*

（1中國農業(yè)科學院蔬菜花卉研究所，北京 100081；2魯東大學生命科學學院，山東煙臺 264025）

山東芋主產區(qū)的重金屬檢測及影響因素分析

鄒 日1，2高 蘋1柏新富2李錫香1劉中笑1張素君1王柬人1沈 鏑1*

（1中國農業(yè)科學院蔬菜花卉研究所，北京 100081；2魯東大學生命科學學院，山東煙臺 264025）

對山東芋主產區(qū)的球莖、農田土壤和灌溉水進行重金屬抽樣檢測，依據(jù)GB 18406.1—2001，83份球莖樣本的As、Hg和Pb含量均未超過限量標準，33份芋球莖樣本的Cd含量超過限量標準0.05 mg·kg-1，但超出量較小，最高僅為0.36 mg·kg-1，超標樣本的分布區(qū)域不集中。依據(jù)GB/T 18407.1—2001，83份土壤樣本中的Pb、Hg和As含量均未超過對應pH值的限量標準，6份土壤樣本的Cd含量超過限量標準0.3 mg·kg-1（pH＜7.5），最高值為0.944 mg·kg-1。31份灌溉水樣的4種重金屬含量均未超標。檢測結果表明，山東芋主產區(qū)的農田未受到4種主要重金屬的污染。相關性分析結果顯示，芋球莖的Cd、Pb含量與土壤中Cd、Pb含量分別呈極顯著或顯著正相關，表明芋球莖積累的Cd、Pb主要來源于土壤。芋球莖的Cd含量與土壤pH值呈顯著負相關，土壤Cd、As、Pb與有機質含量呈極顯著或顯著正相關，表明土壤pH值和有機質含量是影響重金屬積累的重要因素。農藥和化肥的施用等可能導致了山東部分地區(qū)土壤中Cd的積累。

芋；重金屬；土壤；球莖；灌溉水

重金屬是指密度在5×10-3kg·m-3以上的金屬。隨著全球人口的快速增長、工業(yè)生產規(guī)模的不斷擴大和城市化的快速發(fā)展，土壤重金屬污染日益嚴重（楊蘇才 等，2006）。植物通過根系吸收重金屬，并具有一定的富集能力，通過食物鏈最終影響人類健康。砷（As）、汞（Hg）、鉛（Pb）、鎘（Cd）是危害人類健康的4種主要有毒重金屬（游勇和鞠榮，2007）。目前，我國農田土壤中的Cd、Pb、Hg、As等重金屬污染問題非常突出（張繼舟 等，2012），在部分地區(qū)的蔬菜產品中檢出率較高，超標現(xiàn)象嚴重（陳玉成 等，2003；李學德 等，2004；林梅，2011；代平 等，2012；劉勇 等，2012）。

芋〔Colocasia esculenta（L.）Schott〕是山東膠東半島地區(qū)重要的出口創(chuàng)匯蔬菜，其球莖質地細膩，品質極佳，深受消費者歡迎。隨著種植面積的擴大和出口量的增加，日本等國對我國生產的芋球莖的農藥和重金屬殘留量等標準也日漸提高，逐步限制了山東芋的出口量。本試驗通過抽樣檢測膠東半島地區(qū)芋球莖、土壤和水源中Cd、Pb、Hg、As等4種重金屬含量，同時測定土壤的理化性質，分析其相關性，旨在全面了解及綜合評價4種主要重金屬在山東出口芋主產區(qū)的殘留量，探討Cd、Pb、Hg、As 4種重金屬在芋球莖中的富集規(guī)律，分析其影響因素，為山東出口芋的安全生產技術研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1樣本采集

