我國城郊菜地土壤和蔬菜重金屬污染研究現(xiàn)狀與展望

1、文章編號(hào):1004-3888(200205-0476-05我國城郊菜地土壤和蔬菜重金屬污染研究現(xiàn)狀與展望周建利1,陳同斌2(1.湖北農(nóng)學(xué)院農(nóng)學(xué)系,湖北荊州434025;2.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京100101摘要:對(duì)我國城郊菜地土壤和蔬菜重金屬污染現(xiàn)狀、重金屬污染研究以及重金屬污染土壤的治理對(duì)策進(jìn)行了論述,并結(jié)合我國國情提出了今后這一領(lǐng)域的研究工作重點(diǎn)。關(guān)鍵詞:菜地土壤;蔬菜;重金屬污染;中國中圖分類號(hào):X5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A土壤是環(huán)境要素的重要組成部分,它承擔(dān)著環(huán)境中大約90%的來自各方面的污染物。在土壤-植物系統(tǒng)中,重金屬污染具有多源性、隱蔽性、一定程度上的長距離傳輸性和污染后果的

2、嚴(yán)重性1。蔬菜是人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚氖澄?也是十分重要的經(jīng)濟(jì)作物。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,環(huán)境污染加劇,工業(yè)“三廢”的排放及垃圾等廢棄物和含金屬的農(nóng)藥、化肥的不合理使用,導(dǎo)致菜地土壤受重金屬的污染,進(jìn)而污染蔬菜,再通過食物鏈進(jìn)入人體而給人體健康帶來潛在的危害。因此,開展城郊蔬菜及其土壤重金屬污染的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1我國城郊菜地土壤和蔬菜的重金屬污染現(xiàn)狀20世紀(jì)90年代初期對(duì)上海市蔬菜及菜區(qū)土Zn 、Pb 、Cr 、Ni 、Cd 、Hg 、As 含量均高于本市農(nóng)業(yè)土壤背景值的1倍以上,尤以Cd 和Hg 最為嚴(yán)重,分別為背景值的5倍和60倍。2蔬菜和菜地土壤重金屬污染研究概況2.1不同蔬菜

3、種類的重金屬含量同一植物種類對(duì)不同的重金屬元素的吸收富集能力不同,不同種類的植物對(duì)同一種重金屬元素的吸收、富集能力也不同9。不同種類的蔬菜收稿日期:2002-07-08Journal of Hubei Agricultural College 2002年10月Oct.2002對(duì)重金屬元素的吸收也不相同2,5,6,1016。周根娣等2對(duì)上海市農(nóng)畜產(chǎn)品的調(diào)查結(jié)果表明,葉菜類較其他類別的蔬菜污染嚴(yán)重。Zurera2Cosano 等11研究發(fā)現(xiàn),蔬菜品種間重金屬含量呈極顯著差異(P<0.01。王麗鳳等6的調(diào)查結(jié)果表明,沈陽市蔬菜中重金屬含量大小順序?yàn)?葉菜類>根莖類>瓜果類,與Jin

4、adasa等13對(duì)悉尼市29種市售蔬菜的分析結(jié)果以及馮恭衍等16的研究結(jié)果相一致。2.2蔬菜對(duì)重金屬的吸收植物的根系可以從土壤中吸收重金屬元素,有些元素還可以通過葉片從空氣中吸收,如Pb、Hg、Zn等1721。鄭路等17認(rèn)為,生長在污染空氣中的蔬菜,50%以上的鉛是通過葉片從大氣中吸收的;葉面積大、葉面粗糙的蔬菜吸收鉛的能力強(qiáng),含量較高,而葉細(xì)窄、表面呈臘質(zhì)狀的蔬菜鉛含量較低。Zheljazkov等18對(duì)保加利亞某有色金屬冶煉廠附近的薄荷進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn),在薄荷中的Cd含量為:根>葉>根狀莖>莖;Pb含量為:根=葉>根狀莖=莖;Cu含量為:根>葉=根狀莖=莖;Zn含量

