三种蔬菜对镍累积转运规律及食用安全研究.pdf

摘 要 ： 为 了 解 三 种 蔬 菜 （ 黄 瓜 、 豇 豆 、 青 椒 ） 体 内 镍 （Ni ） 累 积 转 运 规 律 及 食 用 安 全 ， 采 用 盆 栽 实 验 研 究 了 不 同 浓 度Ni 处 理 原 土 （ 对 照 ） 、200 、350 、500 、650 、800mgkg -1 对 三 种 蔬 菜 生 物 量 、 体 内 分 配 特 征 及 富 集 规 律 的 影 响 。 结 果 表 明 ： （1 ）Ni 对 三 种 蔬 菜 生 长 的 影 响 因 蔬 菜 品 种 不 同 而 不 同 。 在 试 验 浓 度 范 围 促 进 黄 瓜 的 生 长 ； 低 浓 度Ni 促 进 青 椒 和 豇 豆 生 长 ， 当 土 壤 中Ni 浓 度 为650mgkg -1 时 青 椒 和 豇 豆 的 生 长 受 到 抑 制 。 （2 ） 在 所 研 究 土 壤Ni 浓 度 条 件 下 三 种 蔬 菜 各 部 位Ni 含 量 分 布 不 同 ， 青 椒 和 豇 豆 中 根> 茎 叶> 可 食 部 分 ； 黄 瓜 中 茎 叶> 根> 可 食 部 分 。 三 种 蔬 菜 中Ni 由 根 部 向 可 食 部 位 转 运 能 力 豇 豆> 黄 瓜> 青 椒 ； 根 部 向 茎 叶 转 运 能 力 黄 瓜> 豇 豆> 青 椒 。 （3 ） 黄 瓜 、 豇 豆 、 青 椒 可 食 部 分Ni 累 积 量 与 土 壤 中Ni 投 加 量 呈 显 著 正 相 关 关 系 （ r 2 分 别 为0.973 、0.984 、0.992 ， Pstemand leaf>fruit,while,incucumber,theaccumulationwasintheorderofstemandleaf>root>fruit.ThetransportationrateofNifromroottoedible partswasintheorderofcowpea>cucumber>greenpepper,andthatfromroottostemandleafwasintheorderofcucumber>cowpea>green pepper. （3 ）TheaccumulationofNiintheediblepartspositivelycorrelatedwiththeamountofNiinsoil （ R 2 was0.973,0.984,and0.992, 收 稿 日 期 ：2017-11-13 录 用 日 期 ：2018-02-08 作 者 简 介 ： 白 玉 杰 （1993 ） ， 男 ， 山 西 晋 中 人 ， 硕 士 研 究 生 ， 从 事 受 损 生 态 环 境 修 复 研 究 。E-mail ：18302153857163.com * 通 信 作 者 ： 沈 根 祥 E-mail ：shengxsaes.sh.cn 基 金 项 目 ： 上 海 市 科 委 重 大 科 技 攻 关 项 目 （17DZ1202003 ） ； 上 海 市 环 保 重 大 科 研 项 目 （2016-08 ） P r o j e c t s u p p o r t e d ：Key Fund Project of Shanghai Science and Technology Committee （17DZ1202003 ）; Key Fund Project of Shanghai Environment ProtectionBureau （2016-08 ） 2018 ，37 （8 ）:1619-1625 2018 年8 月 农 业 环 境 科 学 学 报 J o u r n a l o f A g r o E n v i r o n m e n t S c i e n c e 白 玉 杰 ， 沈 根 祥 ， 陈 小 华 ， 等. 三 种 蔬 菜 对 镍 累 积 转 运 规 律 及 食 用 安 全 研 究J. 