土壤重金属Pb和Cd在蕹菜中的累积特征及产地环境安全临界值

中国蔬菜2010（10）：29-34CHINAVEGETABLES土壤重金属Pb和Cd在蕹菜中的累积特征及产地环境安全临界值吴琦1杨菲1季辉1张卫建1，2*（1南京农业大学应用生态研究所，江苏南京210095；2中国农业科学院作物科学研究所，北京100081）摘要：通过盆栽方法研究了水稻土和潮土两种土壤条件下蕹菜对Pb和Cd的累积特征，并探讨了Pb与Cd在产地土壤环境中的安全临界值。结果表明：两种土壤中蕹菜的Pb和Cd累积量与土壤Pb、Cd添加量均呈正相关关系，茎中的累积量显著高于叶。水稻土和潮土环境下，蕹菜茎中的Pb平均含量分别是叶中的3.86、2.02倍，Cd平均含量分别是叶中的3.58、4.73倍；在同一处理水平下，水稻土中Pb和Cd比潮土中更易被植株累积，水稻土环境下蕹菜茎、叶中Pb含量分别是潮土环境下的4.88、2.56倍，Cd含量则分别是潮土环境下的3.04、4.02倍；依据国家食品污染物限量标准（GB2762—2005）进行方程拟合，得出种植蕹菜的水稻土中Pb的安全临界值为57.83mg·kg-1，潮土中Pb和Cd的安全临界值分别为77.02、0.47mg·kg-1，均高于国家土壤环境安全标准限制的临界值（HJ332—2006）。关键词：蕹菜；土壤重金属；累积；临界值；Pb；Cd中图分类号：S636.9文献标识码：A文章编号：1000-6346（2010）10-0029-06SoilPbandCdAccumulativeCharacteristicsinSwampCabbage（IpomoeaaquaticaForsk.）andTheirEnvironmentalCriticalValuesinProductionAreaforFoodSecurityWUQi1,YANGFei1,JIHui1,ZHANGWei-jian1,2*（1InstituteofAppliedEcology,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,Jiangsu,China;2InstituteofCropScience,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China）Abstract：Plumbum（Pb）,cadmium（Cd）accumulativecharacteristicsinswampcabbage（IpomoeaaquaticaForsk.）under2typesofsoils（paddyandalluvialsoils）werestudiedbypottedexperiment,andtheirenvironmentalcriticalvaluesforfoodsecurityinitsproductionareawerealsodiscussed.Theresultsshowedthat:theaccumulativeamountsofPbandCdinswampcabbagewerecorrelatedwithaddedamountofPbandCdinsoil.Theaccumulativeamountsinstemweremuchhigherthanthoseinleaf.Underpaddyandalluvialsoilcomdition,theaveragelevelsofPbinstemwere3.86and2.02timesofthoseinleaf,andtheaveragelevelsofCdinstemwere3.58and4.73timesofthoseinleaf,respectively.Undersametreatmentlevel,PbandCdinpaddysoilwereeasilyaccumulatedbycropthaninalluvialsoil.Inpaddysoil,thePbandCdcontentsinleafofswampcabbagewere4.88and2.56timesofthoseinalluvialsoil,收稿日期：2010-01-04；接受日期：2010-03-01基金项目：国家“十一五”科技支撑计划项目（2006BAD02A15，2007BAD89B12），公益性行业（农业）科研专项（200803028）作者简介：吴琦，女，硕士研究生，主要从事农产品质量安全产地适宜性评价研究，E-mail：[e-mail]*通讯作者（Correspondingauthor）：张卫建，教授，博士生导师，主要从事农田生态与耕作制度研究，E-mail：[e-mail]30中国蔬菜CHINAVEGETABLES2010年5月（下）andCdcontentswere3.04and4.02timesofthoseinalluvialsoil,respectively.accordingtonationalstandardsformaximumcontaminationlevelinfood（GB2762—2005）,theenvironmentalcriticalvaluesofsoilPbinpaddyfieldwas57.83mg·kg-1,andtheenvironmentalcriticalvaluesofsoilPbandCdinalluvialfieldwere77.02mg·kg-1and0.47mg·kg-1,respectivelyforsafeswampcabbagegrowing.Thesecriticalvalueswerebothsignificantlyhigherthanthoseinthenationalstandardsforsoilsecurity（HJ332—2006）.Keywords：Swampcabbage（IpomoeaaquaticaForsk.）;Soilheavymetal;Accumulation;Criticalvalue;Pb;Cd随着人类经济活动的日益频繁和工农业的迅速发展，工业“三废”的排放、富含重金属的农药、化肥的不合理使用，使得土壤重金属污染日趋严重，已经成为全球性的环境问题（周永章等，2005；邵学新等，2006；Leeetal.