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蔬菜產(chǎn)地重金屬污染預(yù)防技術(shù)研究進(jìn)展

2022-02-16 04:51:41王佩旋李虹穎張其安賀浪張祥明張曉玲方凌嚴(yán)從生俞飛飛董言香江海坤王明霞張艷鳳
中國蔬菜 2022年11期
關(guān)鍵詞:鈍化劑產(chǎn)地重金屬

王佩旋 李虹穎 張其安 賀浪 張祥明 張曉玲 方凌 嚴(yán)從生 俞飛飛 董言香 江海坤 王 艷 王明霞 張艷鳳

(1 養(yǎng)分循環(huán)與資源環(huán)境安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所,安徽合肥 230031;2 安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所,安徽合肥 230031;3 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,安徽合肥 230036)

重金屬污染是一種無機(jī)化學(xué)污染,主要包括鉛(Pb)、鉻(Cr)、砷(As)、鎘(Cd)、汞(Hg)、鋅(Zn)、銅(Cu)、鈷(Co)、鎳(Ni)等污染(Lars,2003)。近30 年來,我國快速發(fā)展的工業(yè)化和城市化導(dǎo)致大量重金屬進(jìn)入土壤中,嚴(yán)重威脅到我國土壤質(zhì)量(陳世寶 等,2019)?!度珖寥牢廴緺顩r調(diào)查公報》(環(huán)境保護(hù)部和國土資源部,2014)顯示:我國耕地土壤點(diǎn)位污染物超標(biāo)率為19.4%,其中重金屬超標(biāo)點(diǎn)位數(shù)占全部超標(biāo)點(diǎn)位的82.8%。而土壤資源不可再生,一旦被污染其修復(fù)難度大、成本高且周期長,耕地重金屬污染會直接影響農(nóng)產(chǎn)品的安全生產(chǎn)。

我國既是蔬菜生產(chǎn)大國,也是消費(fèi)大國。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),2020 年我國蔬菜產(chǎn)量高達(dá)7.49億t,城鎮(zhèn)居民年人均蔬菜及食用菌消費(fèi)量為109.8 kg。目前我國菜地重金屬污染大部分處于中輕度水平,主要污染類型為Cd、Cu、Cr、As、Zn、Pb,超標(biāo)率分別為14.7%、3.3%、3.1%、2.3%、2.0%、1.1%(馮英 等,2018;賈利,2020)。重金屬被蔬菜吸收后達(dá)到毒性水平時會降低蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)(White &Pongrac,2017),并且通過食物鏈危害人體健康(Cheng et al.,2015)。

由于重金屬具有難降解性、生物累積性和持久性等特點(diǎn)導(dǎo)致其修復(fù)難度很大(Gu et al.,2016)。目前國內(nèi)外很多研究均表明采用物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、植物修復(fù)等方法均可減少重金屬污染風(fēng)險,那么如何根據(jù)蔬菜產(chǎn)地特點(diǎn)綜合多種污染防控修復(fù)技術(shù)來集成系統(tǒng)性污染防控模式并推廣應(yīng)用是亟待進(jìn)一步解決的問題。本文從產(chǎn)地環(huán)境監(jiān)測、重金屬源頭阻控、降低重金屬的生物有效性以及調(diào)整蔬菜種植結(jié)構(gòu)4 個方面進(jìn)行綜述,以期為構(gòu)建蔬菜產(chǎn)地重金屬污染預(yù)防技術(shù)體系提供理論支撐。