农 业 环 境 科 学 学 报,2018,37 （8 ） ：1619-1625. BAIYu-jie,SHENGen-xiang,CHENXiao-hua,etal.AccumulationandtransportofnickelinthreevegetablecropsandtheirediblesafetyJ. J o u r n a l o f A g r o - E n v i r o n m e n t S c i e n c e,2018,37 （8 ）:1619-1625. 三 种 蔬 菜 对 镍 累 积 转 运 规 律 及 食 用 安 全 研 究 白 玉 杰 1 ， 沈 根 祥 2* ， 陈 小 华 2 ， 郭 春 霞 2 ， 钱 晓 雍 2 ， 赵 晓 祥 1 ， 周 忠 强 3 （1. 东 华 大 学 环 境 科 学 与 工 程 学 院 ， 上 海 201020 ；2. 上 海 市 环 境 科 学 研 究 院 ， 上 海 200233 ；3. 华 东 理 工 大 学 资 源 与 环 境 学 院 ， 上 海200237 ） 农 业 环 境 科 学 学 报 第37 卷 第8 期 respectively, P1 时 ， 可 引 起 人 体 健 康 风 险 。 这 里 设 置 T H Q=1 ， 按 上 述 公 式 推 算 出 新 鲜 蔬 菜 镍 的 限 量 值 （mgkg -1 ） 。 2 结 果 与 讨 论 2.1 不 同 浓 度 镍 处 理 土 壤 对3 种 蔬 菜 生 物 量 的 影 响 根 据 实 验 设 计 在 不 同 浓 度 镍 污 染 处 理 的 土 壤 中 种 植 黄 瓜 、 豇 豆 、 青 椒3 种 蔬 菜 ， 待 蔬 菜 成 熟 后 采 摘 蔬 菜 可 食 部 分 ， 用 去 离 子 水 清 洗 ， 称 重 ， 确 定 生 物 量 。 由 图1 可 知 ， 在 所 研 究 的 镍 浓 度 条 件 下 ， 由 于3 种 蔬 菜 类 型 不 同 镍 对 其 生 物 量 的 影 响 也 不 同 。 随 着 土 壤 中 镍 含 量 的 增 加 ， 黄 瓜 生 物 量 呈 增 长 趋 势 ； 青 椒 和 豇 豆 生 物 量 先 增 加 后 减 少 。 当 土 壤 中 镍 浓 度 为650mgkg -1 时 达到 青椒 和豇 豆的 生长 抑制 浓度 ， 开始 抑制 青椒 、 豇 豆 生 长 ， 实 验 浓 度 范 围 没 达 到 黄 瓜 生 长 抑 制 浓 度 。 通 过 对 玉 米 、 紫 花 苜 蓿 、 小 白 菜 、 莴 笋 等 作 物 实 验 发 现 低 浓 度 镍 促 进 植 株 生 长 ， 高 浓 度 镍 抑 制 生 长 ， 生 物 量 表 现 出 先 增 后 减 的 趋 势 ， 由 于 作 物 类 型 不 同 抑 制 浓 度 也 不 同 17-20 。 原 因 分 析 可 能 为 低 含 量 的 镍 对 蔬 菜 生 长 有 积 极 的 “ 刺 激 作 用 ” ， 改 善 氮 素 利 用 ， 促 进 植 物 体 内 一 些 酶 的 活 性 ， 促 进 植 物 生 长 21 。 当 超 过 某 一 阈 值 时 ， 通 过 抑 制 作 物 的 细 胞 分 裂 和 伸 长 ， 刺 激 和 抑 制 一 些 酶 的 活 性 影 响 组 织 蛋 白 质 合 成 、 降 低 光 合 作 用 和 呼 吸 作 用 、 伤 害 细 胞 膜 系 统 ， 出 现 生 长 迟 缓 、 植 株 矮 小 、 产 量 下 降 甚 至 死 亡 等 症 状 22 。 2.2 3 种 蔬 菜 体 内 镍 分 布 规 律 及 转 运 特 征 对3 种 蔬 菜 根 、 茎 叶 、 可 食 部 分 镍 含 量 分 析 发 现 茎 叶 和 根 中 镍 含 量 远 远 高 于 可 食 部 分 镍 含 量 （ 图2 ） 。 由 于3 种 蔬 菜 属 于 不 同 的 品 种 ， 相 同 部 位 镍 含 量 存 在 差 异 。 