袁列江 杨梦昕 李萌立 李忠海

（1.湖南省产商品质量监督检验研究院，湖南 长沙 410007；2.中南林业科技大学食品科学与工程学院，湖南 长沙 410004）

湘江流域是湖南省工、农业的重要发展中心，与人们生活健康息息相关［1］。现今湘江重金属污染仍是一个备受关注的话题。尽管目前对于湘江流域重金属污染情况已有一定的研究，但大部分是针对矿区周边的水稻、大豆等农作物展开［2－8］的，对于湘江长沙段的研究仍不多见，尤其是在居民自主种植区域，缺乏对其作物安全性的统一监测，土壤及作物的安全性值得考究。

蔬菜是人们日常生活必不可少的食物之一，提供人体所必须的多种维生素和矿物质。蔬菜质量直接影响人们身体健康，蔬菜中重金属含量也是评价蔬菜质量的重要指标。受到重金属污染的蔬菜作物其植株处于重金属胁迫环境中，使得作物光合作用速率和呼吸速率降低，合成酶作用下降，水解酶活力增强［9］，且大部分重金属能与植株体内许多酶产生螯合作用，破坏了酶的活性，从而影响蔬菜作物的生长［10］。叶菜类蔬菜富集重金属能力高于根茎类和瓜果类［11］，因此对湘江长沙段叶菜类蔬菜展开重金属富集研究对长沙居民生活和饮食安全具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 样品制备与处理

为研究湘江长沙段叶菜类蔬菜重金属富集情况，于2013年至2014年对长沙湘江沿岸居民种植叶菜类蔬菜区域进行布点和采样，以湘府路大桥为起点，橘子洲大桥为终点，共选取沿岸5个面积较大的蔬菜种植区，由南往北定位分别为：暮云镇、洋湖湿地、猴子石大桥、中南大学新校区、牌楼口。每个种植区选取小白菜（Brassicachinensis）、红菜苔（BrassicacompestrisL.var.purpureaBailey）、雪里红（Brassica junceavar.multiceps）这3种叶菜类蔬菜作为研究对象，所有蔬菜样品均采用多点混合法且整株手工采集，共采集蔬菜样品150个；在蔬菜种植地按S形采样法，多点混合成一个样品，共采集土壤样品50个，采集深度为耕作层0～20cm。所有蔬菜样品采集后先经自来水冲洗掉表面附着的泥土灰尘，再经超纯水洗净，晾干并于70℃下烘干至恒重。取出后将蔬菜分根、茎、叶等部分进行粉碎、研磨，备用。

蔬菜样品用干法灰化进行前处理后，定容至25mL容量瓶内，同时做试剂空白。

土壤样品经自然风干后，除去土样中石块和动植物残体等异物，通过2mm尼龙筛，混匀。用研钵将通过2mm尼龙筛的土样研磨至全部通过100目尼龙筛，混匀后，参考GB/T 17141—1997，用硝酸、氢氟酸和高氯酸进行湿法消解。

