梁成亮 李倩 閔子揚(yáng) 戴雄澤 李鑫 張竹青 楊建國 汪端華

摘要 為探究阻鎘劑對蔬菜種植的影響，采用大田試驗(yàn)開展了絲瓜、四季豆、葉用番薯和莧菜4種蔬菜的安全性種植評價，以及配套降鎘栽培技術(shù)研究，包括土壤pH值調(diào)控、RSD降鎘試驗(yàn)和阻鎘劑使用。結(jié)果表明，在土壤鎘含量≤1.0 mg/kg條件下，絲瓜、葉用番薯和四季豆3種蔬菜均可以安全種植，其產(chǎn)品鎘含量低于標(biāo)準(zhǔn)限量值；在蔬菜種植基地施用阻鎘劑可使土壤pH值提高19.04%，而RSD法可使土壤pH值提高54.45%，RSD降鎘鈍化效果明顯優(yōu)于阻鎘劑。綜合考慮長期效應(yīng)、施用成本、用量、增產(chǎn)提質(zhì)效果和其他環(huán)境風(fēng)險等因素，推薦RSD法用于重金屬鈍化處理，還可結(jié)合阻鎘劑、提高土壤pH值等栽培措施，以達(dá)到安全種植的目的。

關(guān)鍵詞 鎘污染；阻鎘劑；土壤強(qiáng)還原滅菌技術(shù)；蔬菜；安全種植技術(shù)

中圖分類號 S63；X173? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 1007-7731（2024）08-0074-06

Effects of Cd inhibitor on the efficient and safe cultivation of vegetables

LIANG Chengliang1? ? LI Qian1? ? MIN Ziyang1? ? DAI Xiongze2? ? LI Xin1? ? ZHANG Zhuqing1

YANG Jianguo1? ? WANG Duanhua1

（1Hunan Vegetable Research Institute ， Changsha 410125， China;

2Hunan Agricultural University， Changsha 410128， China）

Abstract To investigate the effects of Cd inhibitor on the efficient and safe cultivation of vegetables， a field experiments were carried out to evaluate the safety of luffa， green bean， leaf sweet potato and amaranth， and the corresponding cadmium reduction cultivation techniques， including soil pH regulation， reductive soil disinfestation （RSD） cadmium reduction test and the use of barrier agent were studied. The focus was on regulating soil pH， conducting RSD Cd-reducing tests， and researching application techniques. The results showed that luffa， sweet potato and green bean could be planted safely under the soil cadmium content ≤1.0 mg/kg， and the cadmium content of their products was lower than the standard limit value. The application of a Cd inhibitor in the vegetable planting base increased the soil pH by 19.04%， while the RSD method increased the soil pH by 54.45%. The passivation effect of RSD was evidently superior to that of the cadmium inhibitor. Considering its long-term effects， application costs， dosage， yield-increasing effects， quality improvement， and other environmental risks， RSD treatment is recommended for promoting the passivation of heavy metals，and can also be combined with cultivation measures such as cadmium inhibitor and soil pH value aim to achieve safe planting.

Keywords Cd pollution; Cd inhibitor; reductive soil disinfestation; vegetables; safe growing techniques

土壤是農(nóng)作物生長的基礎(chǔ)，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與農(nóng)作物產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量密切相關(guān)[1-2]。其中，重金屬污染是影響農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量的因素之一，對農(nóng)作物生長和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全帶來一定潛在風(fēng)險[3-4]。采取相應(yīng)的安全措施對于確保輕微和輕度重金屬污染區(qū)域的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全至關(guān)重要[5-6]。通過控制源頭、調(diào)整農(nóng)藝、改良土壤以及植物修復(fù)等措施，可有效減少土壤中污染物的輸入或降低其活性，確保農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)[7-8]。葉面阻控技術(shù)因其成本低、降鎘效果顯著和操作簡便易行等特點(diǎn)，成為目前應(yīng)用較廣泛的農(nóng)用地安全利用技術(shù)之一[9]。

