CN108293723A

CN108293723A - 一种控制土壤重金属镉铅污染菜心的方法

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Publication number: CN108293723A
Application number: CN201810129723.XA
Authority: CN
Inventors: 龚玉莲; 陈爱葵; 曾碧健; 廖晓丹; 廖燕红; 邱丘; 谢婕; 杜云燕; 陈彩峰; 薛梦
Original assignee: GUANGDONG SECOND NORMAL COLLEGE
Current assignee: GUANGDONG SECOND NORMAL COLLEGE
Priority date: 2018-02-08
Filing date: 2018-02-08
Publication date: 2018-07-20
Anticipated expiration: 2038-02-08
Also published as: CN108293723B

Abstract

本发明公开了一种控制土壤重金属镉铅污染菜心的方法。本发明选取具有不同的镉积累能力的菜心品种，间作种植镉低量积累菜心品种和镉高量积累菜心品种；所述镉低量积累菜心品种为四九菜心，所述镉高量积累菜心品种为翠绿王油青甜菜心。本发明能够有效降低间作双方的Cd和Pb含量；安全性高，无需添加外源材料，避免了二次污染的可能；对土壤扰动小，不影响土壤理化性质和肥力；成本低，可操作性强，无需特殊的材料、设备和栽培技术，适于广泛种植。

Description

一种控制土壤重金属镉铅污染菜心的方法

技术领域

本发明涉及农业种植技术领域，具体涉及一种控制土壤重金属镉铅污染菜心的方法。

背景技术

土壤重金属污染及由此导致的食品安全问题日趋严重且备受关注。据估计，全球每年释放到环境中的有毒重金属高达数百万吨(Nriagu JO,Pacyna JM.Quantitativeassessment of worldwide contamination of air,water and soils by tracemetals.Nature,1988,333:134-139)。全国土壤污染状况调查公报(2014)显示，Cd、Pb为我国耕地的主要污染物。土壤重金属污染必然威胁农产品的安全。叶类蔬菜通常能吸收积累较多的Cd、Pb，广东省蔬菜Cd、Pb超标率分别为21.2％和19.7％，对人体健康的风险较大(王旭.广东省蔬菜重金属风险评估研究.华中农业大学博士学位论文.2012，6.武汉；Hu JL,WuFY,Wu SC,Sun XL,Lin XG,Wong MH.Phytoavailability and phytovariety codeterminethe bioaccumulation risk of heavy metal from soils,focusing on Cd-contaminated vegetable farms around the Pearl River Delta,China.Ecotox.Environ.Saf.,2013,91:18-24,2013；吴燕明,吕高明,周航,刘丽,邓贵友,廖柏寒.湘南某矿区蔬菜中Pb Cd污染状况及健康风险评估.生态学报,2014，8：2146-2154)。

菜心(Brassica parachinensis)是广东的特产蔬菜，品质好且能周年栽培，经济效益高。菜心具有较强的吸收累积Cd、Pb的能力(Qiu Q,Wang YT,Yang ZY,Xin JL,YuanJG,Wang JB,Xin GR.Responses of different Chinese flowering cabbage(Brassicaparachinensis L.)cultivars to cadmium and lead exposure:screening for Cd+Pbpollution-safe cultivars.Clean-Soil,Air,Water,2011,39(11):925-932；王旭.广东省蔬菜重金属风险评估研究.华中农业大学博士学位论文.2012，6.武汉.)。控制菜心对土壤Cd、Pb的吸收积累、降低菜心茎叶(可食部分)的Cd、Pb含量，对于菜心的安全生产具有重要意义。

基于农田土壤重金属污染难以短时间内大面积清除的现实，在农业生产的措施上，目前控制土壤源蔬菜Cd、Pb污染、降低蔬菜可食部分Cd、Pb含量的技术主要集中在植物、土壤及农艺措施等三个方面：植物方面，选育蔬菜Cd、Pb低量积累品种；土壤方面，通过添加重金属钝化材料、降低蔬菜可食部分对土壤Cd、Pb的吸收积累；农艺措施方面，通过调整种植结构，降低蔬菜可食部分对土壤Cd、Pb的吸收积累。

