溫國(guó)燦
(福州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所,福建福州350018)
隨著礦物開(kāi)采、金屬提煉、冶金、皮革、電鍍、印染等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,有毒重金屬元素Pb、Cd、Cr、As、Hg等在土壤環(huán)境中急劇累積,對(duì)生活環(huán)境及人體健康造成危害[1]。在污染物質(zhì)中,重金屬具有非生物降解性、持久性、隱蔽性等特點(diǎn),因而具有較高的危害性[2]。重金屬在環(huán)境中的形態(tài)不同,危害也不同,同一個(gè)重金屬元素價(jià)位不同,有些有毒性,有些沒(méi)毒性,造成部分重金屬元素表現(xiàn)出差異的環(huán)境行為[3,4]。土壤中的重金屬可通過(guò)根系進(jìn)入植物,在植物體內(nèi)各器官間大量積累,并通過(guò)食物鏈轉(zhuǎn)移和富集在人體中,最終危害人體健康,直接對(duì)我國(guó)的糧食安全產(chǎn)生影響[5-7]。
甘薯作為塊根食用作物,其食用部位直接同土壤接觸,加大了甘薯薯肉吸收土壤中重金屬的風(fēng)險(xiǎn),從而導(dǎo)致甘薯重金屬超標(biāo)。鉻作為五毒之一,在土壤中主要以三價(jià)鉻和六價(jià)鉻形式存在,三價(jià)鉻主要以難溶的Cr(H2O)63+、CrOH2+、Cr(H2O)-等形式存在,其在溶液中含量很小,不易被植物吸收,對(duì)植物的危害相對(duì)很小;土壤中的六價(jià)鉻主要以CrO42-、HCrO4-的形式存在,其在溶液中溶解度較大,活性及遷移性較強(qiáng),很難被土壤膠體等吸附,相對(duì)容易被作物吸收,因此具有較強(qiáng)的危害性[8]。鉻可以向空氣中擴(kuò)散,還可以在雨水淋濾作用下隨雨水進(jìn)入土壤及水體[9]。因此,研究甘薯對(duì)土壤重金屬鉻的富集能力及轉(zhuǎn)移規(guī)律非常必要。本文通過(guò)開(kāi)展3個(gè)試驗(yàn)田種植4個(gè)甘薯品種對(duì)比試驗(yàn),旨在探討不同甘薯品種對(duì)土壤重金屬鉻的轉(zhuǎn)移規(guī)律,為防治甘薯重金屬污染提供理論支持。
試驗(yàn)甘薯品種分別為廣87、普薯32、蘇薯16、金山57。3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)土壤重金屬及基本理化性狀見(jiàn)表1。
表1 3個(gè)試驗(yàn)田土壤基本理化性狀
試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),每個(gè)參試品種為1個(gè)處理,3次重復(fù)。單畦種植,小區(qū)面積13.3 m2,周邊設(shè)保護(hù)行。播種前在畦中條施硫酸鉀復(fù)合肥(15-15-15)990 kg/hm2。分別在3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)開(kāi)展甘薯種植田間試驗(yàn),2018年11月上旬收獲。甘薯生長(zhǎng)期間無(wú)嚴(yán)重病蟲(chóng)害和惡劣天氣發(fā)生,日常管理措施與大田生產(chǎn)相同。
在甘薯種植前,采用S形取樣法取試驗(yàn)地耕作層0~20 cm的土樣,風(fēng)干后磨細(xì)用100目網(wǎng)過(guò)篩后待用。收獲時(shí)每小區(qū)分別取薯肉、薯皮、莖、葉、根的鮮樣,送委托檢測(cè)單位檢測(cè)。土壤鉻采用HNO3-HClO4-HF混酸體系消煮,用PW2440型X射線熒光光譜儀測(cè)定。甘薯的根、莖、葉、薯皮、薯肉鮮樣中鉻含量采用HN03-HCl04混酸體系濕法消煮,用XSeries II電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)定。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用3次重復(fù)取平均值,用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,利用SPSS 20.0等統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行分析。
試驗(yàn)點(diǎn)A的甘薯各器官鉻含量見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn),不同品種各器官鮮樣鉻含量差異較大。根鮮樣鉻含量范圍為0.252~0.766 mg/kg,以普薯32最高,金山57最低,普薯32是金山57的3.04倍。莖鮮樣鉻含量以蘇金山57最高,達(dá)0.207 mg/kg,比最低的蘇薯16(0.116mg/kg)高出1.78倍。葉鮮樣鉻含量以蘇薯16最高(0.248mg/kg),是含量最低廣87(0.187mg/kg)的1.33倍。薯皮和薯肉鮮樣鉻含量范圍分別為0.012~0.443 mg/kg和0.046~0.103 mg/kg,含量最高的分別為廣87和金山57,最低的分別是普薯32和蘇薯16。各品種甘薯根鮮樣鉻含量最高,薯肉鮮樣鉻含量最低。4個(gè)供試甘薯品種食用部位(薯肉)鉻含量均在1.0 mg/kg以下,低于食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[10],無(wú)超標(biāo)現(xiàn)象。