黄 瓜 茎 叶 中 镍 含 量 最 高 ， 豇 豆 根 部 和 可 食 部 分 镍 含 量 最 高 。 在 相 同 的 镍 污 染 浓 度 下 黄 瓜 、 豇 豆 对 镍 的 累 积 量 高 于 青 椒 ， 镍 容 易 在 黄 瓜 茎 叶 、 豇 豆 根 部 和 1621 农 业 环 境 科 学 学 报 第37 卷 第8 期 可 食 部 分 累 积 。 作 物 对 重 金 属 的 吸 收 与 积 累 存 在 物 种 、 品 种 和 同 一 作 物 不 同 器 官 的 差 异 23-26 。 重 金 属 对 作 物 的 毒 害 是 因 为 它 被 植 物 吸 收 并 向 植 株 地 上 部 运 输 27 。 在 初 步 了 解3 种 蔬 菜 各 不 同 部 位 镍 含 量 的 基 础 上 ， 采 用 转 运 系 数 来 更 准 确 地 反 映 镍 向 蔬 菜 不 同 部 位 的 迁 移 规 律 。 转 运 系 数 （TF ） 用 于 表 征 重 金 属 通 过 根 部 向 地 上 不 同 器 官 转 运 的 能 力 28 ， 转 运 系 数 越 大 表 明 重 金 属 从 根 系 向 地 上 器 官 转 运 能 力 越 强 ， 重 金 属 转 运 系 数 越 小 ， 说 明 重 金 属 越 易 于 在 根 部 累 积 。 根- 茎 叶 转 运 系 数 为 茎 叶 和 根 系 中 重 金 属 含 量 比 值 ， 根- 可 食 部 分 转 运 系 为 可 食 部 分 与 根 系 中 重 金 属 含 量 比 值 。 对3 种 蔬 菜 根- 可 食 部 分 转 运 系 数 和 根- 茎 叶 转 运 系 数 的 研 究 发 现 （ 图3 ） ， 青 椒 根- 可 食 部 分 、 根- 茎 叶 的 转 运 系 数 分 别 为0.050.12 、0.30.7 ； 黄 瓜 根- 可 食 部 分 、 根- 茎 叶 的 转 运 系 数 分 别 为0.02 0.1 、0.83 ； 豇 豆 根- 可 食 部 分 、 根- 茎 叶 的 转 运 系 数 分 别 为0.080.5 、0.270.45 。 在 所 研 究 的 镍 浓 度 范 围 内 ， 青 椒 根- 可 食 部 分 转 运 系 数 减 少 ， 根- 茎 叶 转 运 系 数 先 增 加 后 减 少 ， 当 土 壤 中 镍 浓 度 为500mgkg -1 时 根- 茎 叶 转 运 系 数 达 到 最 大 ； 黄 瓜 根- 可 食 部 分 转 运 系 数 减 小 ， 根- 茎 叶 转 运 系 数 增 加 ； 豇 豆 根- 可 食 部 分 、 根- 茎 叶 转 运 系 数 降 低 。 镍 在3 种 蔬 菜 中 由 根 向 茎 叶 转 运 比 根 向 可 食 部 分 转 运 容 易 ， 豇 豆 根- 可 食 部 分 转 运 系 数 高 于 青 椒 和 黄 瓜 ； 黄 瓜 根- 茎 叶 转 运 系 数 高 于 青 椒 和 豇 豆 。 由 于 不 同 作 物 生 长 特 性 及 遗 传 特 性 的 不 同 所 以 对 土 壤 重 金 属 的 吸 收 、 富 集 表 现 出 显 著 的 差 异 性 29 。 通 过 转 运 系 数 进 一 步 说 明 了 重 金 属 向 作 物 不 同 部 位 转 运 的 能 力 存 在 品 种 差 异 。 2.3 3 种 蔬 菜 可 食 部 分 镍 富 集 规 律 与 食 用 安 全 分 析 作 物 对 重 金 属 的 吸 收 能 力 通 过 富 集 系 数 （Biocon centrationcoefficient ，BCF ） 量 化 表 现 30-31 。 富 集 系 数 （BAFs ） 通 常 能 直 观 的 表 示 植 物 对 重 金 属 的 吸 收 累 积 能 力 ， 富 集 系 数= 植 株 重 金 属 含 量 （mgkg -1 ）/ 土 壤 重 金 属 含 量 （mgkg -1 ） ， 一 般 来 说 作 物 对 重 金 属 的 富 集 系 数 越 小 ， 则 表 明 其 吸 收 重 金 属 的 能 力 越 差 ， 抗 土 壤 重 金 属 污 染 的 能 力 则 较 强 32-33 。