西藏不同居群野生穗花韭重金屬含量評價(jià)

關(guān)志華 曹可凡 李 寧 彭詩嶶 王忠紅

（西藏農(nóng)牧學(xué)院植物科學(xué)學(xué)院，西藏林芝 860000）

鉛（Pb）、鉻（Cr）、鎘（Cd）、砷（As）、汞（Hg）等重金屬元素對人體健康具有一定的毒害作用，人體內(nèi)重金屬元素基本來自食物源，而重金屬元素超標(biāo)的蔬菜為重要來源之一。為有效預(yù)防生境中重金屬對蔬菜作物的污染問題，前人從生境的各種重金屬含量特點(diǎn)（吳燕明 等，2014；余忠 等，2014；李有文 等，2015；索琳娜 等，2016；徐笠 等，2017；張浩 等，2020）、不同蔬菜作物對重金屬的富集特性（陳志良 等，2017；余志 等，2019）等方面開展了廣泛研究，表明生境中重金屬含量對蔬菜作物體內(nèi)重金屬含量有極大影響，一般生境中重金屬含量越高，則蔬菜作物體內(nèi)重金屬含量越高（吳燕明 等，2014；李冬琴 等，2020；林小兵 等，2020）。但受化學(xué)性質(zhì)差異的影響，不同重金屬在各類蔬菜中的含量表現(xiàn)出相應(yīng)的差異特性，在重金屬含量相同的生境中不同蔬菜種類或品種體內(nèi)的重金屬含量也不同，如鄒素敏等（2017）研究了17種蔬菜品種對不同重金屬的富集程度，其中Cr 的富集差異較大，Cd 次之，Pb、Hg 和As 則相對較小。種類龐大的野生蔬菜既是消費(fèi)者喜食的一類野生美味，更是非常重要的蔬菜種質(zhì)資源，但受生長環(huán)境影響，不同生境的野生蔬菜可能存在部分重金屬含量超標(biāo)的問題。如產(chǎn)于貴州省赫章縣深山里的多星韭（Kunth.）、卵葉韭（Hand.-Mazz.暫定名）和近寬葉韭（Thwaites 暫定名）中Cd 含量均超標(biāo)，同時卵葉韭的As、Hg、Pb 含量亦超標(biāo)（王海平 等，2017）；而采于貴陽郊區(qū)的灰菜中Cd、Hg 含量均超標(biāo)，水芹中Cd 含量超標(biāo)，馬齒莧中Pb、Cd 含量超標(biāo)（孫曉慧 等，2011）。另外在土壤和灌溉水無污染的條件下進(jìn)行人工栽培的8 種野菜中守宮木和積雪草的Cd 含量亦超標(biāo)，表現(xiàn)出對Cd 的較強(qiáng)富集能力（姚全勝 等，2006）。已有研究說明野生蔬菜在推廣種植和上市銷售前進(jìn)行嚴(yán)格的食用安全性評價(jià)鑒定是非常必要的。

作為百合科（Liliaceae）穗花韭族（Miluleae）單一穗花韭屬（）的唯一種（許介眉，1980），穗花韭（）是主要分布在喜馬拉雅山脈中部海拔2 900～4 800 m 干燥高山牧場和草原上的稀有植物（Friesen et al.，2000），也是產(chǎn)地農(nóng)牧民的特色蔬菜和佐料植物（朗杰 等，2018），更是一類非常重要的野生蔬菜和牧草種質(zhì)資源。西藏?fù)碛胸S富的礦產(chǎn)資源（袁博 等，2015），土壤重金屬主要來源于自然、交通和采礦等綜合因素（楊安 等，2020），因此，這種生境可能會使分布在西藏的野生穗花韭地上可食部分存在重金屬超標(biāo)問題，但對此尚未見研究報(bào)道，故對西藏不同地域野生穗花韭居群進(jìn)行重金屬含量研究將為合理采食野生資源及今后人工栽培提供參考，并有助于今后對該資源的創(chuàng)新利用。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選擇分布于西藏不同地方具有一定代表性的32 個穗花韭居群（圖1），2020 年8—9 月，根據(jù)各居群生境情況劃分為3 個小區(qū)，每個小區(qū)隨機(jī)采挖10 株，以混合樣為1 次重復(fù)，共采挖30 株，即3 次重復(fù)（其中ZB2、ZB1、LZi1 居群因樣品較少僅1 次重復(fù)）。將10 株花穗（含總苞片，不含種子）、葉片和花葶等混合晾干，寄至國家蔬菜工程技術(shù)研究中心營養(yǎng)品質(zhì)實(shí)驗(yàn)室于11 月檢測。

