胡麗萍++周國興++金麗華++劉光敏++王一茜+++何洪巨

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.072

摘要：采用盆栽試驗，以小白菜為試驗材料，種植在人工配制的不同污染程度（800、1 200、1 600、2 000 mg/kg）的鉛污染土壤中，研究不同濃度復合改良劑（0、600、900、1 200 mg/kg）對土壤有機質、pH值、小白菜可食部位鉛含量和營養(yǎng)品質的影響。結果表明，施用900 mg/kg復合改良劑可使鎘污染土壤有機質含量提高24.19%～60.00%，但對土壤pH值無顯著影響。施用復合改良劑可明顯提高小白菜安全性和營養(yǎng)品質，4個鉛處理小白菜可食部位鉛含量降低19.11%～35.72%，維生素C含量增加13.27%～69.30%，可溶性糖含量提高54.17%～87.50%，干物質量提高2836%～33.39%，粗纖維含量降低20.83%～31.03%。因此，復合改良劑能夠用于重金屬鉛污染土壤的原位修復，推薦其適宜用量為900 mg/kg。

關鍵詞：小白菜；鉛；重金屬；復合改良劑；品質

中圖分類號： S634.304；S156.2文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）10-0261-04

收稿日期：2015-08-26

基金項目：北京市葉類蔬菜創(chuàng)新團隊項目（編號：blvt18）；北京市農委項目（編號：20120129）

作者簡介：胡麗萍（1981—），女，四川眉山人，博士，助理研究員，主要從事蔬菜營養(yǎng)品質研究。E-mail：huliping@nercv.org。

通信作者：何洪巨，博士，研究員，主要從事蔬菜營養(yǎng)品質研究。E-mail：hehongju@nercv.org。據(jù)估計，我國有10%以上的耕地受到重金屬污染[1]，鉛是重金屬污染最為突出的元素之一[2-4]。土壤中的重金屬被農作物吸收，降低農作物的產量和品質，并可通過食物鏈進入人體，危害人體健康[5]。鉛一旦進入人體，通過血液干擾神經細胞，破壞血紅素的生存和腦微血管的滲透性，對人體神經系統(tǒng)、血液系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、骨骼系統(tǒng)產生嚴重危害，并可導致兒童大腦發(fā)育遲緩，最終影響人的智力[6]。因此，開展鉛污染土壤的治理和修復研究，是十分緊迫和必要的。

目前，多種技術被應用到土壤重金屬污染治理中來，如生物法、物理化學法等都能有效降低重金屬的污染風險。但是，這些技術通常耗費大、成本高，還會破壞土壤肥力和土壤結構[7]。原位化學修復法是一種通過增加重金屬的吸附，降低其在土壤中的溶解度和生物有效性，從而減少污染物從土壤進入農作物的方法。原位修復法成本低，對土壤的影響和破壞小[8-9]，適合大范圍操作，符合我國農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求，引起了人們的廣泛關注。

本試驗所采用的復合改良劑由四川大學化學工程學院提供。該改良劑由正銨鹽、磷礦粉、腐殖酸、有機質、微生物生長所需營養(yǎng)元素及參與重金屬離子反應的多種活性金屬離子配制而成。前期試驗結果表明，復合改良劑可以顯著降低重金屬污染土壤中水溶態(tài)Cd和Pb的含量[10]，但該改良劑對農作物體內重金屬含量和營養(yǎng)指標影響的系統(tǒng)性研究尚未見報道。蔬菜是人們日常生活中必不可少的食物，而葉菜是最易受重金屬污染和毒害的蔬菜[11-12]。因此，本試驗通過盆栽試驗，以代表性葉類蔬菜小白菜（Brassica rapa L. chinensis group.）為對象，研究施用不同濃度復合改良劑對Pb污染土壤有機質、pH值、小白菜營養(yǎng)品質和Pb含量的影響，以期闡明復合改良劑緩解Pb毒害的機理，找到適宜的改良劑用量，為重金屬污染土壤改良技術和小白菜安全生產提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1供試土壤和材料

供試土壤采自北京夏至農業(yè)科技有限公司日光溫室。取0～20 cm表層土壤，風干、去沙石和植物殘體，過20目篩。土壤理化性質及Pb含量見表1。供試作物為小白菜，種子購于北京京研益農科技發(fā)展中心。

