顧濤， 朱曉華， 趙信文， 江拓， 邱嘯飛2,， 鄭小戰(zhàn)， 帥琴

(1.自然資源部生態(tài)地球化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心， 北京 100037；2.中國地質(zhì)調(diào)查局花崗巖成巖成礦地質(zhì)研究中心， 中南地質(zhì)科技創(chuàng)新中心， 湖北 武漢 430205；3.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)材料與化學(xué)學(xué)院， 湖北 武漢 430074；4.中南地質(zhì)科技創(chuàng)新中心， 湖北 武漢 430205；5.廣州市地質(zhì)調(diào)查院， 廣東 廣州 510440)

隨著國民社會經(jīng)濟(jì)增長和物質(zhì)生活水平不斷提高，人們對高品質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品需求增加，名優(yōu)特農(nóng)產(chǎn)品備受消費(fèi)者青睞。名優(yōu)特農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的形成與其特定的地質(zhì)背景息息相關(guān)，根據(jù)名優(yōu)特農(nóng)產(chǎn)品地質(zhì)背景與特定的地球化學(xué)特征因地制宜、合理規(guī)劃布局農(nóng)業(yè)，是實(shí)現(xiàn)名優(yōu)特農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)高效的前提和關(guān)鍵。

以往研究者針對名優(yōu)特農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地地質(zhì)環(huán)境條件開展了大量調(diào)查與評價工作，探究不同地質(zhì)背景與名特優(yōu)農(nóng)作物生長適宜性及農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)系。例如，F(xiàn)erretti[1]對意大利北部多洛米蒂山瓊瑤漿葡萄酒產(chǎn)區(qū)葡萄品質(zhì)、葡萄酒差異與區(qū)域地質(zhì)、沉積物地球化學(xué)、礦物組成之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)葡萄種植區(qū)位于硅酸鹽巖和碳酸鹽巖過渡區(qū)，由于成土母質(zhì)的差異，上層土壤化學(xué)組成、礦物組成差異較大。硅酸鹽巖分布區(qū)所產(chǎn)葡萄酒，酒味濃厚香醇，適合儲藏；碳酸鹽巖分布區(qū)所產(chǎn)葡萄酒口感清淡，易揮發(fā)，適合直接飲用。Zhou等[2]對西湖龍井茶產(chǎn)地地球化學(xué)特征研究表明，石英砂巖分布區(qū)發(fā)育的土壤富含磷、鉀和鋅元素，鈣、錳、鎂、汞、鉛、砷、鋁和鎘元素含量較低，適宜茶樹生長，有利于產(chǎn)出高品質(zhì)的茶。黎旭榮等[3]研究表明廣東四會優(yōu)質(zhì)沙糖桔產(chǎn)區(qū)土壤營養(yǎng)元素、有益元素含量適宜，有害重金屬含量低，成土母質(zhì)以砂巖及花崗巖發(fā)育而成的赤紅壤較適宜優(yōu)質(zhì)沙糖桔種植。此外，還有關(guān)于巴西皇家嘎拉果[4]，埃塞俄比亞多油辣木[5]，福建龍海市浮宮楊梅[6]，天津盤山磨盤柿子[7]，北京妙峰山優(yōu)質(zhì)玫瑰[8]，福建漳州水仙花[9]，河北承德黃芩[10]、承德仁用杏[11]等陸生名特優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品的研究，主要集中在產(chǎn)地地質(zhì)背景、環(huán)境地球化學(xué)條件與農(nóng)作物生長適宜性、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)關(guān)系的調(diào)查研究，相關(guān)研究為陸生名優(yōu)特農(nóng)產(chǎn)品的地理保護(hù)及生產(chǎn)種植提供了基礎(chǔ)地質(zhì)信息數(shù)據(jù)與技術(shù)支撐。而針對水生農(nóng)產(chǎn)品(如蓮藕、菱角、慈姑、荸薺等)產(chǎn)地地質(zhì)背景條件與其生長適宜性、品質(zhì)關(guān)系的調(diào)查研究報道較少。