3 种 蔬 菜 可 食 部 分 富 集 系 数 表 现 出 明 显 的 差 异 （ 图4 ） 。 豇 豆 可 食 部 分 的 富 集 系 数 接 近 青 椒 、 黄 瓜 的2 倍 。 豇 豆 可 食 部 分 富 集 系 数 呈 下 降 趋 势 最 高 为0.017 ； 青 椒 和 黄 瓜 可 食 部 分 富 集 系 数 在0.0030.007 范 围 内 ， 青 椒 和 黄 瓜 可 食 部 分 富 集 系 数 表 现 为 先 增 加 后 减 少 的 趋 势 ， 当 土 壤 中 镍 浓 度 为650mgkg -1 时 达 到 最 大 ： 青 椒 为0.0069 ， 黄 瓜 为 0.0056 。 北 京 市 蔬 菜 和 菜 地 土 壤 镍 含 量 状 况 大 规 模 调 查 发 现 云 架 豆 镍 富 集 系 数 较 高 ， 黄 瓜 、 辣 椒 次 之 34 。 蔡 莎 莎 通 过 对 不 同 种 类 的 蔬 菜 对 镍 的 富 集 能 力 研 究 发 现 蔬 菜 对 镍 的 富 集 系 数 为0.00340.0177 35 。 黄 瓜 、 豇 豆 、 青 椒 可 食 部 分 镍 含 量 与 土 壤 中 镍 投 加 量 呈 显 著 正 相 关 关 系 ， 回 归 方 程 分 别 为 y=0.005 x-0.5 、 y= 图2 3 种 蔬 菜 体 内 各 部 位 镍 含 量 Figure2 ConcentrationsofNiinthetissuesofthreevegetables 图3 镍 在3 种 蔬 菜 体 内 各 部 位 转 运 系 数 Figure3 TransportcoefficientsofNiindifferentpartsof threevegetables 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0 土 壤 中 镍 含 量/mgkg -1 转 运 系 数 CK 200 350 500 650 800 可 食 部 分 转 运 系 数 茎 叶 转 运 系 数 a 黄 瓜 b 豇 豆 c 青 椒 300 250 200 150 100 50 0 土 壤 中 镍 含 量/mgkg -1 镍 含 量/mgkg -1 CK 200 350 500 650 800 可 食 部 分 茎 叶 根 a 黄 瓜 b 豇 豆 c 青 椒 abc abc abc abc abc abc abc abc abc abc abc abc 2.0 1.6 1.2 0.8 0.4 0 土 壤 中 镍 含 量/mgkg -1 可 食 部 分 富 集 系 数/% CK 200 350 500 650 800 黄 瓜 豇 豆 青 椒 图4 3 种 蔬 菜 可 食 部 分 镍 富 集 系 数 Figure4 BioconcentrationfactorofNiinediblepartsof threevegetables 1622 白 玉 杰 ， 等 ： 三 种 蔬 菜 对 镍 累 积 转 运 规 律 及 食 用 安 全 研 究 2018 年8 月 0.013 x+0.689 、 y=0.008 x-1.003 ， r 2 为0.973 、0.984 、 0.992 ， P<0.05 。 在 镍 作 用 下 ， 生 物 量 较 小 的 豇 豆 可 食 部 分 表 现 出 镍 的 高 累 积 ， 且 对 镍 的 累 积 随 土 壤 中 镍 含 量 增 加 而 增 加 。 青 椒 、 黄 瓜 同 为 茄 果 类 蔬 菜 ， 体 内 镍 累 积 量 与 累 积 趋 势 相 似 ， 累 积 量 均 低 于 豇 豆 ， 累 积 趋 势 较 缓 。 作 物 吸 收 重 金 属 ， 主 要 取 决 于 作 物 本 身 的 遗 传 因 素 36-38 。 