蔣詩夢，蔣勇兵，黃仁志，曹 慧，李章寶

（湖南省蠶?？茖W研究所，湖南 長沙 410127）

2014年以來，湖南省在長株潭地區(qū)實施種植結(jié)構(gòu)調(diào)整試點，蠶桑產(chǎn)業(yè)作為可持續(xù)發(fā)展的特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)受到了廣泛關(guān)注。栽植桑樹，不僅僅具有較高的生態(tài)價值，同時也能帶來可觀的經(jīng)濟收益。研究表明，在Cd含量為2.93 mg/kg的耕地污染區(qū)種植桑樹，春季桑樹吸收的Cd有51%集中在根部，38%集中在枝干，11%集中在葉片中[1]；用鎘污染土壤中種植的桑葉養(yǎng)蠶，蠶的全繭量、繭層率與對照（用正常土壤中種植的桑葉養(yǎng)蠶）相比無顯著差異[2]，經(jīng)檢測，繭絲中的Cd含量均值為0.183 mg/kg，符合生態(tài)紡織品技術(shù)要求（GB/T 18885—2009），蠶蛹中的Cd含量均值為0.035 mg/kg[3]，符合食品安全國家標準（GB2762—2017）。ZHANG等[4]的研究表明，在Cd濃度均值為1.03 mg/kg的農(nóng)田中種植飼料桑，桑葉年產(chǎn)量可達4665.6 kg/667m2，地上部枝葉Cd含量均值低于飼料衛(wèi)生標準（GB 13078—2017）中的Cd限量值（1.0 mg/kg）。這些數(shù)據(jù)表明，蠶桑產(chǎn)業(yè)是污染區(qū)替代種植的適宜產(chǎn)業(yè)。隨著長株潭種植結(jié)構(gòu)調(diào)整區(qū)面積的擴大，以果桑為主的休閑采摘模式悄然興起，但果桑在污染耕地安全利用的研究尚未見報道，因此對其進行安全性評價十分必要。

根據(jù)用途桑樹可分為蠶桑、飼料桑、果桑、菜用桑等。桑葚為桑樹的果穗，以收獲桑葚為主、果葉兼用的桑樹品種即為果桑[5]。高產(chǎn)果桑品種的桑葚產(chǎn)量可達1600 kg/667m2，目前各地選育出的果桑品種已超過30個[6]。桑葚含有豐富的酚類、黃酮類、花青素類等活性物質(zhì)[7]，用途廣泛，可以作為天然色素的原料，也可以做成桑葚汁、桑葚酒、桑葚醋等食品。研究表明，桑葚提取物或桑葚凍干粉具有抗氧 化[8]、抗菌[9]、降糖[10]、抑制腫瘤生長[11]等功效。因此，果桑是一種食藥用價值極高的經(jīng)濟作物。

筆者調(diào)查了長株潭地區(qū)現(xiàn)有果?；氐耐寥牢廴緺顩r，并采集了多處土壤和桑葚樣品，測定了不同污染程度土壤中種植出的桑葚Cd含量，以期為果桑在重金屬污染耕地的安全利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

調(diào)查作物為果桑，共3個品種，分別為大10（圖1A）、白玉王（圖1B）和長果桑（圖1C）?；刂猩浒凑諏捫忻苤暝瓌t栽植，行距3 m，株距1 m。定期做好桑園除草、施肥、治蟲等工作，春季發(fā)芽前離地面35~40 cm處剪掉干端，養(yǎng)成主干，第二年春季桑樹發(fā)芽前，離地面60 cm處剪枝，每株培育8~10根枝條。

圖1 果桑品種

1.2 樣品采集

2018年底，前往長株潭地區(qū)已栽種果桑的部分基地（見表1）隨機采集耕作層（0~20 cm去掉表土）土樣，同一個基地最少取3個點的土壤樣品，每個點取土樣1 kg，于實驗室自然晾干后，挑除雜質(zhì)，研磨后送檢，檢測土壤中鎘（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、砷（As）、汞（Hg）的含量，以評價果桑基地土壤污染狀況。

2019年5月上旬待桑葚成熟后，前往部分試驗基地（見表1）采集桑樹種植后第2年的土壤及成熟桑葚樣品；2020年5月上旬待桑葚成熟后，前往部分試驗基地（見表1）采集桑樹種植第3年的土壤及成熟桑葚樣品。2019和2020年采集的桑葚樣品用于Cd含量檢測，以評價果桑在污染耕地種植的安全性；土壤樣品檢測pH值、有機質(zhì)含量、全Cd和有效Cd含量，用于相關(guān)性分析。

