蔬菜重金属Cd污染现状及生理阻隔剂研究进展.pdf

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南 京 农 业 大 学 学 报 2020 43 6 988 997 JournalofNanjingAgriculturalUniversity DOI 10 7685 jnau 202002018 收 稿 日 期 2020 02 18 基 金 项 目 国 家 大 宗 蔬 菜 产 业 体 系 项 目 CARS 23 A03 国 家 重 点 研 发 计 划 项 目 2016YFD0800700 3 作 者 简 介 吴 雪 博 士 研 究 生 通 信 作 者 崔 瑾 教 授 研 究 方 向 为 蔬 菜 安 全 生 产 与 品 质 调 控 E mail cuijin 吴 雪 方 波 悦 晓 孟 等 蔬 菜 重 金 属Cd 污 染 现 状 及 生 理 阻 隔 剂 研 究 进 展 J 南 京 农 业 大 学 学 报 2020 43 6 988 997 WUXue FANGBo YUEXiaomeng etal TheresearchprogressofvegetableCdcontaminationandphysiologicalblockingagentsofCd J Journalof NanjingAgriculturalUniversity 2020 43 6 988 997 蔬 菜 重 金 属Cd 污 染 现 状 及 生 理 阻 隔 剂 研 究 进 展 吴 雪 1 2 方 波 1 悦 晓 孟 1 邹 建 文 3 陈 亚 华 1 苏 娜 娜 1 崔 瑾 1 1 南 京 农 业 大 学 生 命 科 学 学 院 江 苏 南 京210095 2 江 苏 省 农 业 科 学 院 农 业 设 施 与 装 备 研 究 所 农 业 农 村 部 长 江 中 下 游 设 施 农 业 工 程 重 点 实 验 室 江 苏 南 京210014 3 南 京 农 业 大 学 资 源 与 环 境 科 学 学 院 江 苏 南 京210095 摘 要 蔬 菜 作 为 人 类 日 常 生 活 中 不 可 或 缺 的 食 物 为 人 们 提 供 丰 富 的 矿 物 质 维 生 素 蛋 白 质 粗 纤 维 等 营 养 物 质 随 着 城 市 化 和 工 业 化 的 不 断 发 展 蔬 菜 中 重 金 属 超 标 事 件 时 常 发 生 土 壤 作 为 蔬 菜 生 长 的 重 要 环 境 介 质 其 重 金 属 污 染 问 题 日 益 严 峻 其 中 土 壤 中 镉 的 超 标 达7 0 位 居 所 有 污 染 物 的 首 位 蔬 菜 通 过 根 部 吸 收 土 壤 中 的Cd 并 通 过 食 物 链 被 人 类 食 用 危 害 人 体 健 康 本 文 从 蔬 菜 中Cd 的 来 源 Cd 安 全 阈 值 以 及Cd 污 染 实 例3 个 方 面 总 结 我 国 蔬 菜 重 金 属Cd 污 染 的 现 状 通 过 蔬 菜 中Cd 的 富 集 规 律 和Cd 对 蔬 菜 生 长 发 育 的 影 响 概 述 目 前 蔬 菜 重 金 属Cd 的 理 论 研 究 进 展 归 纳 常 见 的Cd 污 染 蔬 菜 栽 培 地 土 壤 的 修 复 措 施 并 介 绍 新 型 的 降 低 蔬 菜 重 金 属Cd 积 累 的 方 法 蔬 菜Cd 生 理 阻 隔 剂 为 更 好 研 究Cd 在 蔬 菜 中 的 作 用 机 制 以 及 解 决 蔬 菜 作 物 可 食 部 分Cd 超 标 的 安 全 问 题 等 提 供 依 据 关 键 词 蔬 菜 镉 富 集 规 律 生 长 发 育 阻 隔 剂 中 图 分 类 号 X56 文 献 标 志 码 A 文 章 编 号 1000 2030 2020 06 