不同品种西兰花对土壤重金属铅镉汞的吸收规律
陈剑1, 檀国印1, 朱良其1, 孙彩霞2
1.台州市农业科学研究院,浙江 临海 317000
2.浙江省农业科学院 农产品质量标准研究所,浙江 杭州 310021

作者简介:陈剑(1985—),男,农艺师,农业推广硕士,从事农产品质量安全研究工作,E-mail:chenrichard615@163.com

摘要

采用大棚土培盆栽试验研究4个西兰花品种对Pb、Cd、Hg的吸收富集规律。结果表明,随着土壤中添加的Pb、Cd、Hg浓度的提高,西兰花花球和根部中的Pb、Cd、Hg含量呈明显上升趋势;通过土壤的重金属临界含量值和西兰花对3种重金属的富集系数可以得出,西兰花是一种对重金属低积累的蔬菜作物,花球及根部的Pb、Cd、Hg含量与土壤中的重金属含量呈较强的正相关性,花球部位对重金属富集能力的顺序为Cd>Hg>Pb,根部对重金属富集能力的顺序为Cd>Pb>Hg;参试的4个西兰花品种中,浙青95与台绿1号对Pb的富集能力相对较弱;台绿1号对Hg的富集能力较弱;由于4个品种西兰花花球的Cd含量在不同浓度梯度中排序各不相同,因而无法判断品种间对Cd的富集能力强弱。

关键词: 西兰花; 重金属; 土壤临界值; 富集系数
中图分类号:S635 文献标志码:A 文章编号:0528-9017(2017)05-0764-03 doi: 10.16178/j.issn.0528-9017.20170512
Abstract
Keyword:

土壤是环境要素的重要组成部分, 承担着环境中大约90%的来自各方面的污染物。我国对土壤、植物系统污染的研究涉及的主要污染物是重金属, 这是因为重金属具有污染物的多源性、隐蔽性、一定程度上的长距离传输性和污染后果的严重性[1]。近年来, 随着工业的发展和农业生产的现代化, 土壤的重金属污染日益严重, 不仅导致土壤的退化、农作物产量和品质的降低, 而且通过径流和淋洗作用污染地表水和地下水, 恶化水文环境, 并可能通过直接接触、食物链等途径危及人类的健康和生命[2, 3, 4]。国外的许多蔬菜进口企业已经把铅、汞、砷等重金属的含量作为必检项目, 重金属超标由此成为影响我国扩大蔬菜出口的障碍因素之一。西兰花作为浙江省特色蔬菜, 主要分布在台州、杭州、宁波等地区, 是我国在国际市场上比较有竞争力的蔬菜品种, 也是当地农民致富创收的重要来源, 其质量安全不仅影响到国内居民的身体健康, 还影响到我国在国际市场的公众形象[5]。本研究采用大棚盆栽试验研究不同品种的西兰花对土壤中几种重金属的吸收积累及分配规律, 旨在为进一步研究西兰花对重金属的吸收机理及其污染的防治提供技术支持, 并为受污染地区选择合适的西兰花品种提供参考。

1 材料与方法
1.1 供试材料

参试西兰花4个品种分别为海绿、浙青95、耐寒优秀和台绿1号。重金属试剂为Pb(NO3)2, Hg(NO3)2和CdCl2。供试盆钵大小一致, 底部密封。供试土壤采自台州市农科院天台基地附近的水稻土, 土壤中Hg、Pb、Cd含量分别为0.0860、23.67、0.12 mg· kg-1, 本底值符合《土壤环境质量(重金属)标准》中适合于农田土壤环境的二级指标。

1.2 处理设计

试验于2015年在台州市农科院天台基地塑料大棚内进行。供试土壤经晒干、敲细、去杂、充分拌匀后装盆备用, 每盆装干土15 kg。将3种重金属分开添加(表1)。将参试的3种重金属试剂按照浓度梯度配制成溶液, 均匀喷洒在土壤中, 搅拌均匀后将土壤重新装盆, 每处理设平行试验4盆, 同时设空白对照4盆。西兰花采用穴盘育苗后于9月底移栽, 每个品种西兰花栽种52盆, 共栽种208盆。待西兰花达到采摘标准后, 采集各株花球部分及地下根系部分, 分别测定其重金属含量。

表1 重金属浓度梯度
1.3 数据测定分析

土壤和植株中的Pb、Cd、Hg测定方法参照GB/T 17136— 1997 土壤质量总汞的测定冷原子吸收分光光度法、GB/T 17141— 1997 土壤质量铅、镉的测定石墨炉原子吸收分光光度法、GB/T 5009.17— 2003 食品中总汞及有机汞的测定、GB/T 5009.12— 2003 食品中铅的测定、GB/T 5009.15— 2003 食品中镉的测定。全部数据采用Excel进行分析。

2 结果与分析
2.1 不同部位重金属含量的变化

表2可知, 各参试品种的花球及根部中铅和镉的含量均随着土壤中添加的重金属浓度的提高而呈上升趋势, 在不同浓度处理下根部中铅和镉的含量均远超于花球。随着土壤中两种重金属浓度的分别提高, 花球中的铅和镉含量上升的幅度要大于根部。花球和根部的铅、镉含量在不同浓度梯度下品种间均存在一定的差异, 在3级浓度梯度下品种间铅含量的差异显著性得到较好体现。

表2 西兰花各部位在不同梯度处理下不同重金属含量

表2可知, 各参试品种的花球和根部中Hg的含量随着土壤中添加的Hg浓度的提高而上升, 从各品种Hg含量的平均值来看, 不同浓度处理下花球中的Hg含量均要高于根部, 随着土壤中Hg浓度的提高花球中的Hg含量上升的幅度要大于根部。各品种间花球的Hg含量在各梯度下均无显著差异, 各品种之间根部的Hg含量在4级浓度梯度下有一定的差异。