蓮藕是中國栽培面積最大的水生蔬菜[12-14]，且具有祛瘀、清熱、生津止渴等藥用價值。新墾蓮藕因出產(chǎn)于廣州市南沙區(qū)萬頃沙鎮(zhèn)新墾地區(qū)而得名，因其藕香濃郁，藕味純正地道，風(fēng)味獨(dú)特，是廣州市南沙區(qū)特產(chǎn)，2010年納入國家地理標(biāo)志保護(hù)產(chǎn)品[15]。本文旨在選取深受大眾喜愛的水生蔬菜新墾蓮藕為研究對象，對蓮藕產(chǎn)區(qū)生長環(huán)境中的底泥、地表水以及蓮藕進(jìn)行系統(tǒng)采樣，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜/發(fā)射光譜(ICP-MS/OES)等通用測試儀器和標(biāo)準(zhǔn)測試方法對樣品中各組分含量進(jìn)行分析測試，對藕塘底泥養(yǎng)分豐缺程度、重金屬污染情況和藕塘地表水水質(zhì)情況進(jìn)行評價，分析藕塘底泥無機(jī)組分與蓮藕營養(yǎng)組分之間的相關(guān)性，探究廣州新墾蓮藕產(chǎn)區(qū)地質(zhì)背景與蓮藕品質(zhì)的關(guān)系，為后期新墾蓮藕種植施肥、優(yōu)化布局和提質(zhì)增產(chǎn)提供參考，助力“新墾蓮藕”品牌打造和保護(hù)開發(fā)，服務(wù)大灣區(qū)宜居宜業(yè)宜游優(yōu)質(zhì)生活圈建設(shè)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 研究區(qū)概況

新墾蓮藕主要種植于廣州市最南端，南沙區(qū)南部，位于珠江入?？?，咸、淡水交界處，地勢平坦，水源充沛，河網(wǎng)縱橫，具有獨(dú)特的沖積圍墾地貌。該區(qū)常年光照充足，氣候溫暖濕潤，屬于亞熱帶季風(fēng)性氣候，溫暖多雨，年平均氣溫22.2℃，年平均降雨量1646.9mm，雨熱同期，大多數(shù)農(nóng)田是典型的“濕地”地貌，地表為第四系松散沉積物所覆蓋，成土母質(zhì)為三角洲沉積物，主要為西北江所帶來的物質(zhì)在河海共同作用下沉積形成。沖積的淤泥土層深厚，適合蓮藕生長。近年來，新墾蓮藕種植面積穩(wěn)定在0.133萬公頃左右，年總產(chǎn)量2.0～2.5萬噸，年產(chǎn)值1.28～1.40億元，每年出口0.8～1.0萬噸到東南亞和歐洲等國家和地區(qū)[16]。

1.2 樣品采集與處理

參照《局部生態(tài)地球化學(xué)評價技術(shù)要求》(DD 2008-05)，項目組于2019年9月中下旬蓮藕成熟季節(jié)采集樣品，采樣點(diǎn)(圖1)位于南沙新墾蓮藕主要種植區(qū)藕塘。采集藕塘底泥樣品共計45組，采用荷蘭Eijkelkamp手動土壤采樣器，采集0.5m深度的底泥樣品，每個樣品為同一個藕塘4個點(diǎn)底泥樣品混合樣，每個樣品采集2～3kg，用封口袋密封；采集成熟蓮藕樣品15組，采樣點(diǎn)與15組底泥樣品對應(yīng)。蓮藕為正在采收的成熟蓮藕，每一樣點(diǎn)采集有4節(jié)新鮮完整蓮藕一根，用封口袋密封，每個樣品平行采集兩份，一份用于無機(jī)元素分析，另一份用于營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)測試；依據(jù)《水質(zhì) 采樣技術(shù)指導(dǎo)》(HJ 494—2009)、《水質(zhì) 采樣樣品的保存和管理技術(shù)規(guī)定》(HJ 493—2009)采集藕塘水樣15組，其采集點(diǎn)與蓮藕樣采集點(diǎn)對應(yīng)，為藕塘地表水樣，藕塘水樣采集1000mL，送至實(shí)驗(yàn)室用于后續(xù)檢測。