菜心Cd、Pb低量积累品种的筛选已有研究，低Cd品种的筛选研究较多(邱丘.菜心Cd积累的品种间差异及Cd污染控制方法研究.中山大学博士学位论文，2011，6.广州；谭玲.菜心Cd低累积品种对Cd、Pb、Cr多种重金属的吸收特性.暨南大学硕士学位论文，2014，5.广州；陈惠君，谭玲，李取生，罗涛，方皓，余丹萍，胡妮，杨耀帅.Cr/Pb低累积菜心品种筛选及其根际机理研究.农业环境科学学报，2016，35(7)：1249-1256)，但低Cd、Pb品种的筛选则报道较少。目前菜心Cd、Pb低量积累品种的筛选存在以下问题：菜心不同品种对Cd、Pb等多种重金属复合污染的响应情况较复杂，与其对Cd单一污染的响应并不完全一致。有研究发现，与Cd单一污染条件比较，菜心不同品种在Cd、Pb等多种重金属复合污染条件下的Cd、Pb积累特性发生变化，部分在Cd单一污染条件下的低Cd积累品种，在复合污染条件下表现为高Cd、高Pb积累品种；部分在Cd单一污染条件下的低Cd积累品种，在复合污染条件下表现为高Cd、低Pb积累品种。菜心Cd积累与Pb积累的相关关系较为复杂(谭玲.菜心Cd低累积品种对Cd、Pb、Cr多种重金属的吸收特性.暨南大学硕士学位论文，2014，5.广州)。因此，菜心低Cd品种难以直接等同于低Cd、Pb品种，这对于控制菜心Cd、Pb污染仍然存在不足。

目前菜心Cd、Pb污染的控制治理方法主要是在土壤中添加重金属钝化剂。土壤中添加的重金属钝化剂包括无机肥(硝态氮肥、铵态氮肥等)、有机肥(秸秆、鸡粪、骨粉等)及改良剂(曾晓舵，何其轩.不同形态的肥料对菜心吸收镉的影响.热带亚热带土壤科学，1997，6(1)：42-44；李梦梅等，2007；陈春霞，卢瑛，尹伟，邓香连，连槿.骨粉和沸石对污染土壤中铅和镉生物有效性的影响.广东农业科学，2011，14：60-62)等。例如，土壤中添加TM(商品名-田美乐，土壤改良剂)使菜心茎叶Cd含量显著降低(比对照下降了9.57％)(庞强强，陈旺，陈日远，刘厚诚，宋世威，苏蔚，孙光闻.TM对镉污染土壤中菜心生长、品质及土壤理化性质的影响.黑龙江农业科学，2015，2：105-107)。土壤添加硅素调理剂显著降低菜心的茎叶Cd含量(降低25％)(王艳红，艾绍英，唐明灯，李萌军，姚建武，罗英剑.硅素调理剂在镉超标菜地中的应用效果.中国农业科学，2012，45(16)：3310-3317)。土壤中添加5％的泥炭，使菜心茎、叶Pb含量分别下降33.3％和25.3％(苏天明，李杨瑞，江泽普，韦广泼，蒙炎成.泥炭对菜心-土壤系统中重金属生物有效性的效应研究.植物营养与肥料学报，2008，14(2)：339-344)。土壤添加骨粉和沸石，可使菜心Pb含量降低约50％(陈春霞，卢瑛，尹伟，邓香连，连槿。骨粉和沸石对污染土壤中铅和镉生物有效性的影响.广东农业科学，2011，14：60-62)。然而，土壤重金属钝化材料目前存在以下问题：(1)所需成本高，重金属钝化材料的用量往往较大，且每年需不断追加才能保持效果；(2)土壤扰动大，由于用量较高，从而造成土壤结构的破坏，影响植物生长，例如土壤添加含磷的化合物(如骨粉)造成土壤pH显著增加(陈春霞，卢瑛，尹伟，邓香连，连槿.骨粉和沸石对污染土壤中铅和镉生物有效性的影响.广东农业科学，2011，14：60-62)；(3)操作复杂；(4)易产生二次污染，存在安全隐患，环境不友好；(5)时效性较短，往往只对一次一季的施用有效；(6)由于土壤性质和污染物类型错综复杂，钝化材料的修复效果往往不理想，该技术虽然见效快，但其持续效果往往与所处环境有关，例如某些酸雨地区，降雨可较快地降低土壤pH，从而大大缩短钝化剂的寿命。

采用农艺措施，通过调整种植结构控制菜心Cd、Pb复合污染的报道较少，目前尚未见有效降低菜心Cd、Pb含量的研究报道；菜稻菜轮作模式(青瓜-中稻-菜心，青瓜-茄子-菜心)，对菜心Cd吸收无显著影响(文典，李富荣，赵洁，王富华，杜应琼，疏仁宗，李波，何舞.菜稻菜轮作模式对土壤Cd形态分布的影响研究.热带作物学报，2014，35(7)：1272-1277)。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供了一种控制土壤重金属镉铅污染菜心的方法，解决目前菜心种植的Cd和Pb复合污染的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种控制土壤重金属镉铅污染菜心的方法，选取具有不同的镉积累能力的菜心品种，在土壤上间作种植镉低量积累菜心品种和镉高量积累菜心品种；所述镉低量积累菜心品种为四九菜心，所述镉高量积累菜心品种为翠绿王油青甜菜心，所述土壤为重金属镉铅复合污染土壤。

