西藏不同居群野生穗花韭重金属含量评价

关志华 曹可凡 李 宁 彭诗嶶 王忠红

（西藏农牧学院植物科学学院，西藏林芝 860000）

铅（Pb）、铬（Cr）、镉（Cd）、砷（As）、汞（Hg）等重金属元素对人体健康具有一定的毒害作用，人体内重金属元素基本来自食物源，而重金属元素超标的蔬菜为重要来源之一。为有效预防生境中重金属对蔬菜作物的污染问题，前人从生境的各种重金属含量特点（吴燕明 等，2014；余忠 等，2014；李有文 等，2015；索琳娜 等，2016；徐笠 等，2017；张浩 等，2020）、不同蔬菜作物对重金属的富集特性（陈志良 等，2017；余志 等，2019）等方面开展了广泛研究，表明生境中重金属含量对蔬菜作物体内重金属含量有极大影响，一般生境中重金属含量越高，则蔬菜作物体内重金属含量越高（吴燕明 等，2014；李冬琴 等，2020；林小兵 等，2020）。但受化学性质差异的影响，不同重金属在各类蔬菜中的含量表现出相应的差异特性，在重金属含量相同的生境中不同蔬菜种类或品种体内的重金属含量也不同，如邹素敏等（2017）研究了17种蔬菜品种对不同重金属的富集程度，其中Cr 的富集差异较大，Cd 次之，Pb、Hg 和As 则相对较小。种类庞大的野生蔬菜既是消费者喜食的一类野生美味，更是非常重要的蔬菜种质资源，但受生长环境影响，不同生境的野生蔬菜可能存在部分重金属含量超标的问题。如产于贵州省赫章县深山里的多星韭（Kunth.）、卵叶韭（Hand.-Mazz.暂定名）和近宽叶韭（Thwaites 暂定名）中Cd 含量均超标，同时卵叶韭的As、Hg、Pb 含量亦超标（王海平 等，2017）；而采于贵阳郊区的灰菜中Cd、Hg 含量均超标，水芹中Cd 含量超标，马齿苋中Pb、Cd 含量超标（孙晓慧 等，2011）。另外在土壤和灌溉水无污染的条件下进行人工栽培的8 种野菜中守宫木和积雪草的Cd 含量亦超标，表现出对Cd 的较强富集能力（姚全胜 等，2006）。已有研究说明野生蔬菜在推广种植和上市销售前进行严格的食用安全性评价鉴定是非常必要的。

作为百合科（Liliaceae）穗花韭族（Miluleae）单一穗花韭属（）的唯一种（许介眉，1980），穗花韭（）是主要分布在喜马拉雅山脉中部海拔2 900～4 800 m 干燥高山牧场和草原上的稀有植物（Friesen et al.，2000），也是产地农牧民的特色蔬菜和佐料植物（朗杰 等，2018），更是一类非常重要的野生蔬菜和牧草种质资源。西藏拥有丰富的矿产资源（袁博 等，2015），土壤重金属主要来源于自然、交通和采矿等综合因素（杨安 等，2020），因此，这种生境可能会使分布在西藏的野生穗花韭地上可食部分存在重金属超标问题，但对此尚未见研究报道，故对西藏不同地域野生穗花韭居群进行重金属含量研究将为合理采食野生资源及今后人工栽培提供参考，并有助于今后对该资源的创新利用。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选择分布于西藏不同地方具有一定代表性的32 个穗花韭居群（图1），2020 年8—9 月，根据各居群生境情况划分为3 个小区，每个小区随机采挖10 株，以混合样为1 次重复，共采挖30 株，即3 次重复（其中ZB2、ZB1、LZi1 居群因样品较少仅1 次重复）。将10 株花穗（含总苞片，不含种子）、叶片和花葶等混合晾干，寄至国家蔬菜工程技术研究中心营养品质实验室于11 月检测。

图1 穗花韭居群分布情况

1.2 测定方法

5 种重金属元素含量测定方法：铅（Pb）用GB 5009.12—2017 中的石墨炉原子吸收法，铬（Cr）用GB 5009.123—2014 中的石墨炉原子吸收法，镉（Cd）用GB 5009.15—2014 中的石墨炉原子吸收法，砷（As）用GB 5009.11—2014 中的氢化物发生原子荧光光谱法，汞（Hg）用GB 5009.17—2014 中的氢化物发生原子荧光光谱法。含水量用烘干法测定。