圖1 穗花韭居群分布情況

1.2 測定方法

5 種重金屬元素含量測定方法：鉛（Pb）用GB 5009.12—2017 中的石墨爐原子吸收法，鉻（Cr）用GB 5009.123—2014 中的石墨爐原子吸收法，鎘（Cd）用GB 5009.15—2014 中的石墨爐原子吸收法，砷（As）用GB 5009.11—2014 中的氫化物發(fā)生原子熒光光譜法，汞（Hg）用GB 5009.17—2014 中的氫化物發(fā)生原子熒光光譜法。含水量用烘干法測定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

使用DPS V18.10 統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行方差分析，WPS 軟件進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算，以數(shù)據(jù)不轉(zhuǎn)換、卡方距離、可變類平均法進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析。鑒于各元素間多重比較敘述較復(fù)雜，故對每種元素含量的均值用卡方距離、離差平方和法進(jìn)行系統(tǒng)聚類，再結(jié)合多重比較進(jìn)行分類后分析。

1.4 重金屬污染評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

參考陳志良等（2017）的方法進(jìn)行重金屬污染評價(jià)。

①單因子評價(jià)。

重金屬超標(biāo)率E（%）=（n/N）× 100

式中n為居群中重金屬超標(biāo)居群數(shù)，N為居群數(shù)。

超標(biāo)倍數(shù)=（P-S）/S

式中P為各居群重金屬元素的含量實(shí)測值，S為重金屬元素對應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB 2762—2017規(guī)定值：新鮮蔬菜中Cr（總鉻）＜0.5 mg·kg、As（總砷）＜0.5 mg·kg、Hg（總汞）＜0.01 mg·kg以及新鮮葉菜中Cd（總鎘）＜0.2 mg·kg、Pb（總鉛）＜0.3 mg·kg。鑒于民間以食用干品為主，故以該標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算干品的相關(guān)數(shù)據(jù)；同時，根據(jù)平均85%含水量換算為鮮質(zhì)量并計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)。

② 重金屬污染程度綜合評價(jià)。

以內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法評價(jià)各居群中5 種重金屬元素的綜合污染水平，計(jì)算公式為：

式中：為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，C為5種重金屬元素在各居群中的污染指數(shù)平均值，C為污染指數(shù)最大值；C為各居群中污染物的單因子污染指數(shù)，反映的是某一污染物超標(biāo)倍數(shù)和程度，P為各居群中污染物的含量，S為污染物的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762—2017）。

參考陳志良等（2017）的分級方法，≤0.7為安全等級，0.7 ＜≤1 為警戒等級，1 ＜≤2 為輕度污染，2 ＜≤3 為中度污染，＞3為重度污染。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同居群穗花韭地上部重金屬含量的差異分析

由表1 可知，Pb、Cr、Cd、As、Hg 5 種重金屬元素的含量在32 個居群中差異較大，變異系數(shù)在27.44%～161.79%之間，As 的變異系數(shù)最大，Hg 最?。桓鞣N元素含量在居群間呈非一致性的顯著性（＜0.05）或極顯著性（＜0.01）差異。

SG4 居群的Pb 含量最高，達(dá)1.618 0 mg·kg（DW），JC1 居群Pb 未檢出。按Pb 含量從高到低并結(jié)合各居群含量的差值，在距離0.537 6 處可將各居群聚為Pb 含量較高、中等、較低3 類（圖2）。其中SG4、DL1、DZ1 為較高含量居群，SG3、LS1、LZ1、SR1、DZ2、LZi1、SG1、NLM1 為 中等含量居群，LZh2、ZB1、NML1、SZZ1、RB1、DL2、NM1、NML2、SG2、NM2、LKZ1、SR2、GB1、GG1、DJ1、DR1、ZB2、KM1、NML3、ZN1 和JC1 為較低含量居群。

