成都平原农田蔬菜重金属含量及污染评价

黑儿平，上官宇先，喻 华，秦鱼生，曾祥忠，郭晶晶，伍燕翔

（1.四川省农业科学院 农业资源与环境研究所，成都 610066; 2.四川农业大学 农学院，成都 611130;3.叙永县农业农村局，四川 泸州 646499; 4.翠屏区农业农村局，四川 宜宾 644002）

据报道，近年来，工业“三废”的随意排放和生活污水灌溉于农田，以及大量工业肥料农药的施用，造成农田土壤中重金属富集和积累显著增加[1-2]。蔬菜可以通过根系等吸收转运土壤重金属到食用部分，重金属进而通过食物链危害人体身心健康[3]。赵小蓉等[4]在成都平原区研究表明叶菜类蔬菜对土壤重金属富集能力较强，而根茎类蔬菜则表现相对较弱。林君锋等[5]在福建部分污染严重地区研究蔬菜对镉、锌、铜的富集能力，结果显示蔬菜对镉的富集能力相对较强。何江华等[6]研究广州蔬菜生产基地的蔬菜，表明不同蔬菜对不同重金属的富集存在很大差异，其吸收富集能力从大到小为Cd ＞ Hg ＞ As ＞ Pb ＞ Cr。有学者进一步研究证实了不仅不同蔬菜对重金属的富集能力存在明显差异[7-8]，同种蔬菜之间也存在差异。结果表明，不同蔬菜具有对重金属不同的富集能力，可选择性地栽培在相适宜的农田土壤中，以减轻对重金属的过度富集风险以及保证蔬菜生产安全[9-11]。成都平原是我国西部地区重要的蔬菜生产基地，近期有研究报道，成都平原个别地区农田土壤已受到不同程度的重金属污染[12-13]。笔者在成都平原农田土壤重金属污染区域，选择面积较大、连续种植多年的蔬菜种植地和当地常见的具有代表性的18 种蔬菜品种（蔬菜类型主要涉及叶菜类、果菜类、葱蒜类、根茎类、甘蓝类5 大类作物）进行田间试验，测定了土壤和蔬菜中Cd、Cr、Pb、Zn、Cu、Ni、Hg、As 8 种重金属含量状况，分析了不同蔬菜对重金属的富集规律，并筛选了不同富集能力的蔬菜种类，为该地区种植蔬菜种类的选择及种植结构的调整提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验区域概况试验区位于四川成都平原东北部，其中心地理位置坐标为107°50′E，31°21′N，年均气温17.3℃，无霜期长达300 d，年均降雨量1 185.2 mm，试验区土壤pH 均值6.48，偏酸性，土壤有机质均值为32.30 g·kg-1。

1.2 样 品的采集与处理于2017 年10 月 至2019 年5 月在研究区域具有代表性的蔬菜生产基地选择有一定规模的田块进行田间试验。为全面比较不同蔬菜对重金属吸收累积的差异性 ，供试作物类型包括叶菜类、果菜类、葱蒜类、根茎类、甘蓝类5 大类作物 ，即白菜（Brassica rapa var.glabra Regel）、白萝卜（Raphanussativus）、白菜型油菜（Brassia campestris L.）简称白油菜、菠菜（Spinacia oleracea L.）、莲 白 与 包 心 菜（Brassica oleracea var.capitata Linnaeus）、小白菜（Brassica campestrisL.ssp.chinensis Makino var.communis Tsen et Lee）、胡萝卜（Daucus carota var.sativa Hoffm.）、小葱（Allium fistulosuml.）、红萝卜(Salvia bowleyana Dunn)、红油菜(Brassica campestris L.ssp.chinensis var.utilis)、青菜[Brassica rapa var.chinensis(Linnaeus) Kitamura]、蒜苗(Allium sativum)、豌豆尖（Pisum sativum L.）、莴笋叶（Lactuca sativa L.）、香 菜（Coriandrum sativum L.）、小 青 菜（Brassica chinensis L.）、油 菜（Brassica rapa var.oleifera DC.）等18 种当地常见的主要蔬菜品种。将每个品种蔬菜分别种植在不同的试验小区内，小区面积为20 m2（5 m×4 m），周围设置保护行（30 cm），农田管理均采取当地平时农作习惯。在成熟期笔者课题组安排专人到试验基地负责采集蔬菜测定部位。白菜、白油菜、菠菜、莲白、包心菜、小白菜、红油菜、青菜、豌豆尖、莴笋叶、香菜、小青菜、油菜采集测定部位为叶片；白萝卜、胡萝卜、红萝卜采集测定部位为根；小葱、蒜苗采集测定部位为茎。