鎘（Cd）是具有強(qiáng)毒性的重金屬之一，為確保食品安全，建立了土壤中鎘含量閾值準(zhǔn)則，通常以總Cd濃度為基礎(chǔ)[10-11]?！锻寥拉h(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），對不同pH值的土壤劃分了Cd含量限值，暫未考慮不同土壤類型和植被類型的差異。植物對Cd的吸收和轉(zhuǎn)移不僅取決于土壤中Cd的總濃度，還受到土壤理化性質(zhì)、植物種類及污染物形態(tài)等的影響[12]。不同土壤的理化性質(zhì)差異可能導(dǎo)致其對重金屬的吸附作用有所不同，有機(jī)質(zhì)含量高、pH值較低的土壤對重金屬的吸附量更高。

為做好受污染耕地的安全利用和農(nóng)田土壤環(huán)境風(fēng)險管控工作，最大限度地利用有限的耕地資源，從源頭上保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，可根據(jù)土壤鎘含量分布梯度選擇替代作物，如在土壤鎘含量相對較低區(qū)域（<2.0 mg/kg）種植經(jīng)過安全性評價的食用經(jīng)濟(jì)作物、飼料作物和油料作物，在相對鎘含量較高的區(qū)域（>2.0 mg/kg）種植非食用性經(jīng)濟(jì)作物。蔬菜是重要的經(jīng)濟(jì)作物。近年來，開展了鎘污染水稻田（土壤鎘含量在0.5～2.5 mg/kg）種植特色蔬菜產(chǎn)品的安全性評價，通過多點(diǎn)、多年試驗(yàn)和相關(guān)分析，獲得了各類蔬菜種植的土壤鎘含量安全閾值，為鎘污染耕地種植結(jié)構(gòu)調(diào)整和蔬菜產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了支撐。為進(jìn)一步豐富嚴(yán)格管控耕地安全種植蔬菜種類，本研究在前期試驗(yàn)基礎(chǔ)上，開展了絲瓜、四季豆、葉用番薯和莧菜4種蔬菜種植安全性評價及配套降鎘栽培技術(shù)研究，包括土壤pH調(diào)控、土壤強(qiáng)還原（RSD）降鎘試驗(yàn)及阻鎘劑使用等技術(shù)，為土壤安全種植蔬菜提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

通過蔬菜鎘污染安全性評價平臺，篩選絲瓜、四季豆、葉用番薯和莧菜4類蔬菜分別進(jìn)行大田種植安全性評價。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 大田種植安全性評價? 采用大田試驗(yàn)進(jìn)行上述4類蔬菜的安全種植評價，獲得其安全種植的土壤鎘含量范圍。

選擇鎘污染耕地進(jìn)行品種安全種植篩選試驗(yàn)。根據(jù)土壤中鎘含量分為0.3～1.0、1.0～1.5、1.5～2.0、2.0～2.5、2.5～3.0和>3.0 mg/kg共6個區(qū)間段，共計20個自然環(huán)境下的蔬菜安全性評價基地，每個蔬菜品種種植3個小區(qū)（重復(fù)3次），小區(qū)面積不少于30 m2，隨機(jī)區(qū)組排列。各試驗(yàn)田統(tǒng)一栽培技術(shù)及管理措施，控制試驗(yàn)人為誤差，栽培技術(shù)采用當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)栽培方法。

大田土壤取樣采用點(diǎn)對點(diǎn)垂直柱狀法取樣。采樣時去除表層土雜質(zhì)，選擇0～20 cm耕作層；每個小區(qū)取樣點(diǎn)不少于15個點(diǎn)，取樣后采用四分法，預(yù)留2.5 kg土壤，置于雙層塑料袋中。將填寫好的樣品標(biāo)簽一份置于采樣袋夾層中，一份粘貼于采樣袋外。試驗(yàn)結(jié)束后，每個小區(qū)按要求取土樣保存。

蔬菜產(chǎn)品取樣，生長期各蔬菜達(dá)到生育期天數(shù)，株高達(dá)10～15 cm時，每個小區(qū)選擇生長健壯的植株15株，約200 g。

1.2.2 降鎘措施對不同蔬菜鎘富集的影響? 在大田種植安全性評價的基礎(chǔ)上，選取土壤鎘含量低、中和高（低，2號和3號；中，6和8號；高，11和19號）試驗(yàn)基地共6個。每個基地設(shè)置阻鎘劑處理、RSD處理和不進(jìn)行任何處理措施作為對照（表1）。

（1）阻鎘劑試驗(yàn)：在6個基地內(nèi)，選擇4類蔬菜進(jìn)行阻鎘劑驗(yàn)證，阻鎘劑處理濃度為2 700 kg/hm2，同時設(shè)置對照處理，3次重復(fù)，小區(qū)面積20 m2。

