广州市蔬菜地重金属剂量对蔬菜富集重金属的影响以菜心为例

生态环境2003,12(3):[e-mail]基金项目：广东省科技攻关项目（2KM06505S；C21202）；广州市科委项目(2001-Z-060-01)；广州市农委项目“广州市蔬菜地土壤环境质量调查”作者简介：柳勇（1976－），男，硕士，从事污染生态与植物营养生理方面的研究。E-mail:[e-mail]*通讯联系人收稿日期：2003-04-22广州市蔬菜地重金属剂量对蔬菜富集重金属的影响——以菜心为例柳勇1，何江华1*，王少毅2，魏秀国1，陈俊坚1，何文彪2，杜应琼31.广东省生态环境与土壤研究所，广东省农业环境综合治理重点实验室，广东广州510650；2.广州市无公害蔬菜检测中心，广东广州510700；3.广东省农业科学院蔬菜所农业部蔬菜质量检验测试中心，广东广州510640摘要：调查并分析了广州市蔬菜地土壤和菜心中主要重金属元素质量分数，通过多元统计分析建立了菜心中某一重金属元素和土壤中元素的数学回归模型。结果表明，Cd更易在菜心体内造成累积；总体上菜心中重金属质量分数与其在土壤中的质量分数有一定的相关性，菜心中Pb、As的积累分别取决于土壤中Pb、As的质量分数，土壤中Pb和As还分别促进了菜心对Cr、Hg的吸收，Pb对菜心中Cd的累积表现为协同作用；土壤重金属质量分数临界值可为今后无污染蔬菜的生产提供参考依据。关键词：蔬菜地；重金属剂量；蔬菜；影响中图分类号：X132文献标识码：A文章编号：1672-2175（2003）03-0273-04土壤重金属的污染来源很多，一般有污水灌溉，城市垃圾、污泥、农药及化肥的大量施用。工业排放的废气以及汽车排放的尾气都含有重金属。重金属不仅对植物的生长造成影响，还通过食物链影响人体健康。随着广州市蔬菜地重金属污染问题的出现，有些地方开展了污灌区土壤、灌溉水及农作物调查研究。本文以菜心为例，分析探讨了蔬菜地重金属剂量对蔬菜富集重金属的影响，为广州市的蔬菜生产管理和决策提供科学依据，对保障人民身体健康将具有十分重大的意义。1材料与方法1.1样品的采集广州市蔬菜地母质来源分为河流冲积物、三角洲沉积物、洪积冲积物及少量坡积冲积物，土壤熟化层深厚，养分和有机质丰富，耕层pH在4.36～7.45之间，土壤酸度较大。据调查，广州市的常年蔬菜种植面积约3.33×104hm2，蔬菜生产基地计划面积约1.01×104hm2。随着珠江三角洲地区经济的快速发展，工业“三废”、生活废水、垃圾排放已经不可避免地影响了广州市蔬菜地的环境质量。为摸清近年来蔬菜环境质量状况，我们于1999年10月至2000年3月在广州市有代表性的蔬菜基地选取具一定规模、有代表性的田块取样点共95个，每个点均按对角线法取0～20cm耕层的土壤样品1kg左右；采取的蔬菜品种尽可能地分为叶菜类、瓜菜类、豆菜类、茄果类四大类作物，共取得蔬菜样品（可食用部位）292个，每个点取3～5个样品，取其可食用部位的混合样1kg。土样、蔬菜样均在同一样点同步采取。为了分析重金属剂量对蔬菜的富集效应，把菜心作为重点研究对象，可为今后深入研究重金属物质进入蔬菜地后在土壤-蔬菜系统中的行为的环境影响提供参考依据。1.2测定项目与测定方法分别按国家标准方法测定土壤与菜心中的Pb、Hg、Cd、Cr和As等5种重金属元素的质量分数。土壤样品经自然风干后，去掉土壤浸入物，磨碎过100目尼龙筛；菜心样品用自来水、去离子水洗净吸干后，称鲜质量测定。土壤及菜心样品经HNO3-HClO4消化处理后，Hg和As按原子荧光法测定；Pb、Cd和Cr按等离子发射光谱法（ICP）测定。测定结果均为3次重复的平均值，测定过程中插入一定数目的标样。土壤测定结果以风干质量表示，菜心测定结果则以鲜质量表示。1.3数据处理所有数据均采用QBasic及Spss11.0forwin-dows软件进行统计分析。