土壤中重金属Cd含量与叶类蔬菜中Cd含量的相关性

贾相岳

（山西农业大学信息学院，山西太谷030800）

土壤中重金属Cd含量与叶类蔬菜中Cd含量的相关性

贾相岳

（山西农业大学信息学院，山西太谷030800）

以3种叶菜类蔬菜（生菜、油菜、菠菜）为研究对象，采用盆栽试验、向土壤中添加不同含量Cd的方法，研究土壤中Cd含量与蔬菜中Cd含量的相关性，旨在为叶类蔬菜种植提供技术支持。结果表明，向土壤中添加低含量的Cd，对3种蔬菜的生长及产量均呈极显著的促进作用，高含量Cd则对蔬菜的产量及生长有毒害作用；3种蔬菜对重金属Cd的吸收能力表现为菠菜＞生菜＞油菜，表明菠菜对Cd的富集能力最强，油菜最弱；随着土壤中添加Cd含量的增加，菠菜、油菜、生菜中Cd含量均呈极显著增加。相关性分析表明，土壤中Cd含量与蔬菜中Cd含量存在极显著的正相关（P＜0.000 1），相关系数分别为：菠菜0.999 2，生菜0.997 7，油菜0.997 7。

土壤；叶类蔬菜；Cd含量；相关性

近年来，随着农业、工业的发展，城市垃圾、工矿业的废渣和废水、大气沉降物等具有潜在毒性的物质不断排入水体和土壤。工业“三废”的排放导致土壤中重金属污染日益严重，主要包括无机污染和有机污染，其中，无机污染物尤以重金属类最为突出。过量的重金属给生态系统带来压力，同时也会被植被吸收，通过食物链进入人体并累积，给人类健康带来潜在的危险[1-5]。蔬菜是生活中不可缺少的食品之一，而由于土壤污染和杀虫剂问题，蔬菜重金属和农药残留问题比较严重，虽然一般不会造成人体急性中毒，但可以通过食物链在人体中累积危害人们的身体健康[6]。据估计，人体中的Cd有70%来自于蔬菜[7]；重金属Cd生物毒性极高，在土壤中不能被淋洗，不能被微生物分解，难以修复治理，严重影响食品卫生安全和农业的生产布局。

重金属Cd污染问题受到人们极大的关注，防治重金属污染、保障农产品质量安全也逐渐成为各国研究的热点课题[8-10]。自从1955年日本富山县发现“痛痛病”，即由于长期食用被Cd污染的食物所致[11]，镉污染问题越来越引起人们的注意。孙清斌等[12]对矿区农田土壤小麦体系中重金属污染研究表明，小麦穗中Pb，Cd，Zn，Cu的含量均超标，Cd，Pb超标倍数远大于Cu，Zn。

20世纪90年代初期，上海市就已针对绿叶蔬菜及种植蔬菜区的土壤进行调查，结果显示，大部分绿叶蔬菜中含有重金属元素，且受Cd污染尤为严重[13]。茹淑华等[14]采用温室土培盆栽试验研究了重金属Cd在土壤-萝卜系统中的迁移累积规律，结果表明，随着土壤重金属处理浓度的增加，萝卜根系的Cd浓度明显增加。唐家黎等[15]对内蒙古通辽地区污水灌溉区的土壤进行了采样，并分析了土壤及植物中Cu，Zn，Pb，Cr，Cd元素的含量。根据GB 15618—1995土壤环境质量标准对检测结果进行了单因子分析与评价，结果表明，土壤及植物中Cr，Cd的含量明显超标。马往校等[16]对不同绿色蔬菜吸收土壤中重金属元素的能力进行了大量的研究，结果表明，不同植物吸收的重金属含量具有显著差异，大小顺序为根菜＞叶菜＞果菜。目前，关于不同作物对土壤重金属的吸收累积特征的研究、重金属污染分布和污染程度调查方面的成果较多，而有关土壤中重金属含量与叶类植物中重金属含量的相关性研究不够深入，这方面存在大量的不确定因素。不同种类蔬菜由于吸收重金属元素的生理生化机制不同，对重金属的吸收积累也存在差异[17-19]，因此，可以利用不同蔬菜种类及品种对重金属吸收积累能力不同这一特点，通过筛选重金属低积累型蔬菜品种来适应蔬菜生产布局。但目前这方面的研究还鲜见报道。

