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我国蔬菜重金属污染现状与对策

发布时间:2017-07-16 17:09 | 来源:《江苏农业科学》 点击:

    蔬菜的重金属污染是食品污染物中的一个重要环节,重金属在蔬菜中的富集累积,可通过食物链危害人类健康和生命安全。

    前言

    近年我国蔬菜重金属污染问题日益严峻,现汇总国内近20 年所发表的100 余篇与蔬菜重金属污染相关的文献,对不同地区蔬菜重金属污染程度以及不同蔬菜对重金属的富集差异分别进行比较;并对主要重金属污染元素和蔬菜重金属污染成因进行统计分析。结果表明:铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)等重金属是我国蔬菜主要重金属污染物;工业发达地区的蔬菜重金属污染程度较严重;叶菜类蔬菜比根茎类和果实类蔬菜较易被重金属污染。同时,阐述了防控蔬菜重金属污染的相应对策,指出我国须要加大对叶菜类蔬菜重金属的防控与检测,以及合理选择非重金属污染土壤进行蔬菜生产的重要性,为全面了解我国蔬菜重金属污染现状以及防控措施提供了参考依据。

    重金属是指密度大于5.0 g/cm3 的金属元素,约有40 余种,近年来我国农田土壤重金属污染问题日益严重。周辉等研究发现,蔬菜的重金属污染是食品污染物中的一个重要环节,重金属在蔬菜中的富集累积,可通过食物链危害人类健康和生命安全。据世界卫生组织等报道,重金属在人体内的过量累积可诱发心血管、肾、神经和骨骼等器官病变甚至癌变。因此,对我国蔬菜重金属污染状况进行全面了解并提出具有建设性的防控措施具有重要的实际意义。

    1 我国不同地区蔬菜重金属污染情况分析

    根据“维普中文科技期刊数据库1989-2015 年,核心期刊”数据库,共检索到与蔬菜重金属污染相关文献100 余篇,其中文献涉及较多的省份为江苏省(26 篇)、山东省(25篇 )、湖南省(23 篇)、广东省(22 篇)、辽宁省(22 篇)、浙江省(20 篇)、安徽省(20 篇);其次为上海市、北京市、贵州省、四川省、江西省、重庆市、河南省、吉林省、河北省等地区(10~15 篇 );而西藏自治区、宁夏回族自治区、广西省、山西省等经济欠发达地区研究关注度较低(2~4 篇) 。

    在所检索文献中,研究关注度较高的蔬菜依次为:黄瓜(36 篇)、茄子(28 篇) 、白菜(23 篇);其次为萝卜、西红柿、辣椒、青菜等(各15~20 篇)。研究关注度较高的重金属为:Pb、Cd、Cr(约90%),其次为As、Hg(70%~80%)以及Cu、Zn(50%~60%)。

    2 不同种类蔬菜重金属污染情况

    不同种类蔬菜由于外部形态及内部结构不同,吸收重金属元素的生理生化机制各异,所以其重金属元素的积累量差异较大。由表1 可知不同地区4 种蔬菜(茄子、黄瓜、菠菜、芹菜 )的重金属含量,并对其进行平均值与限量标准值的比较(比值越接近1,越接近污染),结果发现,蔬菜中最容易出现Pb、Cd 污染(比值分别为1.02、0.68);其次为Hg、Cr、As(比值分别为0.41、0.25、0.13 );Cu 最不容易达到污染水平(比值为0.08 )。

    对蔬菜种类进行重金属污染分析发现,污染茄子的重金属从大到小依次为Pb>Cd>Cr>Cu=Hg=As; 污染黄瓜的重金属从大到小依次为Pb>Hg>Cd>As>Cr=Cu; 污染菠菜的重金属从大到小依次为Cd>Pb> Hg=Cr>As=Cu;污染芹菜的重金属从大到小依次为Pb>Cd>Hg>Cr>Cu=As。表1 显示,叶菜类菠菜和芹菜中Pb、Cd、Cr 平均含量均高于果实类蔬菜黄瓜和茄子,说明叶菜类最容易出现这3 种元素污染;而叶菜类和果实类蔬菜As、Hg、Cu 污染相近。

    以广东省珠海市和贵州省为例,分析了几种蔬菜中重金属的污染程度和不同种类蔬菜重金属元素平均含量(表2、表3),结果与上述结论一致:在几类新鲜蔬菜中,叶菜类蔬菜的重金属污染程度高于其他种类蔬菜,这与叶菜类蔬菜的重金属吸附能力成正相关。



    国内关于各区域不同种类蔬菜对重金属吸附能力的研究较多:
刘景红等发现重庆市不同种类蔬菜的Cd 污染程度从强到弱依次是叶菜类>茄果类豆类>瓜果类,说明叶菜类容易积累Cd。

    魏秀国等研究发现,广东省广州市各蔬菜的重金属吸附能力从强到弱依次为叶菜类>根茎类>茄果类>豆类,而叶菜类中菠菜、芹菜和白菜重金属吸附能力最强,萝卜对Pb 的吸附能力最弱。

