菜用睡莲栽培土壤和灌溉水铅、汞及镉安全指标验证试验

2017-04-26罗竞刘义满孙亚林李双梅黄来春匡

湖北农业科学 2017年6期

罗竞+刘义满+孙亚林+李双梅+黄来春+匡晶+李明华

摘要：菜用睡蓮（Nymphaea tetragona Georgi）是湖北省开发的一种以叶柄及花柄为产品的新型水生蔬菜。为了评价菜用睡莲对铅、汞及镉3种重金属的吸收富集能力，并比较有关标准中关于土壤和灌溉水中铅、汞及镉安全指标限量值的适用性，利用睡莲盆栽进行了3个独立的模拟试验。结果表明，处理土壤铅、汞及镉含量与灌溉水及菜用睡莲产品中的铅、汞及镉含量分别呈显著或极显著正相关。菜用睡莲对土壤重金属的富集系数（PUF）为镉0.99～3.26>汞0.50～1.50>铅0.00～0.02，对这3种重金属均有良好的富集效果，可以用于土壤和水体中重金属的吸收清除。在处理土壤铅含量为65 mg/kg时，菜用睡莲产品的铅含量为0.3 mg/kg，达到GB 2762-2012叶菜蔬菜的上限值以及NY/T 5010-2016规定的铅含量上限值，不能保障菜用睡莲产品铅含量符合GB 2762-2012的规定。利用回归方程计算的理论值表明，土壤铅≤65 mg/kg、汞≤0.05 mg/kg及镉≤2.88 mg/kg时，菜用睡莲产品符合GB 2762-2012的限量值规定（铅0.3 mg/kg、汞0.01 mg/kg、镉0.2 mg/kg）。如果实行种养结合模式，则NY/T 5361-2016规定的土壤和水铅、汞及镉含量限量值指标更为适宜。

关键词：菜用睡莲（Nymphaea tetragona Georgi）；铅；汞；镉；标准；安全质量

中图分类号：S645.9+1.6 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）06-1080-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.06.022

Abstract： Edible waterlily（Nymphaea tetragona Georgi） is a newly developed aquatic vegetable crop， with leaf stalks and flower stalks as product organs， in Hubei province. In order to evaluate the absorption and accumulation ability of edible waterlily to heavy metals including Pb， Hg and Cd， and the suitability of safety index limits for Pb， Hg and Cd content of soil and irrigation water， three isolated simulation experiments were carried out with pot-cultivated edible waterlily. The results are as follows， the content of Pb， Hg and Cd of treated soils were significantly or very significantly positively correlated with the content of Pb， Hg and Cd of irrigation water respectively and with those of the product organs of the edible warerlily respectively. The edible waterlily had high absorption and accumulation ability to heavy metals and the plant uptake factors（PUF） were 0.00～0.02 for Pb， 0.50～1.50 for Hg and 0.99～3.26 for Cd. Therefore， the edible waterlily can also be used to eradicate heavy metals from polluted soil and water. When cultivated in the treated soil with 65 mg/kg Pb， the Pb content of the product organs of edible waterlily reached to 0.3 mg/kg， the maximum limit determined by GB 2762-2012， thus the soil with the maximum limit of Pb content， determined by the ministerial standard--NY/T 5010-2016， is not suitable for cultivating edible waterlily with product Pb content below 0.3 mg/kg. When cultivated in the soil with 65 mg/kg Pb， 0.05 mg/kg Hg and 2.88 mg/kg Cd as maximum limits， which were theoretically calculated by regression equation， the product of the edible waterlily will compliant with the safety maximum limits， i.e.， 0.3 mg/kg Pb， 0.01 mg/kg Hg and 0.2 mg/kg Cd， which were determined by GB 2762-2012. The Pb， Hg and Cd maximum limits determined for soil and water by NY/T 5361-2016 standard are more suitable for quality edible waterlily production in edible waterlily-fish culture system.

