蔬菜產地土壤重金屬污染修復技術研究

王宗亞，李江遐，葉文玲，魯洪娟，李 丁，馬友華

(1.安徽農業大學 資源與環境學院，安徽 合肥 230036；2.格豐環保科技有限公司，安徽 蕪湖 241080)

蔬菜是一種日常飲食中必不可少的食物，能提供人體必需的90%的維生素C和60%的維生素A。隨著生活水平的提高，人們開始越來越重視膳食營養，蔬菜每年的消費量也在逐年增加。研究表明，長期堅持食用蔬菜還可以預防、治療一些慢性疾病，目前也有很多這方面的研究。

我國是蔬菜生產和消費大國，截至2014年底全國蔬菜種植面積達到2128.9萬hm2，單產也達到最大值的35701.76 kg/hm2。僅2015年一年，我國蔬菜產量就達到77403.56萬噸，年進口總量達27萬噸，出口總量達1019萬噸，同期國內蔬菜消費總量達84032萬噸。但隨著我國工業化、城市化進程的不斷加快，我國的蔬菜產地土壤環境污染狀況越來越不容樂觀，尤其是蔬菜產地土壤重金屬污染問題的日益突出，導致我國蔬菜的安全生產也受到了一定影響[1]。龔夢丹等對杭州市30種代表性蔬菜產地進行采樣后檢測的結果顯示，Cd、Cr、Pb等重金屬元素對蔬菜地土壤的污染，使部分根莖類和茄果類蔬菜受到了較為嚴重的重金屬污染[2]；周開勝對蚌埠市及其周邊地區的蔬菜產地污染調查的結果也顯示，在重金屬污染的蔬菜地土壤中，各類蔬菜的鉛、鉻、鎘含量均高于國家食品安全標準[3]。

蔬菜地重金屬污染問題越發嚴重，也受到了社會的廣泛關注，關于蔬菜產地土壤重金屬污染修復相關技術的研究也顯得越發重要。本文就目前應用較為廣泛的蔬菜地土壤重金屬修復技術進行綜述，主要分為原位鈍化技術、低積累品種和種類的篩選、農田農藝與生態修復技術四個方面。

1 蔬菜地土壤重金屬污染主要來源

重金屬一般主要通過重金屬在土壤-蔬菜間的遷移進入蔬菜，蔬菜中的Cd、Hg、Cu、Zn等主要都來自土壤。這些重金屬會通過蔬菜的同化作用，在蔬菜的根、莖、葉和果實中積累[4-7]。

蔬菜地土壤中重金屬污染主要來源于二次利用的城市污泥、重金屬含量超標的水源灌溉、化肥和農藥的不合理施用、礦區排污、未經無害化處理的固廢排放等，導致大量Cd、Pb、As等重金屬進入到蔬菜地土壤中，影響蔬菜正常生長[8]。此外，大氣沉降也是蔬菜地土壤重金屬污染的重要來源，主要包括工業生產排出的大量廢氣、粉塵以及交通運輸中汽車尾氣的排放等[8-9]。

此外，畜禽糞便的不合理施用也會造成蔬菜地土壤重金屬污染。畜禽糞便作為一種良好的有機肥料，可以通過改善土壤的結構和肥力，促進蔬菜生長，但如果過量使用或處理不當，就會造成蔬菜地土壤的重金屬污染。調查結果顯示，我國農田土壤中69%Cu和51%Zn污染來自于畜禽糞便[10-11]。

2 蔬菜地土壤重金屬原位鈍化技術

原位鈍化技術是目前輕度污染(安全利用類)蔬菜產地土壤重金屬污染修復中較為常見的一種。蔬菜地土壤重金屬原位鈍化技術是以不影響蔬菜正常生產為前提，通過向重金屬污染蔬菜地中添加農業、工業生產中產出的一些副產物來降低蔬菜地土壤重金屬的遷移性、生物有效性或使其轉化為毒性較弱的形態，以達到減輕其對蔬菜地危害目的一種蔬菜地土壤重金屬修復措施[12-14]。鈍化劑的添加雖然不能將重金屬從土壤中去除，但是可以影響其在土壤中的形態分布，通過將土壤中可提取態的重金屬轉化為殘渣態，最終使蔬菜中重金屬含量得到降低，達到蔬菜安全生產的目的[15]。

蔬菜地常用鈍化劑一般分為三種：無機類、有機類和微生物類[16-17]。

無機類鈍化劑方面，李明等鈍化劑酸性Cd污染蔬菜地土壤的原位鈍化修復試驗結果顯示，CaCO3或CaO的施用均能顯著降低蔬菜地土壤有效態Cd含量，與對照相比分別降低了87.8%和78.1%；同時，CaCO3或CaO的施用能明顯降低白蘿卜中的Cd含量，降低率達59.8%和65.8%，使白蘿卜中Cd含量穩定地降低到食品安全國家標準污染物限值以下[18]。胡卉等的研究結果也顯示，主要成分為海泡石含重金屬鈍化劑的蔬菜專用復合肥能有效降低土壤有效態Cd含量，前三季土壤有效態Cd含量相較于當地習慣施肥降低率達16.2%、31.3%與34.0%，同時前三季種植的小白菜中Cd含量相較于當地習慣施肥也有明顯降低，降低率達13.6%、29.7%與33.6%[19]。