1.3 数据分析

使用DPS V18.10 统计分析软件进行方差分析，WPS 软件进行相关数据计算，以数据不转换、卡方距离、可变类平均法进行系统聚类分析。鉴于各元素间多重比较叙述较复杂，故对每种元素含量的均值用卡方距离、离差平方和法进行系统聚类，再结合多重比较进行分类后分析。

1.4 重金属污染评价标准

参考陈志良等（2017）的方法进行重金属污染评价。

①单因子评价。

重金属超标率E（%）=（n/N）× 100

式中n为居群中重金属超标居群数，N为居群数。

超标倍数=（P-S）/S

式中P为各居群重金属元素的含量实测值，S为重金属元素对应的质量标准GB 2762—2017规定值：新鲜蔬菜中Cr（总铬）＜0.5 mg·kg、As（总砷）＜0.5 mg·kg、Hg（总汞）＜0.01 mg·kg以及新鲜叶菜中Cd（总镉）＜0.2 mg·kg、Pb（总铅）＜0.3 mg·kg。鉴于民间以食用干品为主，故以该标准计算干品的相关数据；同时，根据平均85%含水量换算为鲜质量并计算相关数据。

② 重金属污染程度综合评价。

以内梅罗综合指数法评价各居群中5 种重金属元素的综合污染水平，计算公式为：

式中：为内梅罗综合污染指数，C为5种重金属元素在各居群中的污染指数平均值，C为污染指数最大值；C为各居群中污染物的单因子污染指数，反映的是某一污染物超标倍数和程度，P为各居群中污染物的含量，S为污染物的评价标准（GB 2762—2017）。

参考陈志良等（2017）的分级方法，≤0.7为安全等级，0.7 ＜≤1 为警戒等级，1 ＜≤2 为轻度污染，2 ＜≤3 为中度污染，＞3为重度污染。

2 结果与分析

2.1 不同居群穗花韭地上部重金属含量的差异分析

由表1 可知，Pb、Cr、Cd、As、Hg 5 种重金属元素的含量在32 个居群中差异较大，变异系数在27.44%～161.79%之间，As 的变异系数最大，Hg 最小；各种元素含量在居群间呈非一致性的显著性（＜0.05）或极显著性（＜0.01）差异。

SG4 居群的Pb 含量最高，达1.618 0 mg·kg（DW），JC1 居群Pb 未检出。按Pb 含量从高到低并结合各居群含量的差值，在距离0.537 6 处可将各居群聚为Pb 含量较高、中等、较低3 类（图2）。其中SG4、DL1、DZ1 为较高含量居群，SG3、LS1、LZ1、SR1、DZ2、LZi1、SG1、NLM1 为 中等含量居群，LZh2、ZB1、NML1、SZZ1、RB1、DL2、NM1、NML2、SG2、NM2、LKZ1、SR2、GB1、GG1、DJ1、DR1、ZB2、KM1、NML3、ZN1 和JC1 为较低含量居群。

SG4居群的Cr含量最高，达16.130 0 mg·kg（DW），但在SR2 居群中Cr 未检出（表1）。按Cr 含量从高到低并结合各居群含量的差值，在距离0.229 1 处可将各居群聚为Cr 含量非常高、高、较高、中等、较低、低6 类（图2）。SG4 为非常高含量居群，SG1 为高含量居群，SR1、RB1、ZB2、DL2 和SZZ1为较高含量居群，NML1、NLM1、ZB1、LS1、KM1、SG3、NM2 和NM1 为中等含量居群，LZ1、DL1、DZ1、LZh2 和NML3为较低含量居群，LKZ1、DR1、JC1、SG2、DJ1、NML2、LZi1、DZ2、GG1、GB1、ZN1 和SR2 为低含量居群。

表1 不同居群穗花韭地上部重金属元素含量 mg·kg-1（DW）

NML2 居群的Cd 含量最高，达0.133 0 mg·kg（DW），是Cd 含量最低的DJ1 居群的13 倍多，极差达0.123 0 mg·kg（DW）。按Cd 含量从高到低并结合各居群含量的差值，在距离0.409 0 处可将各居群聚为Cd 含量高、较高、中等、较低4 类（图2）。其中NML2 为高含量居群，DZ1 和LS1为较高含量居群，SR1、RB1、DL1、LZ1、DL2、

GB1、DZ2、SR2、ZN1、NLM1、ZB1、NML1、LKZ1 和GG1为中等含量居群，SG2、LZh2、SG1、NM2、DR1、SZZ1、LZi1、NM1、SG4、KM1、JC1、NML3、SG3、ZB2 和DJ1为较低含量居群。