每个采样点小区取 3～5 个样品，然后混合均匀，现场去除腐烂叶或根部土壤，其混合样1 kg 左右。土样保持与蔬菜样在同一样点同步采取，采样深度为0～20 cm，每份混合样不少于1 kg，共54 个土样。土样按NY/T395—2012《农田土壤环境质量监测技术规范》要求进行，剔除石块、植物根茎等杂质，风干后、将其置于60 ℃恒温干燥箱内，烘干至恒重，取出后用玛瑙研磨机研磨、过1 mm 尼龙筛，样品保存于玻璃瓶中备用。蔬菜样品经离子水冲洗干净后，65 ℃烘干，磨碎后过0.84 mm 孔径尼龙网筛。

1.3 测定方法蔬菜每个品种混合样品以及其混合土样经 HNO3-HCIO4 消化处理后，Hg、As 原子荧光分光光度法测定，Pb、Cd、Cu、Cr、Zn、Ni 利用电感耦合等离子体质谱法测定，土壤pH 值的测定使用电位法，土壤有机质采用高温外热重Cr 酸钾氧化-容量法测定[14]。

1.4评价方法

1.4.1单项污染指数法根据公式计算单项污染指数，依据GB2762—2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》[15]制定限量标准，Pi≤1 为安全，1.0＜Pi≤2.0 为轻微污染，2.0＜Pi≤3.0 为轻度污染，3.0＜Pi≤5.0 为中度污染，Pi＞5.0 为重度污染。

式中，Pi为污染物的单项污染指数；Ci为农产品中重金属质量分数，mg.kg-1；Si为污染物i的评价标准限值，mg.kg-1。

1.4.2内梅罗综合污染指数法根据公式计算内梅罗综合污染指数，PN值越大，说明重金属污染越严重，PN＜0.7为安全，0.7＜PN≤1.0 为轻微污染，1.0＜PN≤2.0 为轻度污染，2.0＜PN≤3.0 为中度污染，PN＞3.0 为重度污染。

式中，PN表 示某区域综合污染指数；Pmax表示单因子污染指数最大值；pave为单因子污染指数平均值。

1.5 生物富集系数为了比较不同蔬菜品种对土壤重金属的吸收和累积特性的差异，利用富集系数来衡量蔬菜可食用部分对土壤中重金属元素的吸收能力。富集系数愈大，表明愈易从土壤中吸收该元素，即对该元素的富集能力愈强。

式中，BCF 为蔬菜可食部分中重金属生物富集系数，CG为蔬菜可食部分中重金属含量，CT为对应的土壤中重金属含量，mg.kg-1。

1.6 数据处理对土样和蔬菜样中的8 种重金属含量采用Excel 2010 进行数据分析，相关性分析用SPSS 软件，富集能力分析图用OriginPro 8.5统计软件完成。

2 结果与分析

2.1 蔬菜地土壤重金属含量特征供试土壤样本的重金属含量平均值和标准差详见表1。参照GB15618—2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》[16]，土样中Cd 含量有15 个超标，超标率达31.91%，最大超标值是限值的2.18 倍，其余元素均符合国家标准。土壤Cd、Cr、Pb、Zn、Cu、Ni、Hg、As 的平均值分别为四川省土壤背景值的4.05 倍、0.91 倍、1.19 倍、1.18 倍、0.90 倍、1.00 倍、1.80 倍、0.82 倍。

