重金属在盐地碱蓬体内的累积与转移特征

王明华 张森 王伟路 宫立鹏 李德生

（天津理工大学环境科学与安全工程学院，天津 300384）

重金属在盐地碱蓬体内的累积与转移特征

王明华 张森 王伟路 宫立鹏 李德生*

（天津理工大学环境科学与安全工程学院，天津 300384）

为了验证重金属在天津滨海盐地碱蓬体内的累计转移特征是否影响其食用安全性，本文对天津滨海湿地盐地碱蓬进行了取样实验。实验表明：盐地碱蓬对重金属Pb、Zn的富集能力较强且转移系数较大，盐地碱蓬根部对Cu的富集能力最大，但转移能力较弱；滨海盐地碱蓬湿地土壤中重金属Pb和Zn含量较高，但均未达到污染的程度，土壤表层和下层中重金属含量关系表现出：Zn>Pb>Cr>Cu，均达到国家土壤环境标准。盐地碱蓬体根、茎、叶中重金属Cr、Cu、Pb和Zn含量均超过国家无公害绿色蔬菜标准，不符合食用标准。因此，重金属污染的滨海地区，盐地碱蓬可以作为抗污染植物，但体内重金属的积累表明不宜再直接食用，此实验为滨海湿地盐地碱蓬的开发利用提供了理论依据。

盐地碱蓬；重金属；富集系数；转移系数；食用安全

盐地碱蓬（Suaeda salsaL.）又名翅碱蓬、黄须菜、盐蒿，为黎科碱蓬属一年生草本植物。盐地碱蓬是北方滨海湿地重要的先锋植物，一般生长在沿海滩涂、荒漠等盐碱地上[1]，具有较强的抗盐和耐盐能力，对海岸带生态系统的稳定性和演替有着重要的作用[2]。盐地碱蓬不仅在保滩护堤和改良土壤方面有重要的作用，其幼苗味道鲜美，还可以作为野生蔬菜食用。有研究表明，盐地碱蓬中不但富含不饱和脂肪酸、粗蛋白、氨基酸等营养成分，而且其微量元素，如钙、磷、铁、锌、硒等的含量均高于普通蔬菜[3]。另外，盐地碱蓬还具有清热解毒、降压降脂、抗炎、增强机体免疫、降脂、抗氧化活性等功效[4-5]。

尽管大部分人认为，盐地碱蓬生长的沿海滩涂远离化肥和农药污染，是一种优质的野生绿色蔬菜[5]。但是，由于石油开发和工农业生产等人类活动的干扰，重金属污染成为海岸带湿地的重要威胁因子[6]，通过食物链的富集，人类从食品中摄取了种类繁多且浓度高的有毒、有害物质，威胁人类健康[7]。目前国内外对滨海湿地盐地碱蓬的研究主要集中在其植物学特性及其耐盐机理方面[8]，然而滨海湿地盐地碱蓬作为野生蔬菜，其重金属含量是否符合人类的食用标准尚缺乏文献报道，因此对部分具有重金属污染风险地区盐地碱蓬的食用安全亟待评估。本文以天津滨海盐地碱蓬为研究对象，研究了盐地碱蓬生长的土壤环境、盐地碱蓬本身重金属含量和重金属在盐地碱蓬体内富集和转移特征，以此来评价天津滨海湿地盐地碱蓬的食用安全性，以期为盐地碱蓬这种野生蔬菜的开发和利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

天津滨海湿地位于天津东部沿海地区，华北平原的北部，处于山东半岛和辽宁半岛交汇点上，海河流域下游，濒临渤海，北与河北省唐山市为邻，南与河北省黄骅市为界，地理坐标为北纬38°40＇至39°00＇，东径117°20＇至118°00＇，总面积达2270km2，气候类型为暖温带季风型大陆气候，并具有海洋性气候特点：冬季寒冷、少雪；春季干旱多风；夏季气温高、湿度大、降水集中；秋季天高气爽、风和日丽。全年平均气温13.0℃，高温极值40.9℃，低温极值-18.3℃。年平均降水量566.0mm，降水随季节变化显著，冬季、春季少，夏季集中。滨海湿地主要植物类型为盐地碱蓬、芦苇，土壤类型为盐碱土[9]。

1.2 样品采集

在滨海盐地碱蓬湿地选择合适的样地，观察碱蓬分布。并分10～16的样方对碱蓬进行一定样方大小的采样（样方多数情况为50cm×50cm）。对采集样品进行简单的处理，将根部泥土洗净放入信封当中装好并做好标记，带回实验室再次洗净并用去离子水冲洗3次后在烘箱内100℃下杀青30min，然后在75℃烘干至恒重，之后将样品按各个器官（根、茎、叶）分开，经过玛瑙研钵研磨均匀，过100目筛，装入自封袋待测。

