謝麗萍，李 燾，蔣翠文，王彥力，牙 禹，韋宇寧，何 潔，閆飛燕

(廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與檢測(cè)技術(shù)研究所，廣西 南寧 530007)

【研究意義】荸薺，又名馬蹄、水栗、烏芋等，是水生作物，我國(guó)是世界上最大的荸薺種植國(guó)家，種植面積達(dá)4萬(wàn)公頃。主要產(chǎn)地為廣西、江西、湖北、浙江、福建等地，其中廣西種植面積占全國(guó)馬蹄種植面積一半以上，產(chǎn)量居全國(guó)首位[1-2]。近年來(lái)，隨著人類(lèi)農(nóng)業(yè)活動(dòng)的發(fā)展，農(nóng)藥化肥使用泛濫，嚴(yán)重威脅著我國(guó)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境安全。其中，重金屬污染具有持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、不易分解、不可逆性、修復(fù)難度大等特點(diǎn)，且能夠通過(guò)食物鏈轉(zhuǎn)移并逐級(jí)放大，進(jìn)而威脅人類(lèi)健康，受到人們廣泛關(guān)注。而關(guān)于不同重金屬在荸薺中的累積特性的研究尚少見(jiàn)較報(bào)道。因此，研究荸薺對(duì)不同重金屬的富集規(guī)律，可以為保障荸薺產(chǎn)品的質(zhì)量安全、合理種植布局及產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展提供重要的科學(xué)支撐?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】據(jù)2014年的全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)顯示，我國(guó)土壤環(huán)境狀況總體不容樂(lè)觀，尤其是耕地，污染超標(biāo)率為19.4 %，主要污染物為鎘、鎳、銅、砷、汞、鉛、滴滴涕和多環(huán)芳烴，以無(wú)機(jī)污染物為主[3]。而蔬菜對(duì)土壤中的重金屬有一定的富集能力，這也導(dǎo)致食用者攝入過(guò)多重金屬，已有研究表明人體中約有70 %的鎘來(lái)自于蔬菜[4]。有關(guān)重金屬污染對(duì)蔬菜的影響主要體現(xiàn)在重金屬對(duì)蔬菜機(jī)理的毒害，蔬菜對(duì)重金屬元素選擇性的吸收，重金屬對(duì)蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育、合成代謝、品質(zhì)、產(chǎn)量等諸多方面[5-8]。秦文淑等[9]分析了廣州市主要蔬菜市場(chǎng)的12種蔬菜共36個(gè)樣品，表明鉛、鉻和鎘為廣州市蔬菜的主要污染元素，蔬菜50 %以上受到污染。對(duì)我國(guó)眾多的土壤樣品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可知：我國(guó)土壤表層鉻的含量范圍為1.9～519.0 mg/kg，背景值范圍為11.75～180.00 mg/kg，平均值約為57.66 mg/kg[10]。陳桂芬等[11-12]對(duì)廣西水稻主產(chǎn)區(qū)及桂西地區(qū)稻田研究表明土壤中鎘的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)比較高。凌乃規(guī)[13]對(duì)廣西不同類(lèi)型農(nóng)田土壤重金屬研究表明超標(biāo)率較高的元素為鎘和汞。宋波等[14]對(duì)廣西典型土壤鉛含量研究表明調(diào)查區(qū)域鉛污染指數(shù)大于1的樣本達(dá)到23 %，其中7 %達(dá)到重度污染。王婷等[15]研究表明畜禽糞肥對(duì)土壤中銅的累計(jì)貢獻(xiàn)率最大，黃玉溢等[16]對(duì)廣西柑桔園土壤的銅研究表明果園土壤普遍有效銅含量過(guò)高，并隨園齡增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。李正等[17]采用微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定了荸薺的14種微量元素。伍秀蓮等[18]分析了荸薺中微量元素，氨基酸以及常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分含量在其球莖和頂芽中的分布差異，結(jié)果表明荸薺含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，粗蛋白、粗脂肪、蔗糖、總淀粉、維生素B1、維生素B2、維生素C、鐵、鋅、鉻、銅、錳、鎘、鉛等元素在球莖中含量高于頂芽?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】廣西種植區(qū)域的土壤中鎘、汞、鉛和銅含量相對(duì)較高，隨著荸薺種植面積的增長(zhǎng)和種植區(qū)域的擴(kuò)大，荸薺的食用安全性受到廣大消費(fèi)者的高度關(guān)注，而目前的研究主要集中在荸薺的品種選育、組培技術(shù)及高產(chǎn)栽培領(lǐng)域[19]，關(guān)于荸薺對(duì)重金屬鎘、銅、鉛和汞的吸收富集規(guī)律的相關(guān)研究尚鮮見(jiàn)報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】通過(guò)添加不同劑量的銅、鉛、汞和鎘，探索荸薺對(duì)各重金屬元素的吸收富集規(guī)律，以期為荸薺的安全種植、產(chǎn)品的質(zhì)量安全及合理布局提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試荸薺品種為桂蹄2號(hào)，由廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所提供。供試土壤為廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院明陽(yáng)基地的沙壤土，理化性質(zhì)分別為：pH7.51、有機(jī)質(zhì)22.5 g/kg、堿解氮113 mg/kg、速效磷27 mg/kg和速效鉀146 mg/kg ，土壤中鎘、汞、鉛和銅的本底值分別為鎘0.01 mg/kg、汞0.07 mg/kg、鉛4.99 mg/kg和銅20.75 mg/kg。采用分析純硝酸鉛Pb(NO3)2，硝酸鎘Cd(NO3)2，氯化汞HgCl2和硫酸銅CuSO4·7H2O添加重金屬。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院明陽(yáng)基地內(nèi)進(jìn)行，用盆栽方式在塑料大棚內(nèi)避雨栽培，通風(fēng)口用防蟲(chóng)網(wǎng)覆蓋。采集的土壤經(jīng)過(guò)風(fēng)干、粉碎、去雜質(zhì)、過(guò)篩、重金屬添加和平衡后，15 kg/桶裝盆備用。桶內(nèi)徑35 cm，高45 cm，底不漏水。