1 產(chǎn)地環(huán)境監(jiān)測

1.1 產(chǎn)地環(huán)境的重要性

蔬菜中重金屬含量與產(chǎn)地土壤、灌溉水以及大氣中重金屬含量密切相關(guān)。Ye 等(2015)和Gan等(2017)研究表明,蔬菜中的重金屬含量和土壤中重金屬含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。史明易等(2020)研究得出,當(dāng)土壤中Cd 含量超過0.74 mg·kg-1(pH < 6.5)、1.10 mg·kg-1(pH 為6.5~7.5)和5.08 mg·kg-1(pH > 7.5)時,葉菜類蔬菜中Cd 含量會超過食品安全標(biāo)準(zhǔn)GB 2762—2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》。我國污水灌溉農(nóng)田中重金屬污染面積占總污灌面積的65%(辛術(shù)貞 等,2011),而污水灌溉會使蔬菜吸收富集重金屬(Cao et al.,2016)。此外,孫洪欣等(2017)研究表明工業(yè)區(qū)、交通道路附近種植的蔬菜,其重金屬累積主要來源于大氣顆粒物負(fù)載的重金屬。近年來隨著農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革,對農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量也提出更高要求,因此蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量安全保障對于蔬菜的綠色高質(zhì)量生產(chǎn)至關(guān)重要。

1.2 產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

目前,我國蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有:田間菜地土壤應(yīng)符合GB 15618—2018《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)》,灌溉水應(yīng)符合GB 5084—2005《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中的二級標(biāo)準(zhǔn),大氣環(huán)境應(yīng)符合GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的二級標(biāo)準(zhǔn);溫室蔬菜可采用HJ/T 333—2006《溫室蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)》,對于蔬菜產(chǎn)品中重金屬污染評價采用GB 2762—2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》。NY/T 5295—2015《無公害農(nóng)產(chǎn)品 產(chǎn)地環(huán)境評價準(zhǔn)則》、NY/T 5010—2016《無公害農(nóng)產(chǎn)品 種植業(yè)產(chǎn)地環(huán)境選擇》、NY/T 391—2021《綠色食品 產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》、NY/T 1054—2021《綠色食品 產(chǎn)地環(huán)境調(diào)查、監(jiān)測與評價規(guī)范》等,規(guī)定了無公害、綠色農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)地土壤、水質(zhì)等環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測方法及要求等。

現(xiàn)階段我國蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系還存在一些問題有待完善:首先是缺乏系統(tǒng)性,需要建立從產(chǎn)地環(huán)境到蔬菜產(chǎn)品的系統(tǒng)性重金屬污染評價標(biāo)準(zhǔn)。土壤重金屬—蔬菜重金屬并非簡單的線性關(guān)系,蔬菜重金屬累積受重金屬類型、蔬菜類型/品種多元性、土壤條件等多種因素影響。若按照GB 15618—2018《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)》來評價可能不能準(zhǔn)確地反映土壤和蔬菜產(chǎn)品的重金屬污染情況。例如,許根焰等(2019)研究發(fā)現(xiàn),若采用現(xiàn)行風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn),在Cd 超標(biāo)土壤上生產(chǎn)出的大白菜,其食用部位的Cd 含量是符合食品安全標(biāo)準(zhǔn)的。其次是缺乏針對性,我國菜地重金屬污染空間差異大,東部地區(qū)菜地以Cd、Hg 和Zn 污染為主且污染程度較高,中部和西部地區(qū)菜地以Cd 和As 污染為主,且西部地區(qū)污染程度較輕(曾希柏 等,2007)。因此需要結(jié)合各地區(qū)蔬菜重金屬污染特征,開展對蔬菜產(chǎn)地大氣、灌溉水、土壤以及蔬菜產(chǎn)品的系統(tǒng)性監(jiān)測,為制定更加科學(xué)、具有針對性的蔬菜重金屬污染評價標(biāo)準(zhǔn)提供科學(xué)依據(jù)。再次,目前我國產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)較為分散、歸口部門多,由于缺乏區(qū)域針對性導(dǎo)致部分地區(qū)執(zhí)行度不高、實(shí)用性不強(qiáng)。需要在現(xiàn)有的產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)之上,細(xì)化制定蔬菜產(chǎn)地污染監(jiān)測、污染風(fēng)險評估、種植結(jié)構(gòu)調(diào)整等行業(yè)及地方標(biāo)準(zhǔn),同時出臺專項(xiàng)污染防治法規(guī),為農(nóng)業(yè)污染防控提供依據(jù)和保障。

2 重金屬源頭阻控

2.1 工業(yè)“三廢”