1.2 试剂与仪器

Zn、Cu、Cd、Pb标准储备液：均为1 000μg/mL，国家标准物质中心；

硝酸、高氯酸、氢氟酸等：优级纯，国药集团化学试剂有限公司；

水：超纯水，电阻率＞18.2MΩ，本实验自制；

超纯水仪器：P20-W型，国之源水专家厂；

原子吸收分光光度计：PinAAcle 900T型，铂金埃尔默仪器有限公司；

电热板：DB-2型，北京光明医疗仪器厂。

1.3 测定条件及方法

采用原子吸收分光光度计测定样品中Pb、Cd、Cu和Zn 4种元素的含量。本试验所使用的容器均用稀硝酸浸泡过夜。

1.4 数据分析与评价方法

采用单因子污染指数和多因子综合污染指数法［12］对蔬菜作物做重金属污染评价，计算公式如下：

式中：

Pi——农作物污染指数；

Ci——农作物污染物i的实测浓度，mg/kg；

Si——农作物污染物i的评价标准，mg/kg；

Po——综合污染指数；

Pimax——最大单项污染指数；

Pavg——评价单项污染指数。

将Po值划分为4个污染级别：非污染，Po≤1；轻度污染，1≤Po≤2；中度污染，2≤Po≤3；重污染，Po≥3。

富集系数是反映植物对重金属富集能力的强弱的指标，计算公式如下：

式中：

Tc——农作物中重金属富集系数；

ML——农作物根茎叶中重金属含量，mg/kg；

MR——土壤中重金属含量，mg/kg。

2 结果与讨论

2.1 不同采样点中土壤、灌溉水中重金属含量分布

通过单因素方差分析（P＜0.05），锌、铜在中南大学新校区采样地中含量最高，分别高达511.05，86.35mg/kg，在暮云镇采样地中含量最低；铅、镉在洋湖湿地采样地中含量最高，分别高达141.70，27.29mg/kg，铅在暮云镇采样地中含量最低，镉在暮云镇和猴子石大桥采样地含量无显著差异。与《土壤环境质量标准》相比，30%的土壤样品Zn含量超过Ⅱ级标准限量1.4～2.2倍；全部土壤样品Cd含量超出标准限量，超出范围13.8～91.3倍；土壤中Cu和Pb均未超过《土壤环境质量标准》Ⅱ级标准限量，但有大部分样品不同程度地超出湖南省土壤相应元素背景值。除暮云镇外，其他采样点中Cu含量超出湖南省土壤Cu背景值1.7～3.4倍；所有采样点Pb超出湖南省土壤Pb背景值1.2～5.2倍。由此看出，研究区域均受到重金属不同程度的污染，其中以Zn、Cd较为严重。

表1 土壤中重金属含量Table 1 Heavy-metal content in soil（n＝10）

由表2可知，每个采样点灌溉水中重金属含量存在一定差异，这对不同区域的蔬菜重金属积累或存在影响。但灌溉水样品中Zn、Cu、Pb和Cd含量较微量，均低于GB 5084—2005中农田灌溉用水相应污染物限量值，总体看来，研究区域中灌溉用水质量较好，适合用于农田灌溉。

表2 灌溉水中重金属含量Table 2 Heavy metal content of irrigation water（μg·L－1）

表2 灌溉水中重金属含量Table 2 Heavy metal content of irrigation water（μg·L－1）

nd为未检出。

采样点Zn Cu Pb Cd暮云镇10 1.373 0.503 0.033 0.019洋湖湿地 3.326 7.186 nd nd猴子石大桥 18.398 3.730 nd 0.038中南大学新校区 2.222 5.982 0.052 0.068牌楼口 Nd 7.667 0.132 nd GB 5084—2005 ≤2 000 ≤1 000 ≤200 ≤

2.2 叶菜类蔬菜作物重金属分布规律

图1 湘江长沙段不同采样点蔬菜作物各组织中Zn的平均值Figure 1 Contents of Zn in different parts of vegetables by Changsha section in Xiangjiang River

就不同采样点所分析的叶菜类蔬菜来看，各组织中重金属含量有很大差异（见图1～4）。Zn、Cu、Pb和Cd在蔬菜根中含量平均范围为5.34～112.34，0.820～11.578，0.32～5.85，0.14～1.27mg/kg，在蔬菜茎叶中含量平均范围为2.31～80.75，0.65～9.11，0.11～1.72，0.041～0.432mg/kg。蔬菜样品中，4种重金属含量浓度依次为：Zn＞Cu＞Pb＞Cd，Zn、Cu属于蔬菜作物常见微量元素，故含量会相对较高；不同叶菜类蔬菜作物，根系中重金属含量均高于同种蔬菜茎叶中相应金属含量。这是由于大部分蔬菜作物中不同组织吸收积累重金属能力有所差异，其规律为：吸收器官＞输导器官和同化器官＞繁殖器官［14］，农作物根系部分属吸收器官［15］，故积累能力比茎叶组织强；并且有试验表明：作物非食用部分积累重金属能力大于可食用部分［16］，而叶菜类蔬菜根茎组织为其可食部位，故积累能力较根系部分弱。

2.3 不同种类的叶菜类蔬菜重金属富集情况比较

由表3可知，不同重金属在3种蔬菜中富集能力有所差异，且呈现相似富集规律，4种重金属在红菜苔、小白菜和雪里红这3种叶菜类蔬菜中平均富集能力依次为Zn＞Cu＞Cd＞Pb，且Pb在蔬菜中的积蓄能力与Zn、Cu和Cd有显著差异，明显偏低，说明Pb在蔬菜－土壤系统中移动性较弱。这是因为Pb在进入土壤后易与土壤中的有机物和矿物质相结合，形成难溶性物质，使得Pb积累在土壤表层（见表1）。在进入植物组织后，又会大部分集中于农作物根部，难以向茎、叶 迁移［17，18］。Cd虽然在土壤和蔬菜作物中含量均相对较低，但其在蔬菜中有较强的富集能力，且采样地土壤均为酸性土壤，Cd在偏酸性土壤中溶解度增大，使其富集能力增强，该结果与相关文献［2，19－21］报道相类似。Zn、Cu在蔬菜中富集能力强可能是由于在蔬菜作物生长过程需要这两种微量元素，且其为叶绿体组成元素，在光合作用较强的叶菜类蔬菜中会有较大的积累和较强的富集。

图2 湘江长沙段不同采样点蔬菜作物各组织中Cu的平均值Figure 2 Contents of Cu in different parts of vegetables by Changsha section in Xiangjiang River