各處理土壤中重金屬濃度見(jiàn)表1，以溶液形式加入重金屬并與土壤充分拌勻，放置一個(gè)月平衡。2016年7月24日在各盆中定植馬蹄苗3株，所有重金屬處理均為單因素，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，T為《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618-1995)中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值，其中鉛、鎘、汞和銅分別為：350.0，0.6，1.0和100.0 mg/kg。

施肥：基肥用三元復(fù)合肥，每桶施用10 g，與土壤混勻，在定苗成活后進(jìn)行一次追肥，每桶8 g，均溶成溶液施入。澆水：根據(jù)蒸發(fā)量確定澆入純凈水的量，保持桶內(nèi)水位4 cm左右，根據(jù)大田實(shí)際生產(chǎn)管理，在馬蹄生長(zhǎng)后期停止補(bǔ)充純凈水，待盆栽內(nèi)水分自然揮發(fā)，保證在采收時(shí)盆栽內(nèi)沒(méi)有水層。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

馬蹄成熟時(shí)采集樣品及土壤，于2017年1月17日采集土壤、馬蹄及莖葉。土壤樣品進(jìn)行風(fēng)干研磨，植株樣品在115 ℃殺青，60 ℃烘至恒重，粉碎備用。

分別依據(jù)GB/T 5009.12-2017、GB/T 5009.15-2014和GB/T 5009.17-2014的方法測(cè)定植株及馬蹄中的鉛、鎘和汞；依據(jù)GB/T 17141-1997測(cè)定土壤中鉛和鎘，分別依據(jù)NY/T 1121.10-2006、NY/T 1121.2-2006、NY/T 1121.6-2006、LY/T 1228-2015、NY/T 1121.7-2014和NY/T 889-2004測(cè)定土壤中汞、pH、有機(jī)質(zhì)、水解性氮、速效磷和速效鉀，結(jié)果以鮮樣計(jì)。

表1 不同處理土壤重金屬濃度

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

富集系數(shù)=植物體內(nèi)重金屬的濃度/土壤中重金屬的濃度。

使用Excel 2007和SPSS11.0軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度重金屬與荸薺產(chǎn)量關(guān)系

