梁金明 王珂 楊國義 李彬 鄧玉 朱雅琪

摘要 為了保障菜地土壤的安全利用，修復(fù)菜地土壤重金屬污染、降低蔬菜重金屬含量，對(duì)籽粒莧-鈍化劑聯(lián)合修復(fù)系統(tǒng)對(duì)菜地土壤和西藍(lán)花重金屬含量的影響進(jìn)行研究。結(jié)果表明，籽粒莧種植可以顯著降低菜地土壤Cd、Pb、Ni含量（P<0.05）;籽粒莧-鈍化劑聯(lián)合修復(fù)系統(tǒng)可以顯著降低西藍(lán)花Cd、Pb含量（P<0.05）;西藍(lán)花種植可以顯著降低土壤Hg、Cr、Ni含量（P<0.05），不宜在重金屬污染土壤中種植。

關(guān)鍵詞 籽粒莧;植物修復(fù);鈍化劑;菜地土壤;西藍(lán)花;重金屬含量;影響

中圖分類號(hào) X53文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2021）10-0070-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.10.019

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Study on the Effect of Grain Amaranth-passivator Combined Remediation System on the Heavy Metal Content of Vegetable Soil and Broccoli

LIANG Jin-ming1，WANG Ke2，YANG Guo-yi3 et al （1.Zhongshan Agricultural Science and Technology Extension Center，Zhongshan，Guangdong 528400;2.Pearl River Hydraulic Research Institute，Pearl River Water Conservancy Commission，Guangzhou，Guangdong 510611;3.Institute of Eco-Environment and Soil，Guangdong Academy of Sciences/Key Laboratory of Comprehensive Management of Agricultural Environment of Guangdong Province，Guangzhou，Guangdong 510650）

Abstract In order to ensure the safe use of vegetable soil，repair heavy metal pollution in vegetable soil，and reduce vegetable heavy metal content，this paper studied the effect of grain amaranth-passivator combined remediation system on the heavy metal content of vegetable soil and broccoli.The results showed that the grain amaranth planting could significantly reduce the Cd，Pb，Ni content of vegetable soil（P<0.05）.Grain amaranth-passivator combined repair system can significantly reduce broccoli Cd，Pb content（P<0.05）.Broccoli planting could significantly reduce the soil Hg，Cr and Ni content （P<0.05），and it was not suitable for planting in heavy metal contaminated soil.

Key words Grain amaranth;Phytoremediation;Passivator;Vegetable soil;Broccoli;Heavy metal content;Effect

隨著工業(yè)化的發(fā)展和農(nóng)業(yè)化肥的過度使用，耕地土壤重金屬污染問題日趨嚴(yán)峻[1-3]。生態(tài)環(huán)境部全國土壤污染狀況調(diào)查結(jié)果顯示，我國耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率最高，達(dá)19.4%，主要污染物以重金屬為主[4]。重金屬可以在農(nóng)作物體內(nèi)富集，并通過食物鏈最終進(jìn)入人體，對(duì)人體健康產(chǎn)生危害，其中以蔬菜類富集重金屬能力最強(qiáng)[5-6]。有學(xué)者對(duì)我國多個(gè)城市郊區(qū)蔬菜重金屬污染研究發(fā)現(xiàn)，多數(shù)郊區(qū)蔬菜受到不同程度的重金屬污染，其中以Pb、Cd超標(biāo)現(xiàn)象最為普遍[7]。為了保護(hù)人體健康，修復(fù)菜地土壤重金屬污染、降低蔬菜重金屬含量、保障菜地土壤的安全利用成為當(dāng)前學(xué)術(shù)界研究熱點(diǎn)之一[8]。因此，筆者以廣東省中山市某蔬菜基地為研究對(duì)象，研究籽粒莧-鈍化劑聯(lián)合修復(fù)技術(shù)對(duì)菜地土壤和西藍(lán)花重金屬含量的影響，對(duì)提高菜地受污染土壤安全利用率和保障當(dāng)?shù)厥卟速|(zhì)量安全具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及土壤重金屬含量 試驗(yàn)地點(diǎn)位于廣東省中山市某蔬菜基地（113.42°E、22.26°N），高程-2.2 m。試驗(yàn)基地面積共0.20 hm2，按梅花點(diǎn)法采集10個(gè)土壤樣點(diǎn)，樣品混合均勻后采用四分法進(jìn)行取樣，所有樣品均為0～20 cm表層樣品，采樣工具為竹片。對(duì)所采集土壤樣品的重金屬含量進(jìn)行檢測，結(jié)果顯示，Cd（0.472±0.042） mg/kg、Hg（0.215±0.080）mg/kg、As（20.8±0.4）mg/kg、Pb（55.5±1.1）mg/kg、Cr（122±3）mg/kg、Cu（60.4±1.6）mg/kg、Zn（118±4）mg/kg、Ni（58.0±2.8）mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