不同种类蔬菜对于重金属富集能力不同。Zn在3种蔬菜中富集能力依次为：雪里红＞小白菜＞红菜苔；Cu富集能力依次为：小白菜＞雪里红＞红菜苔；Pb、Cd富集能力依次为：小白菜＞红菜苔＞雪里红，说明小白菜对于Pb、Cd这种危害较大的重金属元素有较强的积累能力，受Cu、Pb和Cd污染的地域应注意减少小白菜的种植。以上规律与蔬菜作物中相应元素积累量大小规律相类似，说明不同蔬菜对同种重金属的富集能力在其含量上有所体现。

图3 湘江长沙段不同采样点蔬菜作物各组织中Pb的平均值Figure 3 Contents of Pb in different parts of vegetables by Changsha section in Xiangjiang River

图4 湘江长沙段不同采样点蔬菜作物各组织中Cd的平均值Figure 4 Contents of Cd in different parts of vegetables by Changsha section in Xiangjiang River

表3 重金属在蔬菜中富集系数Table 3 Enrichment coefficient of heavy metal in vegetables（n＝50）

2.4 叶菜类蔬菜可食部分污染评价

通过单因子污染指数和尼梅罗综合污染指数［12］对样品数据做了污染评价，红菜苔可食部分中Zn、Cu、Pb和Cd合格率分别62.3%，100.0%，41.5%，57.4%；小白菜可食部分中Zn、Cu、Pb和Cd合格率分别为43.2%，100.0%，39.6%，19.3%；雪里红可食部分中Zn、Cu、Pb和Cd合格率分别为36.3%，100.0%，37.5%，43.4%。 综 合 污 染 指 数 范 围 为1.12～5.14，其中有60%属于轻度污染，13.33%属于中度污染，重度污染达26.67%。污染指数最高的是洋湖湿地的红菜苔，且在洋湖湿地所采集的三类蔬菜样品均为重度污染，说明该区域叶菜类蔬菜已受到重金属严重污染，应采取适当防治措施。

2.5 叶菜类蔬菜与环境因素相关性分析

对叶菜类蔬菜与环境因素的进一步分析，得知不同叶菜类蔬菜中重金属含量与种植土壤及灌溉水中重金属含量存在一定的相关性（见表4）。此外，3种不同蔬菜间重金属含量呈显著相关，该现象说明在同一种植区中，不同种类的叶菜类蔬菜重金属积累情况与该种植区的土壤和灌溉水中重金属积累情况呈相似的变化趋势。而由前面讨论可知，灌溉水中重金属含量较低，符合农田灌溉要求，故研究区域中的蔬菜重金属积累主要受到土壤的影响。由此可知，对湘江长沙段蔬菜作物的重金属治理应从该区域土壤的重金属治理入手。

表4 叶菜类蔬菜、土壤及灌溉水中重金属含量的相关性分析Table 4 Correlation coefficient of heavy metals in vegetables，soil and water

表4 叶菜类蔬菜、土壤及灌溉水中重金属含量的相关性分析Table 4 Correlation coefficient of heavy metals in vegetables，soil and water

＊＊表示在0.01水平（双侧）时显著相关；＊表示在0.05水平（双侧）时显著相关。

样品 红菜苔 小白菜 雪里红 土壤 灌溉水红菜苔 1 0.965＊＊ 0.983＊＊ 0.770＊＊ 0.511＊小白菜 1 0.982＊＊ 0.704＊＊ 0.477＊＊雪里红 1 0.723＊＊ 0.529＊土壤 1 0.242灌溉水1

3 结论

（1）研究区域土壤均受到重金属不同程度的污染，其中以Zn、Cd较严重；灌溉水质量较好，适于农田灌溉。

（2）叶菜类蔬菜中不同重金属含量有很大差异，浓度依次为：Zn＞Cu＞Pb＞Cd；不同组织重金属含量分布为：根系＞茎叶。4种重金属在红菜苔、小白菜和雪里红这3种叶菜类蔬菜中平均富集能力依次为Zn＞Cu＞Cd＞Pb，小白菜对于Cu、Pb和Cd有较强的积累能力，受Cu、Pb和Cd污染的地域应注意减少小白菜的种植。

（3）综合污染指数表明：采集样品均受到不同程度的污染，污染指数最高的是洋湖湿地的红菜苔，且在洋湖湿地所采集的三类蔬菜样品均为重度污染，说明该区域叶菜类蔬菜已受到重金属严重污染，应采取适当防治措施。

（4）不同种类的叶菜类蔬菜中重金属富集情况与环境中土壤、灌溉水中重金属含量呈现不同程度的相关性，其中受土壤影响较大，故湘江长沙段农作物重金属治理需重视该区域土壤的重金属治理。

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