杭州市和睦湿地农田蔬菜中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni污染评价及富集特性研究

高 清，李淑英，顾优丽，龚梦丹，巫 阳，朱维琴

(杭州师范大学生态系统保护与恢复杭州市重点实验室，浙江 杭州 310036)

随着经济发展和种植业结构调整，原有的城郊菜地被大量征用，蔬菜种植基地被逐步转移到远离城区的郊区，城郊农业生产中因污水灌溉而导致土壤环境呈现不同程度的重金属复合污染现象.此外，由于目前空气污染日益严重，也有可能导致土壤及蔬菜受到间接污染.伴随土壤重金属污染日益严重，蔬菜亦遭受了一定程度的重金属污染，且重金属在蔬菜中的残留水平比较高，甚至超过食品卫生的相关标准[1-5].有研究表明，杭州市农田土壤存在一定程度的Cu、Zn、Pb重金属复合污染现象.尽管蔬菜中重金属的污染一般不会造成急性中毒，但重金属可以通过食物链在人体中积累，从而危害人类[6-9].同时，随着公众食品安全意识的日益提高，蔬菜安全性越来越受到政府相关部门的重视.

杭州和睦湿地是西溪湿地的延伸带，地处余杭、仓前、闲林、五常等四大片区的中心地带，是杭州市余杭区组团的生态“绿心”， 作为新开发的城市湿地，和睦湿地的用地主要是由河港、池塘、农田等多种要素组成.但是，随着杭州城市化进程的加快，人类活动的频繁介入，天然湿地已逐步转化为次生湿地，土壤污染亦越来越严重，因此，和睦湿地的保护与建设对杭州市城市整体布局规划及城市体系完善均有积极意义.基于此，本研究通过对和睦湿地不同区域蔬菜中铜(Cu)、锌(Zn)、铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)、镍(Ni)含量的调查与分析，研究和睦湿地农田蔬菜中重金属含量状况及污染现状，以期为和睦湿地农田重金属污染调控提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 供试植物

供试蔬菜品种主要包括小白菜、大白菜、蚕豆、芥菜、蚕豆以及萝卜，分别取自和睦湿地不同区域的10个样地.首先，用去离子水将采集的植物样品洗净，将根系和茎叶分开，用吸水纸吸干称其鲜重后放入105 ℃烘箱中杀青30 min，再在85 ℃烘干至恒重，称其干重，然后用HNO3+HClO4法消解并过滤后，采用原子吸收分光光度计(AAS, Shimadzu 6800，USA)法测定各重金属元素含量.如表1，各样地农田土壤的电导率、总氮含量、有机质含量及CEC间存在较大差异.本研究中和睦湿地不同区域农田蔬菜根系土重金属的平均含量如表2所示，各区域蔬菜地土壤pH的平均值在6～7左右，对照国家土壤二级质量标准中pH介于6.5～7.5的标准，雪菜、大白菜、小白菜、蚕豆和芥菜根际土壤的平均含量除了俞家桥北的土壤中Zn含量超过国家二级质量标准，其余5种重金属含量均未超标，但其中Ni的含量与国家土壤二级质量标准值较为相近，存在潜在污染危险.

表1 和睦湿地农田土壤基本理化性质

表2 根际土重金属含量

1.2 评价标准

采用国家有关的食品卫生标准限值评价蔬菜重金属污染状况，蔬菜中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni的评价标准上限值分别为10.0、20.0、0.2、0.05、0.5、0.6 mg·(kg鲜重)-1.

1.3 评价方法

1.3.1 单因子污染指数方法及污染等级划分

单因子污染指数计算方法[10]为Pi=Ci/Si.式中:Pi—蔬菜中污染物i的单项污染指数；Ci—蔬菜中污染物i的实测数据；Si—污染物i的评价标准.根据蔬菜中重金属单项污染指数污染分级标准[11]：当Pi<1时，污染级为清洁；1≤Pi<2时，污染级别为轻污染；2≤Pi<3时，污染级别为中污染；Pi≥3时为重污染.

1.3.2 内梅罗综合污染指数评价方法及污染等级划分

2 结果与分析

2.1 蔬菜中的Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni含量状况

所检6种蔬菜中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni 含量状况如表3所示，与国家食品卫生标准中Cu≤ 10.0 mg·(kg 鲜重)-1、Zn≤20.0 mg·(kg 鲜重)-1和Cd≤0.05 mg·(kg 鲜重)-1的限量标准相比，6种蔬菜茎叶和根系中的Cu、Zn、Cd含量均未超标；Pb含量则远远超过了限量标准，污染程度相对严重；各蔬菜根系中的Cr和Ni含量亦超过了限量标准，而各蔬菜茎叶中Cr含量和Ni含量基本在限量标准值以下，但芥菜中Ni含量则存在一定超标现象.由表4可知:萝卜、芥菜和蚕豆的茎叶Pb含量及Cr含量明显高于雪菜、小白菜以及大白菜，Ni含量则在芥菜和雪菜茎叶中较高；根系中，蚕豆、芥菜和大白菜的Pb含量相对较高，Cr含量与茎叶中相差不大.此外，大白菜和芥菜根系中的Ni含量平均值分别为1.30和1.22，达到限量标准的2倍.

