我国西南地区代表性蔬菜对重金属的积累特征*

王润，李思民，陈鹏崟，赵林艳，丁一伟，官会林，向萍，徐武美

(1.云南师范大学 高原特色中药材种植土壤质量演变退化与修复云南省野外科学观测研究站，云南 昆明 650500；2.西南林业大学 环境修复与健康研究院，云南 昆明 650224)

根据2014年发布的《全国土壤污染状况调查公报》，我国近1/5的耕地受重金属污染[1].土壤一旦被污染，不仅对作物生长发育产生直接影响，还会导致其重金属含量超标，危害人类健康[2-4].如As是一种在自然界中广泛存在的类金属元素，已被国际癌症研究机构(IARC)认定为Ⅰ类致癌物[5]，过量的As摄入会导致严重的中枢神经系统损害，并与肺癌及膀胱癌等的发生密切相关[6-7].此外，Cd的过量摄入会导致心血管疾病发生，严重危害人类健康[8].蔬菜是人们日常生活中的主要食物，也是人类重金属暴露的主要来源[9].当前，围绕蔬菜重金属污染消减，已开展了很多研究，如施用生物炭可促进白菜的生长，降低Cd含量[10].此外，合理施用羊粪等有机肥料可使生菜可食用部分Cd含量大幅降低[11].

不同种类蔬菜对重金属的积累能力常存在较大差异[12-14].如芸薹属的芥菜(Brassicajuncea)和白菜(Brassicapekinensis)具有较强的Cd积累能力，而一些瓜果类蔬菜，如番茄和玉米等，对Cd的积累能力较弱[15].因此，针对不同重金属污染特征，调整区域蔬菜种植结构，选择低积累型作物[16]，是应对土壤重金属污染，保障居民健康的重要措施.

据统计，我国约有19.4%的耕地土壤重金属含量超标[17-18],西南地区约有22.3%的耕地重金属含量超标，高于全国平均水平[19]，然而，针对本区域代表性蔬菜重金属积累能力的比较分析及其影响因素的研究还鲜有报道.因此，研究以昆明市呈贡区为例，在35个蔬菜种植区共采集101对土壤-蔬菜样品，包含19种区域代表性蔬菜，对蔬菜食用部分和土壤中的As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn含量进行了测定，并对影响重金属生物有效性的关键土壤因子，即土壤pH与有机质含量[20]，进行了测定，通过计算重金属富集指数，并利用协方差分析，探索不同种类蔬菜的重金属积累特征与影响因素，为重金属污染区蔬菜种植结构调整提供科学依据.

1 材料与方法

1.1 土壤与蔬菜样品采集

在昆明市呈贡区随机选取35块典型蔬菜种植地，共采集了101对土壤与蔬菜样品，包含19种我国西南地区代表性蔬菜.土样带回实验室后，自然风干，用研钵研磨后过0.15 mm孔径尼龙筛，用于土壤pH、有机质和重金属含量的测定.采取长势良好的蔬菜可食用部分保存在清洁的自封袋中，随即带回实验室，用自来水和去离子水冲洗3次，然后将鲜样制成匀浆，存放在塑料瓶中用于重金属含量的测定.根据蔬菜可食用部分的差异，将其分为叶菜类、瓜果类和根茎类.

1.2 土壤与蔬菜重金属含量测定

根据《土壤和沉积物 12种金属元素的测定王水提取-电感耦合等离子体质谱法》(HJ 803-2016)和《土壤检测第11部分：土壤总砷的测定》(NY/T 1121.11-2006)，利用王水(HCl∶HNO3= 3∶1)消解土壤样品，定容过滤后，用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)测定样品中的Cd、Cr、Cu、Pb和Zn含量，用氢化物发生原子吸收光谱法测定土样As含量.蔬菜中As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn含量的测定均按照相关标准进行(表1).为确保土壤与蔬菜重金属含量分析的准确性，分析过程插入标准样品进行比较分析，土壤标样为GBW07444，植物标样为BBS-31，所测各重金属的含量分别为标准值的80.46%～110.22%与89.50%～106.63%，符合检测要求.

表1 土壤与蔬菜重金属含量的测定方法

1.3 土壤pH与有机质含量的测定

土壤pH的测定参照《土壤pH的测定》(NY/T 1377-2007)，称10 g土样，加入25 mL去离子水，用搅拌器剧烈搅拌5 min，静置1 h，用pH计(雷磁 PHS-25)进行测定.土壤有机质含量的分析参照《土壤检测第6部分：土壤有机质的测定》(NY/T 1121.6-2006)，称取0.1 g土样，用0.4 mol/L K2Cr2O7-H2SO4溶液，在175 ℃环境下加热氧化15 min，用0.1 mol/L FeSO4溶液进行滴定.

1.4 数据分析

富集系数(BCF)表示每种蔬菜(食用部分)重金属含量与种植土壤重金属含量的比值，计算公式为

式中，CF为蔬菜中重金属含量，单位为mg/kg；CS为土壤中重金属含量，单位为mg/kg.

利用Pearson相关分析探索土壤pH、有机质含量与蔬菜重金属含量的相关性.由于土壤重金属含量会影响蔬菜重金属的积累量，故用协方差分析，消除土壤重金属含量与相关土壤因子的影响后，再比较不同种类蔬菜对重金属的积累能力.以上分析均利用SPSS 16.0进行.

2 结果与分析

2.1 研究区域土壤重金属污染特征

各土样pH值在4.78～7.54之间，平均值为6.74，呈弱酸性.土壤重金属含量如表2所示，土壤Cd含量均值为1.26 mg/kg，Cu含量均值为111.53 mg/kg，高于《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618-2018)规定的风险筛选值，但低于风险管制值.As含量均值为6.58 mg/kg,Cr含量均值为74.04 mg/kg,Pb含量均值为39.71 mg/kg,Zn含量均值为112.61 mg/kg，均低于GB 15618-2018规定的风险筛选值(表2).