（2）RSD試驗(yàn)：對土壤進(jìn)行RSD處理（灌水，豆渣的添加量為15 000 kg/hm2，覆膜處理30 d），選擇4類蔬菜進(jìn)行降鎘效果驗(yàn)證，3次重復(fù)，小區(qū)面積20 m2。

注：基地土壤鎘、有效鎘、pH值和有機(jī)質(zhì)為樣點(diǎn)的土壤平均值。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

所有樣品均委托第三方廣電計量檢測（湖南）有限公司進(jìn)行檢測。樣品按照表2中方法進(jìn)行檢測分析。對檢測發(fā)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量接近或超過最大殘留限量（參照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》GB 2762—2017）的樣品，取留樣進(jìn)行復(fù)測。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Excel 2016軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)初步處理，采用DPS 9.50數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行方差分析，采用Origin 8.5軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)蔬菜大田種植安全性評價

在大田安全性評價及驗(yàn)證試驗(yàn)中，絲瓜、葉用番薯和四季豆在土壤鎘含量≤1.0 mg/kg條件下種植，其產(chǎn)品鎘含量低于《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)? 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）限量值（表3），已被列入研究區(qū)嚴(yán)格管控類耕地結(jié)構(gòu)調(diào)整蔬菜第二批推薦目錄品種。莧菜在6個大田評價基地中鎘含量均超過標(biāo)準(zhǔn)限量值，不推薦種植。

2.2 蔬菜配套降鎘措施對土壤pH值、總鎘和有效鎘含量的影響

不同處理對土壤pH的影響見圖1。阻鎘劑和RSD處理方法均有效提高了土壤的pH值，從6個基地的4個不同蔬菜田塊的土壤處理數(shù)據(jù)來看，阻鎘劑處理可以使土壤pH值提高19.04%，RSD方法處理的土壤pH值提高了54.45%（圖1）。不同處理對土壤中的總鎘和有效鎘含量的影響如圖2—3所示，RSD和阻鎘劑未降低土壤中的總鎘含量，在鎘含量較高基地，總鎘值較CK有上升趨勢，各處理對有效態(tài)鎘含量沒有明顯的影響（圖3）。

2.3 降鎘措施對不同蔬菜鎘富集的影響

對絲瓜、四季豆、葉用番薯和莧菜4種蔬菜產(chǎn)品進(jìn)行了不同阻鎘劑的處理試驗(yàn)，結(jié)果見圖4。絲瓜在土壤鎘濃度為2.5 mg/kg，葉用紅薯在土壤鎘濃度為1.5 mg/kg條件下種植，產(chǎn)品中的鎘含量在規(guī)定限量值上下波動。通過RSD處理和阻鎘劑的使用可以擴(kuò)大絲瓜、葉用紅薯的安全種植范圍。對于莧菜等高富集鎘蔬菜，通過降鎘措施處理后產(chǎn)品中的鎘含量有所降低，但仍超過了國家限量標(biāo)準(zhǔn)值，不能在嚴(yán)格管控類耕地進(jìn)行安全種植。RSD處理可以有效提高土壤pH值，使得部分在輕中度鎘污染（1.5～2.0 mg/kg）土壤中種植安全性有波動的蔬菜能夠安全種植。RSD處理對于鎘超標(biāo)蔬菜具有較好的鈍化效果，但在鎘含量較低或未超標(biāo)蔬菜中，RSD處理可能存在提高作物鎘累積量的風(fēng)險，因此，在污染風(fēng)險低的情況下暫不宜進(jìn)行RSD處理。針對重金屬超標(biāo)程度較高的作物品種，鈍化劑處理較難使其達(dá)到食品安全限值，應(yīng)考慮進(jìn)行品種替代，篩選鎘富集能力較弱的蔬菜品種進(jìn)行推廣。RSD技術(shù)的鈍化效果明顯優(yōu)于阻鎘劑處理，若考慮推廣使用RSD技術(shù)用于重金屬鈍化，還需進(jìn)一步綜合考慮其長期效應(yīng)、施用成本、用量、增產(chǎn)提質(zhì)效果和其他環(huán)境風(fēng)險等因素。