工業(yè)“三廢”已經(jīng)成為我國最主要的人為重金屬污染源(Cheng et al.,2014;Peng et al.,2016)。2017 年我國長三角地區(qū)工業(yè)“三廢”總排放量約150 億t,其中含Cd 廢水排放量為212 萬t(國家統(tǒng)計(jì)局,2019)。Guo 等(2019)研究表明,廢棄冶煉廠種植的蔬菜中As、Cd 和Pb 超標(biāo)率為38.18%、58.49%和52.83%。孫洪欣等(2017)研究發(fā)現(xiàn),工業(yè)區(qū)種植的水芹、大白菜中Pb 含量與大氣中的Pb 含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系,分別為4.34 mg·kg-1和0.36 mg·kg-1,為培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)、無污染處理對照的49.1 倍和20.0 倍,均超出我國食品安全標(biāo)準(zhǔn)GB 2762—2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》中規(guī)定的Pb ≤ 0.3 mg·kg-1。Souri等(2018)研究顯示,使用工業(yè)廢水灌溉的葉菜類蔬菜葉片中Cd、Pb、Cr 含量分別為0.32、3.60、1.58 mg·kg-1,均顯著高于世衛(wèi)組織食品安全標(biāo)準(zhǔn)Cd ≤ 0.2 mg·kg-1、Pb ≤ 0.5 mg·kg-1、Cr ≤ 0.5 mg·kg-1。

綜上所述,工業(yè)“三廢”已經(jīng)成為我國蔬菜安全生產(chǎn)的重要威脅,亟需加強(qiáng)工業(yè)“三廢”的達(dá)標(biāo)排放控制,從源頭上阻控重金屬污染。首先,政府監(jiān)管部門應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行國家和地方標(biāo)準(zhǔn),對當(dāng)?shù)刂攸c(diǎn)工業(yè)廢棄物排放嚴(yán)格監(jiān)管、定期抽查;地方環(huán)保部門也應(yīng)定期進(jìn)行廢棄物排放檢測,對于違規(guī)企業(yè)予以處罰。我國目前大部分企業(yè)交付的污染費(fèi)用難以滿足污染治理需求,政府部門可以適當(dāng)提高企業(yè)污染費(fèi)用和污染稅的征收。同時可以增加清潔能源產(chǎn)業(yè)的政策扶持,激勵企業(yè)自主創(chuàng)新,利用可再生能源,實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。其次,企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn),積極創(chuàng)新生產(chǎn)工藝,保證工業(yè)“三廢”排放達(dá)標(biāo);群眾也可積極參與監(jiān)督,對于違規(guī)排放行為在相關(guān)平臺積極舉報。多方努力共同從源頭控制重金屬排放。

2.2 肥料及其他農(nóng)用化學(xué)品

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中,為了提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì),大量使用的化肥和有機(jī)肥,以及一些農(nóng)用化學(xué)品也會將重金屬帶入土壤中(Ye et al.,2015)。①肥料:在化肥中,相較于氮肥和鉀肥,磷肥是農(nóng)田土壤重金屬的主要來源之一(Mehrdad et al.,2013)。過磷酸鈣中的Cu、Cd、Pb、Zn 含量均高于氮肥和鉀肥(王美和李書田,2014)。Chen 等(2020)研究表明,長期施用磷肥會導(dǎo)致土壤鎘超標(biāo)。此外,部分有機(jī)肥的制作原料中重金屬含量較高,生產(chǎn)或施用不當(dāng)會導(dǎo)致土壤過量累積重金屬。郝慧娟等(2018)對湖南省有機(jī)肥重金屬含量進(jìn)行分析,結(jié)果顯示以禽畜糞便和工業(yè)污泥為原料的有機(jī)肥重金屬含量較高。Zhang 等(2018a)對我國有機(jī)肥重金屬含量進(jìn)行調(diào)查,結(jié)果顯示263 份樣品中Cd、Pb、As 和Cr 超標(biāo)率分別為9.51%、7.34%、3.19%和3.04%。② 農(nóng)用化學(xué)品:部分殺蟲劑、除草劑中含有鎘化合物及砷化合物,徐光輝等(2017)研究表明含砷農(nóng)藥的施用是菜地土壤中砷富集的主要來源之一。