1.3 样品测定方法

称取0.1～0.2g样品进行实验预处理（消解罐消解法），盐地碱蓬的根、茎、叶样品经浓硝酸-双氧水消解，根际沉积物样品经浓硝酸和氢氟酸消解，通过ICP-OES测定Hg、As、Cu、Pb、Zn、Cd含量，每个样品重复3次；土壤pH值和盐分分别采用pH计和电导率仪测定。

1.4 数据分析

盐地碱蓬的富集系数和转移系数计算公式如下：

以上公式参考文献10，实验数据采用SPSS19.0中Pearson相关系数分析pH、土壤盐度和土壤重金属含量之间的相关性，采用Excel2003作图。

2 结果与分析

2.1 天津滨海盐地碱蓬湿地土壤中重金属含量特征

土壤表层土壤中Cr、Cu、Pb和Zn的含量分别为38.36mg/kg、22.94mg/kg、39.86mg/kg和90.13mg/kg，土壤下层重金属Cr、Cu、Pb和Zn的含量分别为40.48mg/kg、25.93mg/kg、47.38mg/kg和118.71mg/kg，实验表明，土壤表层重金属含量小于土壤下层重金属含量，重金属Cr、Cu含量在土壤表层和下层差异不显著（P>0.05），而重金属Pb和Zn含量在土壤表层和下层之间的差异显著（P<0.05）；土壤表层和下层中重金属含量关系均表现出：Zn>Pb>Cr>Cu（见图1）。根据国家关于土壤中重金属含量的标准规定（表1），天津滨海盐地碱蓬湿地表层和下层土壤中Cr、Cu、Pb和Zn平均含量均达到国家二级标准，表明天津滨海盐地碱蓬湿地土壤中未受到重金属Cr、Cu、Pb和Zn的污染，因此，我们认为此土壤环境可以满足蔬菜种植的要求和蔬菜的生长条件。

2.2 盐地碱蓬不同组织器官中重金属含量的分布

图2显示了盐地碱蓬不同器官中重金属含量的变化，由图可知，植物体内Cr、Cu、Pb和Zn含量分别为根部：9.63mg/kg、24.77mg/kg、22.63mg/kg和69.83mg/kg。茎部：3.80mg/kg、3.19mg/kg、26.89mg/kg和45.78mg/kg；叶部：4.47mg/kg、未检出、21.54mg/kg和45.74mg/kg；盐地碱蓬体内重金属Pb、Zn含量明显高于Cr和Cu，植物根部重金属含量表现为：Zn>Cu>Pb>Cr；植物茎部重金属含量：Zn>Pb>Cr>Cu；植物叶中重金属含量：Zn>Pb>Cr>Cu，并且叶中基本上不含有铜，可见，土壤重金属含量在植物组织中的分布不同；同时作为食用部分的茎和叶重金属Cr、Pb含量均超标，因此按照《农产品安全质量无公害蔬菜安全要求》的标准（见表2），该地区盐地碱蓬不符合食用要求。

表2 国家无公害蔬菜重金属含量标准Table 2The national standard of heavy metals in non-polluted vegetables

2.3 盐地碱蓬不同部位对重金属的富集能力

图3 盐地碱蓬根、茎、叶对不同重金属的富集系数（n=3）Fig.3The enrichment coefficients of roots,stems and leaves of Suaeda salsa for different heavy metals（n=3）

富集系数指植物组织重金属含量与土壤重金属含量之比，系数越高，富集能力越强。图3显示了盐地碱蓬对重金属的富集系数，Cr、Cu和Zn在根部的富集系数明

显高于在茎、叶器官中的；植物体对重金属Pb和Zn富集能力较高，根部对重金属Cu的富集能力最大，说明重金属未在盐地碱蓬植物体食用组织器官茎和叶内显著富集。盐地碱蓬根部对Cu、Zn的富集系数高于其它重金属，可能是由于Cu和Zn为生物体必需元素，植物需要通过根部大量吸收和消耗这些元素。植物茎和叶对Pb、Zn的富集明显高于其他重金属，可能是植物茎和叶对Pb、Zn需求相对较高，同时也可能因为植物对Zn的富集能力会受到土壤中Zn含量的影响。

2.4 不同重金属在盐地碱蓬体内的转移情况

图4 不同重金属在盐地碱蓬体内的转移系数（n=3）Fig.4The transfer coefficients of different heavy metals in plant tissues of Suaeda salsa（n=3）

经图4可以看出，总体而言，重金属Pb在茎叶中转移系数最高，转移系数大于1；重金属Zn次之，Cu最小，表明碱蓬茎、叶对重金属Pb、Cr、Zn的转移能力较强，并可能在碱蓬体内产生富集，而对其他重金属转移能力较弱，其原因可能是受到植物种类、重金属种类和环境条件的影响。重金属Cr在叶中的转移系数高于茎中的转移系数，重金属Cu在茎中存在转移，但在叶中却几乎不存在；Pb在茎中的转移系数高于叶，而Zn在茎叶转移系数差别不显著，说明植物不同器官之间对重金属的转移能力也不同。

