不同品种甘薯对镉富集能力的差异及安全风险

林芗华 胡彧娴

（漳州市农业检验监测中心 福建漳州 363000）

重金属污染是目前全球面临的重大环境问题，而且形势严峻。2015 年我国自然资源部发布的《中国耕地地球化学调查报告》显示，我国耕地重金属污染比例为8.2% ，污染面积达759 万hm2[1]。这些重金属通过植物根系在植物体内积累， 通过食物链最后进入人体，从而危害人体健康。 研究表明，镉是毒性最强的重金属污染物之一，对人的肾、肝和骨骼均有很大危害[2-3]；据不完全统计，我国镉污染的农田面积高达2.8×105hm2， 每年生产农产品中镉含量超标的达1.46×1010kg[4]。

甘薯是我国主要的粮食作物， 在粮食作物中占有较大的比重，全国各地都普遍种植。 我国甘薯产量占世界总产量的80%，是世界上主要的生产国[5-6]。 随着生活水平的提高，人们对食品安全日益重视，食用无公害的食品成为人们的日常需求。 关于甘薯不同品种对土壤中重金属的富集特性，前人已有研究[7-11]。但甘薯品种繁多并有适于栽培区域的局限性， 本试验针对漳州市9 个甘薯主栽品种，通过盆栽试验，进行甘薯在轻、 中度污染条件下对镉富集能力的研究及剖析其安全风险， 旨在为受到镉污染的耕地合理选择种植品种， 为落实受污染耕地安全利用的品种调整措施提供技术参考与依据， 以有效控制受污染耕地甘薯的质量。

1 材料与方法

1.1 试验地点与供试材料

2021 年4-10 月于漳州市长泰区陈巷镇闽圆家庭农场进行试验，盆栽试验置于该农场塑料大棚内。供试土壤的肥力水平：pH 5.68，有机质含量为19.30 g/kg，全氮含量为1.03 g/kg， 有效磷含量为143.70 mg/kg，速效钾含量为300 mg/kg。

供试甘薯品种为北京红、福薯806、龙薯601、广薯87、福宁紫3 号、龙薯116、福薯34、七里香、南非7 号，均由漳州市长泰区益民种子经营部提供。

1.2 试验方法

盆栽试验采用54 cm （长）×40 cm （宽）×25 cm（高）的泡沫箱，每个泡沫箱装土厚度为20 cm、种植3 株。 试验设置3 个处理，处理Ⅰ、处理Ⅱ、处理Ⅲ土壤进行自然晒干后充分打碎、 搅拌混合均匀， 其中处理Ⅱ、 处理Ⅲ搅拌混合均匀后分别人为添加镉盐0.3 mg/kg、0.8 mg/kg， 充分搅拌混合均匀并装入密封的塑料箱进行密湿保湿15 d 后倒出， 再次充分搅拌混合均匀。 每个处理分别采用梅花点法均匀采集土样约1.0 kg， 按 《土壤检测 第2 部分： 土壤pH 的测定》（NY/T 1121.2-2006）[12]测定土壤pH、《土壤质量铅、镉的测定 石墨炉原子吸收分光光度法》（GB/T 17141-1997）[13]测定土壤中镉全量（表1）。 水肥管理及病虫防治等措施参照当地大田常规管理。

表1 试验甘薯土壤pH 和镉含量

1.3 样品采集与测定

收获时每个处理分别采集甘薯叶、 茎、 块根鲜样，洗净晾干，然后粉碎供测试。 样品根据《食品安全国家标准 食品中镉的测定》（GB 5009.15-2014）[14]方法测定（表2）。

1.4 数据处理与分析

富集系数=（甘薯中镉含量/土壤中镉全量）×100%

采用SPSS 22.0、Excel 2007 进行数据整理与分析。

2 结果与分析

2.1 不同品种甘薯的镉含量

由表2 可知，甘薯各器官中的镉含量存在显著差异（P＜0.05）。处理Ⅰ各品种甘薯茎、叶、块根镉含量分别为0.011 8～0.060 6 mg/kg、0.008 9～0.019 5 mg/kg、0.006 0～0.016 3 mg/kg；处理Ⅱ各品种甘薯茎、叶、块根镉含量分别为0.024 4～0.122 0 mg/kg、0.010 6～0.040 1 mg/kg、0.007 7～0.026 9 mg/kg；处理Ⅲ各品种甘薯茎、叶、块根镉含量分别为0.058 6～0.348 0 mg/kg、0.012 7～0.174 0 mg/kg、0.018 6～0.057 4 mg/kg。 以南非7 号茎、叶和块根中的镉含量最高，广薯87 茎、叶中镉含量最低， 福薯34 块根镉含量在处理Ⅰ和处理Ⅱ最低，龙薯601 块根中镉含量处理Ⅲ为最低。

表2 不同品种甘薯茎、叶和块根中的镉含量（单位：mg/kg）

2.2 甘薯镉含量与土壤镉含量的相关性

3 个处理甘薯各器官中的镉含量表现为随着土壤镉浓度的增加而增加， 采用回归分析方法对各品种甘薯茎、叶和块根镉含量（y）与土壤镉全量（x）进行相关性分析，结果表明，在pH、土壤镉含量分别为5.68～5.92、0.12～0.82 mg/kg，同一品种甘薯茎、叶和块根中的镉含量（y）与土壤全镉含量（x）呈正相关，相关系数（r）为0.940 7～0.999 7（P＜0.01）（表3）。