Key words： edible waterlily（Nymphaea tetragona Georgi）； Pb； Hg； Cd； standard； safety quality

菜用睡莲（Nymphaea tetragona Georgi）是湖北省新开发的一种水生蔬菜，主要以叶柄及花柄为食用器官，适宜于水塘和鱼池等较深水体中种植，也是种养结合模式的一种适宜蔬菜植物，已经在省内的应城、洪湖、仙桃、武汉市等地开始规模化种植[1-5]。菜用睡莲的栽培环境通常是鱼菜兼用田块，因而其产地环境安全指标要兼顾作物种植和水产养殖两个方面；重金属是影响环境和农产品质量安全的重要污染物，在有关水生蔬菜和水产品的产地环境行业标准和国家标准中，均对土壤和灌溉水中重金属安全指标限量值做了规定。试验以菜用睡莲为材料，通过模拟试验，比较了菜用睡莲对主要重金属的富集规律，同时验证评价了有关标准中关于产地土壤及灌溉水中铅、汞及镉等重金属安全指标的限量值，以期为菜用睡莲安全生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

参试菜用睡莲由武汉市农业科学技术研究院蔬菜科学研究所（原武汉市蔬菜科学研究所）提供，2014年3月18日移栽睡莲植株，每缸2株。移栽用缸容积40 L（陶缸，口径33 cm，深45 cm），缸底填充40 kg晒干后的鱼塘泥土，泥土pH 6.8，缸内灌鱼塘水，水深高出泥面25 cm。重金属试剂分别为醋酸铅、氯化镉、氧化汞粉剂，由华中农业大学中心实验室提供。

1.2 方法

1.2.1 试验设计对铅、汞、镉3种重金属分别设置3个独立的单因素试验，每种重金属浓度（按照填充的土壤质量计）都设5个处理，每处理3次重复；缸栽，每缸一个处理。醋酸铅和氯化镉粉剂均溶于水后施于陶缸中，氧化汞先用稀硫酸溶解后、再用水稀释后施于陶缸中。处理后，土壤铅含量分别为16.6（CK，不添加）、40.0、65.0、90.0、115.0 mg/kg；土壤汞含量分别为0.00（CK，不添加）、0.25、0.50、0.75、1.00 mg/kg；土壤镉含量分别为0.0（CK，不添加）、2.5、5.0、7.5、10.0 mg/kg。试验地点在蔬菜科学研究所国家种质水生蔬菜资源圃，于2014年4月17日完成土壤的铅、汞、镉3种重金属处理。

1.2.2 取样在处理当日（4月17日）取土样，处理20 d后分别取水样、土样及菜用睡莲叶柄鲜样（去皮），待测。含铅、镉的水样在采样后立即加入硝酸，酸化至pH小于2，冷环境保存；含汞的水样加入浓硫酸，使pH小于1，冷环境保存。一周内测定对应重金属的含量。

1.2.3 测定方法测定工作由农业部食品质量监督检验测试中心（武汉）完成，水体铅和镉的含量测定按文献[6]的方法，水体汞含量测定按文献[7]的方法，土壤铅和镉含量测定按文献[8]的方法，土壤汞含量测定按文献[9]的方法，菜用睡莲铅含量测定按文献[10]的方法，菜用睡莲汞含量测定按文献[11]的方法，菜用睡莲镉含量测定按文献[12]的方法，所有测定最终结果用3次重复测定的平均值表示。

1.2.4 富集系数计算富集系数（PUF）指作物体内污染物含量与对应土壤中污染物含量的比值，计算公式为：

PUF=X（crop）/X（soil），

式中，X（crop）表示菜用睡莲叶柄铅、汞、镉的含量，X（soil）表示对应土壤中铅、汞、镉的含量。

1.2.5 验证指标在试验中，用于验证分析比较的相关国家标准和行业标准有7项[13-19]，分别比较验证这些标准中有关环境土壤和灌溉水中的铅、汞、镉3种重金属指标值的合理性。