所選用的重金屬鈍化劑——鐵基生物炭（以下簡稱“鈍化劑”）為佛山市鐵人環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)。籽粒莧種子品種為紅莧K112，西藍(lán)花幼苗品種為綠野90，均為當(dāng)?shù)刭徺I。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)時(shí)間為2015年5—12月，分兩季進(jìn)行。第一季試驗(yàn)時(shí)間為5—7月，種植作物為籽粒莧，試驗(yàn)前對(duì)蔬菜基地進(jìn)行整地、翻耕，并施入75 kg復(fù)合肥（1 125 kg/hm2）作為基肥。基地四周設(shè)有保護(hù)行，5月8日條播種植籽粒莧，行間距為30 cm，播種量為6.0～7.5 kg/hm2，覆土深度為2～4 cm，播種之后進(jìn)行鎮(zhèn)壓，以確保土壤墑情。6月2日進(jìn)行間苗，7月10日籽粒莧成熟進(jìn)行收割，收割時(shí)株高80～100 cm。在植物整個(gè)生長期間按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)方法進(jìn)行灌溉、施肥。

第二季試驗(yàn)時(shí)間為10—12月，對(duì)0.20 hm2基地追施150 kg 復(fù)合肥（750 kg/hm2）作為基肥，對(duì)其中0.18 hm2施用重金屬鈍化劑（設(shè)計(jì)為3個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)0.06 hm2），設(shè)計(jì)3個(gè)處理：A（土壤重金屬鈍化劑2 250 kg/hm2）、B（土壤重金屬鈍化劑1 875 kg/hm2）、C（土壤重金屬鈍化劑1 500 kg/hm2）;對(duì)剩下的0.02 hm2不施用重金屬鈍化劑，作為對(duì)照組（CK）?；厮闹茉O(shè)有保護(hù)行，10月11日移栽西藍(lán)花幼苗，11月21日和12月3日噴施葉面硅肥，施用量為7 500 mL/hm2，12月下旬西藍(lán)花成熟收割。在植物整個(gè)生長期間除上述處理外其他灌溉、殺蟲、施肥按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)方法進(jìn)行。

1.4 樣品采集及處理

在成熟時(shí)期采集土壤樣品和植物樣品。土壤樣品按照梅花點(diǎn)法在每個(gè)小區(qū)采集5個(gè)樣點(diǎn)，采樣深度為0～20 cm，采用四分法取樣，將采集到的樣品自然風(fēng)干，研磨過20目和100目篩備用。籽粒莧和西藍(lán)花樣品均為每個(gè)小區(qū)隨機(jī)采樣5株，帶回實(shí)驗(yàn)室后依次用自來水、蒸餾水、高純水清洗后用吸水紙吸干表面水分，在105 ℃條件下殺青30 min后70 ℃條件下烘干至恒重，用高速萬能粉碎機(jī)（FW100）粉碎，過60目尼龍篩備用。

1.5 測定方法

土壤pH采用無CO2蒸餾水按土水比1∶2.5提取，電位法測定[9];土壤中As含量測定采用原子熒光法-土壤中總砷的測定[10];Hg含量測定采用原子熒光法-土壤中總汞的測定[11];Cd、Pb含量采用HCl-HNO3-HF-HClO4消解，石墨爐原子吸收分光光度法測定[12];Cr、Cu、Zn、Ni總量采用HCl-HNO3-HF-HClO4消解，火焰原子吸收分光光度法測定[13-15];土壤各指標(biāo)測定過程中均設(shè)置土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07453（GSS-24）進(jìn)行質(zhì)量控制。

植物樣品的重金屬As、Hg采用HNO3-HClO4（4∶1）消解，原子熒光光度計(jì)（AFS-830）測定[16-17];Cr、Cd、Pb采用HNO3-HClO4（4∶1）消解，石墨爐原子吸收光譜儀（PinAAcle 900Z）測定[18-20];測定樣品時(shí)，采用植物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10015（GSB-6）進(jìn)行質(zhì)量控制。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 8.0軟件進(jìn)行圖片編輯，采用SPSS 11.5軟件進(jìn)行單因素方差分析（Duncan多重比較法）和Pearson相關(guān)性分析（雙尾檢驗(yàn)），檢驗(yàn)水平α=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 籽粒莧修復(fù)系統(tǒng)對(duì)菜地土壤重金屬含量的影響