2结果与分析菜心与种植土壤中的重金属质量分数调查结果统计特征值见表1。274生态环境第12卷第3期（2003年8月）2.1菜心富集重金属能力的差异蔬菜中重金属污染物质量分数受土壤中重金属污染物质量分数的影响，因此，为了比较各种土壤中菜心对重金属的吸收和累积特性的差异，我们引入富集系数（蔬菜可食用部分的重金属质量分数/土壤重金属总质量分数）来衡量菜心吸收不同重金属能力的强弱。有关试验[1]也曾使用了这种方法。计算出富集系数后，按秦建侯等[2]的方法，采用Grubbs法剔除异常值，然后对数据进行夏皮罗-威尔克检验（W检验）[3]，见表2。从表2来看，菜心吸收富集不同重金属元素的能力存在较大的差异，重金属被菜心吸收的难易程度为Cd＞Hg＞As、Cr、Pb。菜心富集Cd和Pb能力的差异最大，土壤中Pb质量分数约为Cd的380倍，而菜心中的Pb质量分数仅为Cd的6倍（表1），说明土壤中重金属剂量同时增加时，Cd更易在菜心体内造成累积。2.2土壤重金属含量对菜心富集重金属的影响2.2.1菜心重金属含量与土壤重金属含量偏相关分析在自然条件下，菜心中某一重金属元素与土壤中某一元素间的关系，必然受到其他共存元素的影响，简单的相关分析往往不能正确反映其间的真实关系。采用偏相关分析，将影响因素固定在一定水平下，就能排除这种干扰。由表3可知，总体上菜心重金属质量分数与其土壤中的质量分数有一定的相关性，菜心中Pb和土壤中Pb偏相关系数为0.431**，菜心中Hg和土壤中As偏相关系数为0.389**，菜心中Cr和土壤中Pb偏相关系数为0.383*。2.2.2土壤中重金属剂量-菜心效应为了进一步明确土壤中某一重金属元素对菜心中元素的影响作用程度，我们在研究中利用统计学原理，经相关统计分析，建立了数学回归模型，见表4。依据蔬菜食品卫生标准[w(Pb)为0.2mg/kg，w(Hg)为0.01mg/kg，w(Cd)为0.05mg/kg，w(Cr)为0.5mg/kg，w(As)为0.5mg/kg]，按上述回归方程式可计算出此时土壤重金属质量分数的临界值分别表3菜心重金属质量分数与土壤重金属质量分数的偏相关分析项目菜心w(Pb)w(Hg)w(Cd)w(Cr)w(As)土壤w(Pb)0.431**1)0.0410.2630.383*2)0.006w(Hg)0.2570.0970.0840.043-0.045w(Cd)-0.1580.2050.068-0.013-0.014w(Cr)-0.143-0.2430.085-0.063-0.000w(As)0.0810.389**0.238-0.1490.148自由度38403940401）**为1%显著水平2）*为5%显著水平（以下的表示方法相同）表1菜心与土壤中的重金属质量分数统计特征值样本数为47项目最小值最大值算术均值中位数标准差偏度峰度土壤1)w(Pb)/(mg·kg-1)7.79153.1039.6633.2326.702.106.63w(Hg)/(mg·kg-1)0.00700.19300.06320.03850.05441.1150.001w(Cd)/(mg·kg-1)0.00150.68200.09740.03900.16142.435.44w(Cr)/(mg·kg-1)8.59101.6034.5829.8020.331.201.79w(As)/(mg·kg-1)0.130021.427.755.197.140.84-0.74菜心2)w(Pb)/(mg·kg-1)0.00170.18250.05440.03770.04491.401.51w(Hg)/(mg·kg-1)0.00010.00500.00180.00180.00120.20-0.45w(Cd)/(mg·kg-1)0.00180.02590.00910.00820.00561.291.65w(Cr)/(mg·kg-1)0.00150.15020.03910.02330.03771