1.3 数据处理

利用Origin 软件进行回归分析，计算土壤铅、汞及镉含量的理论安全限量值，具体计算由华中农业大学严守雷博士完成。

2 结果与分析

2.1 铅处理后土壤、水体、菜用睡莲叶柄中的铅含量比较

菜用睡莲富集20 d后的相关铅含量检测结果见表1。由表1可见，处理后种植菜用睡莲土壤的铅含量在16.6～115.0 mg/kg，经过菜用睡莲富集20 d后，环境中土壤残留的铅及水体铅含量均降低至相关标准规定的安全指标范围内。其中，土壤残留的铅含量降低明显，比初期的含量减少了9.63%～77.39%，已经符合有关土壤铅指标的规定[17-19]，同时符合有关水产品养殖环境底质铅含量安全指标的规定[16]（只占安全指标限量值的30%～56%）；水体的铅含量符合有关水质安全指标[17，18]的规定（占上限值的2.00%～18.00%），同时也符合国家标准的规定[14-16]（占该3部标准规定上限值的4.00%～56.00%）。说明菜用睡莲对土壤铅具有良好的吸收作用。表1结果还表明，当处理土壤铅含量达到65.0 mg/kg时，菜用睡莲可食部分叶柄的铅含量为0.30 mg/kg，达到食品安全国家标准[13]规定的叶类蔬菜铅含量安全指标上限；当处理土壤铅含量超过65.0 mg/kg时，菜用睡莲可食部分叶柄的铅含量超过该规定的上限，已不符合安全指标规定。而且随着处理土壤铅含量的增加，菜用睡莲产品中的铅含量也明显增加。从表1中富集系数来看，菜用睡莲产品对铅的富集系数为0.00～0.02，平均为0.01，相对较低。说明菜用睡莲对铅起富集作用的部位可能是根状茎、须根系等水面下部位，而不是食用部位（葉柄和花柄）。

表2列出了处理土壤铅含量与菜用睡莲吸收20 d后的土壤残留铅含量、水体铅含量、菜用睡莲产品铅含量及铅富集系数之间的简单相关关系。从表2可见，处理土壤铅含量与菜用睡莲吸收20 d后的水体铅含量和菜用睡莲产品铅含量存在极显著正相关，与菜用睡莲产品对铅的富集系数存在显著正相关；菜用睡莲吸收20 d后的水体中铅含量与菜用睡莲产品铅含量存在显著正相关；菜用睡莲产品铅含量与富集系数存在极显著正相关。

利用处理土壤铅含量与菜用睡莲叶柄铅含量数据进行回归分析，理论计算结果表明，处理土壤铅含量在不高于64～65 mg/kg时，菜用睡莲叶柄的铅含量不高于0.3 mg/kg。

2.2 汞处理后土壤、水体、菜用睡莲叶柄中的汞含量比较

菜用睡莲富集20 d后的相关汞含量检测结果见表3。由表3可见，处理后种植菜用睡莲土壤的汞含量为0.25～1.00 mg/kg，经过菜用睡莲富集20 d后，土壤残留的汞为0.049～0.052 mg/kg，比处理初期的含量减少了80.4%～94.80%，符合农业行业标准的规定[17，18]，只占该指标相应上限值的0.40%～10.40%。也符合国家标准等规定[16，19]；处理后相应水体的汞含量为0.003～0.004 mg/L，虽然不象处理土壤汞含量同比增加，但仍然大幅度超过相关标准规定的安全指标上限值，为规定水质汞含量上限值的3～4倍[17，18]、30～40倍[14，19]、6～8倍[15，16]；处理土壤汞含量从0.25 mg/kg到1.00 mg/kg，增加了3倍，相应的菜用睡莲可食部分叶柄汞含量从0.041 mg/kg增加到0.078 mg/kg，约增加了1倍；并且菜用睡莲产品的汞含量为食品安全国家标准规定的安全指标上限值（0.01 mg/kg）的4.1～7.8倍[13]。

表4列出了处理土壤汞含量与菜用睡莲吸收20 d后的土壤残留汞含量、水体汞含量、菜用睡莲产品汞含量及汞富集系数之间的简单相关关系。从表4可见，处理土壤汞含量与菜用睡莲产品汞含量和汞富集系数呈极显著正相关；菜用睡莲吸收20 d后的水体汞含量与土壤残留汞含量也呈极显著正相关，与菜用睡莲产品汞含量呈显著正相关；菜用睡莲吸收20 d后的土壤残留汞含量与菜用睡莲产品汞含量呈显著正相关关系；菜用睡莲产品汞含量与富集系数呈极显著正相关。

利用处理土壤汞含量与菜用睡莲叶柄汞含量数据进行回归分析，理论计算结果表明，处理土壤汞含量在不高于0.04～0.05 mg/kg时，菜用睡莲叶柄汞汞量不高于0.01 mg/kg。