有機類鈍化劑方面，畢冬雪等的研究表明[20]，不溶性胡敏酸的添加可以降低土壤中有效態Cd含量，2%的添加量可將CaCl2提取態Cd從0.103 mg·L-1降至0.086 mg·L-1。孟莉蓉等的小白菜盆栽試驗結果顯示，通過添加生物炭可以促進土壤中重金屬Cd和Pb從弱酸提取態向可氧化態和殘渣態轉化以達到鈍化的效果，最終使小白菜地上部Cd、Pb 含量得到降低[21]。

微生物類鈍化劑方面，蘭翔等的試驗結果表明[22]，在土壤中接種產黃頭孢霉(CC)和頭孢霉(SP)兩種真菌可以使土壤中交換態、碳酸鹽結合態和鐵錳結合態 Cd、Pb含量得到降低以達到鈍化的效果，最終使小白菜植株內Cd、Pb 含量及累積量得到降低。

以上三種類型鈍化劑均能對蔬菜地土壤重金屬原位鈍化修復起到不同程度作用。而大部分研究顯示，有機無機復配、微生物-化學聯合修復的效果要高于單一類型鈍化劑的使用[23-27]。不同類型鈍化劑聯合使用的組合、用量等方面的研究也成為目前蔬菜地土壤原位鈍化技術的主要研究方向。

3 重金屬低積累蔬菜種類和品種篩選

3.1 重金屬低積累蔬菜種類篩選

除去蔬菜地土壤重金屬的原位鈍化修復技術外，選擇重金屬低積累的不同蔬菜種類和品種也是重金屬污染蔬菜地修復的有效措施。

翁城武的研究結果表明，蔬菜對不同種類重金屬的吸收、富集有較大差異。從對重金屬的富集來看，大部分蔬菜對Sr、Mo、Cd 的吸收、富集程度較高，As、Cr、Pb 的吸收、富集程度較低。說明 Sr、Mo、Cd 元素在土壤和蔬菜內部遷移能力較強，容易被蔬菜吸收，As、Cr、Pb 的遷移性較差，不易被蔬菜吸收[28]。以上結果表明，可以通過檢測安全利用類蔬菜產地土壤中的主要重金屬污染元素來決定當地蔬菜種類的種植。

韓峰等對根菜類、葉菜類、茄果類、瓜類、豆類共5類12種蔬菜相同條件下對土壤重金屬的富集差異進行了研究[29]；周建昌等對大宗消費蔬菜種類，共25種101批次進行了重金屬積累規律研究[30]。以上研究結果表明，不同種類的蔬菜對于同種類重金屬元素的富集程度也是不同的，蔬菜對大多數重金屬元素的富集能力，一般是葉類蔬菜>根莖類>瓜果類。此外，有研究表明不同種類的蔬菜對不同種類重金屬富集程度也是不同的，薯芋類、根莖類、葉菜類蔬菜對于 Cd、Cr、As、Pb吸附性較強，而茄果類對于Hg吸附性較強[30]。利用這些研究結果，可以針對不同類型重金屬污染蔬菜地選取富集程度低的蔬菜種類進行種植。

3.2 重金屬低積累蔬菜品種篩選

除蔬菜種類外，同種蔬菜不同品種和不同基因型對同種重金屬的積累也有一定差異，通過試驗篩選出重金屬含量符合國家食品安全標準(GB 2762—2017)的低積累品種蔬菜并加以推廣種植，可以有效控制中、輕度污染蔬菜地的安全生產，達到修復的效果。蔬菜耐重金屬品種篩選是指通過在受到重金屬污染的土壤上種植不同品種的蔬菜，通過檢測重金屬在各蔬菜品種中的積累水平，來選擇出重金屬積累水平在安全食用范圍之內的蔬菜品種在當地進行種植[31-32]。

研究表明，在相同程度Cd污染條件下，因基因型的不同，白菜對Cd的積累存在一定差異[33-34]。除了因基因型差異產生積累差異的蔬菜品種外，也存在積累部位不同而產生積累差異的蔬菜品種。研究表明不同品種的小白菜、番茄、蘿卜、茄子等蔬菜在相同程度Cd污染蔬菜地上種植，向可食用部分遷移的Cd含量存在高低差異[35-37]。利用這些研究結果，可以在安全利用類蔬菜地上選取低積累蔬菜品種進行種植，保證安全生產。