0988 10 TheresearchprogressofvegetableCdcontamination andphysiologicalblockingagentsofCd WUXue 1 2 FANGBo 1 YUEXiaomeng 1 ZOUJianwen 3 CHENYahua 1 SUNana 1 CUIJin 1 1 CollegeofLifeSciences NanjingAgriculturalUniversity Nanjing210095 China 2 TheKeyLaboratoryofAgriculturalEngineeringintheMiddleandLowerReachesofYangtzeRiver MinistryofAgricultureandRuralAffairs InstituteofAgriculturalFacilitiesandEquipment JiangsuAcademyofAgriculturalSciences Nanjing210014 China 3 CollegeofResourcesandEnvironmentalSciences NanjingAgriculturalUniversity Nanjing210095 China Abstract Vegetables asindispensablefoodinhumandailylife providepeoplewithabundantminerals vitamins proteins crude fibersandothernutrients Withthecontinuousdevelopmentofurbanizationandindustrialization theCdpollutionofvegetablesis increasinglyserious Cdinsoilexceededthestandardby7 0 rankingfirstamongallpollutants VegetablesabsorbedCdfromsoil throughtheirrootsandwereconsumedbyhumansthroughthefoodchain endangeringhumanhealth Thisstudysummarizedthe currentsituationofCdpollutioninvegetablesofChinabydescribingthesourcesofCd CdsafetythresholdandCd contaminated examplesinvegetables ThroughexpoundingtheruleofCdenrichmentinvegetablesandCdeffectonthegrowthanddevelopmentof vegetables thisstudyshowedthecurrenttheoreticalresearchprogressofCdinvegetables Meanwhile thecommonrepairmeasures inCd pollutedsoilweresummarizedaswell AndthispaperintroducedanewtypeofrepairmeasuresinvegetablesCdpollution Cd physicalblockingagent ItwillhelpusbetterstudythemolecularmechanismofCdinvegetablesaswellasprovidethetheoretical basistofigureoutthesecurityissuesofexcessiveCdinediblepartsofvegetablecrops