1.1.1 樣本采集地及分布范圍 在2010年8～10月期間，分3次分別在山東芋主產區(qū)采集收獲期的芋球莖、芋種植地的土壤及灌溉水源的樣本。采樣地包括青島市、煙臺市和威海市3個地級市及下屬的6個縣級市、14個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）的33個村，每個村的采樣地塊在2～3個不等。共采集土壤和芋球莖樣本各83個、水樣31個（表1）。在青島和威海地區(qū)的芋主栽品種為8 520，在煙臺地區(qū)多為萊陽孤芋。利用GPS定位系統(tǒng)測定采樣地的地理位置位于東經(jīng)119.73°～121.23°，北緯 35.94°～37.65°之間，采樣地基本覆蓋了山東省膠東半島的芋主產區(qū)。

表1檢測樣本的采樣地及編號

1.1.2 樣本采集方法 利用HTSS01土鉆，在每一地塊通過五點取樣法取0～20 cm土壤，完全混勻，即為該地塊檢測用土樣；在收獲期的同一地塊采用五點取樣法，取球莖約40個，混勻即為芋球莖檢測樣本。如果該地塊芋球莖已收獲，在不同袋中隨機抽取芋球莖，作為檢測樣本。在芋主產區(qū)依據(jù)灌溉水的種類主要采集了井水和河水，采取了共用水源采集1份水樣的原則，每份水樣采樣量500 mL 。

1.2重金屬含量測定方法

1.2.1 芋球莖重金屬含量測定 經(jīng)削皮、切片、稱量、烘干和磨碎處理后，稱取芋球莖樣品1.00 g于消化管中（可放數(shù)粒玻璃珠）。加10 mL混合酸（濃硝酸∶高氯酸=4∶1），浸泡過夜，電爐消解，若變?yōu)樽睾谏?，再加混合酸，直至冒白煙，消化液呈無色透明或略帶黃色，自然冷卻，過濾至25 mL容量瓶中，少量多次洗滌消化管，定容，混勻備用。同時作試劑空白對照，原子吸收光譜儀測定重金屬的含量。Cd和Pb含量測定方法參照GB/T 5009.15—2003和GB/T 5009.12—2010 石墨爐原子吸收光譜法，Hg和As含量測定方法分別參照GB/T 5009.17—2003和GB/T 5009.11—2003原子熒光分光光度法。

1.2.2 土樣、水樣重金屬含量測定 將土樣取回后盡快風干，去除植物殘體和其他雜質，用0.25 mm目篩篩成細土。稱0.2 g干細土于消化管中，加少量超純水潤濕，加4 mL王水（濃硝酸∶濃鹽酸=1∶3），搖勻，在電熱板上由低溫至微沸2 h，取下冷卻，水定容至25 mL。同時作試劑空白，原子吸收光譜儀測定重金屬含量。Cd和Pb含量測定參照NY/T 1623—2008石墨爐原子吸收分光光度法，Hg和As含量測定分別參照GB/T 22105.1—2008和GB/T 22105.2—2008原子熒光分光光度法。水樣直接用上述儀器測定4種重金屬含量。

1.3土壤、水樣理化性質相關指標的測定方法

土壤有機質含量測定采用重鉻酸鉀容量法（魯如坤，2000）。土壤和水樣的pH值測定參照NY/T 1377—2007玻璃電極法。速效氮、速效磷、速效鉀含量分別參照NY/SH 025—1999 堿解擴散法、NY/ SH 022—1999 等離子發(fā)射光譜法、NY/SH 024—1999 等離子發(fā)射光譜法。

重金屬富集率=芋球莖重金屬含量/土壤重金屬含量×100%

采用Excel軟件進行平均值、標準差和相關系數(shù)計算。

2 結果與分析

2.1芋球莖重金屬含量的檢測分析

對采集自山東芋主產區(qū)33個村的芋球莖樣本分別檢測Pb、Cd、As、Hg的含量，結果見表2。從表2可以看出，83份芋球莖樣本中的Pb、As、Hg含量差異較小，變化范圍分別在0～0.042 6、0～0.003 3、0～0.001 2 mg·kg-1之間，富集率分別在0～0.249%、0～0.020%、0～3.953%之間。Cd含量變化為0～0.360 0 mg·kg-1，差異較大，平均0.061 mg·kg-1，富集率0～482.56%，另有14份土壤樣本Cd含量為未檢出，但在芋球莖中均檢測出Cd具有一定含量。以上分析顯示，芋球莖對Cd的富集率明顯高于其他3種重金屬。

