杭州市农田蔬菜中Cu、Zn和Pb污染评价及富集特性研究

王玉洁，朱维琴，金 俊,郭 丹，袁勇华

(杭州师范大学 生命与环境科学学院，浙江 杭州 310036)

0 引 言

蔬菜是人们日常生活中必不可少的食物，具有生长快、生长期短，可食部分比例较大等特点.由于工业“三废”和城市垃圾的不合理堆放，造成重金属对土壤的污染，使蔬菜亦遭受了一定程度的重金属污染[1-5].尽管蔬菜中重金属的污染一般不会造成人们急性中毒，但重金属可以通过食物链在人体中累积，从而危害人们的健康[6-11]，所以有关蔬菜中重金属污染方面的研究日益引起广泛关注.例如，北京、上海等大中城市都曾对郊区菜园地的土壤和蔬菜中的重金属污染状况做过系统的研究，这些资料表明重金属在蔬菜中的积累比较明显，残留水平比较高，甚至超过食品卫生的相关标准[12].另有研究[13]表明，浙江省乐清市菜地土壤Cd污染严重，Cu污染次之，Zn污染稍轻，且部分种类的蔬菜可食用部分Cd、Cu等含量严重超标.目前，随着各地经济发展和种植业结构的调整，原有的城郊菜地被大量征用，蔬菜种植基地被逐步转移到远离城市的农区，城郊农业生产中因污灌而导致土壤环境呈现不同程度的重金属复合污染现象.有研究[14-15]表明杭州市农田土壤存在一定程度的Cu、Zn、Pb重金属污染.随着杭州城市化进程的加快，以及公众环境保护、农产品食用安全意识的提高，城市蔬菜基地中蔬菜的重金属含量现状和安全性已越来越受到政府和社会各界的关注.基于此，本研究主要通过对杭州市主要地区不同蔬菜及其周围土壤中Cu、Zn、Pb含量调查和分析，研究杭州市主要农田蔬菜中重金属含量状况、污染现状及对重金属的富集规律，以期为杭州市主要蔬菜重金属污染调控、种植业结构调整和无公害蔬菜基地的选择和建设提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 样品采集与分析

供试蔬菜品种主要包括大葱、小葱、韭菜及茄子，分别取自杭州乔司、七堡、下沙、蒋村4个不同区域的13个样地.采集植物样品并将其洗净烘干粉碎，保存待测.同时，在每份蔬菜取样时挖取植株根系的0～20 cm土壤混合样.每份蔬菜样品和土壤样品不少于1 kg.样品均于取样当日运达实验室，用去离子水冲洗干净，将根和茎叶分开，用吸水纸吸干称其鲜重后放入105 ℃烘箱杀青30 min，再在85 ℃烘干至恒重，称其干重，采用原子吸收分光光度计(Shimadzu，AA6800，乙炔/空气焰)法测定各重金属元素含量.

1.2 蔬菜重金属质量评价方法

1.2.1 单因子污染指数方法

单因子污染指数法计算方法[16]为Pi=Ci/Si，

式中,Pi——农产品中污染物i的单项污染指数；Ci——农产品中污染物i的实测数据；Si——污染物i的评价标准.

1.2.2 内梅罗综合污染指数评价方法

内梅罗综合污染指数法[16]计算方法为PM={[Pi max2+Pi ave2]/2}1/2.

式中,Pi max——农产品中污染物i的单项污染指数最大值；Pi ave——农产品中污染物i的单项污染指数平均值.

1.3 评价标准

采用国家有关的食品卫生标准限值评价蔬菜重金属污染状况,评价标准见表1.

1.4 污染等级划分标准

单因子污染等级划分标准[17]见表2.

表1 食品蔬菜中重金属卫生标准限值

表2 蔬菜中重金属单项污染指数污染分级标准

综合污染等级划分[17]见表3.