Keywords vegetable cadmium enrichmentlaw growthanddevelopment blockingagent 采 矿 冶 炼 铅 蓄 电 池 等 行 业 的 工 业 化 进 程 不 断 加 快 以 及 生 活 污 水 用 于 灌 溉 农 田 导 致 土 壤 受 到 严 重 的 重 金 属 污 染 据2014 年4 月17 日 中 华 人 民 共 和 国 生 态 环 境 部 和 自 然 资 源 部 联 合 发 布 的 全 国 土 壤 污 染 状 况 调 查 公 报 显 示 镉 cadmium Cd 超 标 达7 0 位 居 所 有 污 染 物 的 首 位 1 土 壤Cd 污 染 导 致 农 作 物 Cd 超 标 其 中 蔬 菜 受 重 金 属Cd 污 染 的 情 况 日 益 严 重 蔬 菜 主 要 包 含 矿 物 质 维 生 素 蛋 白 质 粗 纤 维 等 营 养 物 质 是 人 类 不 可 或 缺 的 食 物 并 具 有 巨 大 的 经 济 效 益 城 市 郊 区 是 工 业 三 废 和 城 市 垃 圾 处 理 的 集 第6 期 吴 雪 等 蔬 菜 重 金 属Cd 污 染 现 状 及 生 理 阻 隔 剂 研 究 进 展 中 地 点 也 是 大 多 数 蔬 菜 生 产 基 地 的 选 址 因 此 蔬 菜 中Cd 含 量 极 易 超 标 Cd 含 量 超 标 一 方 面 导 致 蔬 菜 生 长 发 育 受 抑 制 产 量 和 品 质 下 降 另 一 方 面Cd 污 染 的 蔬 菜 通 过 食 物 链 进 入 人 体 经 过 一 段 时 间 的 积 累 会 对 人 体 造 成 慢 性 损 伤 本 文 通 过 蔬 菜 重 金 属Cd 污 染 来 源 蔬 菜Cd 安 全 阈 值 蔬 菜Cd 富 集 规 律 Cd 对 蔬 菜 生 长 发 育 的 影 响 以 及 常 见 的 蔬 菜 种 植 地Cd 修 复 措 施 等 方 面 综 述 我 国 蔬 菜 重 金 属Cd 的 污 染 现 状 阐 述 新 型 的 蔬 菜 种 植 地Cd 污 染 修 复 措 施 蔬 菜Cd 生 理 阻 隔 剂 旨 在 为 进 一 步 探 究 蔬 菜Cd 胁 迫 的 分 子 机 制 以 及 解 决 蔬 菜Cd 污 染 问 题 提 供 理 论 依 据 1 蔬 菜 重 金 属Cd 污 染 的 现 状 1 1 蔬 菜 中 重 金 属Cd 的 来 源 土 壤 中 的Cd 主 要 来 源 于 矿 业 的 无 序 开 采 污 水 灌 溉 以 及 塑 料 薄 膜 的 老 化 分 解 由 于 粗 放 的 采 矿 模 式 矿 山 周 边 农 田 的 土 壤 会 受 到Cd 污 染 因 此 这 些 地 方 的 农 作 物 中Cd 含 量 很 容 易 超 过 国 家 食 品 安 全 标 准 同 时 由 于 我 国 水 资 源 相 对 匮 乏 城 市 污 水 已 经 成 为 农 田 灌 溉 的 重 要 水 源 之 一 甚 至 部 分 污 水 未 经 专 业 处 理 就 直 接 用 于 农 田 灌 溉 导 致 污 水 中 的Cd 在 土 壤 中 的 积 累 越 来 越 多 有 研 究 表 明 龙 口 市 污 水 灌 溉 区 农 田 土 壤 中 有 明 显 的Cd 富 集 情 况 均 值 是 当 地 背 景 值 的3 06 倍 属 于 重 度 污 染 2 此 外 有 机 肥 的 大 量 施 用 也 导 致 土 壤 中Cd 积 累 黄 绍 文 等 3 对 全 国20 个 省 市126 份 商 品 有 机 肥 样 品 的 重 金 属 含 量 进 行 测 定 结 果 表 明 各 种 有 机 肥 中Cd 的 超 标 率 最 高 达 到20 随 着 设 施 农 业 的 兴 起 塑 料 薄 膜 