1.2盆缽試驗方法

在供試土壤的基礎上添加Pb（NO3）2，設置800、1 200、1 600、2 000 mg/kg 4個濃度，加水充分攪拌混勻，平衡2周以上。待土壤平衡后，施入復合改良劑，施用量為0、600、900、1 200 mg/kg，與Pb污染土壤充分攪拌混勻。每盆缽中裝入 3 kg 土壤，播種小白菜。每個處理3次重復，常規(guī)栽培管理。

1.3樣品采集及預處理

植株樣品：在小白菜收獲期，去除老葉后取可食用部分。

土壤樣品：在小白菜收獲后，用土鉆取0～20 cm表層土壤，去除根系等雜物、風干、粉碎、過篩后用于土壤有機質含量和pH值的測定。

1.4測定項目與方法

土壤有機質和pH值測定[13]：采用重鉻酸鉀法測定土壤有機質含量；采用pH SJ-3F型酸度計電位法測定土壤pH值。

Pb測定：采用HNO3-HClO方法消煮，石墨爐-原子吸收光譜法測定小白菜中Pb含量[14]。

小白菜營養(yǎng)品質測定：采用2，6-二氯靛酚滴定法測定維生素C含量、蒽酮比色法測定可溶性糖含量、堿滴定法測定可滴定酸含量、質量法測定粗纖維含量和干物質量、凱氏定氮法測定蛋白質含量[15]。

1.5數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel進行數(shù)據(jù)的基本處理和繪圖，SPSS 20.0統(tǒng)計分析軟件進行差異顯著性檢驗。

2結果與分析

2.1復合改良劑對Pb污染小白菜土壤有機質含量和pH值的影響

由圖1-A可知，施用復合改良劑對不同濃度Pb處理污染土壤有機質含量具有明顯提升作用。隨著復合改良劑施用量的增加，4個不同濃度Pb污染土壤有機質含量均逐漸增加，其中800、1 600、2 000 mg/kg 3個濃度Pb污染土壤有機質含量均在施用900 mg/kg復合改良劑時達到最大值，繼續(xù)增加改良劑施用量為1 200 mg/kg時，其有機質含量反而有所降低（圖1-A）。與800、1 600、2 000 mg/kg 3個濃度Pb污染土壤不同，1 200 mg/kg濃度Pb污染土壤有機質含量在施用 1 200 mg/kg 改良劑時最高，但與施用900 mg/kg復合改良劑無顯著差異（圖1-A）。與不施用復合改良劑相比，往800、1 200、1 600、2 000 mg/kg濃度Pb污染土壤中施用 900 mg/kg 復合改良劑后，土壤有機質含量分別增加 60.00%、30.10%、41.34%和24.19%（圖1-A）。由圖1-B可知，施用復合改良劑對4個濃度Pb污染土壤pH值均無顯著影響。

2.2復合改良劑對Pb污染土壤小白菜Pb含量的影響

由圖2可見，小白菜可食部位Pb含量隨土壤Pb濃度的增加而增加，這與前人的研究結果[11，16-18]相符。與不施用復合改良劑相比，當復合改良劑施用量為900 mg/kg或者 1 200 mg/kg 時，4個不同濃度Pb污染土壤小白菜Cd含量顯著降低（圖2）。但是，與施用900 mg/kg復合改良劑相比，改良劑施用量增加到1 200 mg/kg時，4個不同濃度Pb污染土壤小白菜可食部位Pb含量無顯著差異（圖2）。與不施用復合改良劑相比，往800、1 200、1 600、2 000 mg/kg 4個濃度Pb污染土壤中施用900 mg/kg復合改良劑后，小白菜可食部位Pb含量分別降低35.72%、25.53%、28.84%和19.11%（圖2）。

2.3復合改良劑對Pb污染土壤小白菜營養(yǎng)品質的影響

蔬菜受體內重金屬的影響，其維生素、糖分和其他物質含量都相應有所變化，從而影響蔬菜的品質[19]。由圖3-A和3-B可見，隨著土壤中添加Pb濃度的增加，小白菜可食部位維生素C和可溶性糖含量呈逐漸下降之勢，這與前人的研究結果[20]一致。其原因可能是高濃度重金屬Pb會抑制小白菜合成維生素C和可溶性糖相關酶的活性，從而導致其含量降低[19，21]。隨著復合改良劑施用量的增加，小白菜維生素C和可溶性糖含量逐漸增加，當復合改良劑施用量為900 mg/kg時4個不同濃度Pb處理小白菜維生素C和可溶性糖含量均顯著高于不施用改良劑對照（圖3-A和3-B）。與不施用復合改良劑相比，往800、1 200、1 600、2 000 mg/kg 4個濃度Pb污染土壤中施用 900 mg/kg 復合改良劑后，小白菜可食部位維生素C含量分別增加了69.30%、49.73%、49.55%、1327%（圖3-A），可溶性糖含量分別增加了68.09%、8750%、5484%、54.17%（圖3-B）。與施用900 mg/kg復合改良劑相比，改良劑施用量增加到 1 200 mg/kg 并不能進一步顯著提升小白菜維生素C和可溶性糖含量，甚至導致其含量有所降低（圖3-A和3-B）。這些結果說明，施用 900 mg/kg 復合改良劑可有效緩解重金屬Pb對維生素C和可溶性糖相關合成酶活性的抑制作用。