植物修復(fù)技術(shù)是一項(xiàng)利用植物處理有毒有害污染物的修復(fù)技術(shù)，其對(duì)土壤重金屬污染有很好的修復(fù)作用，是一項(xiàng)與工程實(shí)踐活動(dòng)緊密結(jié)合的土壤環(huán)境污染控制技術(shù)[21]。1977年Brooks等[22]首次提出超累積植物的概念，1983年Chaney[23]又提出了重金屬植物修復(fù)的思想，隨后，利用植物修復(fù)技術(shù)治理土壤重金屬污染進(jìn)入快速發(fā)展的時(shí)期，并取得了一定成效。應(yīng)用于植物修復(fù)技術(shù)的超富集植物應(yīng)具有可以忍耐和超量累積重金屬元素、生物量大、易栽培等特點(diǎn)。籽粒莧作為一種生物量大、易栽培的Cd富集植物，對(duì)Cd具有很強(qiáng)的富集性，是修復(fù)土壤重金屬Cd污染的良好材料，同時(shí)對(duì)其他重金屬也有很好的富集作用[24]。

該試驗(yàn)通過菜地種植籽粒莧，研究籽粒莧種植前后對(duì)菜地土壤重金屬含量的影響，從圖1可以看出，利用籽粒莧進(jìn)行修復(fù)后，土壤中Cd含量由0.472 mg/kg降低至0.421 mg/kg，顯著降低10.8%（P<0.05），說明籽粒莧種植對(duì)菜地土壤Cd污染修復(fù)效果良好;此外，籽粒莧修復(fù)前后Pb含量由55.5 mg/kg 降低至47.2 mg/kg，Ni含量由58.0 mg/kg降低至52.0 mg/kg，分別顯著降低了14.9%、10.3%（P<0.05），說明籽粒莧種植除對(duì)菜地土壤Cd污染有良好的修復(fù)效果外，對(duì)Pb、Ni也有很好的修復(fù)效果;而其他幾種重金屬指標(biāo)中，Hg、As、Cr、Cu含量降低不顯著，Zn含量略有升高，說明籽粒莧種植對(duì)菜地土壤Hg、As、Cr、Cu、Zn污染修復(fù)無顯著效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，籽粒莧種植對(duì)降低菜地土壤Cd、Pb、Ni含量有顯著效果（P<0.05），是一種很好的菜地土壤重金屬修復(fù)超富集植物。

2.2 鈍化劑修復(fù)系統(tǒng)對(duì)西藍(lán)花中重金屬含量的影響

西藍(lán)花作為一種常見蔬菜，其營養(yǎng)價(jià)值高，受到很多人的喜愛，但其對(duì)重金屬的富集能力相對(duì)較高[25]。長期食用重金屬含量較高的食物，易使重金屬在人體內(nèi)富集，從而給人體健康帶來危害，因此西藍(lán)花作為人類經(jīng)常食用的食物之一，控制其重金屬含量至關(guān)重要。種植籽粒莧對(duì)土壤重金屬污染菜地進(jìn)行修復(fù)后，種植西藍(lán)花時(shí)通過鈍化劑修復(fù)系統(tǒng)對(duì)西藍(lán)花中重金屬含量的影響進(jìn)行研究，結(jié)果表明（表1），施用鈍化劑可以顯著降低西藍(lán)花中Cd、Pb含量（P<0.05），但是對(duì)降低西藍(lán)花中Hg、As、Cr含量效果不顯著。