的 使 用 越 来 越 多 而 塑 料 薄 膜 在 加 工 过 程 中 采 用 的 热 稳 定 剂 均 是Cd 或Pb 的 化 合 物 随 着 使 用 时 间 的 推 移 塑 料 薄 膜 的 老 化 分 解 速 度 加 快 导 致 土 壤 中 富 集 更 多 的Cd 并 最 终 转 移 到 蔬 菜 中 4 近 年 来 我 国 多 数 城 市 已 系 统 调 查 蔬 菜 种 植 地 土 壤 及 蔬 菜 中 的Cd 污 染 情 况 结 果 表 明 我 国 多 数 城 市 蔬 菜 种 植 地 都 已 受 到 一 定 程 度 的Cd 污 染 5 对 南 昌 市 县 区3 个 主 要 蔬 菜 基 地 的 土 壤 重 金 属 含 量 进 行 分 析 表 明 蔬 菜 基 地 土 壤 中Cd 平 均 含 量 均 高 于 江 西 省 土 壤 背 景 值 存 在 明 显 的Cd 累 积 现 象 5 对 北 京 市 房 山 区 市 场 上 茄 果 类 蔬 菜 调 查 发 现 有93 56 茄 果 类 蔬 菜 样 本 检 测 出Cd 其 中207 个 样 品 中 有2 个 样 品 的Cd 含 量 超 过 国 家 标 准 超 标 率 为0 97 6 对 上 海 市 郊8 个 露 天 栽 培 菜 地 的 小 白 菜 进 行 重 金 属 含 量 分 析 结 果 发 现Cd 平 均 含 量 为0 60mg kg 1 所 有 采 集 点 小 白 菜 的 可 食 部Cd 含 量 都 超 过 国 家 食 品 安 全 限 值 7 对 山 东 省 不 同 城 市 的61 个 设 施 蔬 菜 基 地 土 壤 进 行 取 样 调 查 发 现 受Cd 污 染 的 比 例 是38 81 13 1 的 样 品 中Cd 含 量 高 于 中 国 农 业 行 业 标 准 蔬 菜 存 在Cd 污 染 的 风 险 8 蔬 菜 可 以 通 过 叶 片 从 空 气 中 吸 收Cd 因 此 大 气 沉 降 也 是 造 成 蔬 菜Cd 超 标 的 原 因 有 研 究 表 明 大 气 沉 降 对 天 津 城 郊 蔬 菜 基 地 种 植 的 蔬 菜 中Cd 的 贡 献 率 达 到33 7 9 1 2 蔬 菜 和 蔬 菜 种 植 地 中Cd 污 染 安 全 阈 值 蔬 菜 和 蔬 菜 种 植 地Cd 污 染 阈 值 是 保 障 蔬 菜 产 品 安 全 的 参 考 标 准 即 蔬 菜 及 蔬 菜 种 植 地 中Cd 卫 生 标 准 限 值 为 保 护 蔬 菜 种 植 环 境 和 控 制 蔬 菜 中Cd 的 含 量 提 供 依 据 国 家 食 品 卫 生 标 准 食 品 中 污 染 物 限 量 GB2672 2017 中 规 定 叶 菜 类 蔬 菜Cd 食 品 卫 生 标 准 限 值 为0 2mg kg 1 根 茎 类 蔬 菜Cd 食 品 卫 生 标 准 限 值 为0 1mg kg 1 茄 果 类 蔬 菜Cd 食 品 卫 生 标 准 限 值 为0 05mg kg 1 10 蔬 菜 种 植 地 土 壤 中 的Cd 安 全 阈 值 保 障 种 植 蔬 菜 产 品 的 质 量 与 安 全 是 防 范 土 壤 引 起 蔬 菜Cd 污 染 的 浓 度 限 值 同 类 型 蔬 菜 在 不 同pH 值 的 土 壤 环 境 中 会 出 现 不 同 的Cd 安 全 阈 值 阈 值 越 大 则 表 明 该 蔬 菜 对 于 种 植 土 壤 环 境 中Cd 含 量 的 要 求 不 高 反 之 阈 值 越 小 则 要 求 越 高 表1 2006 年 国 家 菜 地 土 壤 质 量 标 准 HJ333 2006 就 指 出pH7 5 的 栽 培 地 蔬 菜Cd 安 全 阈 值 为0 4mg kg 1 表1 不 同 蔬 菜 产 地 土 壤 中 重 金 属Cd 安 全 阈 值 Table1 