在不施用改良劑的情況下，1 200、1 600、2 000 mg/kg 3個濃度Pb污染土壤小白菜可滴定酸含量均低于800 mg/kg濃度Pb污染土壤。由此可見，高濃度Pb處理會降低小白菜可食部位可滴定酸含量。施用復合改良劑可在一定程度上提高小白菜可滴定酸含量，可使1 200、1 600、2 000 mg/kg 3個濃度Pb污染土壤小白菜可滴定酸含量提高12.5%左右，但對800 mg/kg濃度Pb污染土壤小白菜可滴定酸含量的提升作用不顯著（圖3-C）。

隨著土壤中添加Pb濃度的增加，小白菜可食部位粗纖維含量逐漸增加，其原因可能是土壤受到Pb污染使小白菜莖葉木質化和纖維化所致。小白菜粗纖維含量過高，將導致其口感硬且粗糙，品質變差。施用復合改良劑可以降低Pb污染土壤小白菜可食部位粗纖維含量，提升其口感和品質。隨著復合改良劑施用量的增加，小白菜粗纖維含量逐漸降低，當復合改良劑施用量為900 mg/kg時4個不同濃度Pb處理小白菜粗纖維含量均顯著低于不施用改良劑對照。與不施用復合改良劑相比，往800、1 200、1 600、2 000 mg/kg 4個濃度Pb污染土壤中施用900 mg/kg復合改良劑后，小白菜可食部位粗纖維含量分別降低 24.66%、22.47%、20.83%和31.03%，增加改良劑施用量到1 200 mg/kg并不能進一步顯著降低小白菜可食部位粗纖維含量（圖3-D）。

在不施用復合改良劑的情況下，800、1 200、1 600 mg/kg 3個Pb污染土壤小白菜蛋白含量無明顯差異。同時，施用復合改良劑對這3個Pb污染土壤小白菜蛋白含量無顯著影響。但是，當土壤中Pb 添加量增加到2 000 mg/kg時，小白菜蛋白含量顯著增加，其原因可能是小白菜體內積累Pb的量越來越大，一部分蛋白質被Pb沉淀失活保存在小白菜體內，這些失活的蛋白質在測定過程中又被釋放出來，從而提高其含量值。隨著復合改良劑施用量的增加，2 000 mg/kg Pb污染土壤小白菜蛋白含量逐漸降低，在施用900 mg/kg復合改良劑時降到最低值，與不施用改良劑對照相比降低了21.83%（圖4-A）。

隨著土壤中添加Pb濃度的增加，小白菜可食部位干物質量逐漸降低。施用復合改良劑可顯著提高Pb污染土壤小白菜干物質量。隨著復合改良劑施用量的增加，800、1 200、1 600、2 000 mg/kg 4個Pb污染土壤小白菜干物質量均逐漸增加，在改良劑施用量為900 mg/kg或1 200 mg/kg時達到最大值。但是，與施用900 mg/kg復合改良劑相比，改良劑施用量增加到1 200 mg/kg時，4個不同濃度Pb污染土壤小白菜可食部位干物質量均無顯著差異。與不施用復合改良劑相比，往800、1 200、1 600、2 000 mg/kg 4個濃度Pb污染土壤中施用900 mg/kg復合改良劑后，小白菜可食部位干物質量分別增加了33.39%、31.38%、28.36%、29.40%（圖4-B）。

3討論與結論

當前我國菜田重金屬污染呈現(xiàn)加重趨勢，隨之帶來的“菜籃子”產品品質安全問題令人擔憂。在從菜田到餐桌的整個食物流通鏈中，在“菜籃子”產品產地源頭進行重金屬污染土壤修復，是保證蔬菜品質安全和人體健康的重要措施。鑒于農作物只吸收土壤中的有效態(tài)重金屬而非重金屬全量[22]，而重金屬有效性主要受土壤有機質含量和pH值的影響[8，23]，因此目前的重金屬原位化學修復法主要是圍繞調節(jié)重金屬污染土壤的有機質含量和pH值而展開的。已有的研究表明，土壤中的有機質可絡合Pb2+、Cd2+等重金屬離子，如果降低Pb2+、Cd2+等重金屬離子的有效性，便可增大其從土壤遷移到作物體內的難度[24-25]。因此，提高重金屬污染土壤的有機質含量可降低重金屬的有效性，從而減少農作物對其的吸收。本試驗結果表明，施用900 mg/kg復合改良劑可使Pb污染土壤有機質含量提高24.19%～60.00%。