发明人经过大量试验，筛选到合适的菜心品种四九菜心(49CX)和翠绿王油青甜菜心组合(CLW)，进行种内间作的种植方式(49CX+CLW)，降低间作双方的Cd、Pb含量。上述技术方案采用农艺措施、通过调整种植结构来解决菜心中Cd和Pb复合污染问题，而无需在土壤中添加外源材料。

本发明选用特定菜心品种组合(49CX+CLW)能同时有效降低间作双方的Cd、Pb含量。有研究报道菜心与其他作物轮作的种植方式未能影响菜心重金属积累；且其他作物间作的研究结果通常为一方重金属积累增加，另一方重金属积累下降，少见双方重金属积累均下降的技术。

作为本发明所述的控制土壤重金属镉铅污染菜心的方法的优选实施方式，所述土壤中镉的浓度为2.61mg/kg，铅的浓度为166.72mg/kg。

根据国家最新的《农用地土壤环境质量标准》(三次征求意见稿，2016)，镉、铅的土壤临界含量值分别为0.3mg/kg(酸性和中性土)、160mg/kg(6.5<pH≤7.5)，结合广东地区芸薹类叶菜安全生产的土壤镉含量限值(1.22mg/kg)(李富荣,文典,王富华,王旭,万凯,刘香香.广东地区芸薹类叶菜-土壤镉污染相关性分析及土壤镉限量值研究[J].生态环境学报,2016,25(04):705-710.)，本发明选用的镉、铅浓度分别为2.61mg/kg和166.72mg/kg(pH＝6.55)的农田土壤，为镉、铅复合污染土壤。

本发明基于植物根际互作的原理，利用植物根际自身的功能，来控制菜心Cd和Pb复合污染。

作为本发明所述的控制土壤重金属镉铅污染菜心的方法的优选实施方式，所述四九菜心与翠绿王油青甜菜心的种植周期为40天。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)控制效果好，本发明的选用的菜心品种组合在生物量增加的基础上，能同时且大幅度降低间作双方菜心的Cd和Pb含量，控制土壤重金属镉铅复合污染菜心。间作双方可食部分茎叶的Cd、Pb含量平均分别降低了49.5％和38.1％；且高Cd菜心品种CLW下降的幅度较大，分别高达69.7％和51.0％，总体上优于土壤重金属钝化剂的效果。

(2)安全性高，无需添加外源材料，避免了二次污染的可能；对土壤扰动小，不影响土壤理化性质和肥力。

(3)成本低，可操作性强，无需特殊的材料、设备和栽培技术，适于广泛使用。

本发明为菜心的安全生产提供了一个安全、有效、简便的技术途径，符合目前社会对农产品和食品安全生产的强烈需求。

具体实施方式

为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

四九菜心(49CX)购自成都高升种业有限公司；翠绿王油青甜菜心(CLW)购自广州市伟兴种子店。

实施例1

菜心Cd低量积累品种(49CX)和Cd高量积累品种(CLW)种内间作对Cd和Pb积累的影响。

供试土壤取自普通农田，土壤基本化学性质研究方法采用常规方法(中国科学院南京土壤研究所，1978)，其中，土壤理化性质和重金属含量见表1。根据我国食用农产品产地环境评价标准(HJ332-2006)，蔬菜地土壤中Cd含量最大限值为0.3mg/kg，Pb含量最大限值为50mg/kg，因此供试土壤为Cd和Pb复合污染土壤。

表1供试土壤理化性质

土壤准备：土壤风干、粉碎、过筛，每1kg土添加0.857g NH₃NO₃和0.544g KH₂PO₄作为基肥，平衡2周后装盆，每盆装土1.5kg。

植物种植与样品采集：盆栽试验的栽培模式包括单作和间作，以单作为对照，间作模式为低量积累品种+高量积累品种。播种，间苗，每盆种植4株植株。间作处理每个品种种植2株，对角线排列。常规管理。各处理均重复5次。种植40天后分别收获茎叶、根，测定鲜重、干重，粉碎用于重金属含量分析。

Cd和Pb的化学分析及其质量控制方法：土壤和植物样品消解采用微波消解炉，植物样品消化剂为5mL浓硝酸+1mL H₂O₂，土壤样品消解剂为6mL浓硝酸+3mL HCl+1mL HF，使用原子吸收分光光度计测定Cd和Pb含量。采用平行对照和国家标准参比物质(植物，GBW-07605；污染土壤，GBW-07408)进行分析质量控制。

样品含量采用spss17.0软件的单因素方差分析(ANOVA)并进行最小显著差数法检验(LSD)。

(1)生物量

由表2可见，与单作比较，间作条件下49CX的地上部分、地下部分干重和总生物量均显著增加(p<0.05)；总生物量增加100.00％。与单作比较，CLW的生物量亦呈现增加趋势，但差异不显著(p>0.05)。