SG4 居群的As 含量最高，达5.682 3 mg·kg（DW），是As 含量最低的JC1 居群的近82 倍，极差达5.613 0 mg·kg（DW）。按As 含量从高到底并结合各居群含量的差值，在距离0.343 0处可将各居群聚为As 含量高、较高、中等、较低4 类（图2）。其中SG4 为高含量居群，SG3、SR1、RB1、ZB1、NLM1、GB1、SG1、LZh2 为较高含量居群，LZi1、SZZ1、LZ1、DJ1、ZB2、LS1、NML1、DL2、SG2、GG1、DZ1、DL1、DZ2、DR1、SR2、KM1、LKZ1 为中等含量居群，NM1、ZN1、NML2、NML3、NM2、JC1为较低含量居群。

SR2 居群的Hg 含量最高，达0.024 5 mg·kg（DW），是Hg 含量最低的SG2 居群的近3 倍，极差达0.016 2 mg·kg（DW）。按Hg 含量从高到低并结合各居群含量的差值，在距离0.606 4 处可将各居群聚为Hg 含量较高、中等、较低3 类（图2）。其中SR2、LS1、DL1、RB1、DZ1、DL2、GG1 为较高含量居群，DZ2、NM2、NML1、LZ1、DR1、SG3、GB1、SR1、ZN1、NLM1、ZB1、NML3为中等含量居群，SZZ1、LKZ1、NM1、JC1、LZi1、SG4、LZh2、ZB2、KM1、SG1、DJ1、NML2 和SG2 为较低含量居群。

图2 不同居群穗花韭地上部重金属各元素聚类结果

2.2 不同居群穗花韭地上部重金属含量的聚类分析

由图3 可知，依据不同居群穗花韭地上部5 种重金属含量在距离0.712 4 处可将32 个居群聚为综合含量高、较高、中等、较低、低5 类，即综合含量高的居群为SG4，该居群除Cd、Hg 外，Pb、Cr、As 含量与32 个居群的均值之差大于3个标准差；综合含量较高的居群，包括SG1、ZB2、RB1、SR1；综合含量中等的居群，包括ZB1、NLM1、LS1、NML1、SZZ1、DL2、SG3、KM1、NM2、NM1；综合含量较低的居群，包括LZh2、DZ1、LZ1、DL1；综合含量低的居群，包括SG2、DJ1、DR1、LKZ1、NML3、JC1、GB1、LZi1、DZ2、GG1、NML2、SR2、ZN1，其中SR2居群中未检测出Cr，JC1 居群中未检测出Pb。

图3 不同居群穗花韭地上部重金属元素含量的聚类结果

2.3 不同居群穗花韭地上部重金属的污染程度分析

由表2 和图4 可知，在32 个居群中，以鲜样计，仅Cr 和As 含量超标，超标率分别为25.00%和3.13%。鉴于穗花韭民间食用主要为干品，因此，以GB 2762—2017 鲜食的标准计算干品的超标率，除Cd 无超标外，其他元素均超标，Pb、Cr、As 和Hg 的超标率分别为59.38%、84.38%、34.38%和84.38%。

图4 穗花韭不同食用状态重金属元素超标率

表2 不同居群穗花韭重金属超标情况

由表2、3 可 知，与GB 2762—2017 限定标准比对：以鲜样计，SG4 居群中Cr 和As 的超标倍 数 分 别 为3.84 和0.70，SG1、ZB2、NML1、SZZ1、RB1、DL2 和SR1 居群中Cr 的超标倍数为0.01～1.22；以综合污染指数分级时，SG4 居群为重度污染等级，SG1、ZB2、RB1、SR1 居群为轻度污染等级，NML1、SZZ1、DL2 居群为警戒等级，其他居群为安全等级。以干样计，在各居群中Pb、Cr、As 和Hg 的超标倍数分别为0.02～4.39、0.05～31.26、0.03～10.36 和0.04～1.48，SG4 居群中Pb、Cr、As 的超标倍数最高，分别达到4.39、31.26、10.36 倍；以综合污染指数分级时，除ZN1、NML2 为警戒等级外，其他居群均为轻度到重度污染等级。