參照《農產品安全質量無公害蔬菜》（GB 18406.1—2001），在檢測的83份芋球莖樣本中，Pb、As和Hg含量均未超過限量標準0.2、0.5 mg·kg-1和0.01 mg·kg-1，但有33個樣點芋球莖的Cd含量超過限量0.05 mg·kg-1。超標樣本的采集地區(qū)域不集中，均勻分布于6個市。《無公害蔬菜食品水生蔬菜》（NY 5238—2005）、《無公害食品芋頭安全生產指標》（NY 5251—2004）的Cd含量標準與GB 18406.1—2001一致。《食品中污染物限量標準》（GB01.1—2001）的Cd限量標準為0.1 mg·kg-1，據(jù)此標準統(tǒng)計則共有14份芋球莖樣本的Cd含量超標。

表2芋球莖及相應種植土壤中的4種重金屬含量及富集率

續(xù)表

2.2土壤及灌溉水的重金屬含量檢測分析

2.2.1 采樣地土壤重金屬檢測結果 對山東膠東半島地區(qū)33個村的芋栽培土壤抽樣檢測4種重金屬含量，83份土壤樣本中Pb、Cd 、As、Hg的含量范圍分別在6.05～45.40、0～0.944、3.11～23.20、0.008～0.251 mg·kg-1之間，平均值依次為16.679、0.101、8.142、0.036 mg·kg-1。土壤中Cd含量的變異系數(shù)最大，為141.576%，其次為Hg 94.31%、As 53.95%和Pb 37.82%。

參照《無公害蔬菜產地環(huán)境要求》（GB/ T18407.1—2001），83份土壤樣本中的Pb、Hg和As含量均未超過對應pH值的Pb、Hg、As限量標準。6份土壤樣本的Cd含量超過限量標準0.3 mg·kg-1（pH＜7.5），最高值為0.944 mg·kg-1。

2.2.2 采樣地水樣的重金屬檢測結果 對31份不同采樣地的灌溉水源的4種重金屬含量檢測結果顯示，只有少數(shù)采樣地灌溉水源中檢測出極低含量的As（0.001 1～0.002 3 mg·kg-1），其他3種重金屬均未檢測到。參照《無公害蔬菜產地環(huán)境要求》標準，山東膠東半島地區(qū)農田的井水和河水等主要灌溉水源達到無公害蔬菜產地環(huán)境要求。

2.3土壤理化指標的檢測及相關性分析

2.3.1 土壤理化指標的檢測結果 對山東芋產區(qū)83份土壤樣本的理化性質相關指標進行檢測分析，結果顯示（表3），土壤pH值變化范圍在4.58～7.35之間，采集自青島市和乳山市的土壤樣本均偏酸性，而萊陽市和海陽市的部分樣本呈中性，甚至略偏堿性。83份土壤樣本的速效氮、速效磷、速效鉀和有機質含量的變化范圍分別在60.35～121.40 mg·kg-1、51.1～430.0 mg·kg-1、56.87～190.50 mg·kg-1、8.46～26.45 g·kg-1之間。速效磷含量的變異系數(shù)最大，達到45.43%，其次為有機質和速效鉀含量，分別達到31.65%和31.19%，速效氮的變異系數(shù)最小，為17.17%（表3）。

表3土壤樣本理化指標測定分析

2.3.2 芋球莖與土壤重金屬含量及理化指標的相關性分析 由于在本試驗中大部分芋球莖樣本的As和Hg兩種重金屬含量均未檢出，因而，僅利用Excel軟件對各采樣地的芋球莖樣本及其相應種植地農田土壤的Pb和Cd含量進行相關性分析，結果顯示，芋球莖的Cd和Pb含量分別與土壤中的Cd和Pb含量呈極顯著和顯著性正相關，表明在本試驗中，芋球莖中積累的Cd 和Pb主要來源于土壤。