SG4居群的Cr含量最高，達(dá)16.130 0 mg·kg（DW），但在SR2 居群中Cr 未檢出（表1）。按Cr 含量從高到低并結(jié)合各居群含量的差值，在距離0.229 1 處可將各居群聚為Cr 含量非常高、高、較高、中等、較低、低6 類（圖2）。SG4 為非常高含量居群，SG1 為高含量居群，SR1、RB1、ZB2、DL2 和SZZ1為較高含量居群，NML1、NLM1、ZB1、LS1、KM1、SG3、NM2 和NM1 為中等含量居群，LZ1、DL1、DZ1、LZh2 和NML3為較低含量居群，LKZ1、DR1、JC1、SG2、DJ1、NML2、LZi1、DZ2、GG1、GB1、ZN1 和SR2 為低含量居群。

表1 不同居群穗花韭地上部重金屬元素含量 mg·kg-1（DW）

NML2 居群的Cd 含量最高，達(dá)0.133 0 mg·kg（DW），是Cd 含量最低的DJ1 居群的13 倍多，極差達(dá)0.123 0 mg·kg（DW）。按Cd 含量從高到低并結(jié)合各居群含量的差值，在距離0.409 0 處可將各居群聚為Cd 含量高、較高、中等、較低4 類（圖2）。其中NML2 為高含量居群，DZ1 和LS1為較高含量居群，SR1、RB1、DL1、LZ1、DL2、

GB1、DZ2、SR2、ZN1、NLM1、ZB1、NML1、LKZ1 和GG1為中等含量居群，SG2、LZh2、SG1、NM2、DR1、SZZ1、LZi1、NM1、SG4、KM1、JC1、NML3、SG3、ZB2 和DJ1為較低含量居群。

SG4 居群的As 含量最高，達(dá)5.682 3 mg·kg（DW），是As 含量最低的JC1 居群的近82 倍，極差達(dá)5.613 0 mg·kg（DW）。按As 含量從高到底并結(jié)合各居群含量的差值，在距離0.343 0處可將各居群聚為As 含量高、較高、中等、較低4 類（圖2）。其中SG4 為高含量居群，SG3、SR1、RB1、ZB1、NLM1、GB1、SG1、LZh2 為較高含量居群，LZi1、SZZ1、LZ1、DJ1、ZB2、LS1、NML1、DL2、SG2、GG1、DZ1、DL1、DZ2、DR1、SR2、KM1、LKZ1 為中等含量居群，NM1、ZN1、NML2、NML3、NM2、JC1為較低含量居群。

SR2 居群的Hg 含量最高，達(dá)0.024 5 mg·kg（DW），是Hg 含量最低的SG2 居群的近3 倍，極差達(dá)0.016 2 mg·kg（DW）。按Hg 含量從高到低并結(jié)合各居群含量的差值，在距離0.606 4 處可將各居群聚為Hg 含量較高、中等、較低3 類（圖2）。其中SR2、LS1、DL1、RB1、DZ1、DL2、GG1 為較高含量居群，DZ2、NM2、NML1、LZ1、DR1、SG3、GB1、SR1、ZN1、NLM1、ZB1、NML3為中等含量居群，SZZ1、LKZ1、NM1、JC1、LZi1、SG4、LZh2、ZB2、KM1、SG1、DJ1、NML2 和SG2 為較低含量居群。

圖2 不同居群穗花韭地上部重金屬各元素聚類結(jié)果

2.2 不同居群穗花韭地上部重金屬含量的聚類分析

由圖3 可知，依據(jù)不同居群穗花韭地上部5 種重金屬含量在距離0.712 4 處可將32 個居群聚為綜合含量高、較高、中等、較低、低5 類，即綜合含量高的居群為SG4，該居群除Cd、Hg 外，Pb、Cr、As 含量與32 個居群的均值之差大于3個標(biāo)準(zhǔn)差；綜合含量較高的居群，包括SG1、ZB2、RB1、SR1；綜合含量中等的居群，包括ZB1、NLM1、LS1、NML1、SZZ1、DL2、SG3、KM1、NM2、NM1；綜合含量較低的居群，包括LZh2、DZ1、LZ1、DL1；綜合含量低的居群，包括SG2、DJ1、DR1、LKZ1、NML3、JC1、GB1、LZi1、DZ2、GG1、NML2、SR2、ZN1，其中SR2居群中未檢測出Cr，JC1 居群中未檢測出Pb。

