土壤-蔬菜系统氮镉互作效应研究及调控模式

本次调研在2011年的基础上，针对垃圾填埋场附近几块代表性的菜地12种蔬菜19个样品进行分析，蔬菜包括绿叶类：菠菜、生菜、茼蒿、芹菜；葱蒜类：蒜苗、韭菜、大蒜；白菜类：小白菜、上海青；直根类：胡萝卜、白萝卜、莴笋。调研结果如下：

（一）不同蔬菜中重金属的含量

1. 不同蔬菜中Cd的含量

不同蔬菜中Cd 的含量见图1.3。中国科学院地理研究所的调查表明，不同植物种类对土壤中重金属元素的吸收和积累有很大差别，通过对图1.3不同蔬菜Cd含量的比较，发现菠菜、茼蒿、芹菜叶对Cd的富集能力较强。菠菜、茼蒿、芹菜均属绿叶类。即绿叶类蔬菜对Cd 的富集能力较强。食品安全国家标准GB 2762—2012中规定叶菜类、芹菜中Cd≤0.2mg/kg，块根和块茎类Cd≤0.1mg/kg。因此蔬菜中的镉严重超标，污染较为严重。镉（Cd）是广泛存在于自然界的一种重金属元素，在人体内镉若蓄积达到50g，就会对多种器官和组织造成损害。例如损伤肾小管，出现糖尿病；引起血压升高，出现心血管病；甚至还有致癌、致畸的报道。另外，镉对农业最大的威胁是产生“镉米”、“镉菜”，不仅使蔬菜营养价值降低，若长期食用这种蔬菜，食物中的金属镉通过食物链进入人体后容易使人得骨痛病。

图1.3　不同蔬菜中Cd 的含量

1—蒜苗　2—菠菜　3—小白菜　4—生菜　5—胡萝卜叶　6—胡萝卜　7—韭菜　8—茼蒿　9—菠菜　10—大蒜　11—生菜　12—上海青　13—茼蒿　14—白萝卜叶　15—白萝卜　16—芹菜叶　17—芹菜茎　18—大蒜　19—莴笋叶

2.不同蔬菜中Pb的含量

不同蔬菜中Pb的含量见图1.4。如图1.4 所采集的蔬菜均对Pb的富集能力较强。最为突出的则是大蒜、芹菜茎、生菜、白萝卜叶、莴笋叶、小白菜几类。Pb被吸收后一般积累在更新周期较长的器官中，这与张志权等人的研究一致。因此我们应对葱蒜类和绿叶类蔬菜予以高度重视。根据食品安全国家标准GB 2762—2012中对铅含量的规定叶菜类Pb≤0.3mg/kg，薯类Pb≤0.2mg/kg。因此蔬菜中铅污染十分严重。铅是广泛存在于自然界中，对人体毒性最强的重金属之一。长期或过量摄入铅容易引起神经系统、消化系统、造血系统和肾脏的损害等中毒反应，使铅对人体健康的危害成为不容忽视的社会问题。居民食用蔬菜的铅摄入量（DI）为各种蔬菜（Pb）的几何平均值与其相应的消费量权重乘积的加和及蔬菜人均日消费量之积。1993 年，FAO/WHO（世界粮农组织与世界卫生组织）建议，每周每千克体质量允许铅摄入量为25μg。以中国成年人平均体质量为56kg计，则ADI（每日铅允许摄入量）为200μg/d。对于普通人群而言，膳食为铅人体暴露的主要途径。若考虑其他摄入途径，我国蔬菜铅的平均贡献率为37.9%。因此控制蔬菜中铅含量刻不容缓。

图1.4　不同蔬菜中Pb 的含量

1—蒜苗　2—菠菜　3—小白菜　4—生菜　5—胡萝卜叶　6—胡萝卜　7—韭菜　8—茼蒿　9—菠菜　10—大蒜1　11—生菜　12—上海青　13—茼蒿　14—白萝卜叶　15—白萝卜　16—芹菜叶　17—芹菜茎　18—大蒜2　19—莴笋叶