ThesafetythresholdofCdindifferentvegetablesoil 蔬 菜 类 型 Vegetablestypes 不 同pH 值 土 壤 中Cd 阈 值 mg kg 1 CdthresholdinsoilofdifferentpH pH7 5 参 考 文 献 References 叶 菜 类Leafyvegetables 1 10 0 74 5 08 10 根 茎 类Rhizomes 0 33 0 95 2 14 10 茄 果 类Solanaceousvegetable 0 35 1 47 10 9 8 9南 京 农 业 大 学 学 报 第43 卷 2 Cd 对 蔬 菜 生 长 发 育 的 影 响 及 不 同 种 类 蔬 菜Cd 的 富 集 规 律 2 1 Cd 对 蔬 菜 生 长 发 育 的 影 响 当 环 境 中 的Cd 含 量 超 过 蔬 菜 的 最 大 忍 耐 剂 量 时 蔬 菜 生 长 将 会 受 到 明 显 的 抑 制 例 如 10 mol L 1 Cd 能 够 显 著 抑 制 辣 椒 的 叶 面 积 株 高 及 各 部 分 鲜 质 量 11 60mg kg 1 Cd 能 够 显 著 降 低 马 铃 薯 各 部 分 组 织 的 干 鲜 质 量 12 Cd 抑 制 蔬 菜 生 长 最 主 要 的 原 因 是Cd 能 够 破 坏 蔬 菜 的 叶 绿 素 结 构 降 低 光 合 色 素 含 量 并 抑 制 光 合 作 用 相 关 酶 的 活 性 使 蔬 菜 的 光 合 速 率 显 著 降 低 Cd 胁 迫 降 低 了 番 茄 叶 片 中 叶 绿 素 和 类 胡 萝 卜 素 的 含 量 13 与 其 他 植 物 相 同 Cd 会 破 坏 蔬 菜 对 矿 物 营 养 吸 收 的 平 衡 Cd 对Ca K Mg Fe Zn 等 矿 物 元 素 的 吸 收 等 起 到 拮 抗 作 用 使 蔬 菜 出 现 矮 小 枯 黄 等 缺 素 胁 迫 严 重 时 还 会 造 成 蔬 菜 死 亡 最 终 导 致 蔬 菜 减 产 14 Cd 对 蔬 菜 不 同 部 位 矿 质 元 素 含 量 的 影 响 也 不 同 Cd 胁 迫 导 致 白 菜 根 茎 和 叶 中 的Mn Zn Cu Fe 和Ca 含 量 都 显 著 降 低 15 同 时 Cd 对 不 同 蔬 菜 品 种 以 及 栽 培 方 式 的 蔬 菜 矿 质 元 素 的 影 响 也 不 同 Cd 对 于 马 铃 薯 番 茄 以 及 生 菜 中 矿 质 元 素 吸 收 的 抑 制 程 度 不 同 16 ROS reactiveoxygenspecies 在 细 胞 信 号 传 导 和 平 衡 中 具 有 重 要 作 用 主 要 包 括 过 氧 化 氢 H 2 O 2 超 氧 阴 离 子 O 2 单 线 态 氧 1O 2 羟 基 HO 和 脱 氢 过 氧 化 物 ROOH 17 Cd 胁 迫 导 致 蔬 菜ROS 大 量 积 累 破 坏 蔬 菜ROS 产 生 与 清 除 的 平 衡 进 而 对 蔬 菜 正 常 的 生 理 活 动 产 生 不 良 影 响 18 丙 二 醛 MDA 是 脂 质 过 氧 化 的 主 要 产 物 之 一 它 是 衡 量 植 物 氧 化 胁 迫 的 另 一 个 指 标 Cd 胁 迫 能 够 显 著 提 高 蔬 菜 番 茄 生 菜 和 土 豆 中 的MDA 的 含 量 19 Cd 胁 迫 主 要 通 过 影 响 光 合 作 用 破 坏 矿 质 元 素 和 氧 化 还 原 系 统 的 平 衡 对 蔬 菜 的 生 长 发 育 产 生 胁 迫 为 了 抵 抗 重 金 属Cd 的 胁 迫 同 其 他 植 物 一 样 蔬 菜 进 化 出 了 一 套 完 整 的 酶 类 与 非 酶 类 的 抗 氧 化 免 疫 系 统 以 