在0.25 T低濃度銅、鎘、鉛和汞元素處理下，荸薺球莖產(chǎn)量均有增加，莖葉產(chǎn)量相對(duì)對(duì)照處理有差異(表2)。土壤中銅的濃度達(dá)到0.25 T時(shí)球莖產(chǎn)量最高，隨著處理濃度增加產(chǎn)量下降，當(dāng)土壤濃度上升到2.5 T時(shí)球莖產(chǎn)量急劇下降至88.7 g/桶，相當(dāng)于對(duì)照產(chǎn)量的一半，說(shuō)明在高濃度銅影響下荸薺球莖產(chǎn)量下降。隨著鎘處理濃度的增加，荸薺球莖產(chǎn)量呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，說(shuō)明鎘會(huì)促進(jìn)荸薺產(chǎn)量的提高。在鉛0.25 T處理濃度下荸薺球莖產(chǎn)量高于對(duì)照，但隨著土壤中鉛濃度提高，球莖產(chǎn)量下降并均低于對(duì)照。隨著汞的處理濃度提高，荸薺球莖產(chǎn)量下降但均高于對(duì)照。

2.2 荸薺吸收銅的規(guī)律及分布特征

不同處理下荸薺莖葉中銅的含量與土壤中銅含量呈正相關(guān)性(r=0.96)，并隨著土壤銅含量的增加而增加(圖1)。皮中銅含量也與土壤銅含量呈正相關(guān)(r=0.97)，但是增加幅度比莖葉小。在處理濃度為1T時(shí)，果肉對(duì)銅的富集達(dá)到最大值1.8 mg/kg。各部位富集能力為：莖葉>皮>果肉。莖葉的富集系數(shù)高于果肉及皮，并且隨著土壤銅含量的增加，富集系數(shù)增大，達(dá)到1.75 T時(shí)，富集系數(shù)最大，之后開(kāi)始下降(圖2)。果肉及皮的富集系數(shù)基本保持不變，變化趨勢(shì)與土壤銅濃度的變化趨勢(shì)沒(méi)有明顯相關(guān)性。

2.3 荸薺吸收鎘的規(guī)律及分布特征

根據(jù)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》(GB2762-2017)中規(guī)定，新鮮蔬菜水果鎘限量為0.05 mg/kg。在CK、0.25、1、1.75和2.5 T 5個(gè)處理中，果肉中鎘含量均低于檢出限(0.0001mg/kg)，說(shuō)明荸薺果肉對(duì)鎘不吸收，可以安全食用。果皮僅在2.5 T處理時(shí)才檢出鎘0.0090 mg/kg，也低于限量。

表2 4種重金屬不同濃度下荸薺莖葉及球莖產(chǎn)量情況

注：不同小寫(xiě)字母表示荸薺相同部位產(chǎn)量在各重金屬元素不同處理水平相比達(dá)到P<0.05顯著水平。

Note:Different lowercase letters indicate the differences of concentrations of four heavy metals at the yield of stem, leaf and bulb atP<0.05.

同部位不同處理間不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)，下同Different lowercase letters between different treatments at the same part indicated the significant differences at P<0.05, the same as below圖1 不同處理濃度下荸薺各部位銅含量情況 Fig.1 The content of Cu in each part of water chestnut by adding different concentration of Cu

圖2 不同銅處理濃度下荸薺各部分的富集系數(shù)Fig.2 The enrichment coefficient of all parts of water chestnut by adding different concentration of Cu

莖葉中的鎘在1.75和2.5 T處理時(shí)才有檢出。說(shuō)明荸薺對(duì)重金屬鎘的吸收積累能力不強(qiáng)，在生產(chǎn)中可以結(jié)合產(chǎn)地環(huán)境的情況合理安排種植(表3)。

2.4 荸薺吸收鉛的規(guī)律及分布特征

荸薺在五個(gè)鉛處理濃度下都生長(zhǎng)良好，沒(méi)有出現(xiàn)死苗現(xiàn)象。不同濃度鉛土壤處理下荸薺各部位鉛的空間分布為：葉>皮>果肉，在土壤1 T濃度處理下，果肉中鉛含量低于檢出限，在2.5 T污染濃度處理下果肉可食部分中鉛含量達(dá)到0.327 mg/kg，超過(guò)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》(GB2762-2017)中新鮮蔬菜水果鉛的限量標(biāo)準(zhǔn)0.1 mg/kg。在低鉛處理下，荸薺對(duì)鉛的吸收能力低，當(dāng)土壤污染濃度到達(dá)2.5 T時(shí)吸收能力增加，2.5 T處理的果肉、皮和莖葉中鉛含量的濃度是1.75 T處理的82、54和3倍(表4)。

表3 不同鎘處理下荸薺各部位鎘含量

注：-表示未檢出。鎘、鉛檢出限為0.0001、0.001 mg/kg。

Note:-Stands for undetected. Cd and Pb detection limits are 0.0001 and 0.001 mg/kg.

