阻镉剂对蔬菜高效安全种植的影响

梁成亮 李倩 闵子扬 戴雄泽 李鑫 张竹青 杨建国 汪端华

摘要 为探究阻镉剂对蔬菜种植的影响，采用大田试验开展了丝瓜、四季豆、叶用番薯和苋菜4种蔬菜的安全性种植评价，以及配套降镉栽培技术研究，包括土壤pH值调控、RSD降镉试验和阻镉剂使用。结果表明，在土壤镉含量≤1.0 mg/kg条件下，丝瓜、叶用番薯和四季豆3种蔬菜均可以安全种植，其产品镉含量低于标准限量值；在蔬菜种植基地施用阻镉剂可使土壤pH值提高19.04%，而RSD法可使土壤pH值提高54.45%，RSD降镉钝化效果明显优于阻镉剂。综合考虑长期效应、施用成本、用量、增产提质效果和其他环境风险等因素，推荐RSD法用于重金属钝化处理，还可结合阻镉剂、提高土壤pH值等栽培措施，以达到安全种植的目的。

关键词 镉污染；阻镉剂；土壤强还原灭菌技术；蔬菜；安全种植技术

中图分类号 S63；X173   文献标识码 A

文章编号 1007-7731（2024）08-0074-06

Effects of Cd inhibitor on the efficient and safe cultivation of vegetables

LIANG Chengliang1    LI Qian1    MIN Ziyang1    DAI Xiongze2    LI Xin1    ZHANG Zhuqing1

YANG Jianguo1    WANG Duanhua1

（1Hunan Vegetable Research Institute ， Changsha 410125， China;

2Hunan Agricultural University， Changsha 410128， China）

Abstract To investigate the effects of Cd inhibitor on the efficient and safe cultivation of vegetables， a field experiments were carried out to evaluate the safety of luffa， green bean， leaf sweet potato and amaranth， and the corresponding cadmium reduction cultivation techniques， including soil pH regulation， reductive soil disinfestation （RSD） cadmium reduction test and the use of barrier agent were studied. The focus was on regulating soil pH， conducting RSD Cd-reducing tests， and researching application techniques. The results showed that luffa， sweet potato and green bean could be planted safely under the soil cadmium content ≤1.0 mg/kg， and the cadmium content of their products was lower than the standard limit value. The application of a Cd inhibitor in the vegetable planting base increased the soil pH by 19.04%， while the RSD method increased the soil pH by 54.45%. The passivation effect of RSD was evidently superior to that of the cadmium inhibitor. Considering its long-term effects， application costs， dosage， yield-increasing effects， quality improvement， and other environmental risks， RSD treatment is recommended for promoting the passivation of heavy metals，and can also be combined with cultivation measures such as cadmium inhibitor and soil pH value aim to achieve safe planting.

Keywords Cd pollution; Cd inhibitor; reductive soil disinfestation; vegetables; safe growing techniques

土壤是農作物生长的基础，农产品质量安全与农作物产地土壤环境质量密切相关[1-2]。其中，重金属污染是影响农田土壤环境质量的因素之一，对农作物生长和农产品质量安全带来一定潜在风险[3-4]。采取相应的安全措施对于确保轻微和轻度重金属污染区域的农产品质量安全至关重要[5-6]。通过控制源头、调整农艺、改良土壤以及植物修复等措施，可有效减少土壤中污染物的输入或降低其活性，确保农产品安全生产[7-8]。叶面阻控技术因其成本低、降镉效果显著和操作简便易行等特点，成为目前应用较广泛的农用地安全利用技术之一[9]。

镉（Cd）是具有强毒性的重金属之一，为确保食品安全，建立了土壤中镉含量阈值准则，通常以总Cd浓度为基础[10-11]。《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618—2018），对不同pH值的土壤划分了Cd含量限值，暂未考虑不同土壤类型和植被类型的差异。植物对Cd的吸收和转移不仅取决于土壤中Cd的总浓度，还受到土壤理化性质、植物种类及污染物形态等的影响[12]。不同土壤的理化性质差异可能导致其对重金属的吸附作用有所不同，有机质含量高、pH值较低的土壤对重金属的吸附量更高。

