水生蔬菜重金属污染现状及研究进展.pdf

资源与环境化 工 设 计 通 讯Resources and EnvironmentChemical Engineering Design Communications166 第49卷第7期2023年7月重金属一般指密度大于4.5 g/cm3的金属，如镉（Cd）、铅（Pb）、铬（Cr）、铜（Cu）、汞（Hg）、金（Au）、银（Ag）等。重金属不是动植物生长所需的必需元素，其在动植物体内积累过量可对动植物产生毒害。重金属可通过食物链在机体内形成超富集效应，而人类在食物链的顶端，因此，重金属可直接或间接地危害人类的身体健康1。例如，发生在日本富山县的著名的“痛痛病”和日本熊本县水俣湾的“水俣病”就是分别因镉和汞而产生的中毒。水生蔬菜是指生长在淡水中可作为蔬菜食用的维管束植物，在市场上能够容易买到的莲藕、茭白、芡实、菱角、水芹等均属于水生蔬菜。水生蔬菜是中国传统蔬菜，其含有优质膳食纤维，可供人们在生活中当作蔬菜来食用；部分水生蔬菜也具有较高的药用价值，如芡实、藕节等，其对心血管疾病和消化系统疾病有良好的辅助作用。但近年来随着工业的不断加快发展，化工、电镀、采矿、农药、冶炼等重污染工业对外排放重金属，容易对生态环境产生污染，而水生植物发达的维管束组织对重金属元素具有较强的吸收积累能力，造成重金属元素富集在植株的各个器官中，食用这些水生蔬菜会严重影响人的身体健康。1 农田和蔬菜的重金属污染现状近年来，国内蔬菜重金属污染调查受到越来越多的关注，相关结果显示，我国菜地土壤重金属污染形势不容乐观。在我国的北方地区，孙硕等2对河北省的64个菜地土壤重金属污染情况进行了调查，发现土壤 Cd和 Cr 的含量超标严重，超标率为100%和40.6%。宋菲等3研究发现，沈阳市菜地土壤 Cd、Zn 和 Pb 的含量分别为背景值的7.06倍、3.87倍和3.96倍，说明沈阳市菜地土壤已受到重金属的严重污染。王丽凤 等4对沈阳市蔬菜重金属污染情况进行调查，发现蔬菜中重金属 Pb、Hg、Zn 和 Cd 的含量偏高，综合超标率为36.1%，形势极为不乐观。周艺敏等5对天津市菜地土壤重金属含量开展调查，发现 Cd、Hg、Cu、Zn、Pb、Cr、Ni 和 As 等8 种重金属含量均高于当地农业土壤背景值，其中 Cd 和 Hg 的含量分别达到背景值的5倍和60倍。马往校等6发现西安市郊区种植的蔬菜受到 Pb、Cd 和 Cr 污染，Pb、Cd 和 Cr的超标率分别为48.0%、2.0%和4.0%。保定市污水灌溉区重金属污染形势较严峻，农田土壤中 Cd、Pb、Cu 和 Zn 的含量偏高，其超标率分别为87.5%、50%、摘要：随着工业的飞速发展，农田土壤受重金属污染的压力越来越大，进而对农作物的种植造成了严重威胁。目前关于农作物重金属污染的研究较多，但关于水生蔬菜重金属污染的报道比较少。水生蔬菜的生境不同于其他陆生农作物，在重金属的吸收积累机理方面有很大的不同，且相关污染防控措施也有很大差异。从农田和蔬菜重金属污染现状、水生蔬菜重金属污染现状、水生蔬菜重金属污染的防控措施等方面进行了综述，并对其发展趋势进行了展望。关键词：水生蔬菜；重金属；污染；防控措施中图分类号：X173文献标志码：A文章编号：10036490（2023）07016603Status and Research Progress of Heavy Metal Pollution in Aquatic VegetablesDai Hong-wen，Xu Xiao-xin，Wang Jing，Zhang Wei-dong，Fu Jia-junAbstract:With the rapid development of industry,the pressure of heavy metal pollution on