表2 不同土样pH、有机质及重金属含量

2.2 不同种类蔬菜重金属含量与积累特征

叶菜类、瓜果类和根茎类蔬菜As平均含量分别为0.05、0.03 mg/kg和0.03 mg/kg；Cd平均含量分别为0.05、0.01 mg/kg和0.01 mg/kg；Cr平均含量分别为0.35、0.42 mg/kg和0.56 mg/kg；Cu平均含量分别为1.16、1.13 mg/kg和0.99 mg/kg；Pb平均含量分别为0.17、0.12 mg/kg和0.17 mg/kg；Zn平均含量分别为4.39、2.46 mg/kg和3.99 mg/kg.根据《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB2762-2017)，除根茎类蔬菜重金属Cr含量超标外，其他类型蔬菜重金属含量均低于国家标准.不同类型蔬菜的重金属富集系数如图1所示，叶菜类蔬菜对Cd的积累能力较强，对Cu和Cr的积累能力较弱；根茎类蔬菜对Cu和Cr的积累能力较强，而对Cd的积累能力较弱；此外，瓜果类蔬菜对Cd的积累能力最弱.同类型蔬菜的不同种类，对同一重金属的积累能力也存在较大的差异，如香菜和白菜对As和Cd的积累能力较强，菠菜对Cr的积累能力较强，苦苣菜对Cu的积累能力较强，空心菜对Pb的积累能力较强，而茼蒿对Zn的积累能力较强(表3).

不同字母标记表示差异具有显著性(P<0.05).

表3 不同种类蔬菜的重金属积累特征

由于土壤pH与蔬菜Cu和Zn含量呈显著负相关，土壤中Zn含量与蔬菜Zn含量呈显著正相关(P>0.05)，故用协方差分析，对蔬菜Cu和Zn含量进行矫正，表中所示的不同蔬菜Cu和Zn含量为矫正值；不同字母标记表示差异具有显著性(P<0.05)；“—”表示重金属未检出.

2.3 影响蔬菜重金属含量的土壤因子

土壤pH与蔬菜Cu和Zn含量呈显著负相关(Cu∶r =-0.32，P<0.01；Zn∶r =-0.37，P<0.01)，土壤有机质与蔬菜中重金属含量的相关性不显著(P>0.05).土壤中Zn含量与蔬菜中Zn含量呈显著正相关(r = 0.36，P<0.01)，而其他重金属在土壤与蔬菜中的含量不存在显著关联性(P>0.05).

3 讨论

蔬菜重金属富集系数是植株(食用部分)体内重金属含量与其种植土壤重金属含量的比值.一般认为富集系数越大，蔬菜对重金属的积累能力越强.Huang等[13]研究表明，蔬菜对重金属的积累能力受蔬菜类型、土壤pH值及土壤重金属含量三个主要因素的影响，且其影响程度为由高到低.

同一土壤环境中不同类型蔬菜对重金属的积累能力不同[21-23].研究发现，叶菜类蔬菜对重金属的富集能力相对较强，尤其是对Cd的富集能力显著高于瓜果类和根茎类蔬菜(图1)，这与已发表的相关研究结果一致[24-25].李洋等[26]研究表明，叶菜类蔬菜对Cd具有较强的积累能力，且超标率相对较高.瓜果类蔬菜对各种重金属的积累能力相对较弱，表明作物并不倾向于将重金属转移到瓜果中，可能与植物的进化机制有关[27].徐明飞等[28]研究表明，瓜果类蔬菜即使种植在重金属含量相对较高的土壤中，其可食用部分重金属含量也不容易超标.根茎类蔬菜对重金属Cr和Cu的吸收富集能力显著高于其他两类蔬菜(图1)，这与陈志良等[29]的研究结果一致.此外，同一类型的不同蔬菜种类对重金属的积累能力也存在较大差异[30-31]，研究发现在相似生长环境下，同为叶菜类，香菜的Cd含量为葱的12倍，茼蒿的Zn含量为葱的6.5倍，表明即使是同一类型的蔬菜，也应考虑不同种类对重金属积累能力的差异.

pH值是反映土壤特性的最根本指标，也是影响土壤重金属可利用性的关键因素[32].试验结果表明，土壤pH与蔬菜Cu和Zn含量之间存在显著的线性关系，pH越高，蔬菜Cu和Zn含量越低.研究表明，当土壤pH升高时，重金属有效态含量降低，当pH为中性或弱碱性时，土壤对重金属的吸附能力明显增强[20].史明易等[33]也研究表明，同类型蔬菜对重金属的积累能力与土壤pH值呈负相关.因此，因地制宜调节土壤pH，可有效降低蔬菜对Cu和Zn等重金属的积累，保障蔬菜品质安全.

4 结语

对昆明市呈贡区101对土壤-蔬菜样品重金属含量的分析研究表明，区域内土壤Cd和Cu含量超过了GB 15618-2018规定的风险筛选值，但低于风险管制值.此外，研究发现不同类型蔬菜对重金属的吸收富集能力不同，表现为叶菜类>根茎类>瓜果类.叶菜类蔬菜对Cd具有较强的积累能力，且显著高于其他两类蔬菜；根茎类蔬菜对Cr和Cu具有较强的积累能力.同一类型不同种类蔬菜对重金属的积累能力也存在较大差异.此外，土壤pH与蔬菜Cu和Zn含量呈显著负相关.因此，调节土壤理化特征，优化蔬菜种植结构，是应对土壤重金属污染的有效途径.