    岳振华等研究发现,湖南地区叶菜类对Cu、Zn、Cd、Pb 的吸收能力一般均大于果类和根菜类,在叶菜类中苋菜、白菜的富集能力较强,而结球甘蓝较弱。

    因此,在蔬菜生产和销售过程中,应该加大力度对叶菜类蔬菜重金属污染的防控与检测

    同一种蔬菜不同器官对于重金属的累积量也不相同:
楼根林等对Cd 在土壤和几种蔬菜中累积规律进行研究,结果显示:供试蔬菜品种中除萝卜外均以根部吸收富集Cd 的能力最强,而叶大于茎;萝卜则叶大于根; 青椒果实和豇豆豆荚中Cd 的残留量少于其他部位。

    潘静娴等研究发现,蒌蒿不同器官Cd 含量从多到少依次依次为根>茎>叶。

    阮美颖等研究发现,南瓜根中As、Pb 和Hg 含量均高于叶片。

    王晓芳等研究结果显示,萝卜叶片中Pb 和As 的平均含量是根中的10 倍。

    3 我国不同地域蔬菜重金属污染情况

    统观全国范围内各大城市中蔬菜重金属污染研究工作可发现,部分城市中已存在不同程度的蔬菜重金属污染现象:
任艳军等研究发现,河北省秦皇岛市12.2% 的蔬菜样品重金属含量超过限量标准,Cd 和Cr 是主要的污染元素。

    周根娣等研究发现,上海市蔬菜重金属污染以Cd 和Pb 为主,超标率分别为13.3% 和12.0%,其次是Cr 和Hg,超标率分别为4.6% 和1.5%,超标率48.0%,最高超标6.9倍。

    沈彤等研究发现,湖南省长沙市各主要蔬菜基地生产的13 个蔬菜种类Pb 和Cd 污染严重,超标率分别为60% 和51%。

    唐书源等研究发现,重庆市蔬菜重金属污染程度从强到弱依次为Cd>Pb>Hg。

    刘树庆等研究发现,河北省保定市蔬菜中Cd 的检出超标率为89.3%。

    杨红霞研究发现,山西省大同市蔬菜受Hg、As、Pb、Cd 污染极其严重,在其检测的蔬菜中,Hg 的总检出率为100%,平均含量为0.0075 mg/kg,白菜超标率最大,其最大超标4.92 倍; As 的总检出率为100%,平均含量为0.3385 mg/kg;Pb 的总检出率为100%,平均含量为0.408 mg/kg;该地主要污染来源为污水灌溉。

    王丽凤等研究发现,辽宁省沈阳市蔬菜重金属污染综合超标率为36.1%。

    张永志等研究发现,浙江省温州市蔬菜中的主要污染元素是Cd,某些品种超标率高达50%,蔬菜含量超过国家标准最高的1.7 倍。

    陈同斌等研究发现,北京市蔬菜Pb 含量的综合超标率为9.2%。

    综上所述,我国大部分城市中重金属元素在蔬菜中的积累现象是明显存在的,一部分蔬菜中重金属含量甚至已经超过了食品卫生安全标准。由于各城市进行蔬菜重金属污染的评价标准不同,所以评价结果可能有一定的偏差。但从统计中也可以看出,工业发达地区的蔬菜重金属污染程度比其他城市严重,如广东省深圳市市售菠菜和芹菜中Cd、Cr 的污染程度相较于其他城市明显偏高;湖北省武汉市市售黄瓜和菠菜中的Pb、As 的污染程度相较于其他城市也明显偏高(表1)。

    4 蔬菜重金属污染成因分析

    土壤是蔬菜通过根部吸收重金属的主要介质,其重金属含量直接影响蔬菜对该元素的吸收和累积,所以土壤重金属污染是蔬菜重金属污染的重要原因。

    4.1 工业化污水和生活用水灌溉

    在中国部分地区,会有大量未经处理或处理未达标的工业污水、城市生活用水直接排放到菜地中,导致菜地土壤重金属超标。如西安污灌土中的重金属含量明显高于正常土,其重金属累积强度系数在1.11~10.59 之间。苏振旺等发现,河北邢台污灌区中心区域的菜地土壤Cd 平均含量已超过国家标准数倍。

    4.2 化学农药以及有机肥料的滥用

    磷肥中含有多种微量元素,其中一些为有害元素,Cd 是情况较为严重的一种。

    何振立的研究结果表明,在人类活动对土壤Cd 的贡献中,磷肥占54%~58%。磷肥在生产过程中磷矿石内金属杂质难以挥发,任何生产工艺都不可能完全消除重金属,这样长期施用磷肥会使有毒重金属进入土壤,进而在植物体内富集。