farmland soil is increasing,which poses a serious threat to crop planting.At present,there are many researches on heavy metal pollution of crops,but there are few reports on heavy metal pollution of aquatic vegetables.The habitats of aquatic vegetables are different from those of other terrestrial crops,and there are great differences in the absorption and accumulation mechanism of heavy metals,as well as related pollution prevention and control measures.In this paper,the status quo of heavy metal pollution in farmland and vegetables,the status quo of heavy metal pollution in aquatic vegetables,and the prevention and control measures of heavy metal pollution in aquatic vegetables were summarized,and the development trend was prospected.Keywords:aquatic vegetables;heavy metal;pollution;prevention and control measures水生蔬菜重金属污染现状及研究进展戴洪文，许晓新，王 静，张伟栋，符嘉俊（肇庆学院 环境与化学工程学院，广东肇庆 526061）收稿日期：20230408基金项目：肇庆学院质量工程及教改项目（zlgc202030）；肇 庆 学 院 大 学 生 创 新 创 业 训 练 计 划 项 目（S202110580065）。作者简介：戴洪文（1983），男，江西吉安人，副教授，主要研究方向为环境生物学。资源与环境化 工 设 计 通 讯Resources and EnvironmentChemical Engineering Design Communications 167第49卷第7期2023年7月27.5%和100%7；在此种植的蔬菜重金属含量超标较多，其中 Cd 的检出超标率为89.3%，对人体健康构成威胁8。在我国的中、西部地区，长沙市近郊主要蔬菜基地生产的13个蔬菜种类 Cd 和 Pb 污染严重，超标率分别为51%和60%9。重庆市近郊蔬菜基地土壤重金属Cd和Hg出现超标，超标率分别为36.7%和6.7%10；重庆市市售蔬菜受到重金属不同程度污染，污染程度总体表现为 Cd Pb Hg11。在长江三角洲地区，相关调查发现，上海市宝山区蔬菜种植区农田土壤受到 Cd 和 Hg 等重金属不同程度的污染12。与此同时，上海市部分市售蔬菜样品出现 Cd、Pb、Cr 和 Hg 等重金属含量超标，其超标率分别达到13.3%、12.0%、4.6%和1.5%13。南京市郊菜地土壤受到重金属污染，Pb、Hg、As 和Cr 等4种重金属含量均已超出南京地区自然土壤背 景值14。在珠江三角洲地区，由于集中了许多工矿业，大量工业废弃物的排放，菜地重金属污染也不容乐观，广州市约有9.5%的菜地受到重金属污染，其中 Pb、Cd 和 As 含量较高，分别为土壤背景值的2.97倍、2.77倍和1.40倍15。