2.5 滨海湿地土壤与土壤重金属的相关性分析

经相关性分析发现（见表3），土壤pH与土壤盐度呈显著负相关关系，相关系数为-0.691，与土壤中重金属Cr、Zn含量呈显著负相关关系，相关系数分别为-0.593、-0.586；土壤盐度和重金属含量之间不存在相关性；重金属Cr与Pb呈显著正相关关系，相关系数为0.608；重金属Cu与重金属Zn呈显著正相关，相关系数为0.671，其他因素之间均不存在相关性。以此可以看出，土壤pH在一定条件下会影响重金属的转移和富集，pH越高，重金属转移能力越低，而土壤盐度对土壤重金属含量的影响相对比较弱（表3）。

表3 滨海湿地土壤性状与土壤重金属的相关性分析Table 3Correlations between soil properties and heavy metals in the coastal wetland

3 结论与讨论

盐地碱蓬富含丰富的营养成分，含有人体必需的各种氨基酸、矿物质与微量元素、维生素等，营养价值高于普通蔬菜，绿色营养、医疗保健价值突出，是一种健康的可食用性野生蔬菜。随着对野生植物开发研究的不断深入，盐地碱蓬作为一种优质的滨海野生蔬菜，是盐土湿地中有开发潜力的优良蔬菜。

重金属污染已经成为目前天津的一个生态问题，天津市沿海植物重金属的含量超过了食品安全标准,开始通过食物链影响人体的健康[11]，研究重金属在土壤环境中的有效态分布特征具有重要的意义[12-15]。天津滨海盐地碱蓬湿地土壤重金属整体污染水平较弱，重金属Pb、Cr、Zn为主要污染物，而盐地碱蓬植物体内Cr、Pb和Zn含量均超标，这可能是由于盐地碱蓬作为抗污染植物，吸收土壤中重金属富集到植物体内，导致土壤重金属含量降低，而使盐地碱蓬体内重金属含量增高；由相关性分析可知，重金属Cr与Pb有显著相关性关系，可能存在相同的来源，均来自根部对土壤中重金属的吸收。土壤pH对重金属含量影响比较大，而盐度对重金属含量的影响较轻，植物茎和叶对Pb、Zn的富集能力比较高，可能是植物茎和叶对Pb、Zn需求相对较高，同时也可能因为植物对Zn的富集能力会受到土壤中Zn含量的影响；该区域对重金属Pb、Cr、Zn的转移能力较强，并可能在盐地碱蓬体内产生富集，而对其他重金属转移能力较弱，其原因可能是受到植物种类、重金属种类和环境条件的影响。因此，在重金属污染的滨海地区，盐地碱蓬可以作为抗污染植物，但体内重金属的积累表明不宜再直接食用。

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The Accumulation and Transformation of Heavy Metal in Suaeda Salsa

WANG Ming-hua ZHANG Sen WANG Wei-lu GONG Li-peng LI De-sheng*
（Environmental Science and Safety Engineering,Tianjin University of Technology,Tianjin 300384,China）

In order to research the edible safety of Suaeda salsa(S.salsa)under accumulation and transformation of heavy metal, S.salsa in Tianjin coastal line land was selected for test.The result showed the S.salsa had good accumulation ability of Pb,Zn with high transfer coefficient.Besides,S.salsa had stronger ability of Cu accumulation with low transfer ability.Though the contents of Pb and Zn in coastal wetland soil were higher,they didn't reach the pollution level.The comparison of metal contents in top soil and subsoil was showed as follows:Zn>Pb>Cr>Cu,and the contents of them were not meet the national soil environment standard.While the contents of Cr,Cu,Pb and Zn in root,stem and leafof S.salsain line land were higher than the national organic green vegetable standard.Similarity,they couldn't meet the edible standard.Therefore,S.salsacould be used for anti-pollution plant in costal wetland land with heavy metal pollution.However,the accumulation of heavy metal in plant illustrate that it couldn't be eaten any more.This paper provided the theoretical basis for development and utilization ofS.salsa in coastal wetland.

Suaeda salsa;heavy metal;accumulation coefficient;transfer coefficient;edible safety

R284.2

A

1008-1038(2015)04-0044-05

2015-02-14

国家大学生创新创业训练计划项目（201310060006）；天津市科委面上项目（14JCYBJC23000）

王明华（1991—），女，环境科学专业，研究方向为农业资源开发利用

*通讯作者：李德生（1964—），男，博士，教授，主要从事资源开发利用等方面的工作