土壤调理剂对蔬菜镉吸收的影响研究

林子江，贾 燕，夏 迪，曾经文，蔡倩怡，赵坤荣

（1.韶关市环境污染控制技术中心，广东 韶关 512026；2.环境保护部华南环境科学研究所，广东 广州 510655）

随着城市化和工业化进程的加快，土壤重金属污染问题日趋严重［1-2］。其中镉（Cd）已成为我国土壤污染中危害最大、面积最广的重金属之一［3-4］。我国镉污染形式十分严峻，调查结果表明［5］，我国已有1.4万hm2的耕地受到镉污染，其中有11处污灌区达到生产镉米的程度。土壤中的镉主要来源于污水灌溉、含镉肥料使用、污泥施肥和工业活动等，具有移动性差、毒性强的特点［6-8］。镉极易被植物吸收，影响植物正常生理代谢活动，导致作物减产或死亡［9］。环境中的镉可通过食物链富集最后进入人体，严重危害人类健康。

由于结构、生理特性的差异，不同种类蔬菜吸收土壤中重金属的能力存在一定差异［10-11］，一般认为，对Cd的吸收累积顺序为果实类＜块根类＜叶菜类。而Cd含量在同种植物不同部位的分布也存在差异，大多数植物的累积分布顺序为：果实＜叶＜茎＜根［12］。由于Cd主要通过在植物可食用部分的累积向人体迁移，因此控制重金属镉向蔬菜可食用部分的迁移是治理土壤镉污染的重要办法［13］。目前关于调理剂的施用对植物吸收重金属的研究较多。李平等［14］采用室内培养的方法探究不同改良剂对土壤重金属Cu和Cd形态转化的影响，发现改良剂的施用能降低重金属生物可利用性，促进重金属从有效态向某些潜在有效态或无效态的转变。周航等［15］探究了两种改良剂对土壤重金属（Pb、Cd、Cu和Zn）形态及水稻吸收重金属特性的影响，发现改良剂明显降低了土壤中重金属TCLP提取态含量，降低了水稻对重金属的吸收。

本研究针对镉污染菜地，采用田间对比试验，选择土壤调理剂作为镉污染土壤的改良剂，探讨其对镉污染土壤上不同种类蔬菜可食用部分镉含量的影响，旨在为镉污染土壤的修复和治理以及提高镉污染土壤上蔬菜的品质提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地位于某铅锌矿（已停止运营）下游2 000 m左右，之前长期受铅锌矿污染水体灌溉影响，已经荒废多年，pH较低，有机质含量较高，常规蔬菜和经济作物已无法正常生长。土壤类型属于砖红壤，其基本性质为：试验土壤pH为4.66，表现出强酸性；有机质含量9.42%，碱解氮含量201.6 mg/kg，有效磷含量11.58 mg/kg，速效钾含量157 mg/kg，土壤中镉含量为1.08 mg/kg左右，超过了《国家土壤环境质量标准》中的三级标准规定的限量值（1 mg/kg），是标准限值的1.08倍，说明试验地属于受到酸污染和镉污染的复合污染土壤。

供试调理剂以硅石、粘土、海泡石、白云石为基本原料，采用高温煅烧法超细磨粉等技术，利用现有水泥生产线烧制而成，其基本性质为：pH 12.4，总Cd含量为0.05 mg/kg，有效态Cd含量小于0.005 mg/kg，Ca含量为37.6 mg/kg，Mg含量为 0.5 mg/kg，Si（SiO2）含量为 1.2 mg/kg。

选择种植当地主要的蔬菜，根据蔬菜的可食用部分分为3类：一是果实类，包括豆角、黄豆、黄瓜、甜瓜、辣椒；二是叶菜类，包括菜心、芥蓝；三是块根类，包括生姜。

1.2 试验方法

试验示范区包括试验小区、隔离行、排水渠和保护行。田间试验农田排水灌溉措施较完善。灌溉水为修建的农田沟渠，经检测复合农田灌溉的水质标准。试验期间降雨较正常，农田的耕作条件较好。根据时间种植当地当季品种蔬菜，按照正常的田间管理，在适当时候进行相应的追肥、灌溉、除草和喷施农药等。试验设每667 m2添加土壤调理剂300、600 kg和空白对照3个处理（分别表示为T1、T2和CK），每个处理3次重复，随机区组排列，小区面积60 m2（长10 m，宽6 m）。

