农作物对重金属的富集

重要农作物对重金属的富集作用浅析摘要食品安全永远是国之大计，根据国内外文献报道，对多种重要的农作物富集土壤重金属的特点和富集能力进行了总结，并分析了土壤环境对作物富集重金属的影响，结果表明:农作物富集土壤重金属与作物种类、品种、部位有关，同一作物对不同重金属富集能力存在差异，利用各种作物富集重金属的特点可指导合理开展生态农业种植区划、调整农业产业结构，为筛选低富集重金属作物品种以及区域土壤环境保护提供科学依据。同时也对食品的安全作出了一定的贡献。关键词农作物重金属富集土壤污染农作物包括粮食作物、经济作物（作物、蔬菜作物、嗜好作物）、饲料作物，药用作物等。农作物中重金属含量是表征其质量的重要指标。国内外对有关蔬菜和粮食等农作物中重金属含量及其健康风险等问题进行了大量的研究。长期食用受重金属污染的农产品会严重影响人体健康。农作物对重金属元素的富集并不仅仅是无选择地叠加作用，研究表明：作物的不同种类及同一品种的不同部位对重金属元素的富集大不相同。1.农作物对土壤重金属的富集特点1.1不同农作物对重金属富集能力存在差异不同的作物种类对重金属的富集存在差异。根据作物富集重金属能力的强弱，可将作物分为低积累型、中等积累型和高积累型。以作物对镉的积累量来区分，豆科（大豆、豌豆）属于低积累型作物，禾本科（水稻、大麦、小麦、玉米、高粱等）属于中等积累型，十字花科（油菜、萝卜、芜箐等）、茄科（番茄、茄子）、菊科（莴苣）等属于高积累型作物。一般来说，蔬菜富集重金属的能力较禾谷类强。一些蔬菜不但可以嗜吸收某种重金属，而且还具备有特殊富集能力的器官，用来储存污染物，如砷在胡萝卜根中的富集，汞在菜豆荚中的富集,铅、镉在卜根中的富集，锡在萝卜叶片中富集等。根据蔬菜的食用部位分为叶菜类、根茎类、花果类等，以叶菜类富集重金属能力最大，其次是根茎类，鲜豆类及茄果类富集能力较低。在常见蔬菜中,芹菜的砷富集能力最高;蕹菜、茼蒿、芥菜等蔬菜的砷富集系数次之，菜苔、生菜、菠菜、蒜、葱、黄秋葵、豇豆、苋菜、茄子的砷富集能力稍低，富集能力最低的为甜菜根、豌豆、花椰菜、韭菜、甜菜、南瓜、红薯、冬瓜、番茄、四季豆、大白菜、胡萝卜、洋葱、萝卜、辣椒、甘蓝、芋头、土豆等。对于汞元素，以根茎类富集的能力最大，其次为叶菜类、豆类，而茄果类、瓜类汞的富集能力较低，对铅、锌的富集，以叶菜类蔬菜最高，果实类蔬菜较低。1.2农作物不同部位对重金属的富集特点作物不同部位对重金属的吸收差异较大。一般是新陈代谢旺盛的器官中积累量大，而营养贮存器官中积累量少。刘金林等研究也发现谷物、蔬菜不同部位吸收土壤重金属能力具有如下规律:吸收器官同化器官和输导器官繁殖器官。如镉被植物吸收后，大部分富集在根部，迁移至地上部的一般较少。水稻、玉米、高粱、小麦、大豆、豌豆、黄瓜等对重金属砷、镉、铅、铜、锌的吸收能力以根部最大,其次为叶、茎，籽实吸收能力最小。水稻、菜豆根茎吸收镉的能力较强，其中水稻80%的镉富集在根部，玉米、小麦根对镉和锌的吸收量分别占总吸收量的70%-8%，58%-68%,子实分别1%-10%，9%-25%。而烟草、胡萝卜等叶片镉含量较高。另外，作物的非食用部分富集重金属的能力常常大于食用部分，如甘蔗、青菜、豌豆的非食用部分铅、铬、锌元素含量高于食用部分。豌豆非食用部分铅元素含量是食用部分的21倍。甘蔗的蔗叶富集重金属能力较根茎大，受污染土壤所种植的甘蔗其蔗叶重金属含量明显大于根茎的含量。1.3农作物对不同重金属富集的差异作物对不同重金属吸收和累积存在差异。如小麦对锌吸收能力大于铜、铅，对镉的吸收能力最小，玉米、水稻对铜、锌富集能力较铅、镉大，大白菜、青菜、橄榄、花菜、萝卜易于富集锌，辣椒、莴笋等易于富集铜，油菜对锌、镉的富集能力较强，对铬、铅富集能力较弱。2.土壤环境对农作物富集重金属的影响2.1土壤中重金属种类及存在形态的影响土壤中不同重金属之间具有加和、拮抗、协同等作用。