成都市蔬菜重金属积累特征及安全生产农艺调控技术简介

刘西萌，谢丽红，钟文挺，何玉亭，孙 娟，蔡梣仪，李 浩

(成都市农业技术推广总站，四川 成都 610041)

成都市位于四川省经济中心地带，是我国著名的农业生产基地。然而长期的人类活动给土壤环境质量带来了不可小视的影响，尤其是工业“三废”排放、城市生活垃圾堆放、农用化学品的投入以及不合理的耕作制度等，导致农田土壤重金属污染问题日益凸显[1-2]。一旦重金属进入农田，便可能在作物中积累，从而通过食物链给生态系统和人类健康带来风险[3]。相对于其它土地利用类型，菜地土壤重金属污染风险虽然较低，但蔬菜在我国居民膳食结构中占有重要地位[4-5]，因此探究蔬菜重金属积累特征以及修复调控重金属污染菜地对保障农业安全生产和人体健康均具有十分重要的意义。

本文基于2017～2018年成都市耕(园)地土壤重金属污染普查结果，探究成都市蔬菜作物重金属积累特征，并介绍菜地农艺调控技术研究进展，以期为蔬菜地的安全利用和农产品安全生产提供参考。

1 成都市菜地土壤重金属污染现状

2017～2018年成都市耕(园)地土壤重金属污染普查结果表明，成都地区土壤及农产品中重金属含量受人类活动影响范围很广且程度不等。其中，采集的2804个菜地土壤样品和对应的66个品种2804个蔬菜样品部分点位轻度超标。重金属污染均以镉(Cd)元素为主，其次为铬(Cr)、铅(Pb)、铜(Cu)、砷(As)和汞(Hg)。成都市土壤Cd元素背景值为0.147mg/kg，显著高于四川和全国平均水平[6]。因此，地质背景值高可能是成都市镉污染情况较其他元素严重的重要原因之一。此外，大气沉降、风力和水力搬运的自然物理和化学迁移过程以及工矿企业生产及不规范处理排放，使用重金属含量高的农药、化肥、农膜等人为活动都是造成重金属污染的主要成因[7-8]。

2 蔬菜作物重金属积累特征

以《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB2762-2012) 为参考，普查数据中成都市蔬菜重金属平均含量均未超过其标准限量值(表1)，但不同种类蔬菜对土壤重金属的吸收积累作用有明显差异(表2)，普遍表现为叶菜类>根菜类>果菜类>豆类，其中，蔬菜作物对重金属的积累作用因重金属种类而异。蔬菜Cd含量累积规律表现为叶菜类>瓜类>葱蒜类>根茎类>茄果类>豆类，Pb含量累积规律为叶菜类>根茎类>瓜类>茄果类>豆类>葱蒜类，Cr含量累积规律为叶菜类>豆类>瓜类>根茎类>茄果类>葱蒜类，Cu含量累积规律为豆类>叶菜类>瓜类>根茎类>茄果类>葱蒜类。As和Hg在蔬菜体内累积含量不高，As含量累积规律为叶菜类>豆类>瓜类>根茎类>茄果类>葱蒜类；Hg含量未表现出明显差异。这一结论与冯英等[4]研究结果相似。与果菜和豆类相比，叶菜类和根茎类具有相对较高的重金属浓度和转运系数，是Cd和Pb暴露的主要来源，而根茎类是Cr和Cu暴露的重要途径[4,9]。

表1 蔬菜中重金属限量指标(mg/kg)

表2 成都市蔬菜体内平均重金属含量(mg/kg)

3 蔬菜作物重金属超标特征

普查数据表明，成都市蔬菜作物部分点位重金属轻微超标。重金属超标率表现为Cd>Cr>Pb>Hg>As，蔬菜超标量普遍表现为果菜类>根菜类>叶菜类>豆类。与重金属在蔬菜中的累积规律不同，蔬菜超标数量因不同蔬菜种类对应的污染标准限值差异而表现出不同的大小规律，其中，蔬菜作物超标量又因重金属种类而异。Cd超标点位中，蔬菜超标量表现为茄果类>瓜类>葱蒜类>叶菜类>根茎类>豆类；Cr超标点位中，蔬菜超标量表现为茄果类>瓜类>叶菜类>根茎类>豆类>葱蒜类；Pb超标点位中，蔬菜超标量表现为茄果类>瓜类>叶菜类>根茎类>葱蒜类>豆类；Hg和As的超标点位中，各类蔬菜超标数量无明显差异。