為了了解芋球莖中Cd積累與栽培土壤理化性質的關系，本試驗對總樣本數(shù)（83份）和超過限量（0.05 mg·kg-1）的33份芋球莖樣本的Cd含量與相應栽培土壤中速效氮、速效磷、速效鉀、有機質含量及其pH值進行相關性分析，結果顯示（表4），83份樣本的Cd含量與土壤pH值呈顯著負相關，表明隨著土壤酸性的增強芋球莖Cd積累量增加。芋對Cd的積累與土壤中N、P、K及有機質含量均未表現(xiàn)顯著性相關。

表4芋球莖Cd含量與土壤理化指標的相關性分析

2.3.3 土壤重金屬含量與理化指標的相關性分析

通過對山東膠東半島地區(qū)83份土壤樣本的重金屬含量與速效氮、速效磷、速效鉀和有機質含量及pH值進行相關性分析，結果顯示（表5），土壤中的有機質含量與土壤中的As和Pb含量呈極顯著性正相關，與Cd含量呈顯著性正相關，土壤中的As和Pb含量與土壤的pH值和速效氮含量的相關性均達到顯著水平，其中As含量又與土壤中的速效磷含量呈顯著性負相關。綜合上述分析結果，土壤有機質含量是影響土壤重金屬積累的重要因素，其次為土壤的pH值和速效氮含量。在栽培過程中，通過適當調整栽培管理措施能夠改善土壤的重金屬積累。

表5土壤重金屬含量與理化指標的相關性分析

3 結論與討論

3.1山東芋主產區(qū)環(huán)境條件及球莖的重金屬含量檢測分析

重金屬元素通過直接進入和相互遷移的方式造成土壤、水體和大氣等各類環(huán)境要素的污染。土壤是蔬菜通過根部吸收重金屬的主要介質，其重金屬含量直接影響蔬菜對該元素的吸收和累積（鄒日 等，2011）。在本試驗中，對山東省膠東半島地區(qū)進行抽樣檢測和系統(tǒng)調查，種植芋的農田周邊均無工廠等污染源，絕大多數(shù)地塊遠離城市，種植地大多不臨近公路。檢測結果顯示，參照土壤環(huán)境質量標準（GB15618—1995），83份土壤樣本的As、Hg、Pb含量均未超過二級標準，只有1份樣本的Cd含量介于二級到三級標準之間。除了少數(shù)采樣地灌溉水樣本中檢測出極低含量的As外，其他3種重金屬在31份灌溉水樣中均為未檢出。上述調查及檢測結果顯示，山東芋主產區(qū)農田的周邊環(huán)境無主要污染源，土壤和灌溉水源均未受到Cd、Hg、Pb、As 4種重金屬的污染。

重金屬首先在植物的根中積累，然后有一部分被轉運到植株的其他部位，因而不同部位對重金屬的積累量不同，通常植株的地下部大大高于地上部（潘靜嫻 等，2006；任偉 等，2010）。芋是以地下球莖為主要產品器官的作物種類，山東芋主產區(qū)83份球莖樣本的As、Hg和Pb含量較低，均未超過各級食品限量標準。Cd含量相對較高，33份樣本超過限量，但超出量較小，最高為0.36 mg·kg-1，超標樣本的采集區(qū)域不集中。相關性分析結果顯示，芋球莖中積累的Cd主要來源于土壤。

