镉、铅复合污染耕地主要作物安全生产阈值初探

杨燕媛 黄成涛 黎秋君 廖长君 周永信 谢湉

摘 要 为探明经济作物玉米、大豆及蔬菜作物紫菜苔、蒜苗、结球甘蓝、西蓝花在镉、铅复合污染耕地中的安全生产阈值，开展田间试验。结果表明，一定范围内，农产品中重金属累积量随土壤重金属含量增高而递增;重度污染条件下，玉米、大豆、蒜苗、结球甘蓝和西蓝花可实现安全生产，且安全生产风险玉米<大豆<西蓝花<结球甘蓝<蒜苗;紫菜苔于轻微污染条件下综合超标指数为0.67，可安全生产，但中度及重度条件下综合超标指数分别达到1.31、2.02，超标较严重，需规避种植。

关键词 镉;铅;粮食作物;蔬菜作物;安全利用

中图分类号：X53 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.06.076

随着工、农业的快速发展，土壤重金属污染态势日趋严峻。据统计，我国约有20%的耕地受到不同程度的重金属污染，其污染的隐蔽性、累积性、难降解性，使其最终易由食物链富集放大转移至人体中，危害人类健康[1-4]。因此，做好重金属污染耕地的安全利用已成为亟待解决的环境问题。

目前，耕地土壤重金属污染修复工程实施的原则是“阻源头、消总量、控吸收、降活性、调种植”，即在阻断污染源的同时，采用pH调节、植物萃取、替代种植、化学钝化等单一或联合修复技术，降低生物链风险[5-6]。其中，植物萃取修复所需周期较长，pH调节、化学钝化均可能破坏土壤原有的生态功能，且修复后土壤重金属仍存在活化风险，导致技术推广难度较大。而低积累作物替代种植因成本低、操作简便，成了农民较易接受的修复技术之一[7-9]。基于此，针对湖北地区典型镉铅复合污染耕地，通过对比各作物于不同污染程度土壤上对重金属吸收积累情况，明晰各作物的安全生产阈值，旨在为湖北地区镉铅污染耕地农产品安全生产提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地点位于湖北省3块不同程度重金属污染（轻微、中度、重度）的耕地，耕地土壤性质见表1。供试作物为包括粮食作物玉米、大豆及蔬菜作物紫菜苔、蒜苗、结球甘蓝和西蓝花，其中玉米、大豆均选用当地种植较广的常规品种，分别为登海9号、中黄13。

1.2 试验设计

将供试作物玉米、大豆、紫菜苔、蒜苗、结球甘蓝和西蓝花分别种植于选定的轻微、中度、重度3个不同污染程度的耕地。即每种作物分轻微、中度、重度3个不同污染程度条件下种植处理，每处理重复3次，共计54个小区，每小区20 m2。待各作物成熟后分别采集其可食用部位，检测重金属镉、铅含量。

1.3 分析方法

镉、铅的测定采用石墨炉原子吸收法，GB/T 5009-2003。数据分析运用Excel 2010和SPSS 18.0软件。

1.4 评价标准及方法

采用单因子污染指数法对农产品安全性进行评价，农产品单因子超标指数Ei越大，农产品污染越严重。如Ei≤1，则表示农产品未超标;12，则表示农产品重度超标[10-11]。农产品单因子超标指数及综合超标指数按照公式1和公式2计算。

Ei=Ci/Li（1）

E综=[（E2i，max+E2i，ave）/2]1/2（2）

式（1）中，Ei为农产品重金属单因子超标指数，Ci为农产品重金属测定值（单位与Li保持一致），Li为农产品食品安全国家标准限值。

式（2）中，E综为农产品重金属综合超标指数，Ei，max为农产品重金属单因子超标指数最大值，Ei，ave为农产品重金属单因子超标指数平均值。

2 结果与分析

2.1 农产品重金属含量统计

农产品重金属含量检测结果见表2。由表可知，一定范围内，土壤镉、铅含量越高，作物可食用部位镉、铅积累量越高。不同种类农产品中镉含量紫菜苔>大豆>结球甘蓝>蒜苗>西蓝花>玉米;铅含量紫菜苔>蒜苗>西蓝花>结球甘蓝>玉米>大豆。不同农产品对镉、铅积累情况不同，但相对而言，镉、铅均较易在块茎类及叶菜类作物中累积。