圖1 研究區(qū)采樣點(diǎn)位置Fig.1 Location of sampling points in the study area

將采集的藕塘底泥樣品送至實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干后將樣品壓碎，過2mm孔徑篩，除去砂礫和貝殼碎片生物殘體。反復(fù)按照四分法縮分，留下縮分后樣品磨細(xì)，過160目篩，混勻、裝瓶，測定備用。將采集的蓮藕樣品用自來水清洗后再用超純水沖洗多次，除去蓮藕表面附著的雜質(zhì)，去皮和藕節(jié)，無污染切割，晾干，稱取鮮重質(zhì)量后，于80℃烘箱烘干、稱重并研磨。研磨好的樣品裝入潔凈的聚乙烯塑料袋內(nèi)，用于后續(xù)分析。

1.3 樣品測試

1.3.1藕塘底泥樣品指標(biāo)的測試

參照《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范》(DZ/T 0295—2016)，植物必需的養(yǎng)分指標(biāo)主要有氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)、鈣、鎂、鐵、鈷、釩、鍺、硼、鉬、錳、硫、銅、鋅。綜合考慮到富硒(Se)作物對人體健康具有重要意義，鍺(Ge)能改變植物體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)及化學(xué)物質(zhì)含量[11]，重金屬會直接影響土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)，阻礙植物營養(yǎng)鹽的有效供給，同時還會通過食物鏈傳遞給人類，影響人體健康[17-19]，濱海區(qū)土壤還可能受到咸水影響，本研究確定藕塘底泥樣品測試指標(biāo)為：氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)、鈣、鎂、鐵、硫、硼、錳、銅、鋅、鉬、鈷、釩、硒、鍺、砷、鎘、鉻、汞、鎳、鉛、氯、pH值。

各指標(biāo)測試方法列于表1。

1.3.2藕塘水樣品指標(biāo)的測試

參照《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084—2021)，本研究確定藕塘水樣測試指標(biāo)為：pH值、化學(xué)需氧量、鉛、鎘、鉻(六價)、汞、砷、銅、鋅、鎳、硒、硼?？紤]到藕塘水可能受海水影響，加測氯。各指標(biāo)測試方法列于表1。

1.3.3蓮藕樣品指標(biāo)的測試

參考新墾蓮藕質(zhì)量技術(shù)要求(國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局2009年第131號公告)對理化指標(biāo)的規(guī)定，本研究確定蓮藕營養(yǎng)品質(zhì)測試指標(biāo)為：淀粉、粗纖維、可溶性糖、干物質(zhì)，加測蛋白質(zhì)。參照《中國食物成分表(標(biāo)準(zhǔn)版)》(第六版)，本研究確定蓮藕礦物質(zhì)營養(yǎng)元素測試指標(biāo)為鈣、磷、鉀、鎂、鐵、鋅、硒、銅，加測鍺?？紤]到重金屬對蓮藕食用安全性的影響，確定蓮藕樣品加測鉛、鎘、鎳、鉻、砷、汞等重金屬指標(biāo)。各指標(biāo)測試方法列于表1。

表1 藕塘不同介質(zhì)樣品測試指標(biāo)及對應(yīng)測試方法Table 1 Analysis parameters and methods for various media of the lotus root pond

送檢實(shí)驗(yàn)室均已通過國家計量認(rèn)證，分析方法均為國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且在檢測實(shí)驗(yàn)室的資質(zhì)認(rèn)定范圍內(nèi)。樣品測試時嚴(yán)格按照國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量控制，包括插入國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、樣品加標(biāo)回收、抽取密碼重復(fù)樣和空白試驗(yàn)。質(zhì)量控制嚴(yán)格按照《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(1∶250000)》(DZ/T 0258—2014)和《生態(tài)地球化學(xué)評價樣品分析技術(shù)要求(試行)》(DD 2005-03)關(guān)于分析過程準(zhǔn)確度、精密度和空白試驗(yàn)的要求進(jìn)行，所有樣品報出率為100%，各指標(biāo)的加標(biāo)回收率均在國家標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)的允許范圍內(nèi)，檢測結(jié)果可靠。