3 結(jié)論與討論

重金屬污染是影響農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量的因素之一[13-14]，其中以Cd污染較為常見，易被植物吸收進(jìn)入食物鏈[15-16]。降低污染土壤中鎘含量，對最大限度利用有限的耕地資源和保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全具有重要意義[17-18]。土壤Cd污染修復(fù)技術(shù)發(fā)展迅速，實(shí)踐中還存在一些限制條件，使得其在實(shí)際種植中難以有效實(shí)施[19]。不同蔬菜作物在重金屬富集方面存在一定差異[20-21]，對于能夠富集鎘元素的蔬菜品種，其對Cd的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)能力也比其他品種更強(qiáng)[22]。因此，可以根據(jù)土壤重金屬污染程度的不同，合理規(guī)劃不同的農(nóng)作物布局，以最大限度地減少土壤重金屬污染的影響。本試驗(yàn)展開了嚴(yán)格管控類耕地Cd安全閾值研究，通過大田蔬菜種植安全性評價，劃分出其安全種植的土壤Cd含量范圍。其中，絲瓜、葉用番薯和四季豆在土壤鎘含量≤1 mg/kg條件下種植，其產(chǎn)品鎘含量低于《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）限量值，已被列入研究區(qū)嚴(yán)格管控類耕地結(jié)構(gòu)調(diào)整蔬菜第二批推薦目錄品種（表3）。

研究表明，土壤pH的變化對土壤中重金屬的交換態(tài)含量有顯著影響[23]。當(dāng)土壤pH值升高時，重金屬如鎘、鉛和鋅離子的交換態(tài)含量逐漸減少，并且這種關(guān)系存在明顯的負(fù)線性相關(guān)性[24]。因此，提高土壤的pH值可以減少植物對鎘的積累量[18，25]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，施用阻鎘劑和RSD降鎘具有提高土壤pH值和降低蔬菜鎘含量的作用。利用絲瓜、豇豆、葉用番薯和莧菜4類蔬菜進(jìn)行降鎘驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)種植基地施阻鎘劑可以使土壤pH值提高19.04%，RSD方法使土壤pH值提高54.45%（圖1）；兩種處理均可以明顯抑制蔬菜對鎘元素的吸收富集。

本研究通過大田試驗(yàn)，確定了阻鎘劑和RSD降鎘具有提高土壤pH值和降低蔬菜鎘含量的作用。利用絲瓜、四季豆、葉用番薯和莧菜4類蔬菜進(jìn)行降鎘驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)種植基地施阻鎘劑可以使土壤pH值提高19.04%，RSD處理可以使土壤pH值提高54.45%；RSD處理的鎘鈍化效果明顯優(yōu)于阻鎘劑，綜合考慮其長期效應(yīng)、施用成本、用量、增產(chǎn)提質(zhì)效果和其他環(huán)境風(fēng)險等因素，推薦考慮RSD技術(shù)用于重金屬的鈍化處理。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉昭玥，費(fèi)楊，師華定，等. 基于UNMIX模型和莫蘭指數(shù)的湖南省汝城縣土壤重金屬源解析[J]. 環(huán)境科學(xué)研究，2021，34（10）：2446-2458.

[2] 許青陽，戴亮亮，肖凱琦，等.基于鎘污染風(fēng)險的湖南省龍山縣百合種植區(qū)安全區(qū)劃[J].地質(zhì)論評，2023，69（5）：1869-1878.

[3] ARUNAKUMARA K K I U，WALPOLA B C，YOON M H. Current status of heavy metal contamination in Asias rice lands[J]. Reviews in environmental science and bio/technology，2013，12（4）：355-377.

[4] 胡文友，陶婷婷，田康，等. 中國農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量管理現(xiàn)狀與展望[J]. 土壤學(xué)報，2021，58（5）：1094-1109.

[5] 魏丹，李艷，秦程程，等. 環(huán)渤海地區(qū)設(shè)施蔬菜土壤障礙與治理措施[J]. 中國土壤與肥料，2021（5）：303-309.

[6] 仲可成，王倩瑜，賈琪源，等. 我國大宗露天蔬菜產(chǎn)地土壤7種重金屬元素污染分析[J]. 中國蔬菜，2021（9）：33-40.

[7] 中華人民共和國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部. 受污染耕地治理與修復(fù)導(dǎo)則：NY/T 3499—2019[S]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2019.