及Cd 的 区 室 化 生 理 过 程 从 而 降 低Cd 对 蔬 菜 产 生 的 毒 害 Cd 提 高 了 辣 椒 叶 片 中 过 氧 化 氢 酶 catalase CAT 超 氧 化 物 歧 化 酶 superoxide dismutase SOD 以 及 谷 胱 甘 肽 过 氧 化 物 酶 guaiacol peroxidase GPX 的 活 性 20 而 这 些 抗 氧 化 物 酶 可 以 清 除Cd 在 蔬 菜 细 胞 中 产 生 的ROS 在 植 物 体 细 胞 内 Cd 与 植 物 螯 合 肽 PCs 谷 胱 甘 肽 GSH 和 金 属 硫 蛋 白 MT 等 含 硫 的 配 体 结 合 随 后 以Cd PC 复 合 物 的 形 式 隔 离 在 液 泡 中 最 终 降 低Cd 向 植 物 体 其 他 组 织 转 运 21 辣 椒 中 的Cd 被 固 定 于 茎 和 叶 的 细 胞 壁 中 使 其 无 法 向 其 他 部 分 转 运 11 Cd 能 够 诱 导 白 菜 根 茎 和 叶 中PCs 的 合 成 从 而 促 进 游 离 态 的Cd 与 PCs 螯 合 并 隔 离 于 液 泡 中 从 而 起 到Cd 解 毒 作 用 15 蔬 菜 种 类 繁 多 主 要 分 为 叶 菜 类 花 菜 类 根 茎 类 茄 果 类 和 豆 荚 类5 种 类 型 不 同 种 类 蔬 菜 对Cd 富 集 有 明 显 差 异 即 使 是 同 种 蔬 菜 的 不 同 品 种 之 间 对Cd 的 富 集 能 力 也 不 同 针 对 这 些 差 异 可 以 选 育 出 低 Cd 积 累 蔬 菜 品 种 从 而 获 取Cd 安 全 的 蔬 菜 产 品 2 2 不 同 类 型 蔬 菜Cd 富 集 能 力 比 较 对28 种 蔬 菜Cd 的 积 累 特 点 进 行 分 析 发 现 不 同 类 型 蔬 菜Cd 的 积 累 量 从 大 到 小 依 次 为 叶 菜 类 茄 果 类 根 菜 类 瓜 菜 类 豆 类 22 对 云 南 省 丽 水 市 蔬 菜 基 地7 种 蔬 菜 的 研 究 结 果 表 明 蔬 菜 对Cd 的 积 累 规 律 从 大 到 小 依 次 为 叶 菜 类 花 菜 类 根 茎 类 茄 果 类 23 对 南 京 市 郊 区 蔬 菜 基 地64 个 蔬 菜 样 品 的 检 验 结 果 也 发 现 了 相 似 的 结 果 蔬 菜 对Cd 富 集 能 力 规 律 从 大 到 小 依 次 为 叶 菜 类 根 茎 类 茄 果 类 24 对 广 西 壮 族 自 治 区 部 分 蔬 菜 的 研 究 结 果 发 现 在 相 同 种 植 条 件 下 叶 菜 类 蔬 菜 中Cd 含 量 明 显 高 于 茄 果 类 蔬 菜 25 万 家 悦 等 26 对4 类 蔬 菜 84 个 品 种 Cd 富 集 能 力 的 结 果 表 明 Cd 在4 类 蔬 菜 中 的 富 集 能 力 从 大 到 小 依 次 为 叶 菜 类 根 茎 类 茄 果 类 豆 荚 类 叶 菜 类 蔬 菜 对Cd 的 积 累 能 力 最 强 因 此 叶 菜 类 蔬 菜 不 适 于 在Cd 污 染 严 重 的 地 区 种 植 即 使 在Cd 低 污 染 区 种 植 也 要 严 格 监 控 叶 菜 类 蔬 菜 可 食 部 分Cd 含 量 2 3 Cd 低 积 累 蔬 菜 品 种 筛 选 同 种 蔬 菜 的 不 同 品 种 对Cd 的 富 集 能 力 也 有 所 不 同 对 不 同 品 种 蔬 菜Cd 富 集 能 力 进 行 研 究 可 以 筛 选 出Cd 低 积 累 蔬 菜 品 种 即Cd 安 全 基 因 型 Cd safegenotypes CSGs 品 种 表2 列 出 不 同 种 类 蔬 菜 中Cd 低 积 累 品 种 本 课 题 组 对 市 面 上 