重金属在蔬菜作物体内的积累，除了与作物本身特性有关之外，土壤中重金属的含量和形态、土壤的理化性质、养分状况及水肥管理方式等外在因素均显著影响作物对重金属的吸收积累[10]。因此，人为调控这些要素为降低蔬菜可食用部位重金属含量提供了可能。

4 菜地蔬菜作物安全生产农艺调控技术

农艺调控技术主要通过施肥、育种(苗)、土壤管理、水分管理和栽培措施及其他技术对耕地土壤中污染物的生物有效性进行调控，减少污染物从土壤向作物特别是可食用部分的转移，从而保障农产品安全生产[11]。

4.1 调整种植结构，选择低积累品种

近年来，围绕“边生产，边修复，边收益”的理念，替代种植模式逐渐推广。替代种植即农用土地根据其生态环境的条件和产业发展的要求调整其利用的方式和强度，用一种作物替代另外一种作物的种植方式[11]。这种调整种植结构模式可实现对污染土壤的边修复边治理，同时收获符合一定食品标准的农产品，符合我国农业可持续发展的道路。

根据农田污染程度和种类的不同，替代种植的模式也有差别。如在Cd含量超标的蔬菜地中，可以将易富集重金属的叶菜类蔬菜替代为富集能力弱的茄果菜和低积累的根菜等，如改种为胡萝卜和茄子等；而在Hg含量超标的蔬菜地里，可以替代为豇豆、棒豆、辣椒等对Hg富集能力较低的蔬菜[12]。在田间生产实际中，大部分蔬菜地是中、轻度污染水平，污染元素多样，且土壤环境复杂。因此，必须立足蔬菜生产基地，因地制宜选择优质高抗农艺性状优良的主栽品种，筛选出市场接受程度高、易于推广应用的重金属低积累品种。

4.2 优化种植模式，合理轮间套作

我国蔬菜生产多采用高度集约化的轮间套作种植模式，复种指数较高。近年的研究发现，在重金属中轻度污染土壤上，通过合理的轮间套作技术不仅可以起到保墒的作用，还能有效降低作物可食部位重金属含量，特别是利用超富集植物与普通植物的轮间套作，效果更加明显[12-13]。因此，轮间套作是实现重金属中轻度污染土壤安全利用的重要途径，比较适用于我国蔬菜作物的生产。

4.3 合理施用土壤改良剂，降低土壤重金属生物有效性

土壤改良产品种类繁多，包括松土剂、增肥剂、改良剂、调节剂等，其类型不同，作用机制也不相同，主要包括改善土壤含水量、容重等物理性质，改变土壤pH、有机质(SOM)等化学性质，调控土壤微生物的活性等，从而改变土壤对重金属的吸附、沉淀、络合、氧化还原作用等以降低土壤中重金属的生物有效性[11,13]。刘恩玲等[14]采用大棚小区试验，比较有机肥、栏肥、腐植酸和石灰作为土壤改良剂的作用效果，发现腐植酸和石灰可有效抑制Cd、Pb在土壤-蔬菜(青菜、萝卜)系统的迁移。虽然土壤改良剂可以在一定程度上降低土壤重金属的生物有效性，但其本身可能含有重金属，甚者会产生有毒有害次生代谢物[4]，影响土壤的理化性质，带来二次污染风险，因此应慎用土壤改良剂。

4.4 优化水肥管理，减少蔬菜可食部位重金属积累

水肥管理措施不仅会影响土壤理化性质和重金属形态，还会影响作物对重金属的吸收[15-16]，因此可以通过水肥管理措施的调控，调节土壤pH值、氧化还原电位(Eh)、SOM、阳离子交换量(CEC)、质地等因素，从而降低重金属的生物有效性，减少重金属从土壤向作物，特别是向可食部分的转移，达到作物安全生产的目的[17]。在淹水条件下，SOM结合Cd的能力增强，使其向活性较低的结合态转化，同时还原性的环境易形成硫化镉沉淀，降低Cd的生物有效性，但随着土壤水分的增加，作物中As的含量显著上升，因而As污染的土壤更适宜缺水条件[18]。

5 总结与展望

近年来，成都市蔬菜产业稳定发展，技术水平稳步提高，在当前农业供给侧结构性改革背景下，菜地土壤重金属污染给成都市蔬菜的产业发展带来了重大挑战。然而目前对重金属污染蔬菜地安全利用关注还较少，大规模的污染治理技术推广应用尚不多见。因此在未来的产业发展中，仍需加强土壤-蔬菜系统重金属迁移转化规律与安全生产技术标准研究、土壤重金属污染的治理、重金属污染蔬菜地安全利用农艺调控技术与蔬菜传统种植模式的耦合以及长期定位试验及风险评价。