土壤調(diào)理劑對蔬菜鎘吸收的影響研究

林子江，賈 燕，夏 迪，曾經(jīng)文，蔡倩怡，趙坤榮

（1.韶關(guān)市環(huán)境污染控制技術(shù)中心，廣東 韶關(guān) 512026；2.環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所，廣東 廣州 510655）

隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加快，土壤重金屬污染問題日趨嚴(yán)重［1-2］。其中鎘（Cd）已成為我國土壤污染中危害最大、面積最廣的重金屬之一［3-4］。我國鎘污染形式十分嚴(yán)峻，調(diào)查結(jié)果表明［5］，我國已有1.4萬hm2的耕地受到鎘污染，其中有11處污灌區(qū)達(dá)到生產(chǎn)鎘米的程度。土壤中的鎘主要來源于污水灌溉、含鎘肥料使用、污泥施肥和工業(yè)活動等，具有移動性差、毒性強(qiáng)的特點(diǎn)［6-8］。鎘極易被植物吸收，影響植物正常生理代謝活動，導(dǎo)致作物減產(chǎn)或死亡［9］。環(huán)境中的鎘可通過食物鏈富集最后進(jìn)入人體，嚴(yán)重危害人類健康。

由于結(jié)構(gòu)、生理特性的差異，不同種類蔬菜吸收土壤中重金屬的能力存在一定差異［10-11］，一般認(rèn)為，對Cd的吸收累積順序?yàn)楣麑?shí)類＜塊根類＜葉菜類。而Cd含量在同種植物不同部位的分布也存在差異，大多數(shù)植物的累積分布順序?yàn)椋汗麑?shí)＜葉＜莖＜根［12］。由于Cd主要通過在植物可食用部分的累積向人體遷移，因此控制重金屬鎘向蔬菜可食用部分的遷移是治理土壤鎘污染的重要辦法［13］。目前關(guān)于調(diào)理劑的施用對植物吸收重金屬的研究較多。李平等［14］采用室內(nèi)培養(yǎng)的方法探究不同改良劑對土壤重金屬Cu和Cd形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響，發(fā)現(xiàn)改良劑的施用能降低重金屬生物可利用性，促進(jìn)重金屬從有效態(tài)向某些潛在有效態(tài)或無效態(tài)的轉(zhuǎn)變。周航等［15］探究了兩種改良劑對土壤重金屬（Pb、Cd、Cu和Zn）形態(tài)及水稻吸收重金屬特性的影響，發(fā)現(xiàn)改良劑明顯降低了土壤中重金屬TCLP提取態(tài)含量，降低了水稻對重金屬的吸收。

本研究針對鎘污染菜地，采用田間對比試驗(yàn)，選擇土壤調(diào)理劑作為鎘污染土壤的改良劑，探討其對鎘污染土壤上不同種類蔬菜可食用部分鎘含量的影響，旨在為鎘污染土壤的修復(fù)和治理以及提高鎘污染土壤上蔬菜的品質(zhì)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地位于某鉛鋅礦（已停止運(yùn)營）下游2 000 m左右，之前長期受鉛鋅礦污染水體灌溉影響，已經(jīng)荒廢多年，pH較低，有機(jī)質(zhì)含量較高，常規(guī)蔬菜和經(jīng)濟(jì)作物已無法正常生長。土壤類型屬于磚紅壤，其基本性質(zhì)為：試驗(yàn)土壤pH為4.66，表現(xiàn)出強(qiáng)酸性；有機(jī)質(zhì)含量9.42%，堿解氮含量201.6 mg/kg，有效磷含量11.58 mg/kg，速效鉀含量157 mg/kg，土壤中鎘含量為1.08 mg/kg左右，超過了《國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的三級標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限量值（1 mg/kg），是標(biāo)準(zhǔn)限值的1.08倍，說明試驗(yàn)地屬于受到酸污染和鎘污染的復(fù)合污染土壤。

供試調(diào)理劑以硅石、粘土、海泡石、白云石為基本原料，采用高溫煅燒法超細(xì)磨粉等技術(shù)，利用現(xiàn)有水泥生產(chǎn)線燒制而成，其基本性質(zhì)為：pH 12.4，總Cd含量為0.05 mg/kg，有效態(tài)Cd含量小于0.005 mg/kg，Ca含量為37.6 mg/kg，Mg含量為 0.5 mg/kg，Si（SiO2）含量為 1.2 mg/kg。