本试验以生菜、油菜和菠菜3种日常食用较多的绿色蔬菜作为研究对象，通过人工向土壤中添加不同含量的Cd元素进行种植试验，以探索不同叶类蔬菜中Cd含量、土壤与蔬菜中重金属Cd含量的相关性及食用部分重金属积累量，旨在通过对重金属低积累型蔬菜品种的筛选，为蔬菜食用安全和种植结构优化提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

1.1.1 土壤 采样地点为太谷县山西农业大学信息学院开心农场，其土壤基本理化性状列于表1。将采取的土壤晒干、粉碎、过筛和去除杂质后，与同体积干燥锯末充分混合均匀，作为供试土壤。

表1 供试土壤样品基本理化性状

1.1.2 蔬菜 生菜、油菜、菠菜菜籽购买于太谷县种子市场。

1.2 试验设计

试验用外源Cd为Cd（NO3）2·4H2O溶液（分析纯），用去离子水配成母液后，再稀释配成溶液，按照Cd添加量分别为0，0.15，0.25，0.35，0.45，1.35，2.45 mg/kg的设计水平，喷洒到盆栽试验的土壤中，边喷边搅拌，以保证Cd的均匀分布。采用直径为20 cm的花盆，将土壤混合均匀后装入花盆，盆中土壤约1.5 kg。3种叶类蔬菜各设7个处理，每个处理重复3次，处理后土壤Cd含量列于表2。使用小喷雾器加水，使其土壤含水量为55%（整个生长期一致），2 d后播种。出苗7 d后间苗，生长期间所有处理管理一致。培养40～45 d后，收获整株测量3种蔬菜生物量（干质量）及Cd含量。

表2 不同处理土壤中Cd含量 mg/kg

1.3 测定项目及方法

各指标的测定方法参照《土壤农化分析》[20]进行。

Cd含量采用王水-HClO4消煮-火焰原子吸收光谱法测定（上海精科AA320N型原子吸收分光光度计）；pH值采用pH计测量（E-201-C-9型pH复合电极）；有机质采用重铬酸钾-外加热法测定；全氮含量采用半微量开氏法（上海洪记KDN-08型定氮仪/消化炉）测定；全磷含量采用HClO4-H2SO4消煮-钼锑抗比色法测定；全钾含量采用NaOH熔融-火焰光度法（上海精科6400A型火焰光度计）测定。

1.4 数据处理

采用Office 2010，SPSS 16.0和Sigmaplot 10.0软件对各组试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理与3种蔬菜生物量差异显著性分析

为寻求不同含量Cd对绿叶蔬菜生物量的影响，对3种蔬菜的干质量进行测定，并对每种设定含量下3种蔬菜的干质量进行方差分析（图1）。

由图1可知，经由不同含量Cd处理的土壤中，3种蔬菜的干质量均存在极显著差异（P＜0.000 1）。在土壤Cd含量为0.18～0.66 mg/kg时，随着Cd含量的升高，3种绿叶蔬菜干质量均呈显著增加的趋势。其中，油菜的增幅趋势最为明显，在5种设定含量下蔬菜干质量均呈现极显著差异（P＜0.000 1）；菠菜和生菜干质量也存在显著或极显著差异。在土壤Cd含量为1.54～2.60 mg/kg时，相比前5种低含量Cd处理的土壤，3种蔬菜的干质量均呈极显著下降趋势（P＜0.000 1），下降幅度菠菜最为明显。

由上可知，土壤中Cd含量的变化对蔬菜的生物量有显著影响，在低含量范围内，重金属Cd对蔬菜生长有促进作用。杨金凤等[21]对低含量Cd与油菜生长进行研究，结果表明，Cd含量小于1 mg/kg时，对油菜的生长有促进作用。本研究的3种蔬菜在土壤Cd含量低于1 mg/kg时，随着Cd含量增大，其干质量均增加；但在高含量Cd的土壤环境下，3种蔬菜干质量均显著下降，且在植物生长期间发现，在高含量Cd环境下生长的蔬菜叶片有发黄的现象，说明高含量重金属Cd对蔬菜的生长有毒害作用。