目 前 我 国 有 关 蔬 菜 、 水 果 及 粮 食 的 卫 生 标 准 中 尚 未 对 镍 含 量 做 出 限 定 ， 只 有 油 脂 及 其 制 品 中 镍 的 限 量 标 准 （GB2762 2017 ，1mgkg -1 ） 。 根 据 美 国 国 家 环 境 保 护 署 （USEPA ） 推 荐 镍 的 人 体 最 大 允 许 摄 入 量 （RfD ）0.02mgkg -1 d -1 可 推 算 出 新 鲜 蔬 菜 可 食 部 分 镍 限 量 值 （ 成 年 人3.58mgkg -1 ， 儿 童2.83mgkg -1 ） 。 当 土 壤 中 镍 含 量 为200mgkg -1 （ 土 壤 环 境 质 量 三 级 标 准 ） 时 ， 豇 豆 中 镍 含 量 已 达 到 成 人 食 用 新 鲜 蔬 菜 镍 的 限 值 ， 随 着 土 壤 中 镍 含 量 的 增 加 ，3 种 蔬 菜 可 食 部 分 镍 含 量 均 增 加 ， 当 土 壤 中 镍 含 量 达650mgkg -1 时3 种 蔬 菜 中 镍 含 量 都 超 过 成 人 食 用 新 鲜 蔬 菜 镍 含 量 限 值 （ 图5 ） 。 在 所 研 究 土 壤 镍 浓 度 范 围 内 ，3 种 蔬 菜 的 生 长 没 有 受 到 明 显 抑 制 且 都 没 有 表 现 出 毒 性 效 应 。 加 拿 大 的 科 尔 伯 恩 港 （PortColborne ） 附 近 的 某 镍 冶 炼 厂 周 边 田 间 试 验 表 明 ： 当 土 壤 中 镍 含 量 远 高 于1000mg kg -1 时 仍 未 观 察 到 燕 麦 受 其 毒 害 的 影 响 39 。 镍 污 染 土 壤 种 植 的 蔬 菜 虽 然 表 现 良 好 的 生 长 趋 势 ， 但 其 体 内 镍 含 量 可 能 已 经 超 过 食 品 安 全 限 值 。 镍 污 染 土 壤 农 用 种 植 作 物 要 做 好 品 种 选 择 ， 避 免 种 植 豇 豆 等 高 富 集 镍 的 作 物 ， 选 择 种 植 食 用 部 位 镍 累 积 少 的 作 物 能 有 效 降 低 农 产 品 污 染 风 险 保 证 食 品 卫 生 安 全 。 同 时 对 于 中 度 镍 污 染 土 壤 ， 可 以 种 植 高 富 集 镍 植 物 把 污 染 土 壤 中 的 镍 含 量 降 到 允 许 范 围 然 后 进 行 农 用 。 重 金 属 超 量 积 累 植 物 具 有 很 高 的 吸 收 和 积 累 重 金 属 的 能 力 ， 至 今 已 发 现400 多 种 植 物 能 够 超 量 积 累 各 种 重 金 属 ， 其 中 就 以 超 量 积 累 镍 的 植 物 最 多 40 。 3 结 论 （1 ） 低 浓 度 镍 污 染 土 壤 对 蔬 菜 生 长 、 产 量 影 响 不 明 显 ， 甚 至 有 促 进 作 用 。 由 于3 种 蔬 菜 类 型 不 同 ， 镍 对3 种 蔬 菜 生 长 的 抑 制 浓 度 也 不 同 ， 黄 瓜 生 长 抑 制 浓 度 高 于 青 椒 和 豇 豆 。 （2 ） 在 整 个 蔬 菜 植 株 中 ， 根 、 茎 叶 的 镍 含 量 约 占 总 量 的95% ， 可 食 部 分 的 镍 含 量 占5% 。 黄 瓜 中 镍 主 要 累 积 在 茎 叶 ， 青 椒 、 豇 豆 中 镍 主 要 累 积 在 根 部 。 土 壤 中 镍 浓 度 的 增 加 提 升 了 根 向 茎 叶 运 输 镍 的 能 力 ， 根 向 可 食 部 分 的 运 输 能 力 降 低 。 （3 ） 随 着 土 壤 中 镍 含 量 增 加 ，3 种 蔬 菜 可 食 部 分 镍 含 量 表 现 为 增 加 趋 势 与 土 壤 中 镍 含 量 呈 显 著 正 相 关 关 系 。3 种 蔬 菜 可 食 部 分 对 镍 的 富 集 能 力 不 同 ， 生 物 量 较 小 的 豇 豆 表 现 出 镍 的 高 累 积 。 （4 ） 镍 富 集 系 数 低 的 蔬 菜 品 种 种 植 在 镍 含 量 相 对 较 高 的 土 壤 中 其 可 食 部 分 吸 收 的 镍 也 不 容 易 超 标 。 因 此 ， 在 种 植 蔬 菜 时 ， 应 根 据 土 壤 镍 含 量 状 况 和 蔬 菜 镍 的 富 集 能 力 进 行 蔬 菜 品 种 的 选 择 ， 尤 其 值 得 注 意 的 是 豆 类 蔬 菜 抗 镍 污 染 能 力 较 弱 。 参 考 文 献 ： 1 环 境 保 护 部 ， 国 土 资 源 部. 全 国 土 壤 污 染 状 况 调 查 公 报R/OL. 2014-04-17.http ： /www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/qt/201404/t20140417_ 270670.htm. TheEnvironmentalProtectionDepartment,theMinistryofLandand ResourcesIssued.NationalsoilpollutionsurveyBulletinR/OL.2014- 04-17.http ： /www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/qt/201404/t20140417_270670. htm. 2WilsonB,PyattFB.Heavymetalbioaccumulationbytheimportant foodplant, O l e a e u r o p a e aL.inanancientmetalliferouspollutedareaof CyprusJ. B u l l e t i n o f E n v i r o n m e n t a l C o n t a m i n a t i o n & T o x i c o l o g y, 2007,78 （5 ） ：390-394. 3NicholsonFA,SmithSR,AllowayBJ,etal.Aninventoryofheavy metalsinputstoagriculturalsoilsinEnglandandWalesJ. S c i e n c e o f t h e T o t a l E n v i r o n m e n t,2003,311 （1/2/3 ） ：205. 4 刘 国 栋. 植 物 营 养 元 素 NiJ. 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ，2001 ，7 （1 ） ： 103-108. LIU Guo-dong. Ni: A nutrition element for higher plant growthJ. P l a n t N a t r i t i o n & F e r t i l i z e r S c i e n c e,2001,7 （1 ） ：103-108. 5AllenHE,YanqingL,ToroDMD.EcotoxicityofNiinsoilJ. M i n e r a l o g i c a l M a g a z i n e,2008,72 （1 ） ：367-371. 6 张 镜 清. 谈 谈 镍 的 毒 性 和 含 镍 废 水 的 治 理J. 电 镀 与 环 保,1987 （4 ） ：39-40. 14 12 10 8 6 4 2 0 土 壤 中 镍 含 量/mgkg -1 可 食 部 分 镍 含 量/mgkg -1 CK 200 350 500 650 800 黄 瓜 豇 豆 青 椒 图5 3 种 蔬 菜 新 鲜 可 食 部 分 镍 含 量 Figure5 Nicontentinfreshediblepartsofthreekinds ofvegetable 1623