4 蔬菜產地農田農藝與生態修復技術

4.1 間作替換單作

種植模式的不同對蔬菜重金屬的吸收富集有造成很大的影響。楊暉等(2012)選取了5類7種蔬菜與雞眼草進行間作試驗，結果表明，間作可以有效減少大部分蔬菜中的Cd、Pb含量[38]；在重金屬污染的蔬菜地中，蔬菜與超積累植物的間作可以有效降低蔬菜可食用部分的重金屬含量，葉菲(2007)試驗結果表明，和超積累植物油菜的互作與單作相比可以有效減少小白菜可食用部分的Cd含量[39]。

4.2 優化水肥管理措施

不同水肥管理措施會影響蔬菜地土壤理化性質和重金屬形態，進而影響蔬菜對重金屬的吸收。

不同水分管理模式會影響蔬菜地的pH、氧化還原電位(Eh)、陽離子交換量(CEC)和質地等土壤理化性質，從而影響到重金屬向蔬菜內轉移量。Tack F M(2017)的試驗結果顯示，在土壤中總Cd含量為0.45 mg/kg條件下，在菠菜的需水時期限制供水，菠菜中Cd含量會有所升高[40]。雖然大部分蔬菜都是旱地種植，但對如菠菜等蔬菜進行淹水種植，可以有效降低可食用部分重金屬含量。

不同種類化肥的化學性質存在著很大的差異，施入后會改變蔬菜地土壤的pH值、氮磷鉀含量等基本理化性質從而影響土壤中重金屬的生物有效性，進而影響蔬菜對重金屬的吸收[41]。崔俊義和梁芳的研究表明，生物有機肥和鈣鎂磷肥一定程度上能降低土壤中重金屬有效態含量[42-43]。使用這些能對重金屬修復產生影響的肥料對普通化肥進行部分替代施用，可以達到一定的重金屬修復效果。

4.3 深松作業

深松作業是指對蔬菜地土壤重金屬污染耕地進行深翻，均勻混合土壤，將聚集在耕作層土壤中的重金屬分散到更深的土壤層中，降低耕作層土壤中重金屬濃度，減少蔬菜對重金屬的富集。這種修復技術適用于土壤重金屬背景值較低或者土壤底層重金屬濃度較低的污染蔬菜地。

深松作業可以與鈍化劑聯合使用。在鈍化劑施入土壤后進行深松作業，使鈍化劑與土壤充分接觸，更好地發揮鈍化作用。

4.4 施用石灰，調節土壤pH

在蔬菜地土壤中添加生石灰，除了調整土壤 pH值外，還能與重金屬產生化學反應，生成碳酸鹽、氫氧化物沉淀，使蔬菜的重金屬富集量減少，達到修復的效果。但在蔬菜地大量施用生石灰可能會導致土壤有機質分解過速、腐殖質不易積累，改變土壤結構，在表土層下形成碳酸鈣和氫氧化鈣膠結物的沉淀層，反而會影響蔬菜生長，減少蔬菜產量。針對這種情況，一些地區開始嘗試用碳酸鈣代替生石灰施用。李明等(2018)試驗結果表明，在Cd含量平均為1.06 mg·kg-1、pH 平均為5.47的蔬菜菜地上施用4500 kg·hm-2CaCO3或3000 kg·hm-2CaO，可以顯著提高土壤pH，并顯著降低土壤有效態Cd含量，也能顯著降低蔬菜中Cd含量[18]。

5 總結與展望

每種修復技術都有自己的優勢與劣勢，原位鈍化修復效果顯著，但持續性較差，長期大量施用還可能影響生態平衡；農藝管理措施雖然能保證長久改善土壤環境質量，但效果較慢。所以在目前的蔬菜地重金屬修復研究中，更多是不同技術的聯合的修復效果的研究，如鈍化劑-低積累品種聯合修復、鈍化劑-農藝管理措施聯合修復等。

近年來，我國蔬菜產業穩定發展，種植技術也在穩步提高，但蔬菜地重金屬污染的日益加重也給蔬菜的產業發展帶來了重大挑戰。

為了保障蔬菜的安全生產，在研究方面，開發適應我國蔬菜地重金屬污染現狀的修復方法，與傳統修復方法、管理模式相結合，打造一套適合我國蔬菜地重金屬污染修復模式。在規定方面，應實行蔬菜地重金屬污染調查-蔬菜農產品重金屬檢測-蔬菜地重金屬修復技術規范的技術規定，首先對蔬菜地土壤的污染面積、污染類型和污染程度進行詳細調查，明確哪些蔬菜地屬于重金屬污染蔬菜地；而后對調查重金屬污染蔬菜地生產的蔬菜進行重金屬含量的監測，保證其重金屬含量低于國家食品安全標準；如蔬菜重金屬含量不符合國家食品安全標準要求，則需對重金屬污染蔬菜地進行重金屬修復，同時對重金屬修復的技術進行標準化規范，以避免對重金屬修復效果不明顯或修復材料使用過量導致不必要浪費的同時對土壤和作物產生影響等現象的發生。在政策方面，除支持蔬菜地重金屬污染修復技術開發的相關政策外，也要針對蔬菜地的重金屬污染擬定有效態、全量等相關標準。