表1 取樣基地基本信息

1.3 樣品檢測方法

土壤樣品的pH值參照NY/T 1121.2—2006中的方法測定，有機質(zhì)含量參照NY/T 1121.6—2006中的方法測定，鉛、鎘含量參照GB/T 17141—1997中的方法測定，有效態(tài)鎘參照GB/T 23739-2009中的方法測定，鉻含量參照HJ 491—2009中的方法測定，汞含量參照GB/T 22105.1—2008中的方法測定，砷含量參照22105.2—2008中的方法測定；桑葚樣品的鎘含量參照GB 5009.268—2016中的方法測定。

1.4 評價方法

采用單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對取樣點土壤進行污染評價，并結(jié)合標準農(nóng)用地土壤污染風險管控標準（GB 15618—2018）與食品安全國家標準食品中污染物限量（GB 2762—2017）對取樣點桑葚進行安全性評價，成熟桑葚中Cd含量的限定值參考GB 2762—2017中的標準（0.05 mg/kg）。

單因子污染指數(shù)（Pi）、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)（P綜）和生物富集系數(shù)（BCF）分別使用公式（1）、（2）、（3）計算。

式中，Ci為農(nóng)作物或土壤中污染物的濃度（mg/kg）；Si為農(nóng)作物或土壤中污染物的標準值，該文采用GB 15618—2018中的數(shù)值。

式中，Pmax為土壤中重金屬污染指數(shù)最大值；Pave為土壤中各污染指數(shù)的平均值。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel和SPSS 17.0軟件對數(shù)據(jù)進行整理分析，以2019年和2020年采集的土壤和桑葚樣品所測得的相關(guān)指標進行Spearman相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 長株潭地區(qū)果?；赝寥乐亟饘傥廴緺顩r

2018年底，隨機采集長株潭已栽植果桑的10個基地34個樣點的耕作層土樣進行鎘（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、砷（As）、汞（Hg）5種重金屬含量的檢測，結(jié)果如表2所示。由表2計算可知，果?；赝寥绬我蜃游廴局笖?shù)PCd最大值為2.43，PCd最小值為0.30，平均值為0.90；PPb最大值為1.01，PPb最小值為0.37，平均值為0.66；PPb最大值為0.49，PPb最小值為0.18，平均值為0.32；PAs最大值為1.11，PAs最小值為0.25，平均值為0.53；PH值g最大值為0.66，PH值g最小值為0.09，平均值為0.33。

表2 長株潭地區(qū)果?；赝寥乐亟饘傥廴緺顩r

根據(jù)GB 15618—2018中的規(guī)定，農(nóng)用地土壤中Cd、Pb、Cr、As、Hg的最低污染風險篩選值分別為0.3、70、150、20和0.5 mg/kg。根據(jù)計算，調(diào)查點Cd、 Pb、Cr、As、Hg的單因子污染指數(shù)平均值分別為0.90、0.66、0.32、0.53和0.33，平均污染指數(shù)均小于1，屬于清潔水平，但根據(jù)元素不同污染程度的點位占比和綜合污染指數(shù)（表3）可知，綜合污染指數(shù)Cd＞As＞ Pb＞Hg＞Cr，已栽果?；夭淮嬖贑r和Hg的污染情況；2.9%的點位Pb、As的單因子污染指數(shù)大于1，Pb、As綜合污染指數(shù)大于0.7，處于警戒水平；5.9%的點位Cd的單因子污染指數(shù)大于2，Cd元素綜合污染指數(shù)大于1.0，屬于輕度污染狀態(tài)。上述結(jié)果表明，果?；氐腃d、Pb、As污染應引起重視，需嚴格監(jiān)測，防范土壤Cd、Pb、As含量的持續(xù)累積；果桑基地Cd的綜合污染指數(shù)為1.76，達到輕度污染水平，需要嚴格監(jiān)測成熟桑葚中的Cd含量。

表3 果?；赝寥乐亟饘傥廴境潭?/p>

2.2 Cd污染耕地種植果桑第2年土壤及成熟桑葚中的Cd含量

由表4可知，在23個取樣點中，土壤pH值≤ 5.5的共有10個，其中土壤全Cd含量＜0.3 mg/kg（該pH值條件下的風險篩選值）的有7個，屬于優(yōu)先保護類農(nóng)田。但檢測數(shù)據(jù)顯示，7個取樣點中有2個點的桑葚PCd＞1（分別為1.54和1.92），處于輕度污染等級。而pH值≤5.5、土壤全Cd含量＞0.3 mg/kg的3個取樣點，桑葚PCd分別為2.10、7.50和1.74，分別處于輕、中、重度污染等級。