表3 甘薯中镉含量与土壤中镉含量的相关性

2.3 不同品种甘薯对镉的富集特性

富集系数反映植物对土壤中重金属的富集能力强弱，体现为植物对土壤中重金属的富集特性，能较清楚地比较甘薯不同器官对重金属元素的吸收积累能力。由表4、图1 可知，方差分析表明供试的9 个品种甘薯各器官对土壤镉富集系数差异显著（P＜0.05）。甘薯茎对土壤镉富集系数表现为南非7 号＞龙薯601＞福薯806＞龙薯116＞七里香＞北京红＞福宁紫3 号＞福薯34＞广薯87； 甘薯叶对土壤镉富集系数表现为南非7 号＞龙薯601＞福薯806＞龙薯116＞福宁紫3 号＞七里香＞北京红＞广薯87＞福薯34；块根对土壤镉富集系数表现为南非7 号＞七里香＞福宁紫3 号＞北京红＞福薯806＞龙薯116＞龙薯601＞广薯87＞福薯34。 供试9 个品种甘薯对土壤中镉的富集系数均表现为茎＞叶＞块根。 甘薯茎的富集系数是块根的1.88～4.76 倍。

图1 不同品种甘薯对土壤中镉富集系数

表4 不同品种甘薯对土壤镉平均富集系数比较

2.4 不同品种甘薯对土壤中镉的安全风险

《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762-2017）[15]要求甘薯镉含量＜0.1 mg/kg。 由表2 可知， 处理Ⅰ和处理Ⅱ中的9 个甘薯品种各器官除南非7 号茎中镉含量超标（为0.122 mg/kg）外，其余样品均未超标； 处理Ⅲ中的9 个品种甘薯块根均未超标，北京红、福薯806、龙薯601、龙薯116、七里香和南非7 号甘薯茎中的镉含量超标， 超标率达66.7%，福薯806、龙薯601 和南非7 号甘薯叶中的镉含量超标，超标率达33.3%。

3 讨论与结论

3.1 讨论

3.1.1 不同品种甘薯对镉富集特性的差异 虽然对不同作物对土壤重金属的富集特性已有大量的研究[16-19]，但针对不同品种甘薯对重金属富集特性差异的研究还相对较少。 本研究中分析甘薯各器官镉含量可知，9 个甘薯品种各器官中土壤镉积累量显著差异（P＜0.05）。 对各器官平均富集系数分析比较可知，供试9 个品种甘薯各器官镉富集系数差异显著 （P＜0.05）， 说明不同品种甘薯对土壤中镉的累积存在显著的基因型差异，这与前人的研究一致[7-8，10，20]。

综合考虑甘薯各器官镉含量和富集系数， 本次供试甘薯在土壤pH 0.68～5.92、 土壤镉含量0.12～0.82 mg/kg 时表现为南非7 号对镉的积累能力最强，福薯34 对镉的积累能力最弱。 9 个供试品种甘薯对土壤中镉的富集能力均表现为茎＞叶＞块根。 茎的富集系数是块根的1.88～4.76 倍，说明甘薯的非食用部分比食用部分具有更强的富集能力[7]。

同一品种甘薯茎、叶和块根镉含量（y）与土壤全镉含量（x）呈正相关，相关系数（r）为0.940 7～0.999 7（P＜0.01），说明同一品种甘薯茎、叶和块根镉含量与土壤镉含量存在极显著的相关性。

3.1.2 不同品种甘薯对镉富集安全风险 根据 《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618-2018）[21]耕地类别的划分标准，耕地土壤5.5＜pH≤6.5 时， 镉全量的风险筛选值为0.3 mg/kg。本次试验设计的3 个处理土壤镉含量分别为0.12 mg/kg、0.39 mg/kg、0.82 mg/kg，分别为轻、中度污染。 试验结果表明， 在土壤镉含量为0.12 mg/kg、0.39 mg/kg、0.82 mg/kg 时9 个供试甘薯品种镉含量（＞0.1 mg/kg）分别出现了0、1 个和6 个样品超标，超标率分别为0、11.1%、66.6%。 超标样品均出现在甘薯茎和叶中，3 个处理块根镉含量均未出现高于0.1 mg/kg 的限量标准，说明土壤5.5＜pH≤6.5、镉含量为0.12～0.82 mg/kg 的条件下，块根对土壤镉的富集能力较弱，存在质量安全风险较低。 但从试验结果可以看出，随着土壤镉含量的增加，甘薯存在质量安全风险随之提高，在土壤pH 5.86、镉含量为0.82 mg/kg时样品超标率明显提高， 因此在土壤镉中度污染的情况下仍然需要监控甘薯镉的质量安全风险。 有研究表明[22]镉在福建一般耕地土壤中均处于中等危害水平，对生态风险贡献最大。 因此为避开甘薯镉含量超标的安全风险， 应根据耕地土壤受镉污染的背景值选择镉富集能力较低的品种种植， 并加强土壤镉污染的管控。

需要指出的是， 鉴于本试验研究的局限性及耕地土壤环境条件的复杂性等， 此结论还有待于进行深入示范试验进一步予以验证。

3.2 结论

综上所述， 本研究中供试的9 个甘薯品种在弱酸性 （5.5＜pH≤6.5） 耕地土壤中镉含量为0.12～0.82 mg/kg，同一品种甘薯茎、叶和块根镉含量（y）与土壤镉含量（x）呈正相关，相关系数（r）为0.940 7～0.999 7（P＜0.01），相关性极显著。 不同品种甘薯茎、叶、块根对镉的富集能力差异显著（P＜0.05）。 9 个供试甘薯品种中南非7 号对镉富集能力最强， 福薯34对镉富集能力相对较弱， 甘薯各器官对镉的富集能力的强弱均表现为茎＞叶＞块根。 虽然甘薯可食部分块根存在质量安全风险较低， 土壤镉中度污染的情况下仍然需要监控甘薯镉的质量安全风险。