重金属同样也污染了东莞市及其不同区域菜地，其中以 Pb 污染最严重。2 主要水生蔬菜重金属污染现状2.1 莲藕莲藕属睡莲科多年生宿根性水生植物，是我国栽培面积最大的水生蔬菜。因其组织脆嫩、营养丰富，营养价值和药用价值相当高，常被做成美味菜肴供人食用或作为药用。然而，在被重金属污染的地区种植莲藕，重金属容易富集在莲藕体内，造成莲藕重金属含量出现不同程度的超标，如通过对莲藕主产区5省36个采样点调查和研究发现，Cd、Pb 和 As 等重金属容易被莲藕吸收和积累，其含量均出现不同程度的超标，超标率分别为16.67%、22.2%和11.11%；并且重金属在莲藕不同部位的富集情况不一样，重金属平均含量由大到小的排序为藕节 藕皮 藕肉。其中莲藕重金属 Pb 含量受外源因子干扰影响较大，工农业生产、交通污染、居民生活处理不当和大气沉降等，都可能造成莲藕 Pb 污染。2.2 芡实芡实为睡莲科植物芡的干燥成熟果仁，主要生长在广东、江苏、江西、福建、湖南等我国南部地区的池塘、湖沼中。芡实种子含有大量不饱和脂肪酸亚麻酸，具有很高的营养价值和药用价值。对不同产地 22 批次芡实中 Pb、Cd、Cr、Cu、Hg 和 As 等6种重金属含量进行检测，发现部分产地的芡实存在 Cd、Cr、As 和 Hg 等重金属超标现象，其中，产地为徐州、兴化、成都、沈阳和铁岭等地的芡实存在 Cd 超标；产地为苏州、徐州、成都、中江、铁岭等地的芡实存在 Cr 超标；辽宁铁岭等地的芡实存在 As 超标；产地为苏州、兴化、沈阳等地的芡实存在 Hg 超标；不同产地出现不同的超标现象，这可能与芡实生长的环境气候以及土壤污染程度不一样有关。2.3 荸荠荸荠属莎草科荸荠属植物，是我国的特色水生蔬菜之一，其膨大球茎可供生食、熟食或做菜。研究发现，荸荠对不同重金属吸收特征各异，重金属元素 Hg 容易被荸荠吸收，Hg 为荸荠富集元素；在低浓度的重金属处理下，低浓度的重金属会促进荸荠的生长，提高荸荠的生物量和产量；重金属在荸荠各部位的含量不一样，其中，Cu、Pb 和 Cd 在不同部位含量由大到小的排序为茎叶 皮 果肉，Hg 在不同部位含量由大到小的排序为皮 果 茎叶。2.4 茭白茭白属禾本科菰属多年生宿根草本植物，是我国特有的水生蔬菜，也是浙江省种植面积最大的蔬菜之一。研究发现，茭白中的 Cd、Pb、Hg 等重金属含量与其在土壤中的含量呈线性正相关，即茭白中的 Cd、Pb、Hg 等重金属含量随其在土壤中浓度的提高而提高；综合而言，茭白对 Pb 和 Cd 吸收富集能力较弱，但是对 Hg 吸收富集能力较强，当土壤中添加较高浓度的 Hg 时，其对茭白的生长发育未产生明显影响，而茭白体内的 Hg 含量早已达到对人类健康造成威胁的水平。因此，在生产中需要密切关注土壤 Hg 污染情况对茭白产品质量安全的风险。3 水生蔬菜重金属污染的防控措施水生蔬菜重金属防控措施大体上可分为从源头上控制、土壤改良剂、果实加工和培育重金属低积累品种等方面。从源头上控制重金属主要包括以下几方面。1）应合理控制农药化肥的施用量，这对降低水生蔬菜中的重金属残留至关重要。磷是作物生长必不可少的元素之一，但某些磷肥中因磷矿来源、品位不同，有些品位较低磷矿的重金属特别是 Cd 含量过高，随磷肥施用带入土壤也会导致土壤重金属污染。因此，有必要加强肥料中重金属含量的监控。2）水生蔬菜的生长过程中，营养物质的来源主要是土壤和水，应该保证水生蔬菜生长环境的重金属含量不宜过高。现有的研究结果表明，重金属超富集植物能够清洁土壤中的重金属，因此利用重金属超富集植物来修复被重金属污染的土壤就成为现实，目前我国已经建成了利用重金属超富集植物修复技术清洁土壤的示范地。3）由于工业的发展，大量的工业废水、废物排出是造成土壤重金属含量变多的原因之一，因此要加强工业废水、废物减量减排，这样可以在根本上降低土壤重金属含量。