表3 蔬菜质量综合分级标准

2 结果与讨论

2.1 蔬菜中的Cu、Zn、Pb含量分布特征(表4)

表4 不同蔬菜中Cu、Zn、Pb含量分布特征

所检4种蔬菜中Cu、Zn含量状况如表3所示，与国家食品卫生标准[18]中Cu≤10.0 mg·(kg 鲜重)-1和Zn≤20.0 mg·(kg 鲜重)-1的限量标准相比，4种蔬菜的可食部分即茎叶和果实中平均含Cu量和平均含Zn量均未超标，其中，大蒜、小葱、韭菜的茎叶及茄子的果实中平均含Cu量分别为1.45，2.92，2.47和1.03 mg·(kg 鲜重)-1，平均含Zn量分别为4.32，6.91，6.75和4.04 mg·(kg 鲜重)-1，此外，4种蔬菜可食部分的平均含Cu量变异相对较大，变异系数高达60%左右，说明同种蔬菜可食部分含Cu量受区域土壤性质的影响较大.但是，与国家食品卫生标准中Cu≤10.0 mg·(kg 鲜重)-1的限量标准相比，4种蔬菜中根系含Cu量和含Zn量均出现部分超标现象，其中韭菜根系含Cu量和含Zn量的超标率均达100%，小葱根系含Cu量和含Zn量的超标率分别为25%和75%，而大蒜根系含Cu量和含Zn量均无超标现象，说明韭菜根系和部分小葱根系的含Cu量和含Zn量存在一定的健康风险，值得引起重视.就4种蔬菜中Pb含量状况而言，大蒜、小葱、韭菜的茎叶及茄子的果实中平均含Pb量分别为2.91，9.31，3.77和1.38 mg·(kg 鲜重)-1，均严重超过国家食品卫生标准中Pb<0.2 mg·(kg 鲜重)-1的限量标准，样本超标率均达100%.大蒜、小葱、韭菜的根系平均含Pb量分别为32.37，92.90和15.56 mg·(kg 鲜重)-1，样本超标率亦高达100%，且均远高于其相应茎叶含Pb量.此外，比较不同蔬菜平均含Pb量发现，以小葱茎叶及根系中平均含Pb量相对最高，可见，4种蔬菜Pb含量均有超标现象，其中小葱Pb超标最为严重，存在一定的健康风险.

2.2 不同蔬菜中Cu、Zn、Pb污染评价(表5)

表5 不同蔬菜中Cu、Zn、Pb污染评价

蔬菜质量状况评价结果如表5所示，从单因子污染指数(Pi)来看，大蒜、小葱、韭菜茎叶中Cu和Zn含量及茄子果实中Cu和Zn含量的单项污染指数Pi均小于1，均为1级，属清洁水平，说明大蒜、小葱、韭菜及茄子中Cu、Zn含量均为安全水平.但是，小葱根系中的Zn含量及韭菜根系中Cu、Zn含量的污染等级均达到2级，均呈轻度污染现象，其中韭菜根系中Cu、Zn含量的单项污染指数Pi分别为1.18和1.16，小葱根系中Cu、Zn含量的单项污染指数为1.13，说明韭菜根系中Cu、Zn含量污染程度相对更为严重.就各蔬菜中Pb含量而言，由表5可见，大蒜、小葱、韭菜的茎叶、根系Pb含量及茄子的果实中Pb含量的污染等级均为4级，均达到重污染水平，且大蒜、小葱、韭菜的Pb污染指数(Pi)大小均以根系大于茎叶，说明根系中Pb污染程度远大于茎叶.另由表5可见，不同蔬菜可食部分的Pb污染指数(Pi)大小顺序为：小葱>韭菜>大蒜>茄子，不同蔬菜根系中Pb污染指数(Pi)大小顺序为：小葱>大蒜>韭菜，可见，相对其它蔬菜，小葱Pb污染程度更为严重，应引起高度重视.从综合污染指数(PM)看，大蒜、小葱、韭菜的茎叶、根系及茄子果实的综合污染指数(PM)均远大于3，均达到重度污染程度，此外，不同蔬菜可食部分(茎叶，果实)和根系的综合污染指数(PM)大小顺序亦分别为：小葱>韭菜>大蒜>茄子，小葱>大蒜>韭菜.可见，各蔬菜的综合污染程度及污染顺序与各蔬菜的Pb污染状况具有一致性，亦说明各蔬菜的综合污染程度决定于其Pb污染状况，因此，对杭州市主要蔬菜中的Pb污染进行进一步有效的监测和控制值得引起重视.