3.不同蔬菜中Cu的含量

不同蔬菜中Cu 的含量见图1.5。通过对不同蔬菜中Cu含量的比较可知菠菜、生菜、茼蒿、胡萝卜叶、韭菜对Cu 的富集能力较强，即绿叶类蔬菜对Cu的富集能力较强。根据食品安全国家标准GB 2762—2012中对铜含量的规定Cu≤5.0mg/kg。绿叶类蔬菜中铜略有超标，污染较轻。铜是人类最早使用的金属。1874 年Harless指出软体动物体内铜具有重要作用，1878 年Ferderig从章鱼血内蛋白质配合物中将铜分离出来，并称该蛋白为血铜蓝蛋白，至1928年Hart发现铜是生物体内的必需微量元素。它具有重要的生理功能，参与机体代谢。摄入量过高或过低都会导致各种疾病。铜是含铜酶及含铜的生物活性蛋白质的组分，有助铁的吸收和利用。缺铜病人由于黑色素不足，常发生毛发脱色症，不能耐受阳光照射，若体内严重缺乏酪氨酸酶则发生白化病。

图1.5　不同蔬菜中Cu的含量

1—蒜苗　2—菠菜　3—小白菜　4—生菜　5—胡萝卜叶　6—胡萝卜　7—韭菜　8—茼蒿　9—菠菜　10—大蒜1　11—生菜　12—上海青　13—茼蒿　14—白萝卜叶　15—白萝卜　16—芹菜叶　17—芹菜茎　18—大蒜2　19—莴笋叶

4.不同蔬菜中Zn 的含量

不同蔬菜中Zn的含量见图1.6。如图1.6所采集的蔬菜中锌的含量差异不大。菠菜中Zn的含量尤为高。根据食品安全国家标准GB 2762—2012中对锌含量的规定Zn≤20mg/kg。蔬菜中的锌含量严重超标。锌是人体必需的微量元素之一，含量少但功用非常重要。婴幼儿缺锌不仅会导致生长发育的停滞，而且会影响婴儿智力的发育，正常人血锌值应为13.94μmol/L。科学研究表明，锌是人体内200多种酶的组成部分，它直接参与了核酸、蛋白质的合成、细胞的分化和增殖以及许多重要的代谢。人体内还有一些酶需要锌的激活而发挥其活性作用。锌是人体生长发育、生殖遗传、免疫、内分泌等重要生理过程中必不可少的物质，人体含锌总量减少时，会引起免疫组织受损，免疫功能缺陷，所以锌被人们誉为“生命之花”。锌是骨骼及软骨形成的初期阶段必需的元素。摄入过多，会痿味、口渴、胸部紧束感、干咳、头痛、头晕、高热、寒战等。

图1.6　不同蔬菜中Zn的含量

1—蒜苗　2—菠菜　3—小白菜　4—生菜　5—胡萝卜叶　6—胡萝卜　7—韭菜　8—茼蒿　9—菠菜　10—大蒜1　11—生菜　12—上海青　13—茼蒿　14—白萝卜叶　15—白萝卜　16—芹菜叶　17—芹菜茎　18—大蒜2　19—莴笋叶

5.不同蔬菜中Hg的含量

不同蔬菜中Hg 的含量见图1.7。根据食品安全国家标准GB 2762—2012中对Hg含量的规定Hg≤0.01mg/kg。如图1.7 所示蔬菜中汞含量严重超标。有机汞是一种蓄积性毒素，从人体排泄比较慢。汞可危害人的神经系统，使手足麻痹，严重时可痉挛致死。通常植物体内只含有极微量的汞，只有在较高浓度下，汞才对植物产生伤害。植物受汞毒害表现的症状是叶、花、茎变成棕色或黑色。汞进入植物体内有两条途径：一条是土壤中的汞化物转变为甲基汞或金属汞为植物根所吸收；另一条途径是经叶片吸收而进入植物体，在这种情况下，如汞浓度过大，叶片很易遭受伤害。

图1.7　不同蔬菜中Hg的含量

1—蒜苗　2—菠菜　3—小白菜　4—生菜　5—胡萝卜叶　6—胡萝卜　7—韭菜　8—茼蒿　9—菠菜　10—大蒜1　11—生菜　12—上海青　13—茼蒿　14—白萝卜叶　15—白萝卜　16—芹菜叶　17—芹菜茎　18—大蒜2　19—莴笋叶