2.2 3种蔬菜对Cd富集能力评价分析

其评价标准如表3[13]所示。

表3 蔬菜中重金属Cd污染分级

从表4可以看出，随着土壤中Cd含量的增加，3种绿叶蔬菜中Cd含量均随之增加，但增加的幅度有所不同，在低含量下（处理1～5，Cd含量小于1 mg/kg），具体表现为菠菜＞生菜＞油菜。从表3，4可以看出，在处理1中，未添加外源Cd的情况下（土壤中Cd含量为0.18 mg/kg），3种蔬菜中的Cd含量均未超出国家蔬菜食品卫生标准（五级，警戒值）；但随着向土壤中添加外源Cd的增加（处理2～7），蔬菜中Cd含量均超过国家标准，其中，菠菜的超标率最大，生菜次之，油菜最小。

表4 不同处理蔬菜中Cd含量 mg/kg

以上分析可以得出，3种蔬菜对重金属Cd的富集能力大小不同，其中，菠菜富集Cd的能力最强，生菜次之，油菜最小。同时也说明控制土壤中重金属Cd含量，可以有效地避免Cd通过食物链向人体中迁移和富集，避免潜在危害。

2.3 不同处理土壤与蔬菜中Cd含量相关性分析

对3种叶类蔬菜中Cd含量与相对应土壤中Cd含量的相关性进行了分析，其相关性结果如图2所示。

从图2可以看出，3种蔬菜中Cd含量与相对应土壤中Cd含量均呈极显著正相关（P＜0.000 1），相关系数分别为：油菜0.997 7，生菜0.997 7，菠菜0.999 2。表明土壤中Cd含量越高，蔬菜中Cd含量同样也越高。

3 结论与讨论

本试验以3种叶菜类蔬菜（生菜、油菜、菠菜）为研究对象，采用盆栽试验、向土壤中添加不同含量Cd的方法，分析了不同含量下3种蔬菜的生物量、富集特性及土壤与蔬菜中Cd含量的相关性，结果表明，土壤中Cd含量相对较低时，不会影响蔬菜的生长和产量，相反还有增产作用；高含量Cd对蔬菜产量和生长均有不利作用。随土壤中Cd含量增加，菠菜、油菜、生菜中Cd含量均呈现极显著增加，表明土壤中Cd含量与蔬菜中Cd含量存在极显著正相关。向土壤中添加Cd，蔬菜中Cd含量均超过国家蔬菜食品卫生标准；不同蔬菜种类品种对Cd吸收积累量存在显著差异，其中，菠菜吸收土壤中Cd含量最为明显，表明其富集Cd能力最强，生菜次之，油菜富集能力最弱。在实际种植生产中，应根据地域环境质量及蔬菜的重金属积累特性进行合理的安排和规划，以达到安全生产的目的。供试蔬菜中菠菜对重金属的积累量最高，容易超标，所以，菠菜的安全生产对生产地的重金属污染情况要求特别严格。而菠菜是一年中种植面积较广、产量较高的蔬菜，其食用安全问题与人们健康密切相关，因此，在生产中要特别注意土壤环境质量，要合理规划，在重金属Cd污染区禁止栽培。

以上结论旨在为国家无污染蔬菜种植和土壤污染治理提供科学依据。在重金属含量偏高或接近国际标准临界值的农田进行蔬菜品种选择时，最好先进行科学试验评估，以规避重金属污染的风险。

［1］李如忠，潘成荣，徐晶晶，等.典型有色金属矿业城市零星菜地蔬菜重金属污染及健康风险评估 [J].环境科学，2013，34（3）：1076-1085.

［2］Pichtel J，Kuriiwa K，Sawyerr H T.Distribution of Pb，Cd and Ba in soils and plants of two contaminated sites[J].Environ Pollut，2000，110（1）：171-178.