5、為:葉>根>根狀莖=莖。所以,他們認(rèn)為葉中Pb、Zn的含量較高是由于葉從空氣中吸收Pb、Zn的緣故。因?yàn)檫@些地方的土壤和空氣都受到重金屬污染。Lindberg等22研究發(fā)現(xiàn),植物葉片的汞含量比其他組織高,從而認(rèn)為植物主要是通過葉片從大氣中吸收汞。2.3重金屬在土壤剖面中的分布一些學(xué)者對(duì)重金屬在土壤中的剖面分布進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:重金屬元素主要積累在土壤耕作層。夏增祿等23對(duì)北京地區(qū)重金屬在土壤中的垂直分布和遷移的研究表明:在污染土壤中,重金屬進(jìn)入土壤后,由于土壤對(duì)它們的固定,不易向下遷移,多集中分布在表層。在旱作農(nóng)田中,重金屬一般集中分布在耕作層,向下遷移的深度大約在2060cm

6、。丁中元24的研究也表明,重金屬(Cu、Pb、Cd主要富集在土壤耕作層,而且其可給態(tài)含量較高,Cd、Pb、Cu分別占其全量的6011%、38.8%、30.1%。張民等25對(duì)我國菜地土壤中某些重金屬元素的分布進(jìn)行了研究,結(jié)果表明:重金屬元素(Cu、Pb、Zn在菜地土壤剖面中的分布以表層含量最高,向下遞減。馮恭衍等3的研究表明,土壤中的重金屬元素一般在上層聚積,主要在020cm的土層中,尤以010cm的表層為最高。重金屬元素主要分布在土壤耕作層的現(xiàn)象,對(duì)作物的生長及其衛(wèi)生品質(zhì)都帶來了不利影響。2.4蔬菜和菜地土壤重金屬含量之間的關(guān)系汪雅谷等26對(duì)客土改良試驗(yàn)中土壤和蔬菜重金屬含量的相關(guān)分析表明:青

7、菜中的Cd、Zn、Cu含量與土壤Cd、Zn、Cu含量相關(guān)顯著。不過,在大田條件下,由于蔬菜吸收土壤Cd受到多種因子的影響,其相關(guān)程度要比盆栽試驗(yàn)小得多27。汪雅谷等27用富集系數(shù)(即蔬菜中某污染物含量占土壤中該污染物含量的百分率來評(píng)價(jià)蔬菜對(duì)重金屬Cd的吸收能力:第一類是低富集的蔬菜(富集系數(shù)<1.5%,包括黃瓜、豇豆、冬瓜等;第二類是中富集的蔬菜(富集系數(shù)<4. 5%,包括萵苣(莖、蘿卜、蔥、番茄等;第三類是高富集的蔬菜(富集系數(shù)>4.5%,包括菠菜、芹菜、小白菜等。馮恭衍等16的研究結(jié)果也表明,除Pb、Cr外,蔬菜中其他重金屬元素的含量與土壤有一定的相關(guān)性;各元素的富集系數(shù)

8、以Cd最高,Zn、Cu次之,Pb、Cr居后。這與各重金屬元素的遷移性強(qiáng)弱順序相一致,Cd、Zn、Cu等元素較易為植物所吸收。但是,富集系數(shù)的大小取決于很多影響因素,因而這些結(jié)論只能作為一種大致的趨勢(shì)分析和判斷。3重金屬污染土壤的治理對(duì)策研究由于土壤污染的潛在性、不可逆性、長期性和后果的嚴(yán)重性,土壤污染的治理應(yīng)立足于防重于治的基本方針28。一旦污染后再去治理,將是十分困難的。目前,大多數(shù)治理方法尚處于試驗(yàn)階段,再加之考慮到治理費(fèi)用等問題,真正能夠在工程實(shí)際中應(yīng)用的成熟方法很少?？偨Y(jié)各類土壤重金屬污染治理方法大體上可分以下4類1,29,30。3.1工程措施工程措施包括客土、換土、翻土、去表土等。此