[8] 楊佳敏，賀希格都楞，王飛娟，等. 兩種土壤中茄果類蔬菜鎘富集特征及鎘安全閾值研究[J]. 中國計量大學(xué)學(xué)報，2022，33（3）：453-460.

[9] 劉家豪，趙龍，孫在金，等. 葉面噴施硫?qū)︽k污染土壤中水稻累積鎘的機(jī)制研究[J]. 環(huán)境科學(xué)研究，2019，32（12）：2132-2138.

[10] YUNUS M，ZAKIUDDIN M，RIZAL M. Heavy metals （mercury，arsenic，cadmium，plumbum） in selected marine fish and shellfish along the Straits of Malacca[J]. international food research journal，2012，19：135-140.

[11] 中華人民共和國衛(wèi)生部. 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量：GB 2762—2012[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

[12] 徐秋桐. 土壤—蔬菜系統(tǒng)典型污染物的污染特征及抗生素的生理效應(yīng)[D]. 杭州：浙江大學(xué)，2019.

[13] ADREES M，ALI S，RIZWAN M，et al. The effect of excess copper on growth and physiology of important food crops：a review[J]. Environmental science and pollution research international，2015，22（11）：8148-8162.

[14] YOUSAF B，LIU G J，WANG R W，et al. Bioavailability evaluation，uptake of heavy metals and potential health risks via dietary exposure in urban-industrial areas[J]. Environmental science and pollution research international，2016，23（22）：22443-22453.

[15] 劉利，郝小花，田連福，等. 植物吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和積累鎘的機(jī)理研究進(jìn)展[J]. 生命科學(xué)研究，2015，19（2）：176-184.

[16] 祁浩，莊堅(jiān)，莊重，等. 不同種類蔬菜重金屬富集特征及健康風(fēng)險[J]. 環(huán)境科學(xué)，2023，44（6）：3600-3608.

[17] 徐飛飛，李躍麒，林珺，等. 典型環(huán)境高鎘地區(qū)常見蔬菜中鎘的生物可及性及健康風(fēng)險評估[J]. 食品工業(yè)科技，2022，43（14）：293-300.

[18] 劉靜，馬茂亭，康凌云，等. 污泥重金屬鎘（Cd）鈍化及在設(shè)施蔬菜上的應(yīng)用效果[J]. 北方園藝，2021（23）：77-83.

[19] 龔浩如. 降鎘劑和水分管理對早稻產(chǎn)量及稻米鎘污染的阻控效果[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017（8）：24-26.

[20] 王衛(wèi)華，雷龍海，楊啟良，等. 重金屬污染土壤植物修復(fù)研究進(jìn)展[J]. 昆明理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2015，40（2）：114-122.

[21] 王潤，李思民，陳鵬崟，等. 我國西南地區(qū)代表性蔬菜對重金屬的積累特征[J]. 云南師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2022，42（4）：49-54.

[22] 倪中應(yīng)，蘇瑤，汪亞萍，等. 不同類型蔬菜重金屬鎘低積累品種篩選[J]. 浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2022，63（11）：2486-2490.

[23] 楊希，岳曉嵐，李靖，等. pH值對土壤重金屬污染的影響及其準(zhǔn)確測定[J]. 貴州地質(zhì)，2021，38（4）：466-471.

[24] 陳青云. 不同磷肥對土壤—葉菜系統(tǒng)中鎘遷移的影響[D]. 武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

[25] 孫約兵，徐應(yīng)明，史新，等. 海泡石對鎘污染紅壤的鈍化修復(fù)效應(yīng)研究[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2012，32（6）：1465-1472.

（責(zé)編：何 艷）

基金項(xiàng)目 財政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部-國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系長沙綜合試驗(yàn)站（CARS-23-G29）；國家特色蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系長沙綜合試驗(yàn)站（CARS-24-G-20）；國家重點(diǎn)研發(fā)計劃（2022YFD1700100）。

作者簡介 梁成亮（1984—），男，湖南桑植人，碩士，助理研究員，從事蔬菜育種和栽培研究。

通信作者 汪端華（1985—），男，安徽祁門人，碩士，副研究員，從事蔬菜育種栽培研究、蔬菜產(chǎn)銷信息監(jiān)測預(yù)警工作。

收稿日期 2023-12-01