影響重金屬有效性的另一個關鍵因子是土壤pH值。土壤pH值提高可促使土壤中Cd、Pb等重金屬離子形成氫氧化物或碳酸鹽結合態(tài)沉淀，降低重金屬遷移性和生物有效性，減少植物對重金屬的吸收[8，26]。與之相反，土壤pH值降低可導致氫氧化物或碳酸鹽結合態(tài)重金屬的溶解、釋放，也可增加

吸附態(tài)重金屬的釋放，從而增加了植物對重金屬的吸收[27]。由此可見，提高土壤pH值有助于降低植物中Cd、Pb等重金屬含量[18]。但本試驗土壤為堿性（表1），進一步顯著提升土壤pH值將不利于小白菜生長。本試驗結果表明，施用復合改良劑并不能顯著提高Pb污染土壤pH值。由結果可知：本試驗所采用的復合改良劑主要是通過提高土壤有機質含量來降低土壤Pb有效性的。在本試驗中，施用900 mg/kg復合改良劑可使小白菜可食部位Pb含量降低19.11%～35.72%，下降幅度顯著。

蔬菜受到重金屬污染，不僅會表現(xiàn)出外在的受害特征，如生長緩慢、失綠、矮小、減產等，而且還會進一步影響到營養(yǎng)品質指標，如維生素C、粗纖維、可溶性糖、蛋白、硝酸鹽等含量的高低[20-21，28-30]。因此，在重金屬污染土壤的改良治理中，改良劑對植物體營養(yǎng)品質的影響也是非常重要的研究內容。在本試驗中發(fā)現(xiàn)，施用復合改良劑對Pb污染土壤小白菜營養(yǎng)品質具有一定的提升作用，尤其是對提高小白菜維生素C、可溶性糖含量和干物質量，同時降低其體內粗纖維含量效果顯著。施用900 mg/kg復合改良劑可使小白菜可食部位維生素C含量提高13.27%～69.30%，可溶性糖含量提高54.17%～87.50%，干物質量提高28.36%～33.39%，粗纖維含量降低20.83%～3103%。

綜上所述，復合改良劑可通過提高Pb污染土壤有機質含量來降低Pb2+有效性，從而顯著降低小白菜可食部位對Pb2+的積累，并可顯著增加小白菜體內維生素C、可溶性糖含量和干物質量，降低其粗纖維含量，提升Pb污染土壤小白菜的營養(yǎng)品質。因此，復合改良劑能夠用于重金屬Pb污染土壤的原位修復，推薦其適宜用量為900 mg/kg。

參考文獻：

[1]曾希柏，徐建明，黃巧云，等. 中國農田重金屬問題的若干思考[J]. 土壤學報，2013，50（1）：186-194.

[2]付華，吳雁華，魏立華. 北京南部地區(qū)農業(yè)土壤重金屬分布特征與評價 [J]. 農業(yè)環(huán)境科學學報，2006，25（1）：182-185.

[3]陳同斌，宋波，鄭袁明，等. 北京市菜地土壤和蔬菜鉛含量及其健康風險評估 [J]. 中國農業(yè)科學，2006，39（8）：1589-1597.

[4]胡文，王海燕，查同剛，等. 北京市涼水河污灌區(qū)土壤重金屬累積和形態(tài)分析 [J]. 生態(tài)環(huán)境，2008，17（4）：1491-1497.

[5]Cai Q，Long M L，Zhu M，et al. Food chain transfer of cadmium and lead to cattle in a lead-zinc smelter in Guizhou，China [J]. Environmental Pollution，2009，157：3078-3082.

[6]Goyer R A. Lead toxicity：current Concerns [J]. Environmental Health Perspectives，1993，100：177-187.

[7]Mignardi S，Corami A，F(xiàn)errini V. Evaluation of the effectiveness of phosphate treatment for the remediation of mine waste soils contaminated with Cd，Cu，Pb，and Zn [J]. Chemosphere，2012，86：354-360.