为做好受污染耕地的安全利用和农田土壤环境风险管控工作，最大限度地利用有限的耕地资源，从源头上保障农产品质量安全，可根据土壤镉含量分布梯度选择替代作物，如在土壤镉含量相对较低区域（<2.0 mg/kg）种植经过安全性评价的食用经济作物、饲料作物和油料作物，在相对镉含量较高的区域（>2.0 mg/kg）种植非食用性经济作物。蔬菜是重要的经济作物。近年来，开展了镉污染水稻田（土壤镉含量在0.5～2.5 mg/kg）种植特色蔬菜产品的安全性评价，通过多点、多年试验和相关分析，获得了各类蔬菜种植的土壤镉含量安全阈值，为镉污染耕地种植结构调整和蔬菜产业可持续发展提供了支撑。为进一步丰富严格管控耕地安全种植蔬菜种类，本研究在前期试验基础上，开展了丝瓜、四季豆、叶用番薯和苋菜4种蔬菜种植安全性评价及配套降镉栽培技术研究，包括土壤pH调控、土壤强还原（RSD）降镉试验及阻镉剂使用等技术，为土壤安全种植蔬菜提供参考。

1 材料與方法

1.1 试验材料

通过蔬菜镉污染安全性评价平台，筛选丝瓜、四季豆、叶用番薯和苋菜4类蔬菜分别进行大田种植安全性评价。

1.2 试验方法

1.2.1 大田种植安全性评价  采用大田试验进行上述4类蔬菜的安全种植评价，获得其安全种植的土壤镉含量范围。

选择镉污染耕地进行品种安全种植筛选试验。根据土壤中镉含量分为0.3～1.0、1.0～1.5、1.5～2.0、2.0～2.5、2.5～3.0和>3.0 mg/kg共6个区间段，共计20个自然环境下的蔬菜安全性评价基地，每个蔬菜品种种植3个小区（重复3次），小区面积不少于30 m2，随机区组排列。各试验田统一栽培技术及管理措施，控制试验人为误差，栽培技术采用当地常规栽培方法。

大田土壤取样采用点对点垂直柱状法取样。采样时去除表层土杂质，选择0～20 cm耕作层；每个小区取样点不少于15个点，取样后采用四分法，预留2.5 kg土壤，置于双层塑料袋中。将填写好的样品标签一份置于采样袋夹层中，一份粘贴于采样袋外。试验结束后，每个小区按要求取土样保存。

蔬菜产品取样，生长期各蔬菜达到生育期天数，株高达10～15 cm时，每个小区选择生长健壮的植株15株，约200 g。

1.2.2 降镉措施对不同蔬菜镉富集的影响  在大田种植安全性评价的基础上，选取土壤镉含量低、中和高（低，2号和3号；中，6和8号；高，11和19号）试验基地共6个。每个基地设置阻镉剂处理、RSD处理和不进行任何处理措施作为对照（表1）。

（1）阻镉剂试验：在6个基地内，选择4类蔬菜进行阻镉剂验证，阻镉剂处理浓度为2 700 kg/hm2，同时设置对照处理，3次重复，小区面积20 m2。

（2）RSD试验：对土壤进行RSD处理（灌水，豆渣的添加量为15 000 kg/hm2，覆膜处理30 d），选择4类蔬菜进行降镉效果验证，3次重复，小区面积20 m2。

注：基地土壤镉、有效镉、pH值和有机质为样点的土壤平均值。

1.3 测定项目及方法

所有样品均委托第三方广电计量检测（湖南）有限公司进行检测。样品按照表2中方法进行检测分析。对检测发现农产品重金属含量接近或超过最大残留限量（参照《食品安全国家标准 食品中污染物限量》GB 2762—2017）的样品，取留样进行复测。

1.4 数据统计分析

采用Excel 2016软件进行试验数据初步处理，采用DPS 9.50数据处理软件进行方差分析，采用Origin 8.5软件绘图。

2 结果与分析

2.1 试验蔬菜大田种植安全性评价

在大田安全性评价及验证试验中，丝瓜、叶用番薯和四季豆在土壤镉含量≤1.0 mg/kg条件下种植，其产品镉含量低于《食品安全国家标准  食品中污染物限量》（GB 2762—2017）限量值（表3），已被列入研究区严格管控类耕地结构调整蔬菜第二批推荐目录品种。苋菜在6个大田评价基地中镉含量均超过标准限量值，不推荐种植。

2.2 蔬菜配套降镉措施对土壤pH值、总镉和有效镉含量的影响

不同处理对土壤pH的影响见图1。阻镉剂和RSD处理方法均有效提高了土壤的pH值，从6个基地的4个不同蔬菜田块的土壤处理数据来看，阻镉剂处理可以使土壤pH值提高19.04%，RSD方法处理的土壤pH值提高了54.45%（图1）。不同处理对土壤中的总镉和有效镉含量的影响如图2—3所示，RSD和阻镉剂未降低土壤中的总镉含量，在镉含量较高基地，总镉值较CK有上升趋势，各处理对有效态镉含量没有明显的影响（图3）。