1.3 测定项目及方法

pH的测定方法参照《土壤pH测定》（NY/T1121.2-2006），Ca、Mg、Si含量的测定方法参照《土壤调理剂 钙、镁、硅含量的测定》（NY/T2272-2012），有效态镉含量的测定方法参照《土壤质量 有效态铅和镉的测定 原子吸收法》（GB/T 23739-2009），镉含量的测定方法参照《土壤质量 铅、镉的测定 石墨炉原子吸收分光光度法》（GB/T 17141-1997）。

2 结果与分析

2.1 土壤调理剂对果实类蔬菜镉含量的影响

在加入土壤调理剂前，不同种类蔬菜果实中镉含量有较明显的差异。对镉的吸收累计顺序为黄豆＞甜瓜＞辣椒＞豆角＞黄瓜。我国食品安全国家标准《食品中污染物限量》（GB2762-2012）规定，新鲜蔬菜（叶菜蔬菜、豆类蔬菜、块根和块茎蔬菜、茎类蔬菜、黄花菜除外）中镉限量指标为0.05 mg/kg，叶类蔬菜为0.1 mg/kg，豆类蔬菜、块根和块茎蔬菜、茎类蔬菜（芹菜除外）为0.1 mg/kg。从试验结果可知，未加入土壤调理剂前，黄豆、甜瓜和辣椒中镉含量超过了国家标准的限制，其镉含量分别是标准限值的2.09倍、1.32倍和1.24倍；豆角和黄瓜中镉含量均达到国家标准。

从图1可以看出，与对照相比，添加土壤调理剂对蔬菜果实中镉的含量有明显的影响。T1处理所有蔬菜果实中镉含量有不同程度的下降，镉含量顺序为黄豆＞辣椒＞甜瓜＞豆角＞黄瓜，其中黄豆中镉含量的降低效果最明显，降幅达到68.9%，达到了国家标准；甜瓜中镉含量降低27.3%，达到了国家标准。随着土壤调理剂投加量的增多，不同种类果实中镉含量变化差异明显。T2处理与空白对照相比，黄瓜中镉含量有一定程度的增加，其升高的机理有待进一步研究；其余种类果实中镉含量均有所下降。与T1处理相比，豆角和黄瓜中镉含量有所降低，黄豆和辣椒中镉含量有所增加。说明投加量对果实类蔬菜中镉含量有影响，不同种类的蔬菜最佳投加量不同。

图1 土壤调理剂对果实类蔬菜中镉含量的影响

2.2 土壤调理剂对叶菜类蔬菜镉含量的影响

根据食品中镉的允许量标准，叶类类蔬菜中镉的限制标准为0.2 mg/kg。从叶菜类蔬菜中镉的含量（图2）来看，菜心、芥蓝和油麦菜均有不同程度的超标，超标率大小为油麦菜（8.25倍）＞芥蓝（4.68倍）＞菜心（1.425倍）。与对照相比，添加土壤调理剂后叶菜类蔬菜镉含量有了明显下降，其中T1处理菜心中镉含量降低至0.154 mg/kg，达到国家标准值，其他作物的镉含量均超过了国家标准值。这主要与作物对镉吸收能力有关。有研究表明［16-17］，叶菜类蔬菜对镉吸收和富集能力较强；何江华等［18］通过调查广州蔬菜生产基地土壤和重金属污染情况，结合数理统计方法对不同蔬菜富集铅、汞和镉的能力进行研究，发现叶菜类和茎类蔬菜对镉的富集能力较强，其富集系数在0.0774～0.1520之间。

图2 土壤调理剂对叶菜类蔬菜中镉含量的影响

2.3 土壤调理剂对块根类蔬菜（生姜）镉含量的影响

试验结果表明，空白对照生姜中镉含量为0.631 mg/kg，T1、T2处理生姜中镉含量分别降为0.233 mg/kg和0.361 mg/kg，降低幅度分别达63.1%和42.8%，但均高于国家标准的限定浓度（0.1 mg/kg）。