［3］Wu F B，Zhang G P，Dominy P.Four barley genotypes respond differently to cadmium:lipid peroxidation and activities of antioxidant capacity[J].Environ Exp Bot，2003，50（1）：67-78.

［4］Wagner GJ.Accumulation of cadmium in crop plants and its consequences to human health[J].AdvAgron，1993，51（1）：173-212.

［5］谢影，鲁先文，卜利波.重金属Pb、Cr对小麦种子萌发和幼苗生物量的影响[J].天津农业科学，2009，15（1）：22-24.

［6］邹晓锦，仇荣亮，周小勇，等.大宝山矿区重金属污染对人体健康风险的研究[J].环境科学学报，2008（7）：1406-1412.

［7］孙光闻，朱祝军，方学智，等.我国蔬菜重金属污染现状及治理措施[J].北方园艺，2006（2）：66-67.

［8］张民，龚子同.我国菜园土壤中某些重金属元素的含量与分布[J].土壤学报，1996，3（1）：85-93.

［9］周艺敏，张金盛.天津市园田土壤和几种蔬菜中的重金属含量状况的调查研究[J].农业环境保护，1990，9（6）：30-34.

［10］冯恭衍，张炬.宝山区菜区土壤重金属污染的环境质量评价[J].上海农学院学报，1993，11（1）：35-42.

［11］张颖，伍钧.土壤污染与防治[M].北京：中国林业出版社，2012.

［12］孙清斌，尹春芹，邓金锋，等.矿区农田土壤-小麦体系中重金属污染特征研究[J].河南农业科学，2013，42（4）：80-84.

［13］汪雅谷，吴其乐.上海地区绿色食品蔬菜中若干污染物容许限量的初步探讨[J].上海农业学报，1997，13（3）：16-20.

［14］茹淑华，张国印，孙世友，等.重金属Cu、Zn、Pb和Cd在土壤-萝卜系统中的迁移累积规律 [J].华北农学报，2013，28（1）：361-365.

［15］唐家黎，李洪香，曹志全.通辽地区污灌区土壤重金属污染状况的调查与评价[J].光谱实验室，2007，24（5）：949-950.

［16］马往校，周乐，段敏，等.西安市蔬菜中重金属污染状况分析[J].西北农林科技大学学报，2003，31（6）：178-180.

［17］杜应琼，何江华，陈俊坚，等.铅、镉和铬在叶类蔬菜中的积累及对其生长的影响[J].园艺学报，2003，30（1）：51-55.

［18］李德明，朱祝军，钱琼秋.白菜镉积累基因型差异研究[J].园艺学报，2004，31（1）：97-98.

［19］井彩巧.不同基因型大白菜镉和铅含量差异研究 [J].园艺学报，2006，33（2）：402-404.

［20］鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：中国农业出版社，1999.

［21］杨金凤，卜玉山，郭小燕，等.土壤外源镉、铅污染对油菜生长的影响研究[J].陕西农业科学，2005（3）：25-28.

Study on Correlation of the Cadmium Content between Soil and Leafy Vegetables

JIA Xiang-yue
（College of Information，Shanxi Agricultural University，Taigu 030800，China）

In this paper,the correlation of Cd content between soil and leafy vegetables of lettuce,rape and spinach was studied that aimed to provide technical support for vegetable production by pot experiment of adding different concentration of Cd in soil.The results showed that it was significant in promoting the growth and yield of three kinds of vegetables to add the lower concentration of Cd in soil, and higher concentration of Cd had a toxic effect on the growth of vegetables.Apparent differences were shown in the absorption and enrichment of Cd in different vegetables,the spinach offered the highest absorption,the rape offered the least.The Cd content of three kinds of vegetables increased significantly with the increasing of Cd content in soil.Correlation analysis showed that there was significantly positive correlation of Cd content between the vegetables and soil,the correlation coefficient of spinach was 0.999 2,the lettuce and the rape were 0.997 7,respectively.

soil;leafy vegetables;cadmium content;correlation

X53

A

1002-2481（2016）05-0625-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.05.14

2015-12-14

贾相岳（1987-），男，内蒙古赤峰人，助教，硕士，主要从事土壤环境、土壤污染修复研究及教学工作。