選擇種植當(dāng)?shù)刂饕氖卟耍鶕?jù)蔬菜的可食用部分分為3類：一是果實(shí)類，包括豆角、黃豆、黃瓜、甜瓜、辣椒；二是葉菜類，包括菜心、芥藍(lán)；三是塊根類，包括生姜。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)示范區(qū)包括試驗(yàn)小區(qū)、隔離行、排水渠和保護(hù)行。田間試驗(yàn)農(nóng)田排水灌溉措施較完善。灌溉水為修建的農(nóng)田溝渠，經(jīng)檢測復(fù)合農(nóng)田灌溉的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)期間降雨較正常，農(nóng)田的耕作條件較好。根據(jù)時間種植當(dāng)?shù)禺?dāng)季品種蔬菜，按照正常的田間管理，在適當(dāng)時候進(jìn)行相應(yīng)的追肥、灌溉、除草和噴施農(nóng)藥等。試驗(yàn)設(shè)每667 m2添加土壤調(diào)理劑300、600 kg和空白對照3個處理（分別表示為T1、T2和CK），每個處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積60 m2（長10 m，寬6 m）。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

pH的測定方法參照《土壤pH測定》（NY/T1121.2-2006），Ca、Mg、Si含量的測定方法參照《土壤調(diào)理劑 鈣、鎂、硅含量的測定》（NY/T2272-2012），有效態(tài)鎘含量的測定方法參照《土壤質(zhì)量 有效態(tài)鉛和鎘的測定 原子吸收法》（GB/T 23739-2009），鎘含量的測定方法參照《土壤質(zhì)量 鉛、鎘的測定 石墨爐原子吸收分光光度法》（GB/T 17141-1997）。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤調(diào)理劑對果實(shí)類蔬菜鎘含量的影響

在加入土壤調(diào)理劑前，不同種類蔬菜果實(shí)中鎘含量有較明顯的差異。對鎘的吸收累計(jì)順序?yàn)辄S豆＞甜瓜＞辣椒＞豆角＞黃瓜。我國食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)《食品中污染物限量》（GB2762-2012）規(guī)定，新鮮蔬菜（葉菜蔬菜、豆類蔬菜、塊根和塊莖蔬菜、莖類蔬菜、黃花菜除外）中鎘限量指標(biāo)為0.05 mg/kg，葉類蔬菜為0.1 mg/kg，豆類蔬菜、塊根和塊莖蔬菜、莖類蔬菜（芹菜除外）為0.1 mg/kg。從試驗(yàn)結(jié)果可知，未加入土壤調(diào)理劑前，黃豆、甜瓜和辣椒中鎘含量超過了國家標(biāo)準(zhǔn)的限制，其鎘含量分別是標(biāo)準(zhǔn)限值的2.09倍、1.32倍和1.24倍；豆角和黃瓜中鎘含量均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。

從圖1可以看出，與對照相比，添加土壤調(diào)理劑對蔬菜果實(shí)中鎘的含量有明顯的影響。T1處理所有蔬菜果實(shí)中鎘含量有不同程度的下降，鎘含量順序?yàn)辄S豆＞辣椒＞甜瓜＞豆角＞黃瓜，其中黃豆中鎘含量的降低效果最明顯，降幅達(dá)到68.9%，達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)；甜瓜中鎘含量降低27.3%，達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)。隨著土壤調(diào)理劑投加量的增多，不同種類果實(shí)中鎘含量變化差異明顯。T2處理與空白對照相比，黃瓜中鎘含量有一定程度的增加，其升高的機(jī)理有待進(jìn)一步研究；其余種類果實(shí)中鎘含量均有所下降。與T1處理相比，豆角和黃瓜中鎘含量有所降低，黃豆和辣椒中鎘含量有所增加。說明投加量對果實(shí)類蔬菜中鎘含量有影響，不同種類的蔬菜最佳投加量不同。

圖1 土壤調(diào)理劑對果實(shí)類蔬菜中鎘含量的影響

2.2 土壤調(diào)理劑對葉菜類蔬菜鎘含量的影響

根據(jù)食品中鎘的允許量標(biāo)準(zhǔn)，葉類類蔬菜中鎘的限制標(biāo)準(zhǔn)為0.2 mg/kg。從葉菜類蔬菜中鎘的含量（圖2）來看，菜心、芥藍(lán)和油麥菜均有不同程度的超標(biāo)，超標(biāo)率大小為油麥菜（8.25倍）＞芥藍(lán)（4.68倍）＞菜心（1.425倍）。與對照相比，添加土壤調(diào)理劑后葉菜類蔬菜鎘含量有了明顯下降，其中T1處理菜心中鎘含量降低至0.154 mg/kg，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)值，其他作物的鎘含量均超過了國家標(biāo)準(zhǔn)值。這主要與作物對鎘吸收能力有關(guān)。有研究表明［16-17］，葉菜類蔬菜對鎘吸收和富集能力較強(qiáng)；何江華等［18］通過調(diào)查廣州蔬菜生產(chǎn)基地土壤和重金屬污染情況，結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對不同蔬菜富集鉛、汞和鎘的能力進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)葉菜類和莖類蔬菜對鎘的富集能力較強(qiáng)，其富集系數(shù)在0.0774～0.1520之間。

圖2 土壤調(diào)理劑對葉菜類蔬菜中鎘含量的影響

2.3 土壤調(diào)理劑對塊根類蔬菜（生姜）鎘含量的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，空白對照生姜中鎘含量為0.631 mg/kg，T1、T2處理生姜中鎘含量分別降為0.233 mg/kg和0.361 mg/kg，降低幅度分別達(dá)63.1%和42.8%，但均高于國家標(biāo)準(zhǔn)的限定濃度（0.1 mg/kg）。