1.4 分析評價方法

在樣品分析測試基礎(chǔ)上，利用SPSS軟件對藕塘底泥樣品、藕塘水樣、蓮藕樣品各組分含量特征進(jìn)行描述性統(tǒng)計分析。參照《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范》(DZ T 0295—2016)，對藕塘底泥養(yǎng)分豐缺程度進(jìn)行統(tǒng)計評價，參照《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618—2018)，對底泥重金屬指標(biāo)等級進(jìn)行統(tǒng)計評價。參照《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084—2021)，對藕塘地表水樣進(jìn)行統(tǒng)計評價。參照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》(GB 2762—2017)，對蓮藕樣品進(jìn)行統(tǒng)計評價。采用生物富集系數(shù)(Bioconcentration Factor，BCF)評價底泥-蓮藕系統(tǒng)的元素遷移集聚特征。

采用Origin軟件統(tǒng)計分析藕塘底泥無機(jī)組分與蓮藕品質(zhì)營養(yǎng)組分之間的相關(guān)性。

2 結(jié)果與討論

2.1 藕塘底泥樣品元素含量特征及評價

2.1.1藕塘底泥樣品元素含量特征

采用 SPSS軟件對采集的藕塘底泥樣品各組分含量進(jìn)行描述性統(tǒng)計分析，并與珠三角表層土壤地球化學(xué)背景值進(jìn)行比較，結(jié)果列于表2。

由表2中可以看出，藕塘底泥測試指標(biāo)的平均值(除有機(jī)質(zhì)和硒外)，均高于珠三角表層土壤地球化學(xué)背景值。尤其是硫、錳、銅、鈷、鎘、鎳、氯等指標(biāo)含量較高，是珠三角表層土壤地球化學(xué)背景值的4.0倍以上，磷、鋅、砷、鉻也在2倍以上。藕塘底泥測試指標(biāo)的平均值(除硫外)與西北江海陸交互相沉積物母質(zhì)土壤背景值含量相當(dāng)，硫?yàn)?.7倍。趙亞楠等[22]將反映離散程度的變異系數(shù)按大小劃分為三種等級：變異系數(shù)<10%，為弱變異性；10%<變異系數(shù)<100%，為中等變異性；變異系數(shù)>100%，為強(qiáng)變異性。從表2中各指標(biāo)變異系數(shù)來看，藕塘底泥中pH值、鎳、釩、鋅、硼、鉻、鎂、鐵、鉀、鈷為弱變異性，其余指標(biāo)為中等變異性，其中硫、汞、氯組分含量變異系數(shù)均大于50%，說明這三種組分在藕塘底泥中分布較不均勻，可能是由于受到局部微地形、海水入侵、人為活動排放、田間耕作方式不同的影響所致[23]。

表2 藕塘底泥各組分含量描述性統(tǒng)計(N=45)Table 2 Descriptive statistics of component contents in sediment of the lotus root pond (N=45)

2.1.2藕塘底泥養(yǎng)分豐缺評價

參照《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范》(DZ/T 0295—2016 )中土壤養(yǎng)分單指標(biāo)地球化學(xué)等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，以及土壤硒單指標(biāo)地球化學(xué)等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，對藕塘底泥中銅、有機(jī)質(zhì)、鈣、氮、鍺、磷、鉀、鎂、硫、硼、錳、鋅、鉬、鈷、釩、鐵、硒等養(yǎng)分指標(biāo)豐缺等級進(jìn)行評價統(tǒng)計，結(jié)果如圖2所示。

圖2 新墾蓮藕種植區(qū)底泥養(yǎng)分指標(biāo)分級占比情況(N=45)Fig.2 Nutrient abundance and deficiency situation in sediment of Xinken lotus root pond (N=45)

新墾蓮藕種植區(qū)藕塘底泥養(yǎng)分單指標(biāo)地球化學(xué)評價結(jié)果表明，絕大部分養(yǎng)分指標(biāo)以一等(豐富)、二等(較豐富)和三等(中等)為主。僅部分樣品有機(jī)質(zhì)、鈣、氮和鍺指標(biāo)存在四等(較缺乏)的情況，無缺乏等級，建議在新墾蓮藕種植中應(yīng)關(guān)注有機(jī)質(zhì)、鈣、氮和鍺等營養(yǎng)成分的補(bǔ)充。錳、鋅、鉬、鈷、釩、鐵均處在一等(豐富)等級，含量較高；銅含量高，45組底泥樣品中有93.33%的樣點(diǎn)超出了養(yǎng)分等級上限值。

