成都市小春蔬菜對土壤重金屬的富集特性分析

張 成，李 根，朱文杰，何 斌，肖欣娟，陳媛媛，吳國艷，鄭羅崇都*

（1.成都市農業技術推廣總站，四川成都 610041；2.都江堰市農業農村局，四川成都 611830）

蔬菜是人們日常飲食中必不可少的食物之一，可提供人體所必需的多種維生素和礦物質等營養物質。成都市因地處成都平原，土壤肥沃，水系發達，光照溫度適宜，成為四川乃至全國重要的蔬菜生產基地。根據全國經濟作物生產調度系統數據，截至2019年底成都市蔬菜種植面積16.97 hm2，年產量591.98 萬t。隨著蔬菜的日常需求及政府扶持力度不斷加大，成都市蔬菜種植規模持續擴大，產量與產值逐年提升，人們對蔬菜安全生產的要求也隨之提高。近年來，隨著工業化和城鄉一體化的逐步發展，部分工業“三廢”、城市生活垃圾及化肥農藥等農業投入品中的重金屬，通過農事操作和大氣沉降等途徑不斷進入土壤環境，導致土壤中重金屬含量呈現出日益增高及復合污染的趨勢。受到重金屬污染的蔬菜作物將長期處于重金屬脅迫環境中，作物光合作用速率和呼吸速率降低；大部分重金屬能與植株體內許多酶產生螯合作用，破壞了酶活性，影響蔬菜作物的正常生長，人們食用了受到重金屬污染的蔬菜產品也將直接影響身體健康。因此，持續對土壤安全利用進行研究，對于農產品重金屬富集特性研究具有積極意義[1]。

不同蔬菜對土壤中各類重金屬的吸收能力不同。現有研究報道表明，鎘（Cd）相對于其他重金屬更容易在茄果類蔬菜中富集[2]，而銅（Cu）、鉛（Pb）更易在葉菜類蔬菜中富集[3]。蔬菜吸收土壤中的重金屬后，大多儲存在根系中，只有少部分轉移到地上部。現有研究表明：地上部分重金屬富集能力顯著低于根系，一般來說葉菜類蔬菜食用部分的重金屬含量顯著低于根菜類蔬菜，但葉菜類蔬菜整體重金屬富集能力強于根菜類蔬菜。不同的重金屬在土壤和蔬菜中的遷移和富集模式也不同，某些重金屬在土壤和蔬菜中分布較為穩定，某些重金屬含量會因土壤類型和種植的蔬菜類型不同存在較大差異。利用不同品種蔬菜富集重金屬的差異特性，選擇不同類型的蔬菜種植于重金屬污染的菜地，指導人們進行無公害蔬菜栽培和安全生產，可以達到從源頭上控制土壤重金屬進入蔬菜可食部位的目的。因此，對蔬菜中重金屬的富集特性研究具有重要的理論及實際意義。

本文以成都市7 個蔬菜種植區域土壤及種植的小春蔬菜為對象，進行重金屬富集特性分析，旨在弄清成都市各類小春蔬菜對于土壤重金屬的吸收富集現狀及特征，以期為蔬菜安全生產、重金屬低積累蔬菜品種選育及蔬菜產業健康可持續發展提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料及樣品

2019—2020 年按照隨機和多點混合的原則，在成都市金堂縣、彭州市、天府新區、都江堰市、郫都區、青白江區和溫江區等7 個主要蔬菜產區采集基礎土壤樣品。采樣方法為棋盤法，采集0～20 cm 耕作層土壤樣品，多點混勻，四分法保留混合樣1 kg 備用，土壤樣品的采集與制備均按照《農田土壤環境質量監測技術規范》（NY/T 395—2012）進行。同時采集當地種植的主要蔬菜樣品，包括白菜、大蒜、萵筍、甘藍、生菜、抱子芥、韭菜。樣品采集時間均為各類蔬菜當季采收期，蔬菜樣品采集后立即帶回，保存于4 ℃冰箱，用于鎘（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、砷（As）、汞（Hg）等5項重金屬含量的測定。