9、種方法效果好、穩(wěn)定,適用于大多污染物和多種條件。汪雅谷等26對(duì)上海市寶山區(qū)和川沙縣2種重金屬污染土壤進(jìn)行客土深度的試驗(yàn)結(jié)果表明:經(jīng)客土處理,土壤表層重金屬元素含量大大降低,同時(shí)可使青菜體內(nèi)鎘等重金屬殘留量平均下降50%80%。但是,該方法投資大,且易導(dǎo)致土壤肥力下降。774第5期周建利等:我國城郊菜地土壤和蔬菜重金屬污染研究現(xiàn)狀與展望3.2化學(xué)措施施用改良劑、抑制劑等降低土壤污染物的水溶性、擴(kuò)散性和生物有效性,從而降低污染物進(jìn)入生物鏈的能力,減輕對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境的危害。例如:在某些重金屬污染的土壤中加入石灰、礦渣等堿性物質(zhì),使重金屬生成氫氧化物沉淀,或添加膨潤土、合成沸石等交換容量較大的物質(zhì)來鈍

10、化土壤中的重金屬。化學(xué)措施雖然操作簡(jiǎn)便,在污染不太嚴(yán)重的地區(qū)能獲得良好的改良效果;但是在比較嚴(yán)重的污染地區(qū),該方法很難將糧食、蔬菜等作物可食部分的重金屬含量降低到可以接受的水平31,32。3.3生物措施生物措施是利用特定的動(dòng)、植物和微生物吸收或降解土壤中的重金屬元素,以達(dá)到凈化土壤的目的。早期生物治理采用的主體生物類群多為微生物。最近,植物修復(fù)正成為生物治理措施中的一個(gè)前沿領(lǐng)域。植物對(duì)污染點(diǎn)的修復(fù)有3種方式:植物固定、植物揮發(fā)和植物吸收。超富集植物(hyperaccumulator已成為環(huán)境保護(hù)工作者追尋、篩選的目標(biāo)。我國對(duì)植物修復(fù)和超富集植物的研究已有良好的開端33,34。但是植物修復(fù)的研究

11、多集中在超富集植物上,而野生超富集植物有其自身不可克服的缺陷:生長速度緩慢、植株矮小、生物量低。這為生產(chǎn)上實(shí)際應(yīng)用帶來很大的困難33,35。但是,陳同斌等36最近發(fā)現(xiàn)的砷超富集植物蜈蚣草,則具有生物量大、生長快、吸收能力強(qiáng)、生態(tài)適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn),在工程應(yīng)用中具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,并且已經(jīng)在湖南郴州市建立亞洲地區(qū)的第一個(gè)植物修復(fù)基地。3.4生態(tài)措施無論是工程和化學(xué)措施,還是生物措施,其追求的目標(biāo)都是希望徹底改良土壤,消除污染物的危害,恢復(fù)作物的最佳生長環(huán)境。但是,生態(tài)措施并不刻意追求對(duì)環(huán)境進(jìn)行根本性的改造或改良。它的基本特征是:充分利用生物(植物的抗逆性,使生物最大限度地適應(yīng)污染環(huán)境,同時(shí)輔以適