常 见 的9 个 小 白 菜 品 种 的Cd 富 集 能 力 进 行 比 较 并 筛 选 出 低Cd 富 集 小 白 菜 品 种 五 月 慢 28 0 9 9 第6 期 吴 雪 等 蔬 菜 重 金 属Cd 污 染 现 状 及 生 理 阻 隔 剂 研 究 进 展 表2 不 同 品 种 蔬 菜 中Cd 低 积 累 品 种 筛 选 Table2 ScreeningoflowCdaccumulationvarietiesindifferentvegetablevarieties 蔬 菜 种 类Vegetablestypes 品 种Variety 参 考 文 献References 生 菜LactucasativaL SJGT YLGC N518 KR17 27 大 白 菜BrassicapekinensisL Beijingxin3 Yaguan Cuihuasuancaiwang Jingxuan91 18 Qingbanghetaowen Qiankun91 18 Qiufu 早 熟6 号Zaoshu6 21 28 26 小 白 菜BrassicachinensisL 火 青91 5C Huoqing91 5C 华 稷Huaji 骑 士3 号Qishi3 金 棚3 号Jinpeng3 五 月 慢Wuyueman 26 28 29 油 菜BrassicanapusL 油 冬 儿Youdonger 28 萝 卜RaphanussativusL 四 季 红Sijihong 早 春 红Zaochunhong 26 蚕 豆ViciafabaL 日 本 大 白 蚕JapaneseDabaican 26 番 茄Lycopersiconesculentum 佳 红4 号Jiahong4 浙 杂203Zheza203 26 茄 子SolanummelongenaL 京 茄1 号Jingqie1 26 3 蔬 菜 种 植 地Cd 污 染 的 修 复 措 施 近 年 来 我 国 蔬 菜 种 植 地Cd 污 染 修 复 措 施 主 要 分 为 物 理 修 复 化 学 修 复 农 业 生 态 修 复 和 生 物 修 复 其 中 物 理 修 复 主 要 为 客 土 深 耕 翻 土 热 解 吸 电 动 修 复 玻 璃 化 技 术 等 30 物 理 修 复 虽 然 操 作 简 便 周 期 短 但 是 工 程 量 大 且 成 本 高 常 见 的 化 学 修 复 有 土 壤 化 学 淋 洗 及 土 壤 钝 化 技 术 其 中 土 壤 钝 化 剂 主 要 包 括 黏 土 矿 物 含 磷 物 质 有 机 物 质 等 31 它 们 能 使 重 金 属 向 低 毒 形 态 转 化 并 且 操 作 简 单 是 目 前 用 于Cd 污 染 农 田 较 好 的 方 法 之 一 32 农 业 生 态 修 复 主 要 指 选 择 适 宜 的 蔬 菜 种 植 模 式 生 俊 丹 33 发 现 以 玉 米 生 姜 小 白 菜 表 示 间 作 表 示 轮 作 的 模 式 种 植 使 小 白 菜 中 的Cd 含 量 降 低39 72 生 物 修 复 主 要 包 括 植 物 修 复 和 微 生 物 修 复 其 中 植 物 修 复 是 一 种 新 兴 的 廉 价 的 绿 色 的 修 复 土 壤Cd 的 途 径 主 要 通 过Cd 超 富 集 植 物 吸 收 土 壤 中 的Cd 降 低 其 在 土 壤 中 的 含 量 研 究 发 现 黑 麦 草 和 龙 葵 对 高 浓 度Cd 污 染 土 壤 都 具 有 很 强 的 富 集 作 用 34 虽 然 植 物 修 复 效 果 稳 定 且 成 本 较 低 但 大 多 数Cd 超 富 集 植 物 的 生 长 周 期 较 长 且 生 物 量 较 小 导 致 单 纯 的 植 物 修 复 在 实 际 应 用 中 受 到 一 