1.2 測定項目及方法

1.2.1 土壤樣品

基礎土壤樣品測定指標包括pH、有機質、全氮、有效磷、速效鉀、陽離子交換量（CEC）等6 項養分指標和重金屬鎘、鉛、鉻、砷、汞等5項重金屬指標。pH 值采用pH 計法測定，水土比為2.5∶1；有機質含量采用重鉻酸鉀-硫酸消化法測定；全氮含量采用凱氏定氮法測定；有效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定；陽離子交換量采用EDTA-乙酸銨鹽交換法測定；土壤重金屬鎘、鉛、鉻、砷、汞的測定使用原子熒光分光光度法、原子吸收分光光度法進行。

1.2.2 蔬菜樣品

蔬菜樣品測定指標為鎘、鉛、鉻、砷、汞等5種重金屬含量，測定方法同基礎土壤樣品重金屬測定方法。

1.3 數據處理與評價標準

1.3.1 土壤養分評價標準

土壤養分分級標準參照全國第二次土壤普查養分分級標準，詳見表1。

表1 土壤養分分級標準

1.3.2 富集系數計算

富集系數（BCF，Bioconcentration factor）是指某種重金屬在植物體內與土壤中含量的比值，它反映了植物對土壤中該重金屬元素的積累能力，BCF 值越小，則植物對該種重金屬的積累能力越弱，土壤抗重金屬污染的能力越強。

計算公式為：

式（1）中，mcv表示蔬菜中的重金屬含量；mcs表示土壤中的重金屬含量。

試驗中所有數據均采用Excel 2010、SPSS 20.0 軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同區域的土壤基礎養分

7個蔬菜種植區域的土壤基礎養分測試情況見表2、表3。可以看出，7個地區主要土壤利用類型為旱地和水田，土壤pH值在5.89～7.09，為弱酸性至中性，以中性土壤居多。從土壤有機質含量檢測數據中可以發現，天府新區種植白菜和生菜的菜地是各樣點中最低的，為18.04 g·kg-1，屬于缺乏水平，應注意有機質的提升，以保持土壤肥力；都江堰市種植白菜和抱子芥的菜地有機質含量最高，為32.38 g·kg-1，屬于豐富水平，其余樣點有機質含量在23.55～28.62 g·kg-1之間，均屬于適量水平。全氮含量范圍為1.27～2.10 g·kg-1，整體處于豐富狀態；其中天府新區全氮含量最低，為1.27 g·kg-1，符合有機質與全氮之間的耦合關系，應注意培肥土壤；都江堰市及青白江區全氮含量超過2.00 g·kg-1，均屬于很豐富水平。有效磷含量在21.74～46.87 mg·kg-1，整體處于豐富水平；其中以彭州市有效磷含量最高，為46.87 mg·kg-1，屬于很豐富水平。速效鉀含量在38.00～177.06 mg·kg-1，各地區差異較大，以青白江區最低，為38.00 mg·kg-1，處于很缺乏水平，需進行養分調節；溫江區為54.90 mg·kg-1，屬于缺乏水平；其余地區為適量至豐富水平。陽離子交換量（CEC）含量范圍為12.12～17.50 mmol·kg-1，各地之間差異較小。

表2 不同蔬菜栽培區域的土壤基礎養分

表3 不同蔬菜栽培區域土壤基礎養分分級

2.2 不同區域的土壤重金屬含量

7 個蔬菜種植區域不同種植類型下的土壤重金屬含量見表4。從整體來看，鎘、鉛、鉻、砷、汞等5種重金屬，在7 個蔬菜產區的土壤中含量相對穩定。參照《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準》（GB15618—2018），對各試驗地的土壤重金屬進行評估，結果表明，雖然各試驗地土壤pH 及利用類型不同，但其土壤中鎘、鉛、鉻、砷、汞含量均低于相應的土壤污染風險篩選值。