綜上所述,如果不合理或者長期大量施用化肥、有機(jī)肥以及其他農(nóng)用化學(xué)品將會對農(nóng)田土壤造成重金屬污染風(fēng)險,可以采取以下措施來解決這一問題:一是農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)管部門應(yīng)加強(qiáng)對肥料和農(nóng)用化學(xué)品中重金屬含量的監(jiān)測,嚴(yán)禁將重金屬超標(biāo)的肥料和農(nóng)用品施入農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中。同時要對農(nóng)田土壤重金屬進(jìn)行長期監(jiān)控和風(fēng)險預(yù)測。二是肥料生產(chǎn)企業(yè)需要積極創(chuàng)新,改進(jìn)農(nóng)用品生產(chǎn)工藝,在保證能為植物提供所需營養(yǎng)元素的基礎(chǔ)上降低產(chǎn)品中重金屬含量。三是推廣化肥減量、測土配方施肥等科學(xué)施肥技術(shù),降低化肥的投入。開展針對農(nóng)業(yè)科技人員和農(nóng)戶的科普教育和技術(shù)培訓(xùn),加大相應(yīng)技術(shù)項(xiàng)目示范、推廣力度,提高種植人員的專業(yè)技能和污染防控意識。

3 降低土壤中重金屬的生物有效性

3.1 重金屬原位鈍化技術(shù)

土壤中重金屬的生物有效性取決于它的化學(xué)形態(tài),水溶態(tài)和交換態(tài)的重金屬活性和毒性最高,最易被植物吸收利用(Tessier et al.,1979)。施用鈍化劑可以降低土壤中重金屬的溶解性、遷移性和生物有效性,從而減少其毒害作用(陳懷滿,2018)。鈍化劑主要包括無機(jī)鈍化劑如黏土礦物、石灰類、金屬氧化物、磷酸鹽等,有機(jī)鈍化劑如生物炭、堆肥等,以及復(fù)合鈍化劑。

重金屬鈍化修復(fù)機(jī)理主要包括以下5 個方面:①直接/離子交換吸附。硅酸鹽類礦物具有較大的比表面積,重金屬進(jìn)入到晶格層間會被吸附固定;同時礦物內(nèi)部的K+、Na+等陽離子與重金屬離子發(fā)生置換,能夠有效降低重金屬的遷移性和有效性(官迪和紀(jì)雄輝,2016)。② 沉淀作用。作用機(jī)制主要是通過施用鈍化劑改變土壤酸堿度從而與重金屬形成沉淀物。堿性鈍化劑可以提高土壤pH 值,使Cd、Pb、Cu 等形成氫氧化物沉淀(Yu et al.,2016)。施用硫酸鐵或硫酸亞鐵,可以降低土壤pH值,形成鐵和砷的共沉淀從而降低砷的有效性(陳懷滿,2018)。③絡(luò)合、鰲合反應(yīng)。有機(jī)鈍化劑一般含有羧基、巰基等活性基團(tuán),可以與重金屬配位形成穩(wěn)定的絡(luò)合物或鰲合物。Li 等(2016)研究表明,施用玉米秸稈生物炭可以使土壤中的Cd 和Cu含量減少57.9%和63.8%。④ 離子拮抗。某些重金屬元素由于其化學(xué)性質(zhì)相似會存在競爭作用。例如施用含鈣鈍化劑(石灰)可以降低土壤中Cd 的有效性(汪洪 等,2001);鋅肥可以使蔬菜中Cd 的含量降低74%~84%(Li et al.,2014a)。⑤ 改變土壤理化性質(zhì)。有機(jī)鈍化劑如生物炭可以通過改變土壤pH、陽離子交換量,增加有機(jī)質(zhì)含量等來降低重金屬的生物有效性(He et al.,2019)。鈍化修復(fù)往往通過幾種機(jī)制共同發(fā)揮作用來修復(fù)土壤。