對藕塘底泥硒單指標(biāo)地球化學(xué)評價結(jié)果表明，適量等級占比為62.22%，高硒等級占比為37.78%，無缺乏、邊緣和過剩等級?？傮w來看，新墾蓮藕種植區(qū)藕塘底泥營養(yǎng)元素較豐富，這也可能是新墾蓮藕品質(zhì)較好的原因之一。

2.1.3底泥重金屬污染風(fēng)險評價

參照《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618—2018)對鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳等重金屬指標(biāo)等級進(jìn)行評價，結(jié)果如圖3所示。可以看出，藕塘底泥中重金屬鉻、銅、汞、鎳、鉛、鋅均低于農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值，部分樣點(diǎn)砷和鎘含量高于風(fēng)險篩選值，但均低于風(fēng)險管制值，說明藕塘底泥整體較為清潔，這有利于種植高品質(zhì)的新墾蓮藕。銅和鋅既是養(yǎng)分元素，又是重金屬，從底泥養(yǎng)分豐缺評價結(jié)果來看，93.33%的樣點(diǎn)銅元素超出了養(yǎng)分等級上限值。從重金屬污染風(fēng)險評價結(jié)果來看，新墾蓮藕藕塘底泥中銅含量雖高，但生態(tài)風(fēng)險低，較安全。藕塘底泥中鎘和砷含量較高，可能主要受控于西江、北江上游富含重金屬砷、鎘的風(fēng)化物在下游沉積形成了富集區(qū)[24-25]。另外，人類工業(yè)交通活動，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的農(nóng)藥化肥、污水灌溉，也是底泥中鎘和砷輸入的重要途徑[26]。

圖3 新墾蓮藕種植區(qū)藕塘底泥重金屬指標(biāo)分級占比情況(N=45)Fig.3 Heavy metal pollution calculation results in sediment of Xinken lotus root pond (N=45)

2.2 蓮藕樣品各組分含量特征及評價

采用SPSS軟件對所采集的蓮藕樣品進(jìn)行統(tǒng)計分析，各指標(biāo)含量描述性統(tǒng)計結(jié)果及中國其他地區(qū)蓮藕樣品部分組分含量結(jié)果列于表3。從蓮藕樣品各組分含量統(tǒng)計情況來看，各樣品蛋白質(zhì)和粗纖維含量變化較大，含量最大值是最小值的5倍以上，干物質(zhì)、淀粉和可溶性糖的含量差異不大。鐵、鉻、鉛、鎳、砷、鎘等含量最大值是最小值的4倍以上，差異較大。從變異系數(shù)來看，鉛高達(dá)140%，為強(qiáng)變異性，粗纖維、鉻、鐵、砷、蛋白質(zhì)含量變異系數(shù)均大于50%，為中等變異性。這6種組分含量變化明顯，可能與所采集蓮藕的成熟度、蓮藕品種和藕塘的種植管理方式有關(guān)[27]。從蓮藕重金屬含量來看，與雄安新區(qū)蓮藕[28]比較，新墾蓮藕中鉛、鎘、砷含量均較低。與中國幾大蓮藕主產(chǎn)區(qū)蓮藕比較[29]，新墾蓮藕中砷、鎘、汞含量均低于山東濟(jì)南，河南新鄭，湖北武漢、洪湖、漢川，廣西柳州，浙江金華、余杭等產(chǎn)區(qū)蓮藕；鉛含量高于山東濟(jì)南，河南新鄭，廣西柳州，浙江金華、余杭產(chǎn)區(qū)蓮藕，低于雄安新區(qū)，湖北武漢、洪湖、漢川產(chǎn)區(qū)蓮藕食品中污染物限量。與《食品中污染物限量》(GB 2762—2017)比較，新墾蓮藕中鉻、鉛、砷、鎘、汞含量均低于食品中污染物限量值。

表3 蓮藕樣品各組分含量描述性統(tǒng)計(鮮重含量，N=15)Table 3 Descriptive statistics of components in the lotus root samples (fresh weight，N=15)