表2 不同品種甘薯各器官中鉻的含量(試驗(yàn)點(diǎn)A)單位:mg/kg
試驗(yàn)點(diǎn)B的不同品種甘薯各器官鉻含量情況見(jiàn)表3,其中根鮮樣鉻含量范圍為0.901~11.43 mg/kg,以廣87最高,金山57最低;莖葉鮮樣鉻含量范圍分別為0.094~0.168 mg/kg和0.258~0.823 mg/kg,兩者均以金山57最高,蘇薯16最低;薯皮鮮樣鉻含量范圍為0.075~0.096 mg/kg,以廣薯87和金山57最高,均為0.096 mg/kg,普薯32最低;薯肉鮮樣鉻含量范圍為0.193~0.568 mg/kg,以普薯32最高,廣87最低。試驗(yàn)點(diǎn)B供試的品種甘薯各器官中以根鮮樣鉻含量最高,而且遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他器官。因此,甘薯對(duì)于鉻元素的吸收主要富集在根部,而鉻元素分布在可食用部位薯肉的含量較少,其中廣薯87和蘇薯16根鮮樣鉻含量均比其薯肉含量高。
表3 不同品種甘薯各器官中鉻的含量(試驗(yàn)點(diǎn)B)單位:mg/kg
試驗(yàn)點(diǎn)C的甘薯根和莖鮮樣鉻含量范圍分別為0.729~62.870 mg/kg和0.105~5.460 mg/kg,兩者均以廣87最高,金山57最低;葉、薯皮、薯肉鮮樣鉻含量范圍分別為0.153~9.120 mg/kg、0.038~1.430 mg/kg和0.094~3.280 mg/kg,三者均以廣87最高,葉和薯皮鮮樣均以普薯32最低,薯肉鮮樣以金山57最低(見(jiàn)表4)。甘薯體內(nèi)鉻含量以根鮮樣最高,含量比其他幾個(gè)器官含量總和還要高。由此可見(jiàn),甘薯對(duì)于鉻元素的吸收絕大部分在根部,而鉻元素分布在可食用部位薯肉的含量較少。
表4 不同品種甘薯各器官中鉻的含量(試驗(yàn)點(diǎn)C)單位:mg/kg
試驗(yàn)點(diǎn)A不同品種甘薯中鉻總量分別為1.37mg/kg(廣薯87)、1.21 mg/kg(金山57)、0.916 mg/kg(蘇薯16)、1.583 mg/kg(普薯32),其中以普薯32最多,蘇薯16最少;試驗(yàn)點(diǎn)B不同品種甘薯中鉻總量分別為12.444 mg/kg(廣薯87)、2.458 mg/kg(金山57)、11.176 mg/kg(蘇薯16)、3.059 mg/kg(普薯32),其中以廣薯87最多,金山57最少;試驗(yàn)點(diǎn)C不同品種甘薯中鉻總量分別為82.16 mg/kg(廣薯87)、1.152mg/kg(金山57)、1.888mg/kg(蘇薯16)、2.586mg/kg(普薯32),其中以廣薯87最多,金山57最少。從3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)甘薯鉻總量來(lái)看,廣薯87相對(duì)其他3個(gè)品種表現(xiàn)出更強(qiáng)的富集能力,而金山57的富集能力相對(duì)較弱。
3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)甘薯品種各器官中以根鮮樣鉻含量最高,為其次為莖及薯皮,薯肉鮮樣鉻含量最低,而在試驗(yàn)點(diǎn)C上,甘薯葉的鉻含量比莖和薯皮要高,這可能是由于土壤鉻含量超過(guò)一定的臨界濃度時(shí),重金屬?gòu)母块_(kāi)始向地上部分的莖、葉等器官轉(zhuǎn)移[11,12],從而導(dǎo)致莖、葉等器官鉻含量增加,而地下部分薯皮鉻含量反而減少??偟恼f(shuō)來(lái),甘薯各器官對(duì)土壤鉻的吸收能力表現(xiàn)出根>莖葉>薯皮>薯肉的特點(diǎn),表明甘薯對(duì)于土壤鉻的富集主要集中在根部,這同王帥[13]等人研究幾種油料作物對(duì)鉻的積累中發(fā)現(xiàn)4種作物根部鉻含量明顯高于地上部分的結(jié)論是一致的。
3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)不同品種甘薯中鉻總量分別為95.974 mg/kg(廣薯87)、4.82 mg/kg(金山57)、13.98 mg/kg(蘇薯16)、7.228 mg/kg(普薯32),其中以廣薯87最多,比最少金山57高出20倍左右。
4個(gè)供試甘薯品種食用部位(薯肉)鉻含量絕大部分在1.0 mg/kg以下,超標(biāo)現(xiàn)象較少,其中試驗(yàn)點(diǎn)A的土壤鉻含量最低,其種植的4個(gè)甘薯品種各器官均未高于食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),而在試驗(yàn)點(diǎn)B和C出現(xiàn)部分甘薯器官超標(biāo)現(xiàn)象,超標(biāo)率分別為35%和15%。由于甘薯對(duì)土壤鉻的富集遷移能力受土壤pH值、有機(jī)質(zhì)及土壤質(zhì)地等因素的綜合影響,因此有必要進(jìn)一步研究土壤理化性質(zhì)等綜合因素下甘薯富集鉻的規(guī)律,為合理利用鉻污染的土壤種植甘薯作物奠定基礎(chǔ)。