参试的4个西兰花品种的花球和根部在不同添加浓度下重金属含量的排序并不一致。浙青95花球的铅含量在2~4级中都是最低的, 台绿1号的花球在5级浓度时铅含量最低, 这2个品种对Pb的富集能力相对较弱; 4个品种花球的镉含量在不同浓度梯度中排序各不相同, 因而无法判断哪个品种对Cd的富集能力更弱; 台绿1号的花球在各浓度梯度下汞含量都是最低的, 对Hg的富集能力较弱。

2.2 重金属含量与土壤中重金属浓度的相关性

根据各参试品种西兰花花球中重金属含量的平均值, 得出西兰花花球对土壤中各重金属的吸收富集方程(xy分别为土壤、西兰花花球中重金属的含量)。

表3可知, 西兰花花球对土壤中Pb的吸收富集规律符合方程y=-3× 10-8x2+0.000 1 x+0.049 5, R2=0.994 2; 对土壤中Cd的吸收富集规律符合方程y=0.025 4 x2+0.038 8 x+0.018 1, R2=0.985 0; 对土壤中Hg的吸收富集规律符合方程y=0.003 x2+0.000 6 x+0.004 6, R2=0.988 9。由于西兰花花球与土壤中Pb、Cd、Hg含量的相关系数都很高, 说明西兰花受土壤中3种重金属的浓度影响都较大。

临界含量值即指蔬菜中某种有害重金属的含量等于国家标准限量值时, 所对应的土壤中某种有害重金属的含量值。根据食品安全国家标准(GB 2762— 2012)的规定, 新鲜西兰花中的Pb、Cd、Hg含量分别不得高于0.30、0.05、0.01 mg· kg-1。根据表3的吸收富集方程, 可以预测当西兰花花球中重金属Pb、Cd、Hg的含量达到国家标准限量值时, 土壤中Pb、Cd、Hg的临界含量值分别为4 027.221、0.592和1.245 mg· kg-1

表3 西兰花花球与土壤中重金属浓度的相关性分析
2.3 不同部位对重金属的富集能力

由于蔬菜中重金属含量受到土壤重金属含量的影响, 因此可用富集系数来衡量蔬菜吸收重金属元素能力的强弱。富集系数是指蔬菜中某污染物含量占土壤中该污染物含量的百分率。富集系数愈大, 表明作物愈易从土壤中吸收该元素, 即该元素的迁移性愈强[6]

表4可知, 西兰花不同部位对不同重金属元素的富集能力是不同的。西兰花花球对Pb、Cd、Hg的平均富集系数分别为0.000 6、0.109 7和0.019 2, 其顺序大小依次为Cd> Hg> Pb; 西兰花根部对Pb、Cd、Hg的平均富集系数分别为0.012 5、0.366 5和0.009 7, 其顺序大小依次为Cd> Pb> Hg。富集系数在0.5~1.5时, 表示该部位重金属含量与土壤中该重金属的含量属同一水平; 富集系数小于0.5时, 表示该部位重金属含量较土壤中该重金属的含量相对贫化, 即低于土壤中相应重金属含量的水平[7]。西兰花2个部位对3种重金属的富集系数均小于0.5, 说明西兰花对这3种重金属的吸收富集能力均较小。

表4 西兰花不同部位对重金属元素的富集系数

此外, 西兰花根部对Pb和Cd的富集系数要远远超过花球, 说明这2种重金属在西兰花体内的迁移能力较低, 从土壤中吸收的重金属元素大部分被根部吸收固定, 向地上部转移的量较少; 而西兰花花球对Hg的富集系数要大于根部, 说明Hg元素在西兰花体内的运输能力较强。

3 小结与讨论

西兰花花球和根部中的Pb、Cd、Hg含量与土壤中的重金属含量呈较强的正相关性, 两个部位的重金属含量均随着土壤中重金属浓度的升高而升高。根部的Pb、Cd含量在不同浓度梯度下均要高于花球, 而Hg含量则要低于花球, 可能是由于不同的重金属元素在西兰花体内的活性和转移能力不同而导致的。

通过吸收富集方程得出, Pb、Cd、Hg致使蔬菜西兰花重金属污染超标的土壤临界含量值分别是4 027.221、0.592和1.245 mg· kg-1, 均高于土壤环境质量标准中适用于农田土壤环境的二级指标。

通过计算西兰花不同部位的重金属富集系数可知, 花球对重金属富集能力的顺序为Cd> Hg> Pb, 根部对重金属富集能力的顺序为Cd> Pb> Hg, 花球和根部对重金属的富集能力并不相同。

在不同浓度梯度下, 参试的4个西兰花品种间重金属含量存在一定的差异, 浙青95与台绿1号对Pb的富集能力相对较弱; 台绿1号对Hg的富集能力较弱; 由于4个品种西兰花花球的镉含量在不同浓度梯度中排序各不相同, 因而无法判断哪个品种对Cd的富集能力更弱。

根据土壤临界含量值和富集系数的结果可以看出, 西兰花对Pb、Cd、Hg的吸收富集能力都较弱, 可作为对这3种重金属低积累的蔬菜品种进行推广种植。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献:
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[3] 蒋先军, 骆永明, 赵其国, . 重金属污染土壤的植物修复研究Ⅰ. 金属富集植物 Brassicajuncea对铜、锌、镉、铅污染的响应[J]. 土壤, 2000, 32(2): 71-74. [本文引用:1]
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