍不同生長部位吸收重金屬的能力不同，可能與元素基本性質(zhì)有關(guān)，同時也反映出污染源不同，土壤和大氣是植物攝取某些重金屬如Pb、Cd、Cr、As、Hg等的重要場所，在大氣污染嚴(yán)重的地區(qū)，土壤污染可能不是農(nóng)產(chǎn)品安全的最大威脅[27-28]。

綜上，重金屬在食用竹筍不同生長部位的富集和遷移能力都較弱，因此土壤中重金屬對食用竹筍的威脅較小。