圖3 不同居群穗花韭地上部重金屬元素含量的聚類結(jié)果

2.3 不同居群穗花韭地上部重金屬的污染程度分析

由表2 和圖4 可知，在32 個居群中，以鮮樣計(jì)，僅Cr 和As 含量超標(biāo)，超標(biāo)率分別為25.00%和3.13%。鑒于穗花韭民間食用主要為干品，因此，以GB 2762—2017 鮮食的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算干品的超標(biāo)率，除Cd 無超標(biāo)外，其他元素均超標(biāo)，Pb、Cr、As 和Hg 的超標(biāo)率分別為59.38%、84.38%、34.38%和84.38%。

圖4 穗花韭不同食用狀態(tài)重金屬元素超標(biāo)率

表2 不同居群穗花韭重金屬超標(biāo)情況

由表2、3 可 知，與GB 2762—2017 限定標(biāo)準(zhǔn)比對：以鮮樣計(jì)，SG4 居群中Cr 和As 的超標(biāo)倍 數(shù) 分 別 為3.84 和0.70，SG1、ZB2、NML1、SZZ1、RB1、DL2 和SR1 居群中Cr 的超標(biāo)倍數(shù)為0.01～1.22；以綜合污染指數(shù)分級時，SG4 居群為重度污染等級，SG1、ZB2、RB1、SR1 居群為輕度污染等級，NML1、SZZ1、DL2 居群為警戒等級，其他居群為安全等級。以干樣計(jì)，在各居群中Pb、Cr、As 和Hg 的超標(biāo)倍數(shù)分別為0.02～4.39、0.05～31.26、0.03～10.36 和0.04～1.48，SG4 居群中Pb、Cr、As 的超標(biāo)倍數(shù)最高，分別達(dá)到4.39、31.26、10.36 倍；以綜合污染指數(shù)分級時，除ZN1、NML2 為警戒等級外，其他居群均為輕度到重度污染等級。

表3 不同居群穗花韭重金屬污染狀況

3 討論與結(jié)論

3.1 影響蔬菜體內(nèi)重金屬含量的因素

重金屬會影響蔬菜生長發(fā)育，導(dǎo)致其產(chǎn)量和品質(zhì)降低，最終危害人類健康（韓承華和江解增，2014）。蔬菜體內(nèi)重金屬含量超標(biāo)有內(nèi)外兩個原因，內(nèi)因方面表現(xiàn)為不同蔬菜種類或品種對重金屬元素的富集特性具有一定差異（陳志良 等，2017；Hu et al.，2017；杜俊杰 等，2019），研究證實(shí)不同類型蔬菜作物對Cr、Ni、Cd、Pb、As 等的富集能力均為葉菜類＞根莖類＞球莖類＞果菜類，而對不同重金屬富集能力則為Cd ＞Ni ＞Cr ＞As ＞Pb（孫碩 等，2019）。外因主要為生境中重金屬元素含量超標(biāo)（吳燕明 等，2014；李冬琴等，2020；林小兵 等，2020），其成因一是原始栽培地土壤重金屬元素超標(biāo)，二是肥料等農(nóng)資的投入導(dǎo)致土壤中重金屬元素含量逐年累積而超標(biāo)（梁靜 等，2020）。與栽培蔬菜類似，野生蔬菜中蔞蒿為一種Cd、Zn 超量積累植物（潘靜嫻 等，2006）；自然環(huán)境下多星韭、卵葉韭和近寬葉韭的Cd 含量均超標(biāo)，且卵葉韭的As、Hg、Pb 含量亦超標(biāo)，但將原生境植株移栽到新生境栽培多年后會使Cd、Pb 的殘留逐漸減少（王海平 等，2017）。因人類活動可能會使活動區(qū)域的土壤、水、空氣中重金屬含量增高，導(dǎo)致生長在該環(huán)境中的野生蔬菜重金屬含量超標(biāo)，如南京城區(qū)幾種野生蔬菜中Cd 含量大都超標(biāo)，尤其是交通量較大的停車場、公路兩側(cè)、老居民區(qū)的野生蔬菜中Pb 含量超標(biāo)4～5 倍（吳曉紅 等，2012）。說明生境中重金屬含量的多寡是決定野生蔬菜重金屬含量是否超標(biāo)的關(guān)鍵。