表2结果表明，与单作相比，49CX+CLW的菜心种内间作组合能够促进菜心的生长，提高间作体系的总生物量。

表2菜心不同品种间作条件下的生物量(g/plant,mean±SD,n＝5)

注：总生物量为地上部分干重和地下部分干重总和。不同小写字母表示同一品种不同种植方式间差异显著(p<0.05)。

(2)Cd含量

种内间作对Cd含量的效应显著(p<0.05)。由表3可见，间作显著降低了双方的茎叶Cd含量、根Cd含量(p<0.05)。

与单作比较，49CX和CLW间作处理的根Cd含量分别降低了36.9％和27.8％。可食部分茎叶Cd含量平均降低了49.5％；低Cd品种49CX降低了29.2％；高Cd品种CLW下降的幅度较大，达到69.7％。

表3菜心不同品种间作条件下的Cd含量(以干重为基数，n＝5)

注：不同小写字母表示同一品种不同种植方式间差异显著(p<0.05)。

(3)Pb含量

与Cd含量表现一致，种内间作对Pb含量的效应显著(p<0.05)。由表4可见，与单作比较，间作显著降低了双方的茎叶Pb含量(p<0.05)。49CX、CLW的茎叶Pb含量分别下降了25.1％、51.0％，平均下降了38.1％；与Cd含量表现一致，CLW的茎叶Pb含量下降幅度较大。

与单作相比，间作条件下49CX的根Pb含量下降了10.2％(p<0.05)；CLW的根Pb含量差异不显著(p>0.05)。

表4菜心不同品种间作条件下的Pb含量(以干重为基数，n＝5)

注：不同字母表示同一品种不同种植模式的Pb含量差异显著(p<0.05)。

针对单一Cd污染，施加秸秆、硅素调理剂、TM等土壤重金属钝化材料，菜心Cd含量分别降低50.8％、25％、9.57％(李梦梅，杨中艺，李海军，龙明华，周春燕，谢玉威，李兆雄，周轶慧，王冬卿.有机物料对抑制菜心吸收镉的效果研究.中山大学学报(自然科学版)，2007，46(6)：79-83；王艳红，艾绍英，唐明灯，李萌军，姚建武，罗英剑.硅素调理剂在镉超标菜地中的应用效果.中国农业科学，2012，45(16)：3310-3317；庞强强，陈旺，陈日远，刘厚诚，宋世威，苏蔚，孙光闻.TM对镉污染土壤中菜心生长、品质及土壤理化性质的影响.黑龙江农业科学，2015，2：105-107)；施加泥炭使菜心茎、叶Pb含量分别降低33.3％、25.3％(苏天明，李杨瑞，江泽普，韦广泼，蒙炎成.泥炭对菜心-土壤系统中重金属生物有效性的效应研究。植物营养与肥料学报，2008，14(2)：339-344)；针对Cd、Pb复合污染，施加1％骨粉使菜心Cd、Pb含量分别降低了48％和50％，但菜心生物量降低，且造成土壤pH显著增加(陈春霞，卢瑛，尹伟，邓香连，连槿.骨粉和沸石对污染土壤中铅和镉生物有效性的影响.广东农业科学，2011，14：60-62)。

菜心特定的低Cd+高Cd品种种内间作组合(49CX+CLW)，能显著降低这两个品种菜心可食部分茎叶Cd和Pb含量，且降低幅度较大，尤其是高Cd品种CLW的降低幅度较大，具有良好的控制土壤重金属镉铅复合污染菜心的效果，且总体上优于土壤重金属钝化剂的效果。

综上，本发明基于植物根际互作的原理，利用植物根际自身的功能，采用菜心特定的品种组合(49CX+CLW)，进行种内间作的种植方式，降低间作双方的Cd和Pb含量。本发明通过采用农艺措施、通过调整种植结构来控制菜心Cd、Pb污染，而无需在土壤中添加外源材料，为菜心的安全生产提供了一个安全、有效、简便的技术途径，符合目前社会对农产品和食品安全生产的强烈需求。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims

1.一种控制土壤重金属镉铅污染菜心的方法，其特征在于，选取具有不同的镉积累能力的菜心品种，在土壤上间作种植镉低量积累菜心品种和镉高量积累菜心品种；所述镉低量积累菜心品种为四九菜心，所述镉高量积累菜心品种为翠绿王油青甜菜心；所述土壤为重金属镉铅复合污染土壤。

2.根据权利要求1所述的控制土壤重金属镉铅污染菜心的方法，其特征在于，所述土壤中镉的浓度为2.61mg/kg，铅的浓度为166.72mg/kg。

3.根据权利要求1所述的控制土壤重金属镉铅污染菜心的方法，其特征在于，所述四九菜心与翠绿王油青甜菜心的种植周期为40天。