從蓮藕營養(yǎng)組分與礦物組分含量來看，與程婷婷等[30]報道的江蘇淮安、山東菏澤、湖北荊州、河南三門峽、廣西貴港、安徽蚌埠、陜西富平、四川眉山、云南紅河、湖南湘潭蓮藕比較，新墾蓮藕中粗纖維含量較低，均低于上述各地區(qū)蓮藕中的含量，淀粉含量高于江蘇淮安、山東菏澤、湖北荊州、河南三門峽、廣西貴港、安徽蚌埠、陜西富平蓮藕，低于其他地區(qū)；可溶性糖含量高于江蘇淮安、云南紅河、河南三門峽、陜西富平蓮藕，低于其他地區(qū)；鉀含量高于江蘇淮安、四川眉山、湖北荊州、湖南湘潭、河南三門峽、廣西貴港、安徽蚌埠、陜西富平蓮藕，低于山東菏澤、云南紅河蓮藕；磷含量高于江蘇淮安、山東菏澤、四川眉山、湖北荊州、云南紅河、湖南湘潭、廣西貴港、安徽蚌埠、陜西富平蓮藕，低于其他地區(qū)；鐵含量高于四川眉山蓮藕，低于其他地區(qū)。與中國食物成分表(蓮藕)比較[30]，新墾蓮藕中有益營養(yǎng)組分蛋白質(zhì)和礦質(zhì)營養(yǎng)元素鉀、磷、鈣、鎂、鐵、鋅、硒等組分含量較高，銅含量較低。

綜上可以得出，新墾蓮藕具有富集淀粉、可溶性糖、鉀、磷、鈣、鎂、鐵、鋅、硒的特征，重金屬和粗纖維含量較低。粗纖維很難被人體消化，大多數(shù)粗纖維口感粗糙，這可能是新墾蓮藕藕香濃郁、品質(zhì)較好的原因之一。

2.3 藕塘水樣各組分含量特征及評價

采用SPSS軟件對所采集的藕塘地表水樣品進(jìn)行統(tǒng)計分析，各指標(biāo)含量描述性統(tǒng)計結(jié)果列于表4。從藕塘地表水各組分含量描述性統(tǒng)計來看，各元素含量變化范圍較大，除未檢出的鉛、鋅、鎘、汞指標(biāo)外，其余指標(biāo)含量最大值均是最小值的3倍以上。從變異系數(shù)來看，藕塘地表水樣中氯、磷、硼、六價鉻、砷、銅、鎳、硒等指標(biāo)均為中等變異性。其中磷、氯、六價鉻、砷三種組分變異系數(shù)均大于50%，說明這三種組分含量變化明顯，可能是由于藕塘地表水受到海水、上游淡水以及不同耕作管理方式影響。

表4 藕塘地表水樣各組分含量描述性統(tǒng)計(N=15)Table 4 Descriptive statistics of component contents in surface water samples of the lotus pond (N=15)

參照《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084—2021)，對銅、鋅、硒、硼、汞、鎘、砷、六價鉻、鉛、鎳等指標(biāo)進(jìn)行評價。結(jié)果表明，新墾蓮藕種植區(qū)藕塘地表水水質(zhì)較好，參與評價的指標(biāo)均達(dá)到農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.4 生物富集系數(shù)

生物富集系數(shù)(BCF)[9,32-33]用于探究土壤-作物系統(tǒng)中元素分配規(guī)律。BCF=作物元素濃度(鮮重計)/土壤元素濃度(干重計)×100。BCF值越大，表明蓮藕對這種元素的富集能力越強(qiáng)。按照生物富集系數(shù)的大小，通常將作物對土壤的攝取強(qiáng)度分為四個等級：BCF>100，為強(qiáng)烈攝??；10