[8]Brown S，Christensen B，Lombi E，et al. An inter-1aboratory study to test the ability of amendments to reduce the availability of Cd，Pb，and Zn in situ [J]. Environmenta1 Pollution，2005，138：34-45.

[9]Carrillo Zenteno M D，de Freitas R C A，F(xiàn)emandes R B A，et al. Sorption of cadmium in some soil amendments for in situ recovery of contaminated soils [J]. Water，Air and Soil Pollution，2013，224：1418-1426.

[10]楚秀梅，趙展恒，余兆婧，等. 重金屬Pb和Cd在不同修復材料中的遷移機制 [J]. 徐州工程學院學報：自然科學版，2014，29（1）：42-48.

[11]杜應瓊，何江華，陳俊堅，等. 鉛、鎘和鉻在葉類蔬菜中的累積及對其生長的影響 [J]. 園藝學報，2003，30（1）：51-55.

[12]韓承華，江解增. 重金屬污染對蔬菜生產的危害以及緩解重金屬污染措施的研究進展 [J]. 中國蔬菜，2014（4）：7-13.

[13]鮑士旦. 土壤農化分析 [M]. 北京：中國農業(yè)出版社，2001.

[14]陸安祥，孫江，王紀華，等. 北京農田土壤重金屬年際變化及其特征分析 [J]. 中國農業(yè)科學，2011，44（18）：3778-3789.

[15]李合生，孫群，趙世杰，等. 植物生理生化實驗原理和技術 [M]. 北京：高等教育出版社，2000.

[16]羅小玲，李淑儀，藍佩玲，等. 抑制劑對鉻鉛復合污染小白菜氧化代謝及根組織結構的影響 [J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報，2009，15（4）：890-897.

[17]付婷婷，伍鈞，黃永川，等. 不同形態(tài)氮肥對鉛污染土壤的調節(jié) [J]. 中國土壤與肥料，2014（1）：24-28.

[18]江海燕，王志國，趙秋香，等. 胡敏酸改性膨潤土鈍化污染土壤Pb&Cd及機理 [J]. 環(huán)境保護科學，2014，40（1）：46-50.

[19]胡超，付慶超. 土壤重金屬污染對蔬菜發(fā)育及品質的影響之研究進展 [J]. 中國農學通報，2007，23（6）：519-523.

[20]謝建治，劉樹慶，劉玉柱，等. 保定市郊土壤重金屬污染對蔬菜營養(yǎng)品質的影響 [J]. 農業(yè)環(huán)境保護，2002，21（4）：325-327.

[21]謝建治，張書廷，劉樹慶，等. 潮褐土重金屬Cd污染對小白菜營養(yǎng)品質指標的影響 [J]. 農業(yè)環(huán)境科學學報，2004，23（4）：678-682.

[22]Wallace A，Berry W L. Dose-response curves for zinc，cadmium and nickel in combination of one，two，or three？[J]. Soil Science，1989，147（6）：401-410.

[23]Kirkham M B. Cadmium in plants on polluted soils：effects of soil

factors，hyperaccumulation，and amendments [J]. Geoderma，2006，137：19-32.

[24]張亞麗，沈其榮，謝學儉，等. 豬糞和稻草對鎘污染黃泥土生物活性的影響 [J]. 應用生態(tài)學報，2003，14（11）：1997-2000.

[25]李雪芳，王林權，尚浩博，等. 小白菜和小青菜對鎘、汞、砷的富集效應及影響因素[J]. 北方園藝，2014（01）：16-21.

[26]杜彩艷，祖艷群，李元. pH和有機質對土壤中鎘和鋅生物有效性影響研究[J]. 云南農業(yè)大學學報，2005，20（4）：539-543.

[27]Vangronsveld J，Colpaert J V，van Tichelen K K. Reclamation of a bare industrial area contaminated by non-ferrous metals：physico-chemical and biological evaluation of the durability of soil treatment and revegetation [J]. Environmental Pollution，1996，94（2）：131-140.

[28]謝建治，李博文，劉樹慶. Cd、Zn污染對小白菜營養(yǎng)品質的影響 [J]. 華南農業(yè)大學學報，2005，26（1）：42-45.

[29]呂金印，張微，柳玲. Cd2+處理對幾種葉菜可食部分Cd含量及品質的影響 [J]. 核農學報，2010，24（4）：856-862.

[30]李廷亮，謝英荷，劉子嬌. Cd、Cr、Pb對幾種葉類蔬菜生長狀況及品質的影響 [J]. 山西農業(yè)科學，2008，36（4）：20-22.