表3 不同居群穗花韭重金属污染状况

3 讨论与结论

3.1 影响蔬菜体内重金属含量的因素

重金属会影响蔬菜生长发育，导致其产量和品质降低，最终危害人类健康（韩承华和江解增，2014）。蔬菜体内重金属含量超标有内外两个原因，内因方面表现为不同蔬菜种类或品种对重金属元素的富集特性具有一定差异（陈志良 等，2017；Hu et al.，2017；杜俊杰 等，2019），研究证实不同类型蔬菜作物对Cr、Ni、Cd、Pb、As 等的富集能力均为叶菜类＞根茎类＞球茎类＞果菜类，而对不同重金属富集能力则为Cd ＞Ni ＞Cr ＞As ＞Pb（孙硕 等，2019）。外因主要为生境中重金属元素含量超标（吴燕明 等，2014；李冬琴等，2020；林小兵 等，2020），其成因一是原始栽培地土壤重金属元素超标，二是肥料等农资的投入导致土壤中重金属元素含量逐年累积而超标（梁静 等，2020）。与栽培蔬菜类似，野生蔬菜中蒌蒿为一种Cd、Zn 超量积累植物（潘静娴 等，2006）；自然环境下多星韭、卵叶韭和近宽叶韭的Cd 含量均超标，且卵叶韭的As、Hg、Pb 含量亦超标，但将原生境植株移栽到新生境栽培多年后会使Cd、Pb 的残留逐渐减少（王海平 等，2017）。因人类活动可能会使活动区域的土壤、水、空气中重金属含量增高，导致生长在该环境中的野生蔬菜重金属含量超标，如南京城区几种野生蔬菜中Cd 含量大都超标，尤其是交通量较大的停车场、公路两侧、老居民区的野生蔬菜中Pb 含量超标4～5 倍（吴晓红 等，2012）。说明生境中重金属含量的多寡是决定野生蔬菜重金属含量是否超标的关键。

3.2 野生穗花韭重金属含量的整体特性

野生穗花韭是产地农牧民的特色蔬菜和佐料植物（朗杰 等，2018），本试验分析表明，除SG4居群的Pb、Cr、As 和Hg 元素含量均异常高于其他居群外，其他31 个居群中5 种重金属元素含量普遍较低。用系统聚类可将32 个居群分为重金属元素综合含量高、较高、中等、较低、低5 类。与GB 2762—2017 标准进行比较，以85%含水量折算的鲜样计时，32 个居群中仅Cr 和As 元素有一定超标率，SG4 居群中Cr 和As 的超标倍数分别为3.84 和0.70，其他7 个居群中Cr 的超标倍数为0.01～1.22；以综合污染指数分级时，SG4 居群为重度污染等级，SG1、ZB2、RB1、SR1 为轻度污染等级，NML1、SZZ1、DL2 为警戒等级，其他居群为安全等级。因各样品包括花穗（含总苞片，不含种子）、叶片和花葶，加之原生境下采集后至实验室测定过程中存在一定的自然失水，使本试验中的含水量小于栽培韭菜89%～94%的一般含水量（尹守恒 等，2017），因此，穗花韭在野生状态下抽薹开花初期含水量可能在90%左右，此时鲜样的超标率和超标倍数均大大下降。穗花韭虽可采食鲜嫩叶片、花葶，但产地农牧民往往将开花期的穗花韭地上部采摘并经简单处理后以干品长期储存食用。因此，用GB 2762—2017 标准进行比较，以干样计时，除Cd 外其他元素均有较高超标率，且各居群超标倍数普遍较高；在各居群中，Pb、Cr、As和Hg 的超标倍数分别为0.02～4.39、0.05～31.26、0.03～10.36 和0.04～1.48，SG4居群的Pb、Cr、As超标倍数最高；以综合污染指数分级时，除ZN1、NML2 为警戒等级外，其他居群均为轻度到重度污染等级。综合来看，SG4 居群重金属元素超标严重不宜食用，除SG4 居群外，与吴晓红等（2012）的报道相比较，穗花韭鲜品整体上属于重金属含量低的野生蔬菜，但干品因Pb、Cr、As 和Hg 普遍超标，故食用时应以每次少量为宜。

不同居群穗花韭地上部5 种重金属元素含量的差异成因可能有三方面：一是生境土壤中各重金属元素含量的差异；二是温、光、水因子综合影响植物株型，如JC1 居群是32 个居群中株型最高的居群，可能因其株型高大使各类重金属元素的含量相对表现较低；三是植物体内元素的积累是一个复杂的过程，而植物通过复杂的机制对离子的吸收、转运和外排进行精密调控以适应外界环境的变化（陈久耿和晁代印，2014），在原生境长期作用下，不同居群对各重金属元素的吸收、转运和外排可能形成了一定的遗传力。但因本试验未检测原生境土壤中的重金属元素含量，故要明确不同居群重金属含量差异的具体原因尚需进一步研究。