表1 菜地土壤重金属含量的情况

2.2 蔬菜可食部分重金属含量参照上述蔬菜重金属评价标准，蔬菜样品中除了Zn、Cu 未超标外，其余6 种重金属Cd、Cr、Pb、Ni、Hg、As 含量超标率分别为4.39%、26.37%、6.59%、12.09%、5.49%、1.10%。其中，香菜中的Cd、Cr、Pb、Zn、Cu、Ni、Hg 的平均含量，菠菜中的Cd、Cr 的平均含量，胡萝卜中的Cd 的平均含量，红油菜中的Cr 的平均含量，蒜苗中的Cr 的平均含量，豌豆尖中的Cr 的平均含量，莴笋叶中的Cr 的平均含量，油菜中的Cr 的平均含量均超过食品安全国家标准食品中污染物限量，但其他均符合国家标准。不同蔬菜中重金属含量具体详见图1。

图1 不同蔬菜中重金属的含量

2.3 蔬菜可食部位重金属污染评价由上述重金属污染评价计算结果（表2）可知，各种蔬菜主要受重金属Cr 污染，受污染蔬菜达到55.56%，其次是 Hg、Cd 和 Pb 分 别 为 16.67%、22.22%和11.11%，而As 无污染。综合污染程度处于安全范围内的蔬菜有白菜、白萝卜、白油菜、莲白、包心菜、小白菜、胡萝卜、小葱、红萝卜、红油菜、青菜、豌豆尖、莴笋叶、小青菜，其中白油菜、小葱、红油菜、青菜、莴笋叶和小青菜均受到不同程度的Cr 污染，胡萝卜受到Cd 和Hg 污染；轻微污染的蔬菜有蒜苗和油菜，均受到Cr 污染，综合污染指数分别为0.789 和0.874；而轻度污染的蔬菜有菠菜和香菜，均受到Hg、Pb、Cd 和Pb 污染，综合污染指数分别为1.185 和1.373。

表2 蔬菜重金属污染评价

2.4 蔬菜可食部位对重金属的富集能力根据相关性分析表明，蔬菜中重金属含量与土壤中重金属含量具有一定的显著性相关，因此，为了比较不同蔬菜品种对土壤重金属的吸收和累积特性的差异，利用富集系数来衡量蔬菜可食用部分对土壤中重金属元素的吸收能力，富集系数愈大，表明愈易从土壤中吸收该元素，即对该元素的富集能力愈强。由生物富集系数结果（图2）可见，总体而言，18 种蔬菜对Cd、Zn、Hg 3 种元素的富集系数平均值均超过0.04，表现出富集能力相对较强，而对其余元素则表现出富集能力相对较弱的趋势（图3）。