    张树清等发现,有机肥中也常含有一定量的重金属;刘荣乐等对中国8 省(市) 商品有机肥的调查结果显示,有机肥中各种重金属均出现了不同程度的超标。

    4.3 采矿、冶炼、造纸和城市垃圾的施用

    采矿、冶炼、造纸等活动产生的废弃物未经处理或不达标排放,均将最终进入土壤和水体,并造成土壤或水体重金属含量超标。

    许炼烽等在天津市以施用城市垃圾肥料为主的菜田,检出土壤中的Cu、Pb、Cd、As 含量高于背景值的0.3~1.0倍,Hg 含量甚至高出30 多倍。

    刘芳等研究大型炼锌厂周边土壤及蔬菜的汞污染情况时发现,炼锌厂周边土壤样品Hg的超标率为78%,其中污染最严重区域土壤中的汞含量是背景点土壤的29 倍,已达到重度污染;所有蔬菜样品的Hg 含量超过无公害蔬菜重金属限量指标,最大超标64.5 倍,说明炼锌厂Hg 排放对其周边土壤和蔬菜的Hg 污染均有显著影响。

    4.4 畜禽粪便

    随着现代畜牧业的发展,饲料添加剂应用越来越广泛,而其中往往含有一定量如Cu、Zn 等重金属。这些重金属随着畜禽粪便排出而污染环境,这些肥料中的重金属也会积累在土壤中,成为一种污染源。

    柳开楼等研究发现,红壤性水稻土施用猪粪30 年后,Cu、Zn、Cr、As 含量显著增加。

    李影等进行盆栽试验时发现,牛粪、鸡粪与化肥配施使黑土中Cu、Zn、Pb、Cd 不同程度地朝有效态比例增加。

    4.5 大气污染

    工矿活动、交通运输等排入大气中的重金属一方面可通过沉降进入土壤,在相应的区域内形成累积,造成土壤重金属污染。

    李其林等研究发现,公路运营会造成路侧土壤及作物的重金属污染。汽车排放废气中的Pb 沉降造成公路两侧的土壤及种植地的蔬菜受到Pb 污染。

    吴长年等研究发现,宁连高速公路两侧200 m 范围内的土壤和小麦受到不同程度的重金属污染,其中土壤中Pb、Cu、Ni 的最大累积系数分别为1.94、1.82、1.69。土壤受到重金属污染的同时,蔬菜作物也会通过叶片从空气中吸收重金属元素造成自身重金属污染。

    5 防控措施

    5.1 选择性种植

    由于不同种类的蔬菜对重金属富集能力具有差异性,所以在重金属污染的土壤中可以选择种植对污染元素富集能力低的蔬菜。

    李雪芳等研究发现,在Cu 含量超标的土壤上建议种植芹菜、四季豆,在Pb 含量超标的土壤上建议种植菠菜和芹菜,在Cd 含量超标的耕地上建议种植胡萝卜、芹菜、茄子、豇豆、莴苣和丝。

    韩峰等研究发现,在Hg 含量超标的土壤上建议种植豇豆、棒豆和辣椒。通过充分利用蔬菜对重金属吸收能力的差异和合理安排作物布局,使蔬菜最大限度地适应现存污染环境,这也是以后充分利用有限耕地的解决途径之一。选择种植对重金属富集能力较弱的蔬菜,不但能保证蔬菜食用的安全性,还可使土壤向蔬菜转移重金属的能力大大降低。

    5.2 合理规划与控制

    可以从污染源方面考虑采取相应措施避免重金属污染的发生。如做好城市蔬菜生产基地的选址,远离高速路或工业区;制订出一系列的相关环境法规,严格控制工业上“三废”的排放;控制菜园地的污水灌溉和污泥施用,对污泥、污水的重金属浓度以及土壤的重金属残留状况进行定期的监测;对存在严重重金属污染的菜田,要改为他用,不能继续种植;谨慎使用固体废弃物,在采用工业废渣做改土剂时,要检测其中重金属的含量工业废弃物与生活垃圾分开处理、堆放,施用的垃圾肥要经无害化处理;合理施用化肥,尽多施用无害的有机肥料,提高土壤的有机质含量,增强土壤对重金属的吸附能力,在酸性土壤上,可通过施石灰等措施提高土壤pH 值降低重金属离子活性。

    5.3 生物修复

    对重金属污染土壤采取合理物理、化学及生物措施进行修复。这3 种修复方法中,物理方法投资大,适合于小面积污染的治理;化学方法操作简单,但容易导致土壤肥力的下降和土壤理化性质的改变;生物修复是利用特定的动、植物或微生物吸收或钝化土壤重金属,以达到净化土壤或钝化土壤重金属(减少生物有效性)的目的。目前,如何应用各种修复方法解决土壤重金属污染问题,使其具有实践性和可操作性,已经成为我国环境保护工作者和科研工作者今后工作的重要内容。只有用于蔬菜生产的农田土壤没有重金属污染,才能从根本上保证蔬菜的生产安全。

    来源:《江苏农业科学》2016 年08 期
    作者:李书幻,温祝桂,陈亚茹,陈亚华
    单位:南京农业大学生命科学学院,江苏沿海地区农业科学研究所,江苏省有机固体废弃物资源化协同创新中心/农村土地资源利用与整治国家地方联合工程研究中心

 

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