2.4 土壤调理剂对不同种类蔬菜镉吸收的影响

由于镉在环境中移动性较强，植物对镉的吸收能力也较强。但由于遗传特性的不同，蔬菜对土壤中镉的吸收能力也不同。从图3可以看出，叶菜类蔬菜吸收镉能力较强，平均含量为0.957 mg/kg；其次为块根类蔬菜，平均含量为0.631 mg/kg；最后为果实类蔬菜，平均含量为0.082 mg/kg。添加土壤调理剂后，蔬菜中的镉含量都有不同程度的下降。其中，豆角、黄豆、生姜、芥蓝、甜瓜的镉含量降低效果明显，平均降低47.13%，油麦菜平均降低16.4%，对黄瓜、辣椒镉含量降低不明显。

根据食品中镉的允许量标准，未加入土壤调理剂前，果实类蔬菜中豆角和黄瓜中镉含量较低，能达到国家标准，其余蔬菜均超过相应的国家标准限值；每667 m2加入300 kg调理剂后，叶菜类蔬菜中的菜心及果实类蔬菜黄豆、甜瓜、豆角、黄瓜均能达到国家标准；每667 m2加入600 kg调理剂后，只有果实类蔬菜（除黄豆和辣椒外）能达到国家标准。综上所述，在镉污染的土壤中，果实类蔬菜中可食用部分镉含量较低，较适宜种植。

图3 土壤调理剂对不同种类蔬菜镉吸收的影响

3 结论与讨论

本次田间试验中，土壤调理剂的施加对不同植物的镉吸收效果具有不同的影响。其中，豆角、黄豆、生姜、芥蓝、甜瓜的镉含量降低效果明显，平均降低47.13%，油麦菜为16.4%，对黄瓜、辣椒中镉含量降低效果不明显。施加土壤调理剂能降低蔬菜中镉含量主要机理可能有：由于重金属主要通过植物根系上的吸收位点向植物体运输，而土壤调理剂主要成分为Ca、Mg和Si；钙能与镉竞争吸收位点，从而阻止镉向植物的迁移，抑制植物对镉的吸收；硅能促进镉的形态转变，提高植物的抗逆性，改善作物品质。张丽娜等［19］通过水培实验探究了硅对水稻幼苗生长和镉吸收的影响，发现施加一定量的硅能够有效抑制水稻幼苗对镉的吸收。李彩［20］探究了硅对不同品质水稻的镉吸收特性及土壤吸附解析镉的影响，结果表明施加硅能有效提高土壤中的残渣态、可氧化态镉含量，降低可还原态和酸可提取态镉含量，降低了镉的生物可利用性，抑制植物对镉的吸收。土壤调理剂pH为12.4，每667 m2施加量分别为300、600 kg，能有效提高土壤pH。pH的升高一方面会促进土壤中的重金属沉淀［21］，另一方面可以改良土壤结构，调节土壤的物理、化学和（或）生物性质，提高土壤肥力等［22］。

从蔬菜中可食用部分镉含量来看，未加入调理剂前，果实类蔬菜中镉含量较低，每667 m2加入300 kg调理剂后，所有果实类蔬菜（除辣椒外）中镉含量均能达到国家标准，较适宜种植在镉污染的土地中。这与前人的研究结果相似，欧阳喜辉等［23］研究不同种类蔬菜对土壤镉的吸收能力，发现不同品种蔬菜对镉的吸收能力有显著差异，叶菜类的吸收能力大于果菜类蔬菜，油菜吸收镉能力最强。张微［24］通过盆栽实验研究不同种类蔬菜对Cd的吸收与累积差异，发现果实类蔬菜（番茄、黄瓜）综合品质较好，镉累积性较低，较适宜种植在镉含量相对较高的菜田。

综上所述，施用土壤调理剂可作为综合治理重金属污染土壤修的主要措施之一，但是大量或者长期施用土壤调理剂可能会引起土壤中钙、钾、镁等营养元素的平衡失调而导致作物减产。因此土壤调理剂的施加对土壤理化性质、重金属形态转变的影响及其土壤调理剂的最佳投加量及施用技术还有待进一步研究。