2.3 不同品种蔬菜对土壤Cu、Zn、Pb的富集特性研究

一般而言，土壤是植物重金属的主要来源，且同一植物种类对不同重金属元素的吸收富集能力不同，不同种类的植物对同一种重金属元素的吸收、富集能力也不同[19].本研究中不同区域农田蔬菜根系土重金属的平均含量如表6所示，各区域蔬菜地土壤pH的平均值为7.0左右，对照国家土壤二级质量标准中pH介于6.5～7.5的标准，大蒜、小葱、韭菜及茄子根系土壤的平均Cu、Zn、Pb含量均未超标，但其中土壤Zn含量与国家土壤二级质量标准值较为相近，存在潜在污染风险.然而，根据蔬菜样品及其对应土壤的重金属元素含量，得到各种蔬菜的生物富集系数(生物体内污染物的浓度与其生存环境中该污染物浓度的比值)，结果如表6所示，各种蔬菜根系对Cu、Zn、Pb的富集能力均较强，大蒜、小葱、茄子的根系中Cu、Zn、Pb富集系数都在5%以上，均属于高富集.而蔬菜茎叶或果实部分对Cu、Zn、Pb的富集能力具有明显著差异，其中，除小葱和韭菜茎叶的Cu富集系数和大蒜、小葱及韭菜茎叶的Pb富集系数大于5%外，各蔬菜茎叶或果实对Cu、Zn的富集系数均介于2% 和5%之间，属于中度富集.此外，表6亦可见，不同蔬菜对Cu、Zn、Pb的相对富集能力基本一致，其富集系数顺序为：Pb>Cu>Zn，结合根系土中平均Pb含量远低于国家二级土壤质量标准这一现象，分析蔬菜中Pb的污染除来自土壤Pb外，空气污染可能亦为蔬菜Pb污染的重要来源.此外，进一步研究各蔬菜可食部位Pb富集系数发现，茄子的重金属富集能力明显低于大蒜、小葱和韭菜，不同蔬菜Pb富集系数大小顺序为：小葱>韭菜>大蒜>茄子，这与岳振华、张富强等[20]研究得出的叶菜类对Cu、Zn、Pb的吸收富集能力一般均大于果菜类的结果相一致.因此，需要根据不同作物对土壤重金属富集间的差异性，有选择地栽培作物、确定蔬菜基地的选址，以减少作物对土壤重金属的吸收富集，此外，加强大气环境的治理以减少叶菜类蔬菜的重金属来源亦具有重要意义.

表6 不同蔬菜Cu、Zn、Pb富集系数及根系土重金属含量状况

3 结 论

1)杭州市部分区域4种蔬菜可食部位含Cu量和含Zn量均未出现超标现象，部分蔬菜根系含Cu量和含Zn量却出现超标现象；但4种蔬菜的可食部位和非可食部位Pb含量均出现严重超标现象，样本超标率达100%.

2)单因子污染指数评价结果表明：4种蔬菜可食部位Cu、Zn含量均属清洁水平，而韭菜根系Cu、Zn含量和小葱Zn含量均属轻污染水平；但4种蔬菜的可食部位及根系Pb含量均属重污染水平，且以小葱的Pb污染最为严重.综合污染指数评价结果表明，4种蔬菜的重金属污染程度均属重度污染，且污染顺序为：小葱>韭菜>大蒜>茄子.