Cd是一種危害極大的無機(jī)污染物，過量的Cd攝入會(huì)對(duì)人體健康造成極大危害，損害血管、人體臟器，嚴(yán)重者致癌致畸;Pb作為一種用途廣泛的工業(yè)原料，隨著人類活動(dòng)通過各類途徑進(jìn)入人體并最終在人體內(nèi)富集，對(duì)人體健康造成極其嚴(yán)重的影響，損傷人體腸胃功能、腎臟功能、神經(jīng)系統(tǒng)等[26]。因此，需要控制食物中Cd、Pb含量，以進(jìn)一步控制Cd、Pb在人體內(nèi)的富集，避免給人體健康帶來過多危害。該試驗(yàn)結(jié)果表明（表1），施用2 250 kg/hm2（A處理）、1 875 kg/hm2（B處理）、1 500 kg/hm2（C處理）鈍化劑均可以顯著降低西藍(lán)花中Cd含量（P<0.05），但A處理和B處理的效果較好，分別降低西藍(lán)花Cd含量38.2%、32.9%，而C處理僅降低西藍(lán)花Cd含量9.66%;對(duì)人體健康危害較大的另一種重金屬污染物Pb而言，A處理和B處理可顯著降低西藍(lán)花中Pb含量42.7%、51.9%（P<0.05），而C處理西藍(lán)花中Pb含量變化不顯著;3種鈍化劑施用量均對(duì)西藍(lán)花Hg、As、Cr含量影響不顯著;3種鈍化劑施用量下，A處理西藍(lán)花中Cd含量最低，且隨著施用量的降低西藍(lán)花中Cd含量增加，而3種鈍化劑施用量下，B處理西藍(lán)花中Pb含量最低，該條件時(shí)更利于抑制Pb在西藍(lán)花植株內(nèi)富集。結(jié)果表明，可以通過施用重金屬鈍化劑降低蔬菜中重金屬Cd、Pb含量，以降低其通過食物鏈在人體內(nèi)的富集。

2.3 鈍化劑修復(fù)系統(tǒng)對(duì)菜地土壤中重金屬含量的影響

菜地土壤中重金屬含量過高，易導(dǎo)致重金屬在蔬菜體內(nèi)富集，通過食物鏈進(jìn)入人體，危害人體健康[28]。因此，控制菜地土壤中重金屬含量是控制蔬菜體內(nèi)重金屬富集的最直接途徑。通過種植籽粒莧對(duì)土壤重金屬污染菜地進(jìn)行修復(fù)后，種植西藍(lán)花時(shí)通過鈍化劑修復(fù)系統(tǒng)對(duì)土壤中重金屬含量的影響進(jìn)行研究，試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)（表2），鈍化劑修復(fù)對(duì)菜地土壤中Cd、As、Pb、Cu、Zn含量變化無顯著影響;未施鈍化劑的CK處理在修復(fù)后土壤中Hg含量顯著降低72.2%（P<0.05），而施不同量鈍化劑的其他處理土壤中Hg含量無顯著變化;未施鈍化劑及施不同量鈍化劑的各處理土壤中Cr含量顯著降低19.3%～21.7%（P<0.05），Ni含量顯著降低9.3%～13.2%（P<0.05），但不同處理間土壤中Cr、Ni含量差異不顯著，土壤中Cr、Ni含量的降低可能與西藍(lán)花的種植有關(guān)，而受鈍化劑施用量的影響不顯著。結(jié)果表明，鈍化劑的施用對(duì)土壤重金屬含量的降低無顯著影響，但種植西藍(lán)花可以使土壤Hg、Cr、Ni含量顯著降低（P<0.05），進(jìn)一步證實(shí)了西藍(lán)花對(duì)土壤重金屬的富集作用[25]。

3 結(jié)論

（1）籽粒莧種植可降低菜地土壤Cd、Pb、Ni含量，是一種很好的菜地土壤重金屬修復(fù)超富集植物，在中輕度重金屬污染菜地土壤修復(fù)中有很好的應(yīng)用前景。

（2）施用2 250、1 875、1 500 kg/hm2的重金屬鈍化劑（鐵基生物炭）均可以顯著降低西藍(lán)花Cd含量（P<0.05），且隨著鈍化劑施用量的增加，西藍(lán)花中Cd含量降低。

（3）施用2 250、1 875、1 500 kg/hm2的重金屬鈍化劑（鐵基生物炭）時(shí)，2 250、1 875 kg/hm2的施用量均可顯著降低西藍(lán)花中Pb含量（P<0.05），其中1 875 kg/hm2施用量效果最好，而施用量為1 500 kg/hm2時(shí)并不能顯著降低西藍(lán)花中Pb含量。

（4）西藍(lán)花對(duì)重金屬有很好的富集作用，不建議在中輕度重金屬污染土壤中種植。

參考文獻(xiàn)

[1]

周江明.中國耕地重金屬污染現(xiàn)狀及其人為污染源淺析[J].中國土壤與肥料，2020（2）：83-92.

[2] 蔡美芳，李開明，謝丹平，等.我國耕地土壤重金屬污染現(xiàn)狀與防治對(duì)策研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2014，37（S2）：223-230.