6.不同蔬菜中Cr的含量

不同蔬菜中Cr 的含量见图1.8。根据食品安全国家标准GB 2762—2012中对Cr含量的规定Cr≤0.5mg/kg。如图1.8 所示铬污染较为严重，大蒜中铬的含量尤为突出。秦军等研究表明，少量浓度的铬对植物生长有促进作用，高浓度铬对植物有抑制作用。能抑制作物生长发育，可与植物体内细胞原生质的蛋白质结合，使细胞死亡；可使植物体内酶的活性受到抑制，阻碍植物呼吸作用等代谢过程。叶面积受抑后蔬菜的营养生长得不到足够的光合产物，导致株型矮小，叶片黄化。铬也被认为是人的致癌物质。

（二）同一蔬菜的不同部位重金属的含量

1.胡萝卜不同部位的重金属含量

胡萝卜不同部位的重金属含量见图1.9。实验中胡萝卜采自垃圾填埋场周围的农户菜园。通过对图1.9胡萝卜不同部位重金属含量的比较，胡萝卜叶对重金属元素的富集能力大于胡萝卜根，Pb、Zn、Cu在胡萝卜叶中具有明显的富集优势，胡萝卜叶中Cu 的含量约为根的10倍。Hg在胡萝卜根和叶中含量都比较低。这个趋势与崔慧纯等人研究发现的结果（萝卜中重金属含量为地上部分＞根）一致。

图1.8　不同蔬菜中Cr的含量

1—蒜苗　2—菠菜　3—小白菜　4—生菜　5—胡萝卜叶　6—胡萝卜　7—韭菜　8—茼蒿　9—菠菜　10—大蒜1　11—生菜　12—上海青　13—茼蒿　14—白萝卜叶　15—白萝卜　16—芹菜叶　17—芹菜茎　18—大蒜2　19—莴笋叶(www.xing528.com)

图1.9　胡萝卜不同部位的重金属含量

2.白萝卜不同部位的重金属含量

白萝卜放置一段时间后不同部位的重金属含量见图1.10。实验中白萝卜采自垃圾填埋场周边的农户菜园。通过对图1.10 白萝卜重金属含量的比较，白萝卜叶对Pb等重金属富集能力小于白萝卜根，这与王晓芳等的研究相违背。可以初步说明Pb是通过白萝卜根向叶迁移，且同时白萝卜叶对Pb 的吸收应该还有其他的途径。可能是土壤中重金属通过白萝卜根随其他营养物质被输送到地上部分的同时，富含重金属的空气颗粒物落到萝卜叶面上，萝卜叶通过气孔直接吸收了沉积物中的重金属。因此，在白萝卜放置过程中白萝卜叶中金属流失较多。

图1.10　白萝卜不同部分的重金属含量

3.芹菜不同部位的重金属含量

芹菜不同部位的重金属含量见图1.11。实验中芹菜采自垃圾填埋场周边的农户菜园。通过对图1.11芹菜不同部分重金属含量的比较，发现Zn在芹菜中有明显的富集优势，且芹菜叶中Zn的含量约为茎的2倍。Pb在芹菜中的富集优势也较明显，但芹菜茎中的含量高于芹菜叶。Hg在芹菜中的富集最少。

图1.11　芹菜不同部位的重金属含量

（三）结论

根据食品安全国家标准GB 2762—2012规定一般蔬菜最高重金属含量： Cu≤5.0mg/kg，Zn≤20mg/kg，Cr≤0.5mg/kg，Hg≤0.01mg/kg，Cd≤0.2mg/kg，Pb≤0.3mg/kg。从前面的实验得出以下结论：

1.总的重金属含量较高的蔬菜有生菜、菠菜、茼蒿几类，即绿叶类蔬菜重金属污染最为严重。

2.蔬菜样品中Pb、Hg浓度最高，Cd、Zn浓度次之，污染较为严重。而Cu、Cr均正常，但Cu 在菠菜、生菜、芹菜、韭菜、茼蒿、莴笋叶中较易富集，Cr在生菜、大蒜中较易富集。蔬菜中有些重金属元素（Mn，Cu，Zn）适当地摄入对人体是有益的，但是一旦达到某一浓度，重金属含量在人体内富集放大，最终会危害人体健康。Pb、Cd、Cr等生物毒性显著的重金属不能被生物降解，能在食物链的生物放大作用下，成千百倍地富集，最后进入人体，与人体中蛋白质及酶作用，使其失去活性。并造成蔬菜品质下降，污染物积累。因此，近年来就蔬菜中重金属含量和分布的研究也越来越受到关注。