2.3 镉处理后土壤、水体、菜用睡莲叶柄中的镉含量比较

菜用睡莲富集20 d后的相关镉含量检测结果见表5。由表5可见，处理后种植菜用睡莲土壤镉的含量为2.5～10.00 mg/kg，经过菜用睡莲富集20 d后，土壤残留的镉含量比处理初期的含量减少95%以上。其中处理土壤的镉含量为2.50～7.50 mg/kg时，菜用睡莲富集20 d后的土壤残留镉含量为0.121～0.261 mg/kg，低于农业行业标准中土壤镉限量指标[17，18]，也符合国家标准等关于水产品养殖环境底质镉限量指标的规定[16，19]；处理土壤镉含量为0.02～5.00 mg/kg时，经过菜用睡莲富集20 d后，相应的水体镉含量为0.001～0.004 mg/L，符合相应标准中关于灌溉水或水产养殖水质镉限量值的规定[14-17，19]（≤0.005 mg/kg）；处理土壤镉含量为0.02～2.50 mg/kg时，经过20 d富集后，菜用睡莲产品的镉含量为0.04～0.12 mg/kg，符合食品安全国家标准中有关叶菜蔬菜镉含量限量值的规定[13]（≤0.2 mg/kg）。

表6列出了处理土壤镉含量与菜用睡莲吸收20 d后的土壤残留镉含量、水体镉含量、菜用睡莲产品镉含量及镉富集系数之间的简单相关关系。从表6可见，处理土壤镉含量与水体镉含量存在显著正相关，与土壤残留镉含量及菜用睡莲产品镉含量存在极显著正相关；菜用睡莲吸收20 d后的水体镉含量与土壤残留镉含量存在极显著正相关，与菜用睡莲产品镉含量存在显著正相关；土壤残留镉含量亦与菜用睡莲产品镉含量存在显著正相关。

利用处理土壤镉含量与菜用睡莲叶柄镉含量数据进行回归分析，理论计算结果表明，处理土壤镉含量在不高于2.80～2.88 mg/kg时，菜用睡莲叶柄镉含量不高于0.2 mg/kg。

3 小结与讨论

试验结果显示，处理土壤的铅、汞、镉的含量与土壤残留、灌溉水及菜用睡莲产品中的铅、汞、镉含量均呈正相关，而且大多达到了显著或极显著水平。菜用睡莲对土壤重金属的吸收富集系数是镉（0.99～3.26）>汞（0.50～1.50）>铅（0.00～0.02），对这3种重金属均有良好的富集效果，可以将其用作污染土壤和水体中重金属的吸收清除作物种类。

处理土壤的铅含量为65 mg/kg、灌溉水的铅含量为0.008 mg/L时，菜用睡莲产品的铅含量为0.3 mg/kg，达到食品安全国家标准中叶类蔬菜的上限值[13]。而文献[17]规定的铅含量上限值为300 mg/kg，不能保障菜用睡莲产品铅含量低于0.3 mg/kg。

当处理土壤的汞浓度在0.25 mg/kg、灌溉水汞含量为0.003 mg/L时，菜用睡莲产品汞含量即达0.04 mg/kg以上，严重超过食品安全国家标准规定的安全指标上限值0.01 mg/kg[13]。也就是说，文献[17]关于土壤汞限量指标规定（0.50 mg/kg）不能保障菜用睡莲产品汞含量低于0.01 mg/kg。

处理土壤的镉浓度在2.50 mg/kg时，菜用睡莲产品的镉含量为0.12 mg/kg，低于食品安全国家标准[13]规定的叶类蔬菜限值（0.2 mg/kg）。

2015年以来，国家有关部门对相关标准进行了调整与整合，颁布了种植业产地环境条件执行农业行业标准NY/T 5010-2016《无公害农产品种植业产地环境条件》和淡水养殖执行农业行业标准NY/T 5361-2016《无公害农产品淡水养殖产地环境条件》。综合比较后，这2个行业标准规定的指标能保障“菜用睡莲-鱼”种养结合模式中菜用睡莲产品的铅、汞、镉安全质量。

参考文献：

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