2.3 不同種植類型的蔬菜重金屬富集

7 個蔬菜種植區域不同種植類型的蔬菜重金屬富集情況見表5。結果表明，在土壤重金屬含量較穩定情況下，重金屬在蔬菜中的富集與區域分布無明顯相關性；重金屬在蔬菜中整體富集較少，不同類型蔬菜的重金屬富集系數（BCF）均較低，但富集模式各不相同。從不同蔬菜的Cd富集系數來看，韭菜最低，白菜、萵筍、生菜相對較低，而大蒜最高，可能原因是此次采集的大蒜植株樣品為地下鱗莖（蒜頭），相較于其他蔬菜重金屬更易富集；弱酸性土壤的彭州、郫都試驗地，白菜Cd富集系數約為其他中性土壤區域白菜的3 倍。萵筍、生菜、抱子芥的Pb 富集系數顯著高于其他蔬菜，其他蔬菜的Pb 富集系數較低且相對穩定。從Cr富集系數可以看出，大蒜更容易富集Cr，萵筍的Cr富集系數同樣較高，而生菜可能抗土壤中重金屬Cr的污染能力較強，富集系數極低。不同蔬菜的As富集系數差異較大，其中甘藍、韭菜、生菜的As富集系數極低，而抱子芥的As 富集系數是甘藍的86 倍、韭菜的85 倍、生菜的74 倍；萵筍的As 富集系數也處于較高水平。值得一提的是，結合表4、表5 可以看出，Hg在各試驗區土壤含量差異較大，但在植株中相對穩定，因此呈現出各試驗區土壤Hg 含量越高，Hg富集系數反而越低的特點。總體來看，不同試驗區不同種植類型的蔬菜對于重金屬Cd、Hg 的富集能力較強，而對其他3 種重金屬則表現出較弱的富集能力。各地區所有種植類型的蔬菜對重金屬的平均富集能力排序為Cd＞Hg＞As＞Pb＞Cr。

表4 不同蔬菜栽培區域的土壤重金屬含量

表5 不同種植類型的蔬菜重金屬富集系數

3 小結與討論

3.1 小結

目前成都市主要蔬菜種植區的土壤基礎養分整體表現較好，適宜各類蔬菜種植。試驗測定的Cd、Pb、Cr、As、Hg 在各蔬菜種植區土壤中的含量相對穩定，均低于《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準》（GB15618—2018）中土壤污染風險篩選值。基于土壤及植株重金屬含量調查結果，表明重金屬在蔬菜中的富集與區域分布無明顯相關性，且整體處于較低水平。以白菜Cd富集系數為例，土壤為弱酸性的區域顯著高于中性土壤區域，差異幅度約3 倍。各類蔬菜對重金屬Cd、Hg 的富集能力較強，而對其他三種重金屬則表現出較弱的富集能力，平均富集能力排序為Cd＞Hg＞As＞Pb＞Cr。就單種重金屬而言，不同蔬菜的富集系數存在較大差異，以As最為顯著，變異幅度達86倍。

3.2 討論

重金屬在蔬菜中的富集受到多種因素影響，包括土壤類型、土壤重金屬含量、土壤pH、蔬菜種植類型及其遷移模式等。就土壤pH 而言，相比中性和堿性土壤，酸性土壤中部分重金屬更趨于游離，若長期不合理施用氮肥會導致土壤酸化，促使植株富集重金屬[4]。試驗中各種植區土壤主要為中性和弱酸性，其中彭州市和郫都區土壤為弱酸性土，其他地區為中性土，從白菜的Cd富集系數來看，彭州市和郫都區顯著高于其他區域，試驗結果符合上述觀點。pH降低會增加土壤中H+，易使吸附在膠體和礦物粒表面的重金屬與H+交換量增大而進入土壤溶液；同時還會打破重金屬溶解沉降的平衡，促進重金屬陽離子的釋放，增加植物對重金屬的吸收。因此，彭州市和郫都區的試驗樣品區應重點關注氮肥的合理施用及土壤pH 的調節，為蔬菜安全生產提供良好的種植條件。

不同種類或品種的蔬菜，由于外部形態、內部結構的不同，吸收各類重金屬元素的生理生化機制各異，其重金屬元素的富集和遷移能力差異較大。有研究指出，葉菜類蔬菜對重金屬的富集能力強于根莖類蔬菜[5]；按部位來分，富集能力大小則為根＞莖＞葉＞花＞果。本試驗中，除大蒜外，各類蔬菜的整體富集規律與其他學者的研究基本吻合；選擇的大蒜樣品為地下鱗莖（蒜頭），而未選擇蒜苗、蒜苔及混合樣品，導致富集系數相較于其他蔬菜更高，尤其是Cd富集系數，不能更準確地反映大蒜所有可食用部位對重金屬富集的規律，有待于進一步研究。

關于重金屬在蔬菜中的遷移和富集的研究較多，主要集中在遷移和富集規律、特性方面。筆者認為接下來的工作重點仍然是系統總結重金屬在蔬菜中遷移和富集規律，針對不同地區、不同土壤條件，篩選出適宜種植的蔬菜類型及品種，并進行推廣應用，合理規避重金屬在蔬菜可食部位的富集，為蔬菜安全生產提供技術支撐。