2.2 农产品质量评价

各农产品不同污染程度下质量情况见表3。由表3可知，土壤污染程度越高，农产品镉、铅单因子超标指数及综合超标指数越高。各农产品中，紫菜苔中度污染条件下，镉、铅单因子超标指数分别达1.38、1.10，属轻度超标;重度污染条件下，镉、铅单因子超标指数分别达2.02、2.02，属重度超标。其余各农产品镉、铅单因子超标指数、综合超标指数均小于1，属于安全水平。

相同污染程度条件下，各农产品综合超标指数以紫菜苔最大，重度污染下可达2.02，其次分别为蒜苗、结球甘蓝、西蓝花、大豆、玉米。对镉的安全风险为紫菜苔>大豆>结球甘蓝>西蓝花>蒜苗>玉米;对铅的安全风险紫菜苔>蒜苗>西蓝花>结球甘蓝>玉米>大豆。

3 结论

本研究中，农产品中重金属累积量随土壤重金属含量增高而递增，且同等条件下，块茎类及叶菜类可食部位重金属镉、铅积累相对较易。农作物对土壤重金属的吸收累积差异，与土壤中重金属总量及有效态含量密切相关。土壤重金属总量及有效态含量越高，能被作物吸收利用的部分越大，作物越容易积累重金属[12]。同时，作物对重金属的积累也与其自身基因型差异有关，作物对重金属的吸收受其自身根系形态、根系分泌物等因素影响，且由基因型控制的重金属在植物体内的分配差异，会进一步扩大不同种类作物可食部位重金属含量差异[13-14]。

王志坤等[15]的研究表明，随着外源镉添加量的增长，大豆籽粒中镉含量逐渐上升，当土壤镉含量为5 mg·kg-1及10 mg·kg-1时，大豆籽粒中镉含量分别达到0.61 mg·kg-1、0.99 mg·kg-1。周建昌等[16]研究表明，相同污染程度下，豆类、瓜类农产品合格率最高，达100%;叶菜类、根茎类则较低，分别为92.6%、85.7%。农用地安全利用风险程度随土壤重金属含量及作物种类不同而存在一定差异，明晰各作物的安全生产阈值，得出不同污染程度农用地安全种植清单，对降低农用地安全利用风险起到至关重要的作用。本研究中，重度污染程度下，玉米、大豆、蒜苗、结球甘蓝、西蓝花可食部位重金属镉、铅含量均不易超标;达到重度污染程度后，在一定范围内，仍能实现其安全生产。对于单镉污染土壤，种植玉米的安全风险最低，其次分别为蒜苗、西蓝花、结球甘蓝及大豆;对于单铅污染土壤，种植大豆安全風险最低，其次分别为玉米、结球甘蓝、西蓝花及蒜苗;而对镉铅复合污染土壤，玉米安全风险最低，其次分别为大豆、西蓝花、结球甘蓝、蒜苗。紫菜苔于轻微污染区种植可实现安全生产，但于中度及重度污染区，其可食部位镉、铅超标情况较为严重，与罗春丽[17]研究结果一致。

4 讨论

耕地土壤中镉、铅含量越高，作物可食用部位镉、铅积累量越高。且相对而言，镉、铅均较易在块茎类及叶菜类作物中累积。玉米、大豆、蒜苗、结球甘蓝、西蓝花可食部位重金属镉、铅含量均不易超标，于重度污染区可实现有限条件下的安全利用。紫菜苔对重金属镉、铅具有一定的富集作用，建议重金属污染耕地需尽量规避种植。

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（责任编辑：赵中正）