表4 2019年各取樣點土壤與成熟桑葚中的Cd含量

取樣點中，土壤pH值處于（5.5，6.5]范圍的共有7個，其中土壤全Cd含量＜0.4 mg/kg（該pH值條件下的風險篩選值）的6個點屬于優(yōu)先保護類農(nóng)田，其桑葚PCd均＜1，處于清潔等級；而pH值處于（5.5，6.5]、土壤全Cd含量＞0.4 mg/kg的1個取樣點，其桑葚PCd也低于1，處于清潔等級。

取樣點中，土壤pH值處于（6.5，7.5] 范圍的共有3個，其中1個點土壤全Cd含量高于此pH值條件下的風險篩選值（0.6 mg/kg），桑葚PCd為3.30，處于重度污染等級；另外2個點土壤全Cd含量高于此pH值條件下的風險管制值3.0 mg/kg，桑葚PCd分別為1.84和2.90，分別處于輕、中度污染等級。

土壤pH值≥7.5的有3個取樣點，其土壤全Cd含量均低于此pH值條件下的風險篩選值（0.8 mg/kg），屬于優(yōu)先保護類農(nóng)田，3個取樣點的桑葚PCd均低于1，處于清潔等級。

綜合來看，23個取樣點的桑葚BCF均值為0.18（＜1），但桑葚中的Cd含量是否超標不能通過土壤Cd含量是否超標來判斷，取樣點1和樣點3的土壤PCd均＜1，處于清潔等級，但是其桑葚PCd顯示有輕度污染；取樣點13的土壤PCd顯示達重度污染等級，但其桑葚PCd卻＜1，處于清潔等級。

2.3 Cd污染耕地種植果桑第3年土壤及成熟桑葚中的Cd含量

由表5可知，8個取樣點中，土壤pH值≤5.5的有2個，其土壤全Cd含量均位于該pH值條件下風險篩選值（0.3 mg/kg）與風險管控值（1.5 mg/kg）之間，桑葚PCd分別為2.80、3.98，分別處于中、重度污染等級。

8個取樣點中，土壤pH值處于（5.5，6.5]范圍的共有6個，其中土壤全Cd含量＞0.4 mg/kg的有3個，這3個取樣點中有2個點的桑葚PCd＜1，處于清潔等級；另外1個點的桑葚PCd為1.18，處于輕度污染等級。而土壤pH值處于（5.5，6.5]、全Cd含量＞風險管控值（2.0 mg/kg）的3個取樣點桑葚PCd均＞1，處于輕、中度污染等級。

綜合來看，8個取樣點的土壤PCd均大于1，處于不同程度污染等級，但桑葚中Cd的富集系數(shù)均值為0.09（＜1），其中僅有2個點的桑葚PCd＜1，該結(jié)果同樣表明桑葚中的Cd含量是否超標不能通過土壤Cd含量是否超標來判斷。

2.4 土壤全Cd、有效Cd、pH值、有機質(zhì)對桑葚Cd含量的影響

由表4和表5可知，土壤樣品的pH值范圍為4.37~8.23，平均值為5.88，土壤整體偏酸性；全Cd含量范圍在0.11~7.91 mg/kg之間，平均為1.50 mg/kg；有效Cd含量范圍為0.03~5.79 mg/kg，平均為1.03 mg/kg；有機質(zhì)含量范圍為11.9~47 g/kg，平均為29.33 g/kg；桑葚BCF范圍為0.01~1.01，平均為0.16，桑葚Cd含量范圍為0.01~0.38 mg/kg，平均為0.07 mg/kg。如表6所示，桑葚中的Cd含量與土壤中有效Cd/全Cd顯著正相關(guān)，桑葚對Cd的BCF與土壤pH值極顯著負相關(guān)。

表5 2020年各取樣點土壤與成熟桑葚中的Cd含量

表6 土壤全Cd、有效Cd、pH值、有機質(zhì)、桑葚Cd含量的相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