2.3 降镉措施对不同蔬菜镉富集的影响

对丝瓜、四季豆、叶用番薯和苋菜4种蔬菜产品进行了不同阻镉剂的处理试验，结果见图4。丝瓜在土壤镉浓度为2.5 mg/kg，叶用红薯在土壤镉浓度为1.5 mg/kg条件下种植，产品中的镉含量在规定限量值上下波动。通过RSD处理和阻镉剂的使用可以扩大丝瓜、叶用红薯的安全种植范围。对于苋菜等高富集镉蔬菜，通过降镉措施处理后产品中的镉含量有所降低，但仍超过了国家限量标准值，不能在严格管控类耕地进行安全种植。RSD处理可以有效提高土壤pH值，使得部分在轻中度镉污染（1.5～2.0 mg/kg）土壤中种植安全性有波动的蔬菜能够安全种植。RSD处理对于镉超标蔬菜具有较好的钝化效果，但在镉含量较低或未超标蔬菜中，RSD处理可能存在提高作物镉累积量的风险，因此，在污染风险低的情况下暂不宜进行RSD处理。针对重金属超标程度较高的作物品种，钝化剂处理较难使其达到食品安全限值，应考虑进行品种替代，筛选镉富集能力较弱的蔬菜品种进行推广。RSD技术的钝化效果明显优于阻镉剂处理，若考虑推广使用RSD技术用于重金属钝化，还需进一步综合考虑其长期效应、施用成本、用量、增产提质效果和其他环境风险等因素。

3 结论与讨论

重金属污染是影响农田土壤环境质量的因素之一[13-14]，其中以Cd污染较为常见，易被植物吸收进入食物链[15-16]。降低污染土壤中镉含量，对最大限度利用有限的耕地资源和保障农产品质量安全具有重要意义[17-18]。土壤Cd污染修复技术发展迅速，实践中还存在一些限制条件，使得其在实际种植中难以有效实施[19]。不同蔬菜作物在重金属富集方面存在一定差异[20-21]，对于能够富集镉元素的蔬菜品种，其对Cd的吸收和转运能力也比其他品种更强[22]。因此，可以根据土壤重金属污染程度的不同，合理规划不同的农作物布局，以最大限度地减少土壤重金属污染的影响。本试验展开了严格管控类耕地Cd安全阈值研究，通过大田蔬菜种植安全性评价，划分出其安全种植的土壤Cd含量范围。其中，丝瓜、叶用番薯和四季豆在土壤镉含量≤1 mg/kg条件下种植，其产品镉含量低于《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）限量值，已被列入研究区严格管控类耕地结构调整蔬菜第二批推荐目录品种（表3）。

研究表明，土壤pH的变化对土壤中重金属的交换态含量有显著影响[23]。当土壤pH值升高时，重金属如镉、铅和锌离子的交换态含量逐渐减少，并且这种关系存在明显的负线性相关性[24]。因此，提高土壤的pH值可以减少植物对镉的积累量[18，25]。本试验结果表明，施用阻镉剂和RSD降镉具有提高土壤pH值和降低蔬菜镉含量的作用。利用丝瓜、豇豆、叶用番薯和苋菜4类蔬菜进行降镉验证，发现种植基地施阻镉剂可以使土壤pH值提高19.04%，RSD方法使土壤pH值提高54.45%（图1）；两种处理均可以明显抑制蔬菜对镉元素的吸收富集。

本研究通过大田试验，确定了阻镉剂和RSD降镉具有提高土壤pH值和降低蔬菜镉含量的作用。利用丝瓜、四季豆、叶用番薯和苋菜4类蔬菜进行降镉验证，发现种植基地施阻镉剂可以使土壤pH值提高19.04%，RSD处理可以使土壤pH值提高54.45%；RSD处理的镉钝化效果明显优于阻镉剂，综合考虑其长期效应、施用成本、用量、增产提质效果和其他环境风险等因素，推薦考虑RSD技术用于重金属的钝化处理。

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（责编：何 艳）

基金项目 财政部和农业农村部-国家大宗蔬菜产业技术体系长沙综合试验站（CARS-23-G29）；国家特色蔬菜产业技术体系长沙综合试验站（CARS-24-G-20）；国家重点研发计划（2022YFD1700100）。

作者简介 梁成亮（1984—），男，湖南桑植人，硕士，助理研究员，从事蔬菜育种和栽培研究。

通信作者 汪端华（1985—），男，安徽祁门人，硕士，副研究员，从事蔬菜育种栽培研究、蔬菜产销信息监测预警工作。

收稿日期 2023-12-01