[3] 黃國勤，王興祥，錢海燕，等.施用化肥對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響及對(duì)策[J].生態(tài)環(huán)境，2004，13（4）：656-660.

[4] 環(huán)境保護(hù)部，國土資源部.全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)[EB/OL].（2014-04-17）[2020-05-25].http：//www.mee.gov.cn/gkml/sthjbgw/qt/201404/t20140417_270670.htm.

[5] 楊海菊.農(nóng)作物富集土壤重金屬的規(guī)律及其運(yùn)用[J].綠色科技，2011（4）：162-164.

[6] 周輝，張志轉(zhuǎn).中國蔬菜農(nóng)業(yè)污染現(xiàn)狀、污染來源及污染防控[J].農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究，2013，3（5）：27-38，50.

[7] 牛雪華.我國城市蔬菜重金屬污染研究進(jìn)展與趨勢[J].山西能源學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，32（6）：63-65.

[8] 王宏鑌，束文圣，藍(lán)崇鈺.重金屬污染生態(tài)學(xué)研究現(xiàn)狀與展望[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，25（3）：596-605.

[9] 魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，1999.

[10] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).土壤質(zhì)量總汞、總砷、總鉛的測定 原子熒光法 第2部分：土壤中總砷的測定：GB/T 22105.2—2008[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[11] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).土壤質(zhì)量總汞、總砷、總鉛的測定 原子熒光法 第1部分：土壤中總汞的測定：GB/T 22105.1—2008[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[12] 國家環(huán)境保護(hù)局，國家技術(shù)監(jiān)督局.土壤質(zhì)量 鉛、鎘的測定 石墨爐原子吸收分光光度法：GB/T 17141—1997[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1998.

[13] 國家環(huán)境保護(hù)局，國家技術(shù)監(jiān)督局.土壤質(zhì)量 銅、鋅的測定 火焰原子吸收分光光度法：GB/T 17138—1997[S].北京：中國

環(huán)境科學(xué)出版社，1997.

[14] 國家環(huán)境保護(hù)局，國家技術(shù)監(jiān)督局.土壤質(zhì)量 鎳的測定 火焰原子吸收分光光度法：GB/T 17139—1997[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1997.

[15]

國家環(huán)境保護(hù)局，國家技術(shù)監(jiān)督局.土壤質(zhì)量 總鉻的測定 火焰原子吸收分光光度法：GB/T 17137—1997[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1997.

[16] 中華人民共和國衛(wèi)生部，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).食品中總汞及有機(jī)汞的測定：GB/T 5009.17—2003[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

[17] 中華人民共和國衛(wèi)生部，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).食品中總砷及無機(jī)砷的測定：GB/T 5009.11—2003[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

[18] 中華人民共和國國家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì)，國家食品藥品監(jiān)督管理總局.食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鉛的測定：GB 5009.12—2017[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2017.

[19] 中華人民共和國國家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì).食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鎘的測定：GB 5009.15—2014[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

[20] 中華人民共和國國家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì).食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鉻的測定：GB 5009.123—2014[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

[21] 程樹青，夏建東，趙寬.土壤重金屬污染現(xiàn)狀及生物修復(fù)技術(shù)綜述[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（12）：40-42，75.

[22] BROOKS R R，LEE J，REEVES R D，et al.Detection of nickeliferous rocks by analysis of herbarium specimens of indicator plants[J].Journal of geochemical exploration，1977，7：49-57.

[23] CHANEY R L.Plant uptake of inorganic waste constituents[M]//PARR J F，MARSH P B，KLA J M.Land treatment of hazardous wastes.Park Ridge，New Jersey，USA：Noyes Data Corporation，1983：50-76.

[24] 谷雨，蔣平，譚麗，等.6種植物對(duì)土壤中鎘的富集特性研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2019，35（30）：119-123.

[25] 顧燕青，顧優(yōu)麗，白倩，等.杭州市菜地蔬菜對(duì)土壤重金屬的富集特性研究[J].農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào)，2015，32（4）：401-410.

[26] 時(shí)圣剛.重金屬對(duì)環(huán)境與人體健康影響淺議[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（14）：6425-6426.

[27] 中華人民共和國衛(wèi)生部.食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量：GB 2762—2012[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

[28] 茹淑華，孫世友，王凌，等.蔬菜重金屬污染現(xiàn)狀、污染來源及防治措施[J].河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，10（3）：88-91.