籽粒莧-鈍化劑聯合修復系統對菜地土壤和西藍花重金屬含量的影響

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，修復菜地土壤重金屬污染、降低蔬菜重金屬含量，對籽粒莧-鈍化劑聯合修復系統對菜地土壤和西藍花重金屬含量的影響進行研究。結果表明，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-鈍化劑聯合修復系統可以顯著降低西藍花Cd、Pb含量（P<0.05）;西藍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。

關鍵詞 籽粒莧;植物修復;鈍化劑;菜地土壤;西藍花;重金屬含量;影響

中圖分類號 X53文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）10-0070-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.10.019

開放科學（資源服務）標識碼（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

隨著工業化的發展和農業化肥的過度使用，耕地土壤重金屬污染問題日趨嚴峻[1-3]。生態環境部全國土壤污染狀況調查結果顯示，我國耕地土壤點位超標率最高，達19.4%，主要污染物以重金屬為主[4]。重金屬可以在農作物體內富集，并通過食物鏈最終進入人體，對人體健康產生危害，其中以蔬菜類富集重金屬能力最強[5-6]。有學者對我國多個城市郊區蔬菜重金屬污染研究發現，多數郊區蔬菜受到不同程度的重金屬污染，其中以Pb、Cd超標現象最為普遍[7]。為了保護人體健康，修復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前學術界研究熱點之一[8]。因此，筆者以廣東省中山市某蔬菜基地為研究對象，研究籽粒莧-鈍化劑聯合修復技術對菜地土壤和西藍花重金屬含量的影響，對提高菜地受污染土壤安全利用率和保障當地蔬菜質量安全具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及土壤重金屬含量 試驗地點位于廣東省中山市某蔬菜基地（113.42°E、22.26°N），高程-2.2 m。試驗基地面積共0.20 hm2，按梅花點法采集10個土壤樣點，樣品混合均勻后采用四分法進行取樣，所有樣品均為0～20 cm表層樣品，采樣工具為竹片。對所采集土壤樣品的重金屬含量進行檢測，結果顯示，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?？萍加邢薰旧a。籽粒莧種子品種為紅莧K112，西藍花幼苗品種為綠野90，均為當地購買。

1.3 試驗設計

試驗時間為2015年5—12月，分兩季進行。第一季試驗時間為5—7月，種植作物為籽粒莧，試驗前對蔬菜基地進行整地、翻耕，并施入75 kg復合肥（1 125 kg/hm2）作為基肥?；厮闹茉O有保護行，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，播種之后進行鎮壓，以確保土壤墑情。6月2日進行間苗，7月10日籽粒莧成熟進行收割，收割時株高80～100 cm。在植物整個生長期間按當地常規方法進行灌溉、施肥。

第二季試驗時間為10—12月，對0.20 hm2基地追施150 kg 復合肥（750 kg/hm2）作為基肥，對其中0.18 hm2施用重金屬鈍化劑（設計為3個小區，每個小區0.06 hm2），設計3個處理：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）;對剩下的0.02 hm2不施用重金屬鈍化劑，作為對照組（CK）?；厮闹茉O有保護行，10月11日移栽西藍花幼苗，11月21日和12月3日噴施葉面硅肥，施用量為7 500 mL/hm2，12月下旬西藍花成熟收割。在植物整個生長期間除上述處理外其他灌溉、殺蟲、施肥按當地常規方法進行。

1.4 樣品采集及處理

在成熟時期采集土壤樣品和植物樣品。土壤樣品按照梅花點法在每個小區采集5個樣點，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干，研磨過20目和100目篩備用。籽粒莧和西藍花樣品均為每個小區隨機采樣5株，帶回實驗室后依次用自來水、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（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];土壤各指標測定過程中均設置土壤標準物質GBW07453（GSS-24）進行質量控制。

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（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，采用植物標準物質GBW10015（GSB-6）進行質量控制。

1.6 數據處理

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

2 結果與分析

2.1 籽粒莧修復系統對菜地土壤重金屬含量的影響

植物修復技術是一項利用植物處理有毒有害污染物的修復技術，其對土壤重金屬污染有很好的修復作用，是一項與工程實踐活動緊密結合的土壤環境污染控制技術[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的思想，隨后，利用植物修復技術治理土壤重金屬污染進入快速發展的時期，并取得了一定成效。應用于植物修復技術的超富集植物應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。籽粒莧作為一種生物量大、易栽培的Cd富集植物，對Cd具有很強的富集性，是修復土壤重金屬Cd污染的良好材料，同時對其他重金屬也有很好的富集作用[24]。

該試驗通過菜地種植籽粒莧，研究籽粒莧種植前后對菜地土壤重金屬含量的影響，從圖1可以看出，利用籽粒莧進行修復后，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），說明籽粒莧種植對菜地土壤Cd污染修復效果良好;此外，籽粒莧修復前后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菜地土壤Cd污染有良好的修復效果外，對Pb、Ni也有很好的修復效果;而其他幾種重金屬指標中，Hg、As、Cr、Cu含量降低不顯著，Zn含量略有升高，說明籽粒莧種植對菜地土壤Hg、As、Cr、Cu、Zn污染修復無顯著效果。試驗結果表明，籽粒莧種植對降低菜地土壤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超富集植物。

2.2 鈍化劑修復系統對西藍花中重金屬含量的影響

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

Cd是一種危害極大的無機污染物，過量的Cd攝入會對人體健康造成極大危害，損害血管、人體臟器，嚴重者致癌致畸;Pb作為一種用途廣泛的工業原料，隨著人類活動通過各類途徑進入人體并最終在人體內富集，對人體健康造成極其嚴重的影響，損傷人體腸胃功能、腎臟功能、神經系統等[26]。因此，需要控制食物中Cd、Pb含量，以進一步控制Cd、Pb在人體內的富集，避免給人體健康帶來過多危害。該試驗結果表明（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，分別降低西藍花Cd含量38.2%、32.9%，而C處理僅降低西藍花Cd含量9.66%;對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花中Pb含量42.7%、51.9%（P<0.05），而C處理西藍花中Pb含量變化不顯著;3種鈍化劑施用量均對西藍花Hg、As、Cr含量影響不顯著;3種鈍化劑施用量下，A處理西藍花中Cd含量最低，且隨著施用量的降低西藍花中Cd含量增加，而3種鈍化劑施用量下，B處理西藍花中Pb含量最低，該條件時更利于抑制Pb在西藍花植株內富集。結果表明，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的富集。

2.3 鈍化劑修復系統對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，易導致重金屬在蔬菜體內富集，通過食物鏈進入人體，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重金屬富集的最直接途徑。通過種植籽粒莧對土壤重金屬污染菜地進行修復后，種植西藍花時通過鈍化劑修復系統對土壤中重金屬含量的影響進行研究，試驗結果發現（表2），鈍化劑修復對菜地土壤中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花的種植有關，而受鈍化劑施用量的影響不顯著。結果表明，鈍化劑的施用對土壤重金屬含量的降低無顯著影響，但種植西藍花可以使土壤Hg、Cr、Ni含量顯著降低（P<0.05），進一步證實了西藍花對土壤重金屬的富集作用[25]。

3 結論

（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超富集植物，在中輕度重金屬污染菜地土壤修復中有很好的應用前景。

（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花Cd含量（P<0.05），且隨著鈍化劑施用量的增加，西藍花中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，2 250、1 875 kg/hm2的施用量均可顯著降低西藍花中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時并不能顯著降低西藍花中Pb含量。

（4）西藍花對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。

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