12、當(dāng)?shù)墓こ?、化學(xué)措施,以降低環(huán)境對(duì)生物的脅迫作用,協(xié)調(diào)生物與環(huán)境的相互關(guān)系,獲取符合要求的產(chǎn)品和生產(chǎn)效益37。生態(tài)措施的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)污染土壤的安全與高效利用。汪雅谷等38在上海寶山區(qū)進(jìn)行重金屬富集能力的蔬菜輪作試驗(yàn),他們根據(jù)各種蔬菜對(duì)重金屬的富集能力不同的特點(diǎn),合理安排蔬菜輪作茬口。試驗(yàn)結(jié)果表明,與種植普通植物相比,種植對(duì)重金屬富集較弱的植物可使污染田塊的蔬菜含鎘量降低50% 80%,具有明顯減少鎘進(jìn)入食物鏈的效果,而且還可明顯提高蔬菜產(chǎn)量和產(chǎn)值。這是典型的土壌重金屬生態(tài)治理措施。4未來的研究任務(wù)與展望我國加入WTO后,作為勞動(dòng)密集型的蔬菜生產(chǎn)將是我國的優(yōu)勢(shì)行業(yè),可以出口創(chuàng)匯,而西方國家為了維

13、護(hù)其自身利益,必然對(duì)我國設(shè)立綠色貿(mào)易壁壘。20世紀(jì)80年代以來,對(duì)我國各大城市的調(diào)查表明,我國城郊菜地土壤和蔬菜已受到不同程度的重金屬污染。所以,這種狀況不僅影響蔬菜的出口創(chuàng)匯,而且威脅我國人民的身體健康。因此,以下幾方面將是我國菜地土壤和蔬菜重金屬污染研究的重點(diǎn)。(1系統(tǒng)和全面地開展菜地土壤重金屬污染的調(diào)查和研究,結(jié)合GIS(地理信息系統(tǒng)、RS(遙感、GPS(全球定位系統(tǒng)等信息技術(shù)手段,研究菜地土壤的區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量的空間變異與分布規(guī)律,研究蔬菜重金屬含量及其與農(nóng)藝措施和蔬菜品種的關(guān)系。(2加強(qiáng)蔬菜對(duì)重金屬吸收積累的基因型差異研究,選育對(duì)重金屬吸收能力較弱且產(chǎn)量較高的蔬菜品種,減少重金屬進(jìn)入

14、食物鏈,為跨越發(fā)達(dá)國家設(shè)立的綠色貿(mào)易壁壘提供技術(shù)保障。(3加強(qiáng)重金屬在土壤-蔬菜-人類中和食物鏈中的傳遞規(guī)律研究,研究消費(fèi)者從食物中過量攝取重金屬的慢性毒害機(jī)理及其控制措施。(4開展土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定工作,加強(qiáng)各地?zé)o公害蔬菜生產(chǎn)基地建設(shè),采取各種積極措施嚴(yán)格控制蔬菜的重金屬污染。參考文獻(xiàn):1王慎強(qiáng),陳懷滿,司友斌.我國土壤環(huán)境保護(hù)研究的回顧與展望J.土壤,1999,(5:255260.2周根娣,汪雅谷,盧善玲.上海市農(nóng)畜產(chǎn)品有害物質(zhì)殘留調(diào)查J.上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),1994,10(2:4548.3馮恭衍,張炬,吳建平.寶山區(qū)菜區(qū)土壤重金屬污染的環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)J.上海農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào),1993,11(

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24、9.974第5期周建利等:我國城郊菜地土壤和蔬菜重金屬污染研究現(xiàn)狀與展望084湖北農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)2002年Situation and Prospect of R esearch on H eavy Metal Pollution in V egetables and Soils for V egetable Cultivation in U rban Areas of ChinaZHOU Jian2li1,CHEN Tong2bin2(1.Department of A gronomy,Hubei A gricultural College,Jingzhou,Hubei434025,China;2

25、.Institute ofGeographic Sciences and Resources Research,Chinese Academy of Sciences,Beijing100101,ChinaAbstract:The present situation of heavy metal pollution in vegetables and soils for vegetable cultivation in urban areas of China was reviewed.The research and the remedial methods for soil heavy metal contami2 nation were discussed.And the directions for further research on heavy metal pollution of vegetables and soils in urban areas of China were pointed out.K ey w ords:soil