CN101502236A - 一种减少土壤重金属镉、铅污染菜心的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种减少土壤重金属镉、铅污染菜心的方法，该方法是先筛选镉或铅低量积累的菜心品种，再从这些菜心品种中筛选出镉和铅都低量积累的菜心品种。本发明的方法根据“污染对策品种”，通过两步筛选即可获得可食部位Cd和Pb积累量都在食品卫生标准允许范围内的菜心品种，降低了水土环境中Cd和Pb经菜心危害人体健康的风险，而且本发明方法需时短，成本低，可直接、快速、有效地解决我国农田土壤Cd、Pb污染问题，针对性强、操作简单、费用低廉、安全，适合于大面积推广应用。
Description
技术领域
本发明属于植物修复土壤重金属污染技术领域，具体涉及一种减少土壤重金属镉、铅污染菜心的方法。
背景技术
近年来，由于采矿冶炼、大气沉降、生活污水排放、污水灌溉、农药化肥的大量使用等原因，土壤污染尤其是重金属污染状况日趋严重。
目前中国受污染的耕地面积近2000万hm2，约占耕地总面积的1/5，其中工业“三废”污染1000万hm2，农田污灌面积130多万hm2。土壤重金属的污染常为二个或多个重金属的复合污染，它具有普遍性、复杂性等特点，复合污染比单一效应更接近实际情况。
我国城郊土壤和农产品(尤其是蔬菜)受到的重金属污染以Pb、Cd和Hg这3种元素为主。据农业部稻米及其制品质量监督检验测试中心2002年对全国市场稻米安全性抽检结果，稻米中超标最严重的是Pb，超标率为28.4％，其次是Cd，超标率为10.3％，As和Hg超标率相对较低，超标率为2.8％和3.4％，并呈现一定的复合污染。土壤重金属复合污染已经引起国内外学者的广泛关注，复合污染研究也逐渐成为环境科学的重要发展方向之一。
土壤的重金属污染严重威胁到农产品特别是蔬菜的产量和质量，最终蔬菜中超标的镉、铅等重金属又通过食物链进入人体并逐渐富集。铅和镉是FAO/WHO公布的对人体毒性最强的3种重金属(铅、镉、汞)中的两种。Pb可引起人体内几乎所有重要器官的功能紊乱，长期暴露在铅污染的环境中还可导致人痴呆、免疫力减弱、衰老加快。Cd能通过食物链进入人体而慢慢积累，在肾脏和骨骼中会取代骨中的钙，使骨骼严重软化，骨头寸断。震惊世界的日本“痛痛病”就是Cd污染所致。
当前土壤重金属污染防治领域最受关注的方法是生物修复，尤其是植物修复，其研究的热点主要集中在重金属超富集植物，全世界大约发现了接近500种超富集植物，其中大部分是Ni超积累植物。由于目前已知的超富集植物普遍生物量较低，生长缓慢，且受气候、土壤等环境条件的限制，植物修复效率有限，修复年限较长，制约了大规模的应用。更为重要的是，超积累植物的专一性强，往往只对某种特定的重金属表现出超富集能力，从而限制了植物修复技术在复合污染土壤治理方面的应用。
农作物吸收和积累重金属的种间及品种内差异的存在，为有效降低农作物受重金属污染风险提供了新的思路。Arthur等(Arthur E，Crews H，Morgan C.Optimizing plant genetic strategies for minimizingenvironmental contamination in the food chain.Interna Jphytoremedi，2000，21：1-21)根据体内Cd的积累量，把植物分为低积累型(如豆科)、中等积累型(如禾本科)和高积累型(如十字花科)。李博文等(李博文，谢建治，郝晋珉.不同蔬菜对潮褐土镉铅锌复合污染的吸收效应研究.农业环境科学学报，2003，22(3)：286-288)在对褐潮土上蔬菜重金属复合污染的研究中也发现：胡萝卜、茄子、芥菜、丝瓜、番茄、辣椒等为低度积累型；白萝卜、菜花、莴苣、大葱、小白菜、韭菜等为中度积累型；芹菜、茴香、香菜、圆白菜、蓬蒿为重度积累型；白菜、油菜属极重度积累型。
目前对水稻、小麦、玉米、马铃薯、苋菜、菠菜和小白菜的研究发现，植物吸收累积重金属不仅体现在种间差异上，而且在同一种内的不同品种间也有明显差异。Wang等(Wang J，Fang W，Yang Z，YuanJ，Zhu Y，Yu H.Inter-and intraspecific variations of cadmiumaccumulation of 13 leafy vegetable species in a greenhouse experiment.J.Agric.Food Chem.2007，55：9118-9123)通过对多种叶用蔬菜种间和种内镉积累的差异研究发现，镉积累的品种间差异甚至大于品种间差异。