.351.38w(As)/(mg·kg-1)0.00100.05700.01760.01500.01271.362.271）土壤样品重金属质量分数以风干质量表示2）菜心样品重金属质量分数以鲜质量表示表2菜心对不同重金属元素富集系数的分布类型检验元素样本容量/n分布类型富集系数标准差或几何标准差Pb44对数正态分布0.00112.8187*1)Hg34对数正态分布0.03912.6194*Cd34对数正态分布0.12273.1422*Cr43正态分布0.00130.0013As43对数正态分布0.00253.6359*1)*为几何标准差柳勇等：广州市蔬菜地重金属剂量对蔬菜富集重金属的影响：以菜心为例275为Pb276.2mg/kg，Hg0.3169mg/kg，Cd3.6mg/kg，Cr316.8mg/kg，As37.3mg/kg。2.2.3问题讨论由表4可知，菜心中的Pb、As的积累分别取决于土壤中Pb、As的质量分数；而菜心中的Cr、Hg、Cd质量分数除了受土壤中本身Hg、Cr、Cd质量分数的高低影响之外，土壤中的Pb和As还分别促进了菜心对Cr、Hg的吸收，Pb对菜心Cd累积也同样表现为协同作用。经计算得出土壤中As和Hg、Pb和Cd质量分数偏相关系数分别为-0.053、0.208，仅Pb和Cr质量分数的偏相关系数达0.443**，说明土壤中存在Pb的质量分数较高时，Cr的质量分数相应较高，菜心吸收Cr量自然增加，但Cr以Cr2O72-形式存在时，容易和土壤溶液中的Pb2+形成沉淀[4]，Pb在土壤中一般以不溶性PbCO3、Pb3(PO4)2、PbSO4等形式存在[5]，因此，只有在土壤中交换态Pb质量分数较高的条件下，元素Cr的生物有效性才会受到抑制。Pb对菜心吸收Cr的促进作用可能和土壤中交换态Pb的质量分数普遍不高有一定的关系。有研究表明，在As污染的条件下，植物对P与As的吸收表现为拮抗作用；酸性紫色土中，无论是单加砷还是磷砷共存的处理，根际砷均高于非根际，砷在根际呈富集状态[6]。虽然磷的存在会减少植物对汞的吸收（汞的磷酸盐溶解度低），但As的增加可能影响磷在根际中的质量分数，这样根际中的活性汞被植物吸收的机会将大大增加。因此，As促进了菜心对Hg的吸收。此外，本研究还发现Pb对菜心Cd累积表现为协同作用。镉、锌、铅复合污染试验也表明，土壤中的Pb能促进菠菜对Cd的吸收[7]。当土壤中Pb、Cd共存时，难溶性分泌物（粘胶）中吸附位点会被Pb所占据，原来吸附的Cd被置换出来为作物所吸收[8]。土壤中的重金属元素质量分数是造成蔬菜中重金属元素残留的物质基础，表3菜心中重金属质量分数与土壤中重金属质量分数的偏相关分析说明，土壤中的重金属质量分数与菜心中的重金属质量分数有一定的相关性。也有资料[9-11]表明，土壤中重金属元素对蔬菜生长和残留的影响，还受到不同蔬菜品种，污染重金属元素的种类和形态，以及土壤粘粒质量分数、有机质质量分数和pH值等物理化学性质和栽培农业措施的制约，致使土壤中的重金属质量分数与蔬菜中的重金属质量分数的相关性较复杂。因此，必须在充分考虑以上各个影响因素的前提下来研究蔬菜吸收富集重金属的效应，这样才能为决策部门制定合理的土壤污染防治措施提供依据。3结论（1）菜心吸收、富集不同重金属元素的能力存在较大差异，重金属被菜心吸收的难易程度为Cd＞Hg＞As、Cr、Pb。土壤中重金属剂量同时增加时，Cd更易在菜心体内造成累积。（2）通过建立数学回归模型，明确了土壤中某一重金属元素对菜心中元素的影响作用程度。计算出的土壤重金属质量分数临界值可为今后无污染蔬菜的生产提供参考依据。（3）总体上菜心中的重金属质量分数与土壤中的重金属质量分数有一定的相关性。研究蔬菜吸收、富集重金属的效应必须充分考虑蔬菜品种，土壤重金属元素种类和形态，土壤粘粒质量分数、有机质质量分数和pH值等理化性质因素。参考文献：[1]陈晓婷,王果,张潮海