镉铅交互作用促进镉向地上部分的迁移，比如镉铅交互作用时使油菜茎叶中镉的含量明显高于受镉单一元素污染的影响，这可能是因为铅会夺取镉在土壤中的吸附位，而提高土壤中镉的有效性，或者取代根中吸附的镉，促进了根中滞留镉的活性，使镉进一步向茎叶转移。镉、铅、铜复合污染减弱镉从根部向地上部分的迁移。土壤铜、镉之间具有协同作用，在土壤中适量施用铜元素，促进小白菜对镉的吸收富集。镉、铅、镉、铬以及铅、铬之间均有协同作用，玉米、小麦各部位的某一种重金属含量，因另外一种或几种金属的共存而增加。2.2土壤理化性质的影响作物吸收富集重金属还受土壤理化性质影响，包括pH值、土壤阳离子交换量（CEC）、有机质等。2.2.1土壤pH值土壤pH值是影响土壤重金属生物有效性的最显著因素之一，pH值通过影响重金属化合物在土壤溶液中的溶解度来影响重金属的行为。2.2.2土壤阳离子交换量土壤中阳离子交换吸附非常普遍，它是土壤中可溶性有效阳离子的主要保存形式。土壤阳离子交换量较高时，可能会提高重金属在土壤中的有效性，使根表面与根系土壤溶液发生离子交换量增大，重金属离子进入根部的几率变大，从而使蔬菜对重金属的吸收增加。2.2.3土壤有机质土壤有机质包括腐殖质和非腐殖质，其中腐殖质是土壤有机质的主体。腐殖质对金属离子的迁移作用主要表现为有机胶体对金属离子有很强的表面吸附与离子交换吸附及螯合作用。在土壤有机质含量较低时，增加有机质的含量，可在一定程度上降低蔬菜中重金属含量。但土壤中有机质含量过高时，可能导致重金属的有效性提高，反而使蔬菜中重金属的含量增加。所以适量增加土壤中有机质的含量，可减轻土壤中重金属对农作物的污染及迁移。3.农作物富集土壤重金属特点的运用3.1在开展无公害农业种植区划，调整种植结构方面的运用利用不同植物及植物的不同器官对重金属污染的富集特点，指导人们进行无公害作物的栽培和生产。在掌握土壤环境质量的基础上，开展种植区，选择适宜作物，保证农产品的安全。比如，在土壤中砷含量较高区域，选择种植玉米或者根茎类蔬菜，避免种植芹菜、蕹菜、茼蒿、芥菜等对砷富集能力较大的作物。3.2在土壤生态修复方面的运用土壤重金属污染修复主要包括工程治理、生物治理（主要是植物修复）、化学治理等方法，这些方法存在修复时间长或者费用大等缺点。目前农业治理法在土壤修复中运用也越来越多。包括在污染土壤上种植不进入食物链的植物，控制土壤水分、选择化肥、增施有机肥、选择农作物品种等措施。根据某些作物根部对重金属富集能力较强，子实较弱的特点，可以选择那些根部富集最强，而子实富集弱的作物种植在污染区。因地制宜地种植玉米、水稻、大豆、小麦等,水稻根系吸收重金属的含量占整个作物吸收量80%,稻谷吸收量最少，在收获作物的同时，从土壤中去除根部，集中处理，减轻土壤污染。3.3为选育低富集重金属农作物品种提供依据目前有研究报道，已筛选出低富集镉的花生品种以及低积累\低富集重金属蔬菜品种。利用农作物品种间重金属富集能力存在差异的特点，为生产上筛选低富集作物品种提供了大量基础数据，促进农业友好型模式的发展。参考文献[1]宋波,陈同斌,郑袁明,等.北京市菜地土壤和蔬菜镉含量及其健康风险分析[J].环境科学学报,2006,26(8)[2]蔡保松,陈同斌,廖晓勇,等.土壤砷污染对蔬菜砷含量及食用安全性的影响[J].生态学报,2004,24(4)[3]肖细元,陈同斌,廖晓勇,等.我国主要蔬菜和粮油作物的砷含量与砷富集能力比较[J].环境科学报,2009,29(2)[4]何江华,柳勇,王少毅,等.蔬菜对重金属富集能力的研究-以广州蔬菜生产基地为例[J].重庆环境科学,2003,25(12)[5]顾继光.不同作物品种对重金属的积累特性及农产品品质安全[J].环境科学学报,2003(8):31~32.[6]周振民.土壤重金属污染作物体内分布特征和富集能力研究[J].华北水利水电学院学报,2010,21(4):2~4.[7]李秀兰,胡雪峰.上海郊区蔬菜重金属污染现状及累积规律研究[J].化学工程,2005(5):36~39.[8]娄庭,杨丽娟.土壤重金属的生物有效性及对植物的毒害作用[J].吉林农业科学,2009,34(5):28~32.