污染对策品种(Pollution-safe cultivar，简称PSC)是指在一定污染条件下种植可食部位重金属含量符合安全食用标准的品种，这一概念的提出为开发“减重金属农产品(即相同条件下积累某种或多种重金属相对较少的农产品)”提供了有效的技术手段。PSC的筛选、应用和研究对于降低人类通过食物链摄取重金属的数量有重要的意义和广阔的推广应用前景。
菜心是中国广东的特产蔬菜，品质柔嫩、风味可口，并能周年栽培，故而在广东、广西等地为大路性蔬菜，周年运销香港、澳门等地，成为出口的主要蔬菜，还有少量的远销欧美，视为名贵蔬菜。菜心品质柔嫩，风味可口，营养丰富，每千克可食用部分含蛋白质13～16克、脂肪1～3克、碳水化合物22～42克，此外还含有钙、磷、铁和各种维生素，是一种营养价值高且市场利益高的蔬菜。然而在菜心的主要产地广东和广西，菜心的重金属污染非常严重，尤其是土壤重金属镉和铅的污染。
减少菜心可食部位重金属含量，尤其是重金属镉和铅的含量符合安全食用标准，不但有利于人体健康而且具有广阔的市场价值，目前尚未见到有相关报道。
发明内容
本发明的目的在于针对现有菜心镉、铅污染治理上存在的问题，提供一种减少土壤重金属镉、铅污染菜心的方法。
本发明的上述目的是通过如下方案予以实现的：
本发明的一种减少土壤重金属镉、铅污染菜心的方法，该方法是利用不同菜心品种和器官对镉(Cd)和铅(Pb)吸收特性的不同，筛选在受Cd、Pb污染土壤中可食部位Cd和Pb的积累水平都在食品卫生标准允许范围内的菜心品种，然后在土壤中种植这些菜心品种(可称为“减重金属菜心”)，从而降低水土环境中Cd和Pb经食物链(菜心)危害人体健康的风险，同时还可以起到修复受污染土壤的目的。
本发明方法的实现可通过如下两个途径：
(1)先从种植在受Cd污染土壤上的菜心中筛选出Cd低量积累的菜心品种，可称为Cd-PSC，再从这些Cd-PSC中筛选出Cd和Pb都低量积累的菜心品种(Cd+Pb-PSC)，最后在土壤中种植菜心(Cd+Pb-PSC)；
(2)先从种植在受Pb污染土壤上的菜心中筛选出Pb低量积累的菜心品种，可称为Pb-PSC，再从这些Pb-PSC中筛选出Cd和Pb都低量积累的菜心品种(Pb+Cd-PSC)最后在土壤中种植菜心(Pb+Cd-PSC)。
上述两个途径都可实现本发明。
下面以第一种途径为例对本发明方法做进一步的说明，本发明的方法具体包括如下步骤：
(1)从各地收集菜心的主要栽培品种；
(2)在受Cd污染的土壤中种植菜心，在采收期收割菜心，或者在未受污染的土壤中加入受Cd污染的土壤，配成Cd污染土壤，施入基肥，在菜心种植期，播入菜心种子，在采收期收割菜心；
(3)分析上述菜心茎叶中Cd的含量，筛选出Cd低量积累的菜心品种，筛选原则是：筛选那些可食部位Cd积累量比其他品种的平均Cd积累量低30％以上的菜心品种，即获得Cd低量积累的菜心品种(Cd-PSC)；
(4)在受Cd污染的土壤中加入受Pb污染的土壤，或在未受污染土壤中加入受Cd和Pb污染的土壤，配成Cd、Pb复合污染土壤，施入基肥；在菜心种植期，播入步骤(3)得到的Cd低量积累的菜心品种(Cd-PSC)种子，在采收期收割菜心，通过分析菜心茎叶中Cd和Pb的含量，筛选Cd和Pb含量(以鲜重基础)均在国际法典委员会标准(CAC)范围内(Cd≤0.2mg kg-1；Pb≤0.3mgkg-1)的品种，即获得Cd和Pb都低量积累的菜心品种(Cd+Pb-PSC)。
在本发明方法的上述筛选步骤中，所用到的Cd、Pb污染土壤可参照如下标准制备：
a.未受污染的土壤：土壤中全Cd含量小于0.30mg kg-1、全Pb含量小于50mg kg-1(低于《食用农产品产地环境质量评价标准(HJ332-2006)》关于蔬菜栽培土壤中Cd、Pb含量的最大限值)；
b.受Cd污染的土壤：土壤中全Cd含量大于0.30mgkg-1(高于于《食用农产品产地环境质量评价标准(HJ332-2006)》关于蔬菜栽培土壤中Cd含量的最大限值)；
c.受Pb污染的土壤：土壤中全Pb含量大于50mg kg-1(高于《食用农产品产地环境质量评价标准(HJ332-2006)》关于蔬菜栽培土壤中Pb含量的最大限值)；