3.2 Cd積累的影響因素及防治措施

Cd具有移動性強、生物毒性大且易被植物吸收的特點（馮恭衍 等，1993）。本試驗結果顯示，芋球莖與土壤中Cd含量呈極顯著正相關，與前人研究結果一致（魏學玲 等，2009）。芋球莖中Cd含量與土壤pH值呈顯著負相關，土壤有機質含量與土壤Cd含量呈顯著性正相關，且土壤中的Cd是芋球莖中Cd積累的主要來源，表明土壤pH值和有機質含量是影響芋球莖Cd積累的重要因素。pH值的降低可導致碳酸鹽和氫氧化物結合態(tài)重金屬的溶解、釋放，同時也可增加吸附態(tài)重金屬的釋放（祖艷群 等，2003）；土壤有機質包括土壤中各種動、植物殘體及微生物分解和合成的有機化合物。土壤有機質中的腐殖質是一類帶有多種含氧功能團，如羧基、酚羥基和醇羥基等的高分子有機混合物，占有機質總量的50%～90%（吳曼 等，2011）。腐殖質易與重金屬元素發(fā)生絡合或螯合反應，使進入土壤的外源重金屬固定在腐殖質中（楊金燕等，2005）。同時腐殖質還會與土壤中的粘土礦物、氧化物等無機顆粒結合成有機膠體和有機—無機復合膠體，增加土壤的表面積和表面活性，使其對重金屬的吸附能力遠遠超過任何其他的礦質膠體（白慶中 等，2000）。因此，可以采取調節(jié)土壤pH值和增加有機質含量來降低芋球莖中的Cd積累。

土壤中的Cd主要來自于污水灌溉、污泥使用及施肥等。農業(yè)活動中長期使用含重金屬的化學農藥、化學肥料及含Pb、Cd等重金屬的農膜，造成重金屬進入土壤，從而使農業(yè)土壤中重金屬含量明顯升高（郭義龍 等，2003）。磷肥含有Cd，其施用面積廣而且量大，可造成土壤、作物和食品的嚴重污染（趙月蘭和慕建華，1995）。本試驗中，Cd在山東芋主產區(qū)灌溉水樣本中均未檢出，且種植地周邊沒有工廠，推測土壤中Cd可能來源于農藥和化肥的施用等。從防治措施上，可在栽培環(huán)節(jié)上注意增施有機肥以提高土壤膠體對重金屬的吸附能力，促進土壤中Cd形成沉淀。同時，還應注意含Cd較多的肥料和農藥的合理使用。另外，由于表層土受人為栽培措施影響較大，通常其Cd含量高于深層土，生產中可深翻土地，降低表層土壤的Cd含量。

白慶中，宋燕光，王暉．2000．有機物對重金屬在粘土中吸附行為的影響．環(huán)境科學，21（5）：64-67．

陳玉成，趙中金，孫彭壽，周虹，歐陽柬，陳宏，張秀，殷捷．2003．重慶市土壤-蔬菜系統(tǒng)中重金屬的分布特征及其化學調控研究．農業(yè)環(huán)境科學學報，22（1）：44-47．

代平，安曈昕，吳伯志，字淑慧，牛華林．2012．云南通海蔬菜區(qū)土壤和蔬菜中重金屬及農藥殘留分析．安徽農業(yè)科學，40（1）：161-163，170．

馮恭衍，張炬，吳建平．1993．寶山區(qū)蔬菜重金屬污染研究．上海農學院學報，11（1）：43-50．

郭義龍，林壹兵，胡少宜．2003．漳州市農業(yè)土壤重金屬現(xiàn)狀、分析及防治．土壤，35（2）：131-135．

李學德，花日茂，岳永德，曹德菊，袁立志，沈巍?。?004．合肥市蔬菜中鉻、鉛、鎘和銅污染現(xiàn)狀評價．安徽農業(yè)大學學報，31（2）：143-147．

林梅．2011．福州市上市蔬菜中重金屬污染評價及防治措施．江西農業(yè)學報，23（6）：129-131．

劉勇，金枚，呂晶晶，袁純，張新英．2012．廣西某礦區(qū)蔬菜中重金屬含量的調查與評價．安徽農業(yè)科學，40（2）：949-950，955．

魯如坤．2000．土壤農業(yè)化學分析方法．北京： 中國農業(yè)科技出版社．

潘靜嫻，戴錫玲，陸勐俊．2006．蔞蒿重金屬富集特征與食用安全性研究．中國蔬菜，（1）：6-8．

任偉，張思沖，崔可瑜，張麗會．2010．哈爾濱市東南郊菜地土壤重金屬環(huán)境效應分析．中國蔬菜，（14）：75-79．

魏學玲，史如霞，楊穎麗，張園園，賈鵬翔，姜羽．2009．Cd2+脅迫對小麥幼苗生理生化特性的影響．西北植物學報，29 （10） ：2031-2037．

吳曼，徐明崗，徐紹輝，劉軍領，武海雯，沈浦．2011．有機質對紅壤和黑土中外源鉛鎘穩(wěn)定化過程的影響．農業(yè)環(huán)境科學學報，30（3）：461-467．