3)不同蔬菜对Cu、Zn、Pb的富集系数顺序为：Pb>Cu>Zn，其中，4种不同蔬菜的根系对Cu、Zn、Pb均具有高富集特性；不同蔬菜茎叶对Cu、Zn多为中度富集，而对Pb则均为高度富集，且不同蔬菜Pb富集系数大小顺序为：小葱>韭菜>大蒜>茄子.

[1] 孙国强,崔俊凤.狠抓源头治理,确保蔬菜质量安全[J].北京农业,2007(7):10-11.

[2] 樊孝凤,周向阳,周德翼.蔬菜质量安全问题治理分析[J].湖北农业科学,2007(4):484-485.

[3] 张淼,葛颜祥,王仁强.蔬菜安全生产保障体系研究——以山东省寿光市为例[J].农业质量标准,2007(4):19-21.

[4] 周颀,黄阳诚,李翔,等.蔬菜质量安全监测体系建设探讨[J].长江蔬菜,2007(4):1-2.

[5] 谢正苗,李静,徐建明,等.杭州市郊蔬菜基地土壤重金属中Pb、Zn和Cu含量的环境质量评价[J].环境科学,2006,27(4):742-747.

[6] Song Jing, Zhao Fangjie, Steve P M. Influence of soil properties and aging on arsenic phytotoxicity[J]. Environmental Toxicology and Chemistry,2006,25(6):1663-1670.

[7] Rajesh K S, Madhoolika A, Fiona M. Heavy metal contamination of soil and vegetables in suburban areas of Varanasi[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety,2007,66(2):258-266.

[8] 马瑾,万洪富,杨国义,等.东莞市蔬菜重金属污染状况研究[J].生态环境,2006,15(2):319-322.

[9] 陈同斌,宋波,郑袁名,等.北京市菜地土壤和蔬菜镍含量及其健康风险[J].自然资源学报,2006,21(3):349-361.

[10] Wang Xilong, Sato T, Xing Baoshan,etal. Health risks of heavy metals to the general public in Tianjin, China via consumption of vegetables and fish[J]. Science of the Total Environment,2005,350:28-37.

[11] 谢正苗,李静,陈建军,等.中国蔬菜地土壤重金属健康风险基准的研究[J].生态毒理学报,2006,1(2):172-179.

[12] 马祥爱,王振亚,侯雅丽.山西农业大学菜市场蔬菜中重金属污染分析与评价[J].山西农业大学学报,2006，26(1):96-112.

[13] 赵丽芳,黄鹏武,张作选,等.乐清市菜地土壤养分及重金属污染状况调查研究[J].浙江农业科学,2001(3):124-126.

[14] 叶兰军,谢正苗,徐建明.杭州市郊菜园土部分重金属污染状况的调查[J].浙江农业科学,2003(3):123-125.

[15] 郭丹,朱维琴,林娟.杭州市主要地区农田土壤重金属污染评价及关联特征研究[J].杭州师范大学学报：自然科学版,2009,8(3):183-143.

[16] 丁园,宗良纲,何欢,等.蔬菜中重金属含量及其评价[J].安徽农业科学,2007,35(33) :10672-10674.

[17] 王学峰,冯颖俊,林海,等.新乡市部分市售蔬菜中重金属污染状况与质量评价[J].河南师范大学学报：自然科学版,2006,34(3):120-123.

[18] 中华人民共和国食品卫生标准[S].北京:中国标准出版社,1995.

[19] 吕保玉,白海强,喻泽斌,等.蔬菜重金属污染的研究现状与防治措施[J].安徽农业科学,2008,36(4) :1566-1568.

[20] 岳振华,张富强,胡瑞芝,等.菜园土中重金属和氟的迁移积累及蔬菜对重金属的富集作用[J].湖南农学院学报,1992,18(4):929-936.