3.2 野生穗花韭重金屬含量的整體特性

野生穗花韭是產(chǎn)地農(nóng)牧民的特色蔬菜和佐料植物（朗杰 等，2018），本試驗(yàn)分析表明，除SG4居群的Pb、Cr、As 和Hg 元素含量均異常高于其他居群外，其他31 個居群中5 種重金屬元素含量普遍較低。用系統(tǒng)聚類可將32 個居群分為重金屬元素綜合含量高、較高、中等、較低、低5 類。與GB 2762—2017 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，以85%含水量折算的鮮樣計(jì)時，32 個居群中僅Cr 和As 元素有一定超標(biāo)率，SG4 居群中Cr 和As 的超標(biāo)倍數(shù)分別為3.84 和0.70，其他7 個居群中Cr 的超標(biāo)倍數(shù)為0.01～1.22；以綜合污染指數(shù)分級時，SG4 居群為重度污染等級，SG1、ZB2、RB1、SR1 為輕度污染等級，NML1、SZZ1、DL2 為警戒等級，其他居群為安全等級。因各樣品包括花穗（含總苞片，不含種子）、葉片和花葶，加之原生境下采集后至實(shí)驗(yàn)室測定過程中存在一定的自然失水，使本試驗(yàn)中的含水量小于栽培韭菜89%～94%的一般含水量（尹守恒 等，2017），因此，穗花韭在野生狀態(tài)下抽薹開花初期含水量可能在90%左右，此時鮮樣的超標(biāo)率和超標(biāo)倍數(shù)均大大下降。穗花韭雖可采食鮮嫩葉片、花葶，但產(chǎn)地農(nóng)牧民往往將開花期的穗花韭地上部采摘并經(jīng)簡單處理后以干品長期儲存食用。因此，用GB 2762—2017 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，以干樣計(jì)時，除Cd 外其他元素均有較高超標(biāo)率，且各居群超標(biāo)倍數(shù)普遍較高；在各居群中，Pb、Cr、As和Hg 的超標(biāo)倍數(shù)分別為0.02～4.39、0.05～31.26、0.03～10.36 和0.04～1.48，SG4居群的Pb、Cr、As超標(biāo)倍數(shù)最高；以綜合污染指數(shù)分級時，除ZN1、NML2 為警戒等級外，其他居群均為輕度到重度污染等級。綜合來看，SG4 居群重金屬元素超標(biāo)嚴(yán)重不宜食用，除SG4 居群外，與吳曉紅等（2012）的報(bào)道相比較，穗花韭鮮品整體上屬于重金屬含量低的野生蔬菜，但干品因Pb、Cr、As 和Hg 普遍超標(biāo)，故食用時應(yīng)以每次少量為宜。

不同居群穗花韭地上部5 種重金屬元素含量的差異成因可能有三方面：一是生境土壤中各重金屬元素含量的差異；二是溫、光、水因子綜合影響植物株型，如JC1 居群是32 個居群中株型最高的居群，可能因其株型高大使各類重金屬元素的含量相對表現(xiàn)較低；三是植物體內(nèi)元素的積累是一個復(fù)雜的過程，而植物通過復(fù)雜的機(jī)制對離子的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和外排進(jìn)行精密調(diào)控以適應(yīng)外界環(huán)境的變化（陳久耿和晁代印，2014），在原生境長期作用下，不同居群對各重金屬元素的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和外排可能形成了一定的遺傳力。但因本試驗(yàn)未檢測原生境土壤中的重金屬元素含量，故要明確不同居群重金屬含量差異的具體原因尚需進(jìn)一步研究。