，2006）。当土壤被环境重金属污染后，蔬菜对重金属的累积量要显著高于其他作物（李其林和黄昀，2000；凌乃规，2000）。因此，在无公害蔬菜质量检测指标中，重金属被列入优先控制的污染物类型（陈玉成等，2000）。Pb和Cd是环境污染中比较严重的重金属种类，如果Pb和Cd在蔬菜中积累，摄入人体后将会进一步累积，从而影响人体健康。目前国内外对土壤-植物系统中重金属的迁移累积特征及其对作物品质的影响已有不少研究（John&vanLaerhoven，1976；Wongetal.，1984），匡少平（2003）研究发现玉米对土壤Pb的吸收集中在根系，其根系中Pb含量是秸秆的4～60倍，是籽实的200～2000倍。张国平等（2002）研究表明，低浓度Cd（0.03mg·kg-1）对小麦的生长和干物质积累有明显的促进作用，而高浓度Cd（＞0.3mg·kg-1）则显著抑制生长。Alegría等（1991）报道在受污染的农田中土壤总Cd含量与蔬菜中Cd含量有较好的线性相关性。但有关不同土壤条件下蔬菜作物对不同重金属的累积特征差异的研究尚不多见，尤其是在蔬菜作物安全产地适宜性评价研究方面更少，产地环境安全临界值的确定亟需来自试验研究的理论依据和技术参数。为此，本试验以Pb和Cd两种重金属为研究对象，选择两种不同理化性质土壤（水稻土和潮土）进行盆栽试验，研究蕹菜（IpomoeaaquaticaForsk.）茎、叶对Pb和Cd的累积特征及其差异，探讨两种重金属的产地土壤环境安全临界值，旨在为农产品质量安全产地土壤适宜性评价提供理论依据和技术参数。1材料与方法1.1材料供试土壤为江苏省分布面积最大的两种理化性质差异显著的土壤：潮土和水稻土，分别取自江苏省涟水县和无锡市的稻田耕层土壤（0～20cm），经风干、磨碎后，过3mm孔径筛，混匀备用。其基本理化性质见表1。供试蕹菜品种为竹叶蕹菜，种子购自南京市蔬菜种子公司。1.2方法盆栽试验于2008年在南京农业大学牌楼试验基地进行。外源Pb为Pb（NO3）2，外源Cd为CdCl2，分别设5个浓度水平，即Pb：0（CK）、150、300、600、900mg·kg-1；Cd：0（CK）、1、3、5、7mg·kg-1。将过3mm孔径筛的风干土1.5kg与不同浓度的Pb和Cd溶液充分混匀，装入直径20cm、高15cm的塑料盆中。每处理5盆，每盆浇水至田间持水量的60%，陈化7d备用。将供试蕹菜种子在20℃的水中浸泡36h左右，待种子露白后于4月12日播种在盆土中，每盆播3穴，每穴4粒，在相同的环境条件下栽培管理（人工控制水分、间苗并播撒农药）。定时2010（10）吴琦等：土壤重金属Pb和Cd在蕹菜中的累积特征及产地环境安全临界值31观察记载各生长阶段的长势，50d后按盆收获地上可食部分，分别测定茎、叶中Pb和Cd含量。表1供试土壤的基本理化性质重金属含量土壤类型pH有机质/g·kg-1阳离子交换量/cmol·kg-1总N/g·kg-1Cd/mg·kg-1Pb/mg·kg-1潮土8.0426.377.231.230.3113.31水稻土4.7530.628.531.520.3123.871.3项目测定植株成熟后茎、叶分别采样，先用自来水洗去表面灰尘，再用蒸馏水冲洗，用吸水纸吸干表面水分，鲜样称质量、磨碎。采用密闭系统的微波消解法进行消解处理，消煮后的溶液用原子吸收光谱仪测定Pb、Cd含量，测定方法参照GB/T5009.12—2003及GB/T5009.15—2003。样品分析过程中分别加入国家标准物质样品GSS-16、GSV-4作为未知样品的测定以进行分析质量控制。1.4数据处理采用MicrosoftExcel软件进行数据预处理，用SPSS11.5软件进行数据统计分析，用LSD法检测差异显著性。2结果与分析2.1不同土壤条件下蕹菜茎和叶中的Pb累积量由图1可见，不同土壤条件下蕹菜茎、叶中的Pb累积量均随着土壤Pb处理浓度的增加而增加。当处理浓度≥300mg·kg-1，不同处理间的差异都达到显著水平。水稻土环境下，900mg·kg-1Pb处理的蕹菜茎、叶中Pb含量分别比对照提高了126.83、17.14倍；潮土环境下分别比对照提高了51.86、9.15倍。图1不同土壤条件下蕹菜茎和叶中的Pb含量同一土壤条件在相同Pb浓度处理下，蕹菜地上部各器官对Pb的累积强度不同，茎中累积量显著高于叶。从4种Pb浓度处理（150、300、600、900mg·kg-1）下植株Pb含量的平均值来看，水稻土环境下蕹菜茎中Pb含量是叶中3.8倍；潮土环境下蕹菜茎中Pb含量是叶中2.02倍。此外，不同土壤条件下蕹菜茎、叶中Pb累积量差异很大，各处理下水稻土中Pb被植株累积的强度显著高于潮土。水稻土环境下蕹菜茎、叶中Pb含量分别是潮土环境下的4.88、2.56倍。2.2不同土壤条件下蕹菜茎和叶中的Cd累积量从图2可以看出，两种土壤条件下，蕹菜茎、叶中Cd累积量均随着土壤Cd处理浓度的升高32中国蔬菜CHINAVEGETABLES2010年5月（下）而增加，其中在水稻土环境下，蕹菜茎中Cd累积量在不同处理间均差异显著。水稻土环境下，7mg·kg-1Cd处理的蕹菜茎、叶中Cd含量分别比对照提高了38.98、19.29倍；潮土环境下分别比对照提高了57.18、14.95倍。图2不同土壤条件下蕹菜茎和叶中的Cd含量同一土壤条件在相同Cd浓度处理下，蕹菜茎对Cd的累积量显著高于叶。从4种Cd浓度处理（1、3、5、7mg·kg-1）下植株Cd含量的平均值来看，水稻土环境下蕹菜茎中Cd含量是叶中3.58倍；潮土环境下，蕹菜茎中Cd含量为叶中4.73倍，差异