3.由图1.9、图1.10、图1.11 发现，Pb、Zn、Cu 在白萝卜、胡萝卜、芹菜中均有明显的富集优势，且地上部分的含量大于根。但Hg在这三类直根类蔬菜中含量均较低。蔬菜的不同部分重金属含量也存在差异。胡萝卜叶中Cu的含量约为胡萝卜根的10倍，芹菜叶中Pb的含量约为茎的两倍。若是放置一段时间的白萝卜，叶中的重金属流失程度大于根。可以初步说明重金属离子是通过植物根向叶迁移，同时叶片对重金属离子的吸收还有其他途径。因此，采取有效的措施控制土壤、灌溉水的污染，合理的处理垃圾十分必要。

参考文献：

［1］张志权，束文圣，蓝崇钰，等.定居植物对重金属的吸收和再分配［J］.植物生态学报，2001，8（3）：306-311.

［2］刘岚.铅对人类健康的危害及其防治［J］. 职业与健康，2005，21（5）：665-666.

［3］宋波，陈同斌，郑袁明，等.北京市菜地土壤和蔬菜镉含量及其健康风险分析［J］.环境科学学报，2006，26（4）：1343-1353.

［4］WHO. Evaluation of certain food additives and contaminants：41st report of the Joint FAO/WHO expert com mittee on food additives［R］. Geneva：World Health Organization：1993.

［5］WANG X L，SATO T，XING B S，et al.Health risks of heavy metals to the general public in Tian Jin. China via consumption of vegetables and fish［J］. Set Total Environ，2005，350（1/2/3）：28-37.

［6］秦军，蒋文强. 重金属铬对几种蔬菜生长的影响研究［J］.枣庄学院学报，2011，28（5）：4-7.

［7］王晓芳，罗文强.铅锌银矿区蔬菜重金属吸收特征及分布规律［J］.生态环境学报，2009，18（1）：143-148.

［8］胡红青，杨少敏，王贻俊，等.大冶龙角山矿区几种植物的重金属吸收特征［J］.生态环境，2004，13（3）：310-311.

［9］夏春镗，崔海丽.芹菜叶对铅的吸收和迁移规律［J］. 同济大学学报：医学版，2006，27（5）：17-19.

［10］王敏嘉，宋慧坚. 江门地区蔬菜重金属污染情况分析［J］.中国卫生检验杂志，2007，17（10）：1836-1837.

［11］BOSQUE M A，Schuhmacher M，Domingo J L.Concentration of lead and cadmium in edible vegetables from Tarragon aprovince，Spain［J］.Science of the Total Environment，1990，95：61-70.

［12］迟爱民，徐忠林. 呼和浩特市蔬菜中重金属污染的研究［J］.干旱区资源与环境，1995，9（1）：86-94.

［13］KUMAR S H，MADHOOL L A，FIONA M S. Heavy metal contamination of soil and vegetables in suburban areasof Varanasi［J］.India Rajesh Ecotoxicology and Environmental Safety，2007，66：258-266.

［14］陈丙义，赵安芳.重金属污染土壤对农业生产的影响及其可持续利用的措施［J］.平顶山工学院学报，2003，12（2）：31-331.

［15］陈玉成，赵中金，孙彭寿等. 重庆市土壤—蔬菜系统中重金属的分布特征及其化学调控研究［J］. 农业环境科学学报，2003，22（1）：44-471.

［16］Chen X T，Wang G，Liang Z C. Effect of amendments on growth and element uptake of Pakchoi in a cadmium. zinc and lead contaminated soil［J］.Pedo sphere，2002，12（3）：243-250.

［17］高贵喜，赵惠玲，王青，等. 稀土抗大白菜重金属污染栽培研究［J］.山西农业学，2003，31（4）：59-60.