图2 蔬菜对重金属的富集系数平均值

图3 不同蔬菜对重金属的富集系数

蔬菜可食部分对重金属Cd、Cr、Pb、Zn、Cu、Ni、Hg、As 元素的富集系数（图2）具体规律表现如下：（1）不同蔬菜对Cd 的富集规律：不同蔬菜对Cd 的富集系数平均值为0.201 1，由高到低依次是菠菜＞香菜＞胡萝卜＞青菜＞红油菜＞莴笋叶＞白油菜＞油菜＞蒜苗＞白菜＞小葱＞小青菜＞小白菜＞莲白＞红萝卜＞豌豆尖＞白萝卜＞包心菜；其中，菠菜对Cd 的富集能力相对较强，富集系数为1.121 6，而包心菜则相对较弱，富集系数仅为0.025 8。（2）不同蔬菜对Cr 的富集规律：不同蔬菜对Cr 的富集系数平均值为0.006 3，由高到低依次是香菜＞油菜＞蒜苗＞菠菜＞红油菜＞豌豆尖＞莴笋叶＞青菜＞小葱＞白油菜＞小青菜＞白菜＞莲白＞小白菜＞胡萝卜＞白萝卜＞红萝卜＞包心菜；其中，香菜对Cr 的富集能力相对较强，富集系数为0.014 8，而包心菜则相对较弱，富集系数仅为0.001 7。（3）不同蔬菜对Pb 的富集规律：不同蔬菜对Pb 的富集系数平均值为0.003 1，由高到低依次是香菜＞菠菜＞莴笋叶＞红油菜＞油菜＞豌豆尖＞蒜苗＞青菜＞白油菜＞白菜＞白萝卜＞红萝卜＞小葱＞莲白＞胡萝卜＞小青菜＞小白菜＞包心菜；其中，香菜对Pb 的富集能力相对较强，富集系数为0.018 0，而包心菜则相对较弱，富集系数仅为0.000 1。（4）不同蔬菜对Zn 的富集规律：不同蔬菜对Zn 的富集系数平均值为0.056 5，由高到低依次是菠菜＞香菜＞豌豆尖＞胡萝卜＞莲白＞红油菜＞青菜＞白油菜＞小青菜＞小葱＞蒜苗＞包心菜＞油菜＞莴笋叶＞小白菜＞白菜＞白萝卜＞红萝卜；其中，菠菜对Zn 的富集能力相对较强，富集系数为0.268 7，而红萝卜则相对较弱，富集系数仅为0.020 2。（5）不同蔬菜对Cu 的富集规律：不同蔬菜对Cu 的富集系数平均值为0.020 7，由高到低依次是香菜＞菠菜＞豌豆尖＞小葱＞莴笋叶＞胡萝卜＞红油菜＞小青菜＞油菜＞蒜苗＞白油菜＞青菜＞小白菜＞莲白＞白菜＞包心菜＞红萝卜＞白萝卜；其中，香菜对Cu 的富集能力相对较强，富集系数为0.045 3，而白萝卜则相对较弱，富集系数仅为0.005 7。（6）不同蔬菜对Ni 的富集规律：不同蔬菜对Ni 的富集系数平均值为0.017 8，由高到低依次是香菜＞豌豆尖＞油菜＞红油菜＞莴笋叶＞莲白＞小青菜＞蒜苗＞青菜＞白油菜＞菠菜＞小葱＞白菜＞胡萝卜＞红萝卜＞包心菜＞小白菜＞白萝卜；其中，香菜对Ni 的富集能力相对较强，富集系数为0.031 1，而白萝卜则相对较弱，富集系数仅为0.006 0。（7）不同蔬菜对Hg 的富集规律：不同蔬菜对Hg 的富集系数平均值为0.048 1，由高到低依次是菠菜＞香菜＞胡萝卜＞小葱＞豌豆尖＞青菜＞白油菜＞莲白＞油菜＞小白菜＞红油菜＞小青菜＞蒜苗＞莴笋叶＞红萝卜＞白菜＞包心菜＞白萝卜；其中，菠菜对Hg 的富集能力相对较强，富集系数为0.116 4，而白萝卜则相对较弱，富集系数仅为0.010 8。（8）不同蔬菜对As 的富集规律：不同蔬菜对As 的富集系数平均值为0.009 5，由高到低依次是红油菜＞小青菜＞白油菜＞莴笋叶＞香菜＞青菜＞红萝卜＞豌豆尖＞白菜＞菠菜＞油菜＞小葱＞蒜苗＞胡萝卜＞白萝卜＞莲白＞小白菜＞包心菜；其中，红油菜对As 的富集能力相对较强，富集系数为0.027 1，而包心菜则相对较弱，富集系数仅为0.002 2。