試驗結(jié)果顯示，長株潭地區(qū)果?；氐耐寥纏H值最低為4.37，最高為8.23，變化范圍大；各種金屬綜合污染指數(shù)由高到低排列依次為Cd（1.76）＞As（0.87）＞Pb（0.81）＞Hg（0.61）＞Cr（0.52），存在不同程度的Cd、As、Pb污染，應引起關(guān)注，嚴格監(jiān)測，防范土壤Cd、Pb、As含量的持續(xù)累積。

相關(guān)性分析結(jié)果顯示，土壤pH值與桑葚中Cd含量無顯著相關(guān)性，但土壤pH值與桑葚Cd的BCF表現(xiàn)出極顯著負相關(guān)性，即桑葚對Cd的BCF表現(xiàn)出隨pH值升高而逐漸降低的趨勢，這與藍莓果實在pH值2.5~8.5的基質(zhì)中對Cd的BCF從0.06降低至0.03的變化趨勢一致[12]，表明土壤pH值越低，桑葚對Cd的富集能力越強。

此外，相關(guān)性分析結(jié)果還顯示，土壤pH值與土壤有效Cd與全Cd的比值顯著正相關(guān)。土壤pH值是影響土壤Cd形態(tài)的重要因素之一[13]，土壤pH值與有效態(tài)重金屬質(zhì)量分數(shù)顯著負相關(guān)[14]。土壤pH值升高導致土壤中有效Cd質(zhì)量分數(shù)降低，易溶性Cd向難溶態(tài)轉(zhuǎn)化，作物可吸收的Cd含量降低，故作物中的Cd含量隨之降低[15]；反之土壤pH值低，有效Cd占比高，作物可吸收的Cd含量高，故導致作物中Cd超標[16]。因此，土壤pH值是通過影響土壤有效Cd的占比來影響作物中的Cd含量。由表4可知，pH值≤ 5.5的土壤中，隨著pH值的降低，土壤中有效Cd的占比增大，桑葚中的Cd濃度也隨之升高。當土壤pH值≤5.5時，無論土壤Cd含量是低于還是高于風險篩選值（0.3 mg/kg），桑葚中的PCd均有大于1的情況出現(xiàn)。由此可知，對于pH值≤5.5的農(nóng)田，pH值可能是影響桑葚Cd含量的主要因素，在該pH值背景的農(nóng)田中，栽種果桑的風險較大。

雖然土壤pH值與桑葚的富集能力有極顯著的負相關(guān)，但并不代表土壤pH值越高，桑葚對Cd的富集能力就越低，桑葚Cd含量就不存在超標的風險。因為，桑中Cd含量與土壤有效Cd占比也存在著顯著的正相關(guān)關(guān)系，而土壤有效Cd含量與土壤全Cd含量極顯著正相關(guān)。對蜜柑果實[17]、臍橙果實[18]、草莓與藍莓[19]、無花果[20]的相關(guān)研究也表明，果實Cd含量與土壤或者基質(zhì)中Cd含量呈正相關(guān)。當pH值＞ 5.5時，土壤中過高的Cd含量可能會造成桑葚Cd含量超標，使PCd大于1。當土壤pH值處于（5.5，6.5]范圍時，超過風險篩值（0.4 mg/kg）的土壤，桑葚中的Cd含量有1個點超標；當土壤pH值處于（6.5，7.5]范圍時，超過風險篩選值（0.6 mg/kg）的土壤，桑葚Cd含量均超標。這表明在土壤pH值＞5.5、土壤Cd含量高于風險篩選值的農(nóng)田，栽植果桑有Cd超標的風險。因此，當農(nóng)田土壤pH值＞5.5時，土壤Cd含量是否低于對應pH值范圍內(nèi)的風險篩選值是評價桑葚風險的一個重要標準，可用來初步判斷該農(nóng)田是否適宜栽種果桑。

相關(guān)性分析結(jié)果還顯示，土壤有機質(zhì)含量與土壤全Cd含量、有效Cd含量及有效Cd占比均極顯著正相關(guān)。有文獻就土壤有機質(zhì)對土壤Cd積累及有效性的影響進行了探討[21-22]，也有許多文獻探討過施加有機肥對土壤重金屬含量的影響，但研究結(jié)果因有機肥種類及作物不同而有所差異[23-25]。土壤天然的有機質(zhì)及人為添加有機肥對土壤及作物重金屬積累的影響是一個值得研究的課題，后期課題組也將開展相關(guān)試驗，通過施加蠶沙有機肥，調(diào)查其對桑葚鎘含量的影響，以期為重金屬污染耕地中桑葚的安全栽培提供指導。