2.4 土壤調(diào)理劑對不同種類蔬菜鎘吸收的影響

由于鎘在環(huán)境中移動性較強(qiáng)，植物對鎘的吸收能力也較強(qiáng)。但由于遺傳特性的不同，蔬菜對土壤中鎘的吸收能力也不同。從圖3可以看出，葉菜類蔬菜吸收鎘能力較強(qiáng)，平均含量為0.957 mg/kg；其次為塊根類蔬菜，平均含量為0.631 mg/kg；最后為果實(shí)類蔬菜，平均含量為0.082 mg/kg。添加土壤調(diào)理劑后，蔬菜中的鎘含量都有不同程度的下降。其中，豆角、黃豆、生姜、芥藍(lán)、甜瓜的鎘含量降低效果明顯，平均降低47.13%，油麥菜平均降低16.4%，對黃瓜、辣椒鎘含量降低不明顯。

根據(jù)食品中鎘的允許量標(biāo)準(zhǔn)，未加入土壤調(diào)理劑前，果實(shí)類蔬菜中豆角和黃瓜中鎘含量較低，能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，其余蔬菜均超過相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)限值；每667 m2加入300 kg調(diào)理劑后，葉菜類蔬菜中的菜心及果實(shí)類蔬菜黃豆、甜瓜、豆角、黃瓜均能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)；每667 m2加入600 kg調(diào)理劑后，只有果實(shí)類蔬菜（除黃豆和辣椒外）能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。綜上所述，在鎘污染的土壤中，果實(shí)類蔬菜中可食用部分鎘含量較低，較適宜種植。

圖3 土壤調(diào)理劑對不同種類蔬菜鎘吸收的影響

3 結(jié)論與討論

本次田間試驗(yàn)中，土壤調(diào)理劑的施加對不同植物的鎘吸收效果具有不同的影響。其中，豆角、黃豆、生姜、芥藍(lán)、甜瓜的鎘含量降低效果明顯，平均降低47.13%，油麥菜為16.4%，對黃瓜、辣椒中鎘含量降低效果不明顯。施加土壤調(diào)理劑能降低蔬菜中鎘含量主要機(jī)理可能有：由于重金屬主要通過植物根系上的吸收位點(diǎn)向植物體運(yùn)輸，而土壤調(diào)理劑主要成分為Ca、Mg和Si；鈣能與鎘競爭吸收位點(diǎn)，從而阻止鎘向植物的遷移，抑制植物對鎘的吸收；硅能促進(jìn)鎘的形態(tài)轉(zhuǎn)變，提高植物的抗逆性，改善作物品質(zhì)。張麗娜等［19］通過水培實(shí)驗(yàn)探究了硅對水稻幼苗生長和鎘吸收的影響，發(fā)現(xiàn)施加一定量的硅能夠有效抑制水稻幼苗對鎘的吸收。李彩［20］探究了硅對不同品質(zhì)水稻的鎘吸收特性及土壤吸附解析鎘的影響，結(jié)果表明施加硅能有效提高土壤中的殘?jiān)鼞B(tài)、可氧化態(tài)鎘含量，降低可還原態(tài)和酸可提取態(tài)鎘含量，降低了鎘的生物可利用性，抑制植物對鎘的吸收。土壤調(diào)理劑pH為12.4，每667 m2施加量分別為300、600 kg，能有效提高土壤pH。pH的升高一方面會促進(jìn)土壤中的重金屬沉淀［21］，另一方面可以改良土壤結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)土壤的物理、化學(xué)和（或）生物性質(zhì)，提高土壤肥力等［22］。

從蔬菜中可食用部分鎘含量來看，未加入調(diào)理劑前，果實(shí)類蔬菜中鎘含量較低，每667 m2加入300 kg調(diào)理劑后，所有果實(shí)類蔬菜（除辣椒外）中鎘含量均能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，較適宜種植在鎘污染的土地中。這與前人的研究結(jié)果相似，歐陽喜輝等［23］研究不同種類蔬菜對土壤鎘的吸收能力，發(fā)現(xiàn)不同品種蔬菜對鎘的吸收能力有顯著差異，葉菜類的吸收能力大于果菜類蔬菜，油菜吸收鎘能力最強(qiáng)。張微［24］通過盆栽實(shí)驗(yàn)研究不同種類蔬菜對Cd的吸收與累積差異，發(fā)現(xiàn)果實(shí)類蔬菜（番茄、黃瓜）綜合品質(zhì)較好，鎘累積性較低，較適宜種植在鎘含量相對較高的菜田。

綜上所述，施用土壤調(diào)理劑可作為綜合治理重金屬污染土壤修的主要措施之一，但是大量或者長期施用土壤調(diào)理劑可能會引起土壤中鈣、鉀、鎂等營養(yǎng)元素的平衡失調(diào)而導(dǎo)致作物減產(chǎn)。因此土壤調(diào)理劑的施加對土壤理化性質(zhì)、重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)變的影響及其土壤調(diào)理劑的最佳投加量及施用技術(shù)還有待進(jìn)一步研究。