楊金燕，楊肖娥，何振立，楊金英．2005．土壤中鉛的吸附-解吸行為研究進展．生態(tài)環(huán)境，14（1）：102-107．

楊蘇才，南忠仁，曾靜靜．2006．土壤重金屬污染現(xiàn)狀與治理途徑研究進展．安徽農業(yè)科學，34（ 3） ： 549- 552．

游勇和鞠榮．2007．重金屬對食品的污染及其危害．環(huán)境，（2）：102-103．

張繼舟，王宏韜，倪紅偉，馬獻發(fā)，袁磊．2012．我國農田土壤重金屬污染現(xiàn)狀、成因與診斷方法分析．土壤與作物，1（4）：212-217．

趙月蘭，慕建華．1995．鎘的食品污染及其檢測．四川畜牧獸醫(yī)，（1）：42-43．

鄒日，沈鏑，柏新富，李錫香．2011．重金屬對蔬菜的生理影響及其富集規(guī)律研究進展．中國蔬菜，（4）：1-6．

祖艷群，李元，陳海燕，陳建軍．2003．蔬菜中鉛鎘銅鋅含量的影響因素研究．農業(yè)環(huán)境科學學報，22（3）：289-292．

Heavy Metal Detection and Analysis of Influence Factors in Main Taro Production Areas of Shandong Province

ZOU Ri1，2，GAO Ping1，BAI Xin-fu2，LI Xi-xiang1，LIU Zhong-xiao1，ZHANG Su-jun1，WANG Jianren1，SHEN Di1*

（1Institute of Vegetables and Flowers，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，China；2Life Science College of Ludong University，Yantai 264025，Shandong，China）

In this study，sampling test of heavy metals of tuber〔Colocasia esculenta（L.）Schott〕，soil and water were performed in main production areas of Shandong Province．The results indicated that As，Hg and Pb contents of 83 tuber samples did not exceed the maximum limits of GB 18406.1—2001．Cd content of 33 samples with relatively even distribution exceeded the limit of 0.05 mg·kg-1by a very small amount．The highest value of Cd content was 0.36 mg·kg-1．According to GB/T 18407.1—2001，the As，Hg，Pb content of 83 soil samples did not exceed the maximum limits，while the Cd content of 6 soil samples exceeded the limit of 0.3 mg·kg-1（pH＜7.5）with highest value 0.944 mg·kg-1．Four heavy metal contents of 31 water samples did not exceed the maximum limits．It referred that taro production areas in Shandong Province were not polluted by the above mentioned 4 heavy metals．Further analysis revealed that the Pb and Cd contents of tubers were very significantly or significantly correlated with the Pb and Cd contents of soil，indicating that Pb and Cd in tubers mainly come from soil．The Cd content of tubers had a very significant negative correlation with pH value of soil，and the Cd，As and Pb contents in soil were very significantly or significantly correlated with the organic substance content，which indicating that pH value and organic matter contents were the main factors influencing heavy metal accumulation．The usage of agricultural medicine and fertilizers might cause Cd accumulation in some areas of Shandong Province．

Taro； Heavy metal； Soil； Tuber； Irrigation water

鄒日，女，碩士研究生，專業(yè)方向：生理生態(tài)學，E-mail：zouri2009@ sina.com

*通訊作者（Corresponding author）：沈鏑，女，博士，副研究員，專業(yè)方向：蔬菜種質資源，E-mail：shendi@caas.cn

2013-09-29 接受日期：2014-01-22

公益性行業(yè)（農業(yè)）專項（200903017-09-01），農業(yè)部園藝作物生物學與種質創(chuàng)制重點實驗室資助項目