圖3 不同汞處理濃度下荸薺各部位汞含量 Fig.3 The content of Hg in each part of water chestnut by adding different concentration of Hg

2.5 荸薺吸收汞的規(guī)律及分布特征

在五個(gè)不同汞濃度處理下荸薺長(zhǎng)勢(shì)良好，沒(méi)有受毒害現(xiàn)象發(fā)生，荸薺各部位汞含量分布為：皮>果肉>莖葉，在土壤汞濃度0.25T處理下，果肉可食部分汞含量達(dá)0.013 mg/kg，已超過(guò)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》(GB2762-2017)中汞的限量標(biāo)準(zhǔn)0.01 mg/kg。隨著土壤汞濃度增加，果肉、皮和莖葉中汞含量均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。果肉和皮的富集系數(shù)隨土壤汞濃度的增加而增加，CK處理的莖葉的富集系數(shù)最高，隨土壤汞濃度增加而呈現(xiàn)微量上升(圖3～4)。

表4 不同鉛處理下荸薺各部位鉛含量

圖4 不同汞處理濃度下荸薺各部位汞的富集系數(shù)Fig.4 The enrichment coefficient of all parts of water chestnut by adding different concentration of Hg

3 討 論

通過(guò)對(duì)荸薺添加不同濃度的鎘、汞、銅和鉛的盆栽試驗(yàn)表明，荸薺對(duì)不同重金屬吸收特征各異，重金屬元素汞為荸薺富集元素，這與其他水生蔬菜類(lèi)對(duì)重金屬的積累富集結(jié)果一致[20]，在土壤汞處理為0.25T時(shí)，可食部分汞含量即超過(guò)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》(GB2762-2017)新鮮蔬菜的限量標(biāo)準(zhǔn)0.01 mg/kg，且隨著土壤中汞含量的增加而增加。因此在荸薺生產(chǎn)中需要密切關(guān)注產(chǎn)地環(huán)境中汞的背景值情況，在汞未超標(biāo)的區(qū)域也應(yīng)該引起重視，因?yàn)榕柙栽囼?yàn)表明在土壤限量值的1/4處，荸薺長(zhǎng)勢(shì)良好，但是可食部分果肉中的汞已經(jīng)超過(guò)限量值，如種植區(qū)域有污染風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)建立跟蹤監(jiān)測(cè)制度及對(duì)應(yīng)機(jī)制，控制產(chǎn)品中汞污染風(fēng)險(xiǎn)。荸薺不富集鎘，在土壤中鎘污染達(dá)到2.5 T時(shí)，荸薺可食部分未檢出鎘，這與水生蔬菜茭白的研究結(jié)果一致[17]，即使產(chǎn)地環(huán)境中受到一定程度鎘污染也可根據(jù)實(shí)際情況適度安排生產(chǎn)。土壤在鉛污染濃度CK、0.25、1和1.75 T處理下，荸薺果肉部分不富集鉛，但是在2.5 T處理時(shí)果肉中鉛含量超過(guò)GB2762-2017標(biāo)準(zhǔn)中新鮮蔬菜限量值0.1 mg/kg，因此荸薺果肉在土壤低鉛下不富集，而在環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)值2.5倍土壤環(huán)境下表現(xiàn)出高富集能力。

4 結(jié) 論

低濃度重金屬的處理會(huì)促進(jìn)荸薺產(chǎn)量的提高,荸薺各部位對(duì)重金屬吸收累積具有顯著的分布規(guī)律，銅、鉛和鎘在各部位含量分布為：莖葉>皮>果肉；汞為：皮>果>莖葉。荸薺對(duì)鉛、鎘耐受性強(qiáng)，在土壤達(dá)到環(huán)境限量值時(shí)，荸薺果肉中鉛、鎘含量符合標(biāo)準(zhǔn)要求；汞容易被荸薺吸收，在有汞污染風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域建議不要種植。