從表5中可以看出，對于藕塘底泥中鎘、汞、砷、鉛四種重金屬，不同地區(qū)蓮藕的生物富集系數(shù)差別較大，浙江金華蓮藕對鎘的富集能力最強(qiáng)，湖北洪湖蓮藕對汞的富集能力最強(qiáng)，湖北漢川蓮藕對鉛的富集能力最強(qiáng)，湖北洪湖蓮藕對汞的富集能力最強(qiáng)，新墾蓮藕對鎘、汞、砷三種重金屬的富集能力均為最小，浙江余杭蓮藕對鉛的富集能力最小，新墾蓮藕對鉛的富集能力也較小。僅從新墾蓮藕對各元素的富集能力來看，新墾蓮藕對底泥中不同元素生物富集系數(shù)差異較大，生物富集系數(shù)平均值范圍為0.0484～65.67，對磷的富集能力最強(qiáng)，對鍺的富集能力最弱?？傮w而言，新墾蓮藕對藕塘底泥中營養(yǎng)元素(磷、鉀、鈣、鎂、鋅、硒)的富集能力大于對重金屬(鎘、銅、汞、砷、鉛、鎳、鉻)的吸收富集能力。按照作物對土壤的攝取強(qiáng)度劃分，磷、鉀為中等攝取，鈣、鎂、鋅、硒、鎘、銅為微弱攝取，其余元素為極弱攝取，說明新墾蓮藕對藕塘底泥中重金屬的攝取能力為微弱攝取和極弱攝取，攝取較少，2.1.3節(jié)中提到研究區(qū)藕塘底泥中砷和鎘含量較高，存在高于風(fēng)險篩選值的樣品，但新墾蓮藕對鎘和砷的生物富集系數(shù)較小，處于微弱攝取和極弱攝取等級，攝取不明顯，這有利于產(chǎn)出安全且高品質(zhì)的蓮藕。

表5 底泥-蓮藕部分組分生物富集系數(shù)(BCF)Table 5 Bioconcentration factor (BCF) of some elements in the lotus root and sediment

2.5 新墾蓮藕品質(zhì)與底泥元素相關(guān)性

土壤是植物生長所需礦物質(zhì)元素的最主要來源，土壤中的元素一方面制約著農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，另一方面也會影響農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)[11]。藕塘底泥中元素含量與蓮藕中營養(yǎng)組分之間的相關(guān)性可以反映二者之間的關(guān)系。使用Origin軟件繪制藕塘底泥元素含量與蓮藕營養(yǎng)組分之間相關(guān)系數(shù)矩陣熱圖，如圖4所示，圖中的藍(lán)色表示正相關(guān)，紅色表示負(fù)相關(guān)。色彩越深，飽和度越高，說明變量相關(guān)性越大。從圖中可以看出，藕塘底泥中大部分元素之間的相關(guān)性以正相關(guān)為主，如鎘、有機(jī)質(zhì)、鍺、氮、磷、鋅、硒、鉛、鉬、銅、鉻、砷、鐵、鎳、釩、錳、鉀、鎂等元素。

圖4 藕塘底泥元素含量與蓮藕營養(yǎng)組分之間的相關(guān)系數(shù)矩陣熱圖Fig.4 Heat map of correlation coefficient matrix between sediment elements of lotus root pond and nutrient components of lotus root