土壤改良剂分为无机和有机改良剂。无机改良剂资源与环境化 工 设 计 通 讯Resources and EnvironmentChemical Engineering Design Communications168 第49卷第7期2023年7月主要包括石灰、磷肥、熟石灰、黏土矿物等，有机改良剂则以有机肥料为主，如鸡粪、麦秆、猪粪、稻草、有机碳等。土壤改良剂主要是通过吸附、表面络合、离子交换和沉淀等作用，降低重金属有效性，减少农作物对重金属的吸收和积累。石灰和熟石灰属碱性无机改良剂，一方面形成的碳酸盐可以钝化重金属，另一方面显著提高土壤 pH 从而降低重金属的生物有效性。查阅资料可知，在土壤中加入改良剂可以对土壤中的重金属形态有一定的影响，通过实验结果筛选出对重金属形态影响最大的土壤改良剂，在后续大规模种植中使用以降低重金属的污染。因此施用一定的土壤改良剂是降低土壤重金属污染的一种有效手段。果实加工也可以在一定程度上降低重金属污染，重金属容易和纤维络合，因而多存在于粮谷类食品的外皮，可以通过去皮或者研磨来降低果实中的重金属含量，这也是市面上大多数芡实果实以及其他粮食都会经过一些加工的原因之一。除了对果实加工，还可以从实验中栽种的多种不同产地的种子和它们种植出的果实进行重金属含量的检测，再进行对比挑选出重金属低积累品种，做进一步的培育。4 结束语当下，尽管水生蔬菜极大地丰富了人们的餐桌，但随着目前重金属污染程度的一再增强，水生蔬菜中的重金属元素的大量存在已成为农业的一大问题。重金属污染不但对水生蔬菜有害，而且对人体以及农田都存在着巨大的危害。对农田的危害体现于破坏土壤原本的活性和理化性质，使其使用性降低，进而破坏周边生态环境。而对人体的危害自然归结于重金属元素在人体内的富集，从而在浓度富集到了一定程度时通过诱发疾病来危害人体。因此，对重金属污染的控制与防治刻不容缓。本文对水生蔬菜的重金属污染的防治措施进行综述。虽然目前的很多方法如物理法、化学法和生物法等土壤重金属污染修复技术相继问世，但这几种方法同样存在着不同的优劣之处。在选择何种修复技术时，不仅要考虑土地肥力提升和农产品安全等，还更需考虑社会、环境及经济效益等三者的平衡。添加土壤改良剂被广泛应用于土壤重金属污染修复，然而部分改良剂本身就含有重金属，因此需从材料源头上加强防止重金属进入水生蔬菜地的风险管控。一般认为，通过采用从源头减少重金属的投入、添加土壤改良剂降低土壤重金属有效性和植物吸收量、种植低积累水生蔬菜品种等联合修复技术可有效降低水生蔬菜重金属含量，最终保证水生蔬菜的品质和安全。目前对水生蔬菜重金属污染的防治尚不完整，由于不同的地域土壤中重金属污染物类型和浓度均不同，且不同种类的水生蔬菜对不同重金属的吸收积累也各不相同，因此，必须立足水生蔬菜种植实际情况，因地制宜地选择不同的土壤重金属污染修复技术，有效地防控重金属污染，保障食品安全，强有力地支撑生态文明建设。参考文献1 李天杰.土壤环境学:土壤环境污染防治与土壤生态保护 M.北京:高等教育出版社,1996.2 孙硕,李菊梅,马义兵,等.河北省蔬菜大棚土壤及蔬菜中重金属累积分析 J.农业资源与环境学报,2019,36(2):236-244.3 宋菲,郭玉文,刘孝义,等.镉、锌、铅复合污染对菠菜的影响.J 农业环境保护,1996,15(1):9-14.4 王丽凤,白俊贵.沈阳市蔬菜污染调查及防治途径研究J.农业环境保护,1994,13(2):84-88.5 周艺敏,张金盛,任顺荣,等.天津市园田土壤和几种蔬菜中重金属含量状况的调查研究 J.农业环境保护,1990,9(6):30-34.6 马往校,段敏,李岚.西安市郊区蔬菜中重金属污染分析与评价 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