表3 不同蔬菜中的Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni含量

表4 不同蔬菜中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni污染评价

2.2 不同蔬菜中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr和Ni污染评价

蔬菜污染评价结果如表4和表5所示.从单因子污染指数Pi来看，大白菜、小白菜、萝卜、芥菜、蚕豆、雪菜中根系和茎叶的重金属Cd、Zn、Cu的单项污染指数Pi均小于1，均为1级，属清洁水平；就各蔬菜中重金属Cr、Ni污染而言，由表5看出，除了雪菜、小白菜、大白菜、芥菜及蚕豆的根系中Cr的单因子污染指数Pi及芥菜、雪菜、大白菜的根系中Ni的单因子污染指数Pi大于1外，各蔬菜可食部分(包括萝卜根系)中Cr、Ni的单因子污染指数Pi均小于1，均属清洁水平.然而，由表5可见，各蔬菜茎叶及根系中Pb的单因子污染指数Pi均远大于1，污染等级均达重度污染水平，且以萝卜、芥菜及蚕豆可食部分Pb的单因子污染指数Pi相对较高，污染更为严重.从综合污染指数PM来看，各蔬菜的重金属综合污染指数均大于3，除了雪菜、小白菜、大白菜的重金属综合污染指数在6左右，其他均超过了10，甚至最高达到了29.565，均属于重度污染；各蔬菜的茎叶中重金属综合污染指数大小顺序为：蚕豆>萝卜>芥菜>小白菜>大白菜>雪菜.结合两项污染指数大小分析可以发现，各蔬菜茎叶中重金属污染程度主要与其Pb污染有关.因此，和睦湿地农田土壤及蔬菜中的Pb污染需要引起有关部门的高度重视.

2.3 不同蔬菜对土壤Cu、Zn、Pb、Cd、Cr和Ni的富集特性

表5 不同蔬菜的综合污染指数及污染程度

一般而言，植物中的重金属主要来源于土壤，而且同一植物种类对不同重金属元素的吸收富集能力不同，不同种类的植物对同一重金属元素的吸收富集能力也不同.根据蔬菜样品重金属含量(表3)及其对应土壤的重金属含量(表2)，得到各种蔬菜的生物富集系数(生物体内污染物的浓度与其生存环境中该污染物浓度的比值)，结果如表6所示，各蔬菜茎叶对Cu、Zn、Pb、Cd、Cr和Ni的富集存在明显差异，除了蚕豆茎叶中的Cu、Zn富集系数及萝卜、芥菜、蚕豆中的Pb富集系数大于5%，属于高度富集外，其余蔬菜中的重金属Zn和Pb的富集系数均多介于2%～5%之间，为中度富集，而各蔬菜茎叶Cu、Cr和Ni的富集系数均小于2%，即均为轻度富集.与茎叶相比，各种蔬菜根系对Cu、Zn、Pb、Cd、Cr和Ni的富集能力较强，6种蔬菜根系中，Cu在蚕豆根系中属于高度富集，但在雪菜、小白菜、大白菜及芥菜中则为中度富集，而在萝卜中为轻度富集；各蔬菜根系Zn的富集系数除了在萝卜根系中小于5%，在其他蔬菜中均超过5%，属于高度富集；各蔬菜根系Pb的富集系数均远远大于5%，最高甚至达到了20.18%；重金属Ni在根系中多数为轻度富集和中度富集；Cr在蚕豆根系中为高度富集，其余均为轻度和中度富集.另由表6可知，不同蔬菜对不同重金属的富集能力基本一致，其顺序大致为Pb、Zn、Cu、Ni、Cr、Cd.结合根际土中平均Pb含量低于国家二级土壤质量标准这一现象，分析蔬菜中的Pb污染除了来自土壤以外，空气污染也有可能成为蔬菜Pb污染的重要来源.可见，需要根据不同作物对土壤重金属富集间的差异性，有选择地栽培作物，确定蔬菜基地的选址，以便减少作物对土壤重金属的吸收富集，此外，加强大气环境的治理以减少叶类蔬菜的重金属来源亦具有重要意义.

表6 不同蔬菜Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni富集系数

3 结 论

1)和睦湿地采样区域中6种蔬菜中平均含Cu量、含Zn量及含Cd量均未超标，而Pb含量远远超过了限量标准，污染程度相对严重.

2)单因子污染指数评价发现，6种蔬菜根系和茎叶的重金属Cd、Cu、Zn污染水平均属清洁水平；多数蔬菜根系受到Cr、Ni污染，但各蔬菜茎叶中Cr、Ni均达清洁水平；6种蔬菜中Pb的污染等级均属重度污染并致使各蔬菜综合污染程度达重度污染水平，其中尤以蚕豆受Pb污染比较严重.

3)不同蔬菜对不同重金属的富集能力基本一致，其顺序大致为Pb、Zn、Cu、Ni、Cr、Cd.不同蔬菜根系对6种重金属都具有高度富集性，6种蔬菜茎叶对重金属Cu、Zn、Ni、Cr、Cd多为轻度富集，而对Pb则多为中度和高度富集，且不同蔬菜Pb富集系数大小顺序为：蚕豆>萝卜>芥菜>小白菜>大白菜>雪菜.

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