在實(shí)際生產(chǎn)中,土壤重金屬污染往往是復(fù)合污染,由于不同重金屬特性不同導(dǎo)致其修復(fù)難度較大。例如施用堿性鈍化劑可以鈍化Cd,但會提高As 的有效性(Tica et al.,2011)。因此,新型高效復(fù)合鈍化劑逐漸成為鈍化材料的主要研究方向。Yao 等(2017)研究發(fā)現(xiàn)新型鐵硅鈍化劑不僅吸附能力強(qiáng),還可以通過沉淀作用來同時鈍化As 和Cd,可以使土壤中的有效As 和有效Cd 含量分別降低72%~75%、90%~98%。Paltseva 等(2018)研究發(fā)現(xiàn),含磷鈍化劑與Fe/Mn 鈍化劑結(jié)合施用可以同時降低蔬菜對Pb 和As 的吸收。楊僑等(2017)研究發(fā)現(xiàn),施用由海泡石、生物炭、腐殖酸組成的復(fù)合鈍化劑可以最大程度降低普通白菜(小白菜)、葉用萵苣(生菜)和菠菜中的Cd 含量。

重金屬原位鈍化技術(shù)由于其對土壤破壞性小、操作方便、修復(fù)時間短等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。但鈍化材料的長效性、與土壤的相互作用機(jī)制、是否存在二次污染等尚不明確,需要進(jìn)一步探討研究。未來鈍化材料勢必朝著綠色經(jīng)濟(jì)、修復(fù)效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)的方向發(fā)展,在施用鈍化劑的同時還要結(jié)合其他防控措施,全方位的進(jìn)行蔬菜重金屬污染防控。

3.2 調(diào)節(jié)土壤理化性質(zhì)

3.2.1 土壤pH 對于大多數(shù)土壤重金屬來說,提高土壤pH 值可以降低其生物有效性,從而減少蔬菜對重金屬的吸收(Gan et al.,2017;Zhang et al.,2018b);而pH 值降低,土壤中H+含量增加,重金屬離子被置換,其活性增強(qiáng)(劉旭 等,2017)。以Cd 為例,土壤pH 值降低促進(jìn)了Cd 從穩(wěn)定態(tài)(碳酸鹽或與鐵、錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài))轉(zhuǎn)化為有效性較高的狀態(tài)(水溶態(tài)或交換態(tài))(Li et al.,2014b)。因此可以施用一些堿性改良劑,如石灰、過磷酸鈣、硅酸鹽等來降低土壤中重金屬的生物有效性(Yao et al.,2017)。而As 的有效性會隨土壤pH 值升高而升高(Spanu et al.,2012),可以添加一些酸性改良劑,如鐵礦粉、煤渣和腐殖質(zhì)等來降低As 的有效性(黃安林 等,2021)。

3.2.2 土壤氧化還原電位 土壤氧化還原電位(Eh)通過改變重金屬離子價態(tài)影響其毒性和生物有效性。土壤中碳酸鹽結(jié)合態(tài)重金屬在還原狀態(tài)下會與硫形成硫化物沉淀,使其有效性降低;可交換態(tài)(危害性最大)重金屬在還原狀態(tài)下有效性會升高(趙一鳴 等,2018)。此外,重金屬不同價態(tài)下的毒性和遷移性也存在差異,如Cr 在還原狀態(tài)下由6 價變?yōu)? 價,毒性和生物有效性均降低;As在還原狀態(tài)下由5 價變?yōu)? 價,毒性和生物有效性均升高(黃益宗 等,2013)。因此,可以通過添加氧化劑或還原劑來降低土壤中重金屬毒性和有效性。常用的還原劑有零價鐵、硫酸亞鐵、硫化鈉、硫磺粉等,氧化劑有過硫酸鹽、氧化錳和氧化鐵等(潘勝強(qiáng) 等,2014)。

3.2.3 土壤水分 目前關(guān)于土壤水分管理對重金屬影響的研究大多集中在稻田,蔬菜上的相關(guān)研究較少。在稻田中,常通過水旱輪作來降低土壤中As和Hg 的有效性(As 在干旱狀態(tài)下毒性較小;Hg在淹水時會轉(zhuǎn)化為甲基汞,毒性和遷移性較大),或者通過增加稻田淹水時間來降低Cd 的有效性(Cd在淹水狀態(tài)下有效性較低)(Zhao,2020)。也有研究表明,在菠菜需水量大的生長時期如果灌水不足會增加菠菜對Cd 的吸收(Tack,2017)。但水分管理對蔬菜重金屬吸收的影響機(jī)制尚不明確,蔬菜灌水時期及灌水量對重金屬吸收的影響及其機(jī)理研究亦值得關(guān)注。