总体而言，蔬菜可食部分对Cd、Hg 和Cr 的富集能力规律表现为叶菜类＞葱蒜类＞果菜类＞根菜类＞甘蓝类；对Pb、As 和Ni 的富集能力规律表现为叶菜类＞果菜类＞葱蒜类＞根茎类＞甘蓝类；对Cu、Zn 的富集能力规律表现为叶菜类＞果菜类＞葱蒜类＞甘蓝类＞根茎类，显然，叶菜类蔬菜对重金属元素的富集能力相对较强，而甘蓝类和根茎类则相对较弱。这表明不同蔬菜对同一种重金属元素的富集能力存在差异，或同一种蔬菜对不同重金属元素的富集能力存在差异，特别是还存在种内差异，即同种蔬菜的不同品种对重金属的富集能力也有所差异，该种内差异主要内容有待进一步深入研究。

3 讨 论

本调查发现试验区域土壤Cd 元素超标较严重，且蔬菜对Cd 元素的富集能力相对较强。土壤有机质可参与土壤重金属的氧化还原反应、络合与螯合作用，影响重金属的存在形态，进而干扰迁移、转化过程。通常土壤Cd 的有效态含量随pH 值的下降而增加，这是因为土壤pH 值降低可促进Cd 的络合态与残渣态向有效态转化[17-20]。而本试验区域土壤呈偏酸性，土壤有机质含量较丰富，平均值为32.30 g.kg-1（二级），属偏上等水平，有利于增加Cd 的活性，因而作物较容易吸收积累Cd[11]。

本试验区域蔬菜主要受重金属Cr、Hg、Cd 污染，但除了Cd 外，Cr、Hg 在农田土壤采样中并未发现含量超标的现象，因而可以认定为蔬菜生长发育过程中受到污染，污染物主要来源是外源，如农田施肥、灌溉以及农药等农业活动和工业废气等工业活动，因而建议密切监督当地工业活动和严格制定农药化肥的使用规格。叶菜类蔬菜对重金属的富集能力相对较强，而根茎类和甘蓝类蔬菜则相对较弱，以及同种蔬菜种内存在差异，利用这个特性，可以选择性地去完善种植制度和规划种植区域，减少甚至避免蔬菜受重金属的污染，保证蔬菜生产安全和降低重金属污染风险[21-23]，这一项研究具有重大的意义。

4 结 论

（1）本试验区域土壤Cd、Cr、Pb、Zn、Cu、Ni、Hg、As 含量平均值分别为四川省土壤背景值的4.05 倍、0.91 倍、1.19 倍、1.18 倍、0.90 倍、1.00 倍、1.80 倍、0.82 倍，其中土壤Cd 含量超标率达31.91%，最大超标值是限值的2.18 倍，Cd 是主要污染物，其余元素均符合国家标准。

（2）本研究区域蔬菜主要受重金属Cr、Hg、Cd 污染；综合污染程度为轻微污染的有蒜苗和油菜，轻度污染的有菠菜和香菜；通过富集系数发现，18 种蔬菜对8 种重金属元素的富集系数平均值 从 高 到 低 依 次 为Cd＞Zn＞Hg＞Cu＞Ni＞As＞Cr＞Pb，且18 种蔬菜对同一种元素的富集系数也表现显著性差异。总体上，叶菜类蔬菜如香菜对Cd、Hg、Pb、Cr、Ni、Zn、Cu 和菠菜对Cd、Hg、Zn、Pb、Cu 以及红油菜对As、Pb 富集能力相对较强，而甘蓝类和根茎类如包心菜对Cd、Hg、Cr、Pb、As、Ni、Cu 和 白 萝 卜 对Cd、Cr、Zn、Cu、Ni、Hg 及红萝卜对Zn、Cr、Cu 的富集能力则相对较弱。这表明研究区域香菜和菠菜不宜在被Cd、Hg、Pb、Cr、Ni、Zn、Cu 污染的土壤上栽培；红油菜不宜在被As、Pb 污染的土壤上栽培；包心菜、白萝卜和红萝卜可作为被 Cd、Hg、Cr、Pb、As、Ni、Cu、Zn 污染的土壤优先选种的蔬菜品种。