d.受Cd、Pb复合污染的土壤：土壤中全Cd含量大于0.30mgkg-1、全Pb含量大于50mg kg-1(高于《食用农产品产地环境质量评价标准(HJ332-2006)》关于蔬菜栽培土壤中Cd、Pb含量的最大限值)。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明的方法根据“污染对策品种”，通过两步筛选获得可食部位Cd和Pb积累量都在食品卫生标准允许范围内的菜心品种，降低了水土环境中Cd和Pb经菜心危害人体健康的风险；
2.本发明的方法需时短，成本低，且可直接、快速、有效地解决我国农田土壤Cd、Pb污染问题，针对性强、操作简单、费用低廉、安全，适合于大面积推广应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步地描述，但具体实施例并不对本发明做任何限定。
实施例1 Cd低量积累菜心品种的筛选
本实施例设三个实验组：
(1)对照组：供试土壤的Cd浓度为0.114mg·kg-1；
(2)中度Cd污染组：供试土壤的Cd浓度为0.667mg·kg-1；
(3)重度Cd污染组：供试土壤的Cd浓度为1.127mg·kg-1。
本实施例所用菜心品种是从各地采购而得，共30个品种，试验时间为2007年5月。
从供试菜心品种中各挑选健康均一的20粒种子播入分别装有上述三组土壤的盆中，待幼苗长到5片真叶时，间苗(疏苗)，每盆保留4株，试验期间根据天气和植物生长情况定时浇水，生长45天后取样。
试验结果显示：对照组中，全部供试菜心品种可食部分Cd积累量均在国际法典委员会(CAC)标准范围内(Cd≤0.2mg kg FW-1，以鲜重基础)；在受Cd中度和重度污染土壤中，所有的供试菜心品种可食部分Cd积累量都超过了上述CAC标准。
本实施例的30个菜心品种中，有6个菜心品种在三个实验组中的可食部分Cd的积累量比其他品种的平均Cd积累量都低30％以上，因此初步筛选这6个菜心品种为Cd低量积累的菜心品种(Cd-PSC)。
实施例2 Cd和Pb都低量积累的菜心品种的筛选
本实施例设两个实验组：
(1)轻度Cd、Pb复合污染组：供试土壤的Cd浓度为0.373mg·kg-1，Pb浓度为24.641mg·kg-1；
(2)中度Cd、Pb复合污染组：供试土壤的Cd浓度为0.368mg·kg-1，Pb浓度为91.251mg·kg-1。
本实施例的试验时间为2008年3月。
将实施例1获得的6个Cd低量积累菜心品种(Cd-PSC)的种子和1个Cd高积累品种的种子分别分为两份播入上述两组供试土壤中，待幼苗长到5片真叶时，间苗(疏苗)，每盆保留4株，试验期间根据天气和植物生长情况定时浇水，生长45天后取样。
试验结果显示：
(1)轻度Cd、Pb复合污染组中Cd高积累品种在可食部分Pb积累量未超过CAC标准(0.3mg·kg FW-1)，但Cd积累量超过了CAC标准的Cd含量最高限值；在中度Cd、Pb复合污染组中，Cd高积累菜心品种的Cd和Pb的积累量均超过CAC标准；
(2)而6个菜心Cd-PSC不论是在轻度Cd、Pb复合污染组中还是在中度Cd、Pb复合污染组中，其可食部分Cd和Pb的积累量，均在国际法典委员会标准(CAC)范围内(Cd≤0.2mg kg FW-1；Pb≤0.3mg kg FW-1；以鲜重基础)。
因此，实施例1筛选获得的6个Cd-PSC同时也是Cd+Pb-PSC，可以作为“减重金属”菜心品种直接推广应用。
Claims (4)
1、一种减少土壤重金属镉、铅污染菜心的方法，其特征在于该方法是先筛选镉或铅低量积累的菜心品种，再从这些菜心品种中筛选出镉和铅都低量积累的菜心品种。
2、根据权利要求1所述方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
(1)在受镉污染或受铅污染的土壤上种植菜心；
(2)筛选出镉低量积累或铅低量积累的菜心品种；
(3)将上述筛选出的菜心品种种植在镉、铅复合污染土壤中；
(4)筛选出镉和铅都低量积累的菜心品种。
3、根据权利要求2所述方法，其特征在于步骤(2)中，所述镉低量积累或铅低量积累的菜心品种是茎叶部位镉积累量或铅积累量比其他菜心品种的平均镉积累量或铅积累量低30％以上的菜心品种。
4、根据权利要求2所述方法，其特征在于步骤(4)中，所述镉和铅都低量积累的菜心品种是茎叶部位镉的积累量小于等于0.2mgkg-1，且铅的积累量小于等于0.3mg kg-1的菜心品种。
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