3.2.4 土壤有機(jī)質(zhì) 土壤有機(jī)質(zhì)表面含有大量的羧基、酚羥基、醇羥基、巰基等官能團(tuán),可以通過吸附、絡(luò)合等作用來抑制或促進(jìn)土壤中重金屬的遷移(Masoom et al.,2016)。一般來說增加土壤有機(jī)質(zhì)含量可以降低可溶態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)的重金屬含量,但會使有機(jī)結(jié)合態(tài)重金屬含量增加(趙一鳴等,2018)。吳曼等(2011)研究發(fā)現(xiàn)隨著土壤有機(jī)質(zhì)含量的增加,土壤中有效Cd 和有效Pb 含量顯著降低,因此添加有機(jī)改良劑可以在一定程度上降低土壤中的重金屬生物有效性。黎大榮等(2013)研究發(fā)現(xiàn)施用蠶沙顯著增加了菜地土壤中有機(jī)質(zhì)含量,使Pb、Cd 的鈍化效率達(dá)36.5%和39.2%。此外,腐殖酸、污泥、泥炭、作物秸稈、禽畜糞便等有機(jī)改良劑均可降低土壤中Cd 的有效性(宋波和曾煒銓,2015)。但部分有機(jī)改良劑(污泥、糞便)中可能含有一些有害物質(zhì),因此施用時需要注意避免給土壤造成二次污染。

4 調(diào)整蔬菜種植結(jié)構(gòu)

4.1 不同蔬菜類型重金屬富集差異

不同蔬菜類型重金屬富集能力:葉菜類>根莖類>果菜類(Gan et al.,2017;Hu et al.,2017)。主要是由于不同類型蔬菜重金屬從土壤向植株可食用部位的轉(zhuǎn)移能力不同,一般來說轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(translocation factor)大小為葉菜類>根莖類>果菜類(Xu et al.,2015)。葉菜類通常比其他類型蔬菜生長更快,蒸騰速率更高,因此重金屬從根系向地上部的運(yùn)輸速率更高(陳志良 等,2017)。由于重金屬從根系到果實(shí)比到莖葉運(yùn)輸距離更長,所以果菜類蔬菜重金屬富集能力較弱(Sun et al.,2013)。因此,在重金屬污染風(fēng)險較高土壤中應(yīng)避免種植葉菜類和根莖類蔬菜,在中輕度污染土壤中種植果菜類蔬菜可以降低重金屬污染風(fēng)險(Paltseva et al.,2018)。

此外,不同類型的蔬菜對于不同重金屬元素的富集能力也不同。研究表明甘藍(lán)、普通白菜、韭菜、大蒜、萵苣易富集Cd 和Pb,蘿卜易富集Cu 和Zn,馬鈴薯易富集Cr,豇豆、菜豆對Cu 的富集能力較強(qiáng)(Zhou et al.,2016;Wang et al.,2017)。因此,可以開展適宜中輕度重金屬污染土壤種植的蔬菜種類篩選研究,對不同類型蔬菜進(jìn)行分類管理。

4.2 種植重金屬低累積蔬菜品種

近年來重金屬低累積品種的篩選也逐漸成為重金屬污染修復(fù)研究的重要方向之一。目前對于重金屬低累積品種的篩選還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),主要篩選指標(biāo)有:可食用部位重金屬含量低于食品安全標(biāo)準(zhǔn)、可以耐受重金屬毒性、地上部生物量不會降低、重金屬富集系數(shù)(bioaccumulation factor)< 1、重金屬轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)< 1 等(Zhi et al.,2014;Ga?uszka et al.,2015;Liu et al.,2018)。大部分的重金屬低累積品種篩選基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)是:在污染土壤上種植的蔬菜,其可食用部位重金屬含量符合食品安全標(biāo)準(zhǔn)。以往很多研究均報道了蔬菜重金屬低累積品種,如芹菜(Zhang et al.,2013a)、豆瓣菜(Wang et al.,2015)、普通白菜(Zhou et al.,2016)、蘿卜(Dai &Yang,2017)、蕹 菜(Xin et al.,2010)、萵苣(Zhang et al.,2013b)等。但目前篩選的蔬菜重金屬低累積品種實(shí)際應(yīng)用較少,需要建立標(biāo)準(zhǔn)化的重金屬低累積品種篩選方法和標(biāo)準(zhǔn),針對不同類型重金屬建立相應(yīng)的低累積品種清單,提升重金屬低累積品種種植的可實(shí)踐性。