從底泥無機(jī)元素與蓮藕營養(yǎng)組分(淀粉、可溶性糖、粗纖維、干物質(zhì)、蛋白質(zhì))相關(guān)性來看，藕塘底泥中硼與蓮藕中的淀粉、粗纖維、可溶性糖正相關(guān)，且與淀粉顯著性正相關(guān)(p≤0.05)，硼是植物重要的必需微量營養(yǎng)元素，與植物光合作用、蛋白質(zhì)和核酸的代謝、植物的繁殖等都有密切的關(guān)系[34-36]；底泥中的鈣與蓮藕中的淀粉、粗纖維、干物質(zhì)、蛋白質(zhì)正相關(guān)，且與蛋白質(zhì)顯著正相關(guān)(p≤0.05)，鈣是植物生長發(fā)育的必需營養(yǎng)元素，是細(xì)胞壁、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的重要組分，對維持細(xì)胞膜、細(xì)胞壁和膜結(jié)合蛋白的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)無機(jī)離子的運(yùn)輸?shù)确矫嫫鹬陵P(guān)重要的作用[37-38]；底泥中的鍺與蓮藕中的可溶性糖、粗纖維正相關(guān)，鍺能提高抗氧化酶活性，使得植株的抗氧化能力增強(qiáng)，從而有利于植株的生長發(fā)育和營養(yǎng)物質(zhì)的吸收[36,39-40]。另外，底泥中鈷與蓮藕中的粗纖維和干物質(zhì)正相關(guān)；底泥中鐵、鎂、錳、釩與蓮藕中的干物質(zhì)正相關(guān)；底泥中錳與蓮藕中的粗纖維和蛋白質(zhì)正相關(guān)，底泥中砷與蓮藕中可溶性糖顯著負(fù)相關(guān)(p≤0.05)。從2.1.2節(jié)藕塘底泥養(yǎng)分豐缺評價結(jié)果來看，新墾蓮藕藕塘底泥中硼、鈷、錳、鍺均高于珠三角表層土壤地球化學(xué)背景值，鈷、錳均為一等(豐富)等級，硼絕大部分為一等(豐富)等級，少量為二等(較豐富)等級；鍺絕大部分為一等(豐富)至三等(中等)等級；鐵、釩均為一等(豐富)等級，鎂、鈣含量也較高，無五等(缺乏)等級。說明新墾蓮藕藕塘底泥中硼、鈷、鐵、鎂、錳、釩、鈣、鍺含量較高，有利于蓮藕營養(yǎng)組分的積累，適合蓮藕種植。

蓮藕的品質(zhì)與其營養(yǎng)組分含量息息相關(guān)，蓮藕生長過程中藕塘底泥的部分元素如硼、鈷、鐵、鎂、錳、釩、鈣、鍺等對蓮藕積累營養(yǎng)組分具有促進(jìn)作用。為此，其他地區(qū)種植蓮藕過程中，也應(yīng)該關(guān)注藕塘底泥中這幾種養(yǎng)分元素的供給情況，對這幾種養(yǎng)分元素不足的藕塘及時進(jìn)行補(bǔ)充，以利于高品質(zhì)蓮藕的產(chǎn)出。

3 結(jié)論

對廣州新墾蓮藕產(chǎn)區(qū)的底泥、地表水以及蓮藕進(jìn)行了系統(tǒng)采樣分析和品質(zhì)評價，研究表明藕塘底泥重金屬含量較低，整體較為清潔，養(yǎng)分元素含量較高，絕大部分為三等(中等)以上等級。藕塘地表水水質(zhì)較好，達(dá)到農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。產(chǎn)出的新墾蓮藕具有富集淀粉、可溶性糖等營養(yǎng)組分以及鉀、磷、鈣、鎂、鐵、鋅、硒等礦質(zhì)營養(yǎng)元素的特征，且重金屬、粗纖維含量較低，品質(zhì)較好。

蓮藕對底泥中不同元素生物富集系數(shù)差異較大，磷、鉀為中等攝取，鈣、鎂、鋅、硒、鎘、銅為微弱攝取，其余元素為極弱攝取。藕塘底泥中硼與蓮藕中的淀粉顯著正相關(guān)(p≤0.05)，底泥中鈣與蓮藕中的蛋白質(zhì)顯著正相關(guān)(p≤0.05)，底泥中砷與蓮藕中可溶性糖顯著負(fù)相關(guān)(p≤0.05)，藕塘底泥中硼、鈷、鐵、鎂、錳、釩、鈣、鍺含量較高，有利于蓮藕營養(yǎng)組分(淀粉、粗纖維、可溶性糖、干物質(zhì)、蛋白質(zhì))的積累，產(chǎn)出高品質(zhì)的蓮藕。產(chǎn)區(qū)藕塘底泥中有機(jī)質(zhì)、鈣、氮和鍺等養(yǎng)分指標(biāo)存在四等(較缺乏)的情況，鎘和砷元素存在高于農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值的情況，對蓮藕生產(chǎn)不利。建議在蓮藕種植中，重視藕塘有機(jī)質(zhì)、鈣、氮和鍺等養(yǎng)分指標(biāo)的補(bǔ)充，同時關(guān)注重金屬鎘和砷的潛在生態(tài)安全風(fēng)險，鎘和砷對新墾蓮藕品質(zhì)的影響及風(fēng)險防控有必要開展深入研究。