在我國耕地資源緊缺,蔬菜需求量大的背景下,對重金屬污染土壤采取休耕措施代價較大;并且我國菜地重金屬污染以中輕度為主(馮英 等,2018),而目前發(fā)現(xiàn)的蔬菜重金屬低累積品種只適宜在中度、輕度污染土壤上種植(杜俊杰 等,2019),因此未來需進(jìn)一步開展蔬菜重金屬富集能力分類研究,針對不同地區(qū)、不同重金屬污染類型形成系統(tǒng)性、覆蓋蔬菜種類廣的低累積類型/品種安全種植模式,實(shí)現(xiàn)中、輕度污染農(nóng)田的規(guī)?;踩?。

5 總結(jié)與展望

我國是蔬菜消費(fèi)大國,擁有大量環(huán)境優(yōu)良的蔬菜產(chǎn)地,是作為“綠色菜籃子”的優(yōu)勢。但是,在優(yōu)質(zhì)蔬菜需求量日益增加、產(chǎn)業(yè)集約化發(fā)展以及農(nóng)業(yè)污染風(fēng)險加劇的趨勢下,保持并發(fā)揮這種生態(tài)優(yōu)勢的難度逐漸加大。從蔬菜產(chǎn)地環(huán)境監(jiān)測、重金屬污染源頭阻控、降低土壤重金屬的生物有效性以及調(diào)整蔬菜種植結(jié)構(gòu)這4 個方面來集成蔬菜產(chǎn)地重金屬污染預(yù)防技術(shù),因地制宜的選擇重金屬防控措施可以有效的保障蔬菜質(zhì)量安全。目前蔬菜重金屬防控和修復(fù)技術(shù)研究仍存在一些瓶頸有待突破:一、產(chǎn)地環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)體系有待完善,需要進(jìn)一步建立系統(tǒng)性和針對性的蔬菜重金屬污染評價標(biāo)準(zhǔn)體系。二、重金屬污染預(yù)防技術(shù)理論與實(shí)踐需要更進(jìn)一步的結(jié)合。目前蔬菜重金屬污染防控技術(shù)大部分處于研究階段,例如重金屬低累積品種種植的理論研究成果較多,但實(shí)際規(guī)?;瘧?yīng)用很少。還需要進(jìn)一步整合分析我國主要蔬菜的重金屬累積特征,建立適宜中輕度污染地區(qū)的蔬菜重金屬低累積種類/品種庫,并發(fā)布相應(yīng)的技術(shù)指南或標(biāo)準(zhǔn),建立因地制宜優(yōu)化種植污染的防控模式。三、缺乏系統(tǒng)性蔬菜產(chǎn)地重金屬污染預(yù)防體系。目前我國重金屬污染治理的唯一規(guī)?;瘧?yīng)用就是湖南省重金屬污染耕地治理“VIP+n”技術(shù)模式,該模式結(jié)合湖南省土壤和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)形成了土壤pH 調(diào)節(jié)+種植低累積品種+水分管理+其他措施的系統(tǒng)化治理方式。農(nóng)田污染防控技術(shù)相對成熟,未來還需要將蔬菜-農(nóng)田污染防控技術(shù)進(jìn)一步耦合,根據(jù)蔬菜產(chǎn)地重金屬污染區(qū)域特征、土壤特性來構(gòu)建可以規(guī)?;瘧?yīng)用的蔬菜產(chǎn)地重金屬污染預(yù)防技術(shù)體系。

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