定 程 度 的 限 制 35 此 外 微 生 物 修 复 也 是 一 种 新 型 高 效 的 土 壤 重 金 属Cd 修 复 技 术 主 要 利 用 微 生 物 的 络 合 胞 外 沉 淀 胞 内 积 累 等 作 用 从 而 降 解 吸 收 转 化 土 壤 中 的Cd 36 微 生 物 分 泌 物 可 与 土 壤 中 的Cd 发 生 络 合 从 而 使 之 转 化 为 无 毒 或 低 毒 形 态 37 植 物 促 生 细 菌Rhizobiumsp T1 17 使 青 梗 菜 辣 椒 以 及 杨 花 萝 卜 中Cd 含 量 分 别 下 降22 1 26 7 和33 4 38 虽 然 现 在 已 经 拥 有 多 种 较 为 成 熟 的 蔬 菜 种 植 地 土 壤 重 金 属Cd 的 修 复 方 式 但 是 考 虑 到 施 用 成 本 大 多 只 适 用 于 修 复Cd 污 染 严 重 的 蔬 菜 栽 培 地 同 时 由 于 我 国 农 田 土 地 资 源 紧 张 演 变 出 很 多 零 散 小 面 积 的 菜 地 丘 陵 地 区 马 路 边 等 因 此 对 于 低Cd 污 染 的 土 壤 且 在 不 影 响 土 地 使 用 的 前 提 下 需 要 找 到 更 有 效 便 捷 的 措 施 将 蔬 菜 可 食 部 分Cd 含 量 控 制 在Cd 安 全 阈 值 以 下 近 年 来 Cd 生 理 阻 隔 剂 的 研 究 越 来 越 多 在 适 当 的 农 作 物 生 长 期 采 取 简 单 的 操 作 方 式 根 施 或 叶 喷 将 无 毒 且 不 会 对 农 田 以 及 农 作 物 产 生 二 次 污 染 的Cd 生 理 阻 隔 剂 施 用 于 生 长 在Cd 污 染 土 壤 上 的 农 作 物 达 到 降 低 农 作 物 对 土 壤 中Cd 的 吸 收 或 者 抑 制Cd 向 农 作 物 可 食 部 分 转 运 的 目 的 Cd 生 理 阻 隔 剂 已 经 被 成 熟 地 应 用 于 降 低 水 稻 或 者 模 式 植 物 拟 南 芥 中 的Cd 含 量 例 如 外 源 根 施20 mol L 1 褪 黑 素 使 水 稻 地 上 部 和 地 下 部Cd 含 量 分 别 降 低48 4 和16 9 39 在 水 稻 的 分 蘖 盛 期 和 孕 穗 期 分 别 喷 施ZnSO 4 水 稻 籽 粒 中 的Cd 含 量 分 别 降 低45 85 和 47 52 40 在 水 稻 幼 苗 期 叶 面 喷 施1mmol L 1 纳 米 硒 水 稻 精 米Cd 含 量 下 降65 59 41 根 施5mmol L 1 CaCl 2 拟 南 芥 地 上 部 和 地 下 部Cd 含 量 分 别 降 低55 6 和66 4 42 大 量 研 究 表 明 外 源 阻 隔 剂 能 够 显 著 降 低 蔬 菜Cd 积 累 根 据 阻 隔 剂 的 性 质 主 要 分 为 矿 物 质 肥 料 mineral fertilization MF 植 物 生 长 调 节 剂 plant growth regulators PGR 和 无 机 改 良 剂 inorganic amendments IA 3 1 矿 物 质 肥 料 矿 物 质 肥 料 的 外 源 施 用 对 缓 解 蔬 菜Cd 胁 迫 及 降 低 蔬 菜 可 食 部 分Cd 含 量 有 积 极 的 效 果 表3 根 施 500mg kg 1 硅 肥 Na 2 SiO 3 9H 2 O 可 以 提 高 土 壤 的pH 值 并 降 低 土 壤 中Cd 的 流 动 性 同 时 提 高 大 蒜 抗 氧 1 9 9南 京 农 业 大 学 学 报 第43 卷 化 物 酶 的 活 性 并 降 低 过 氧 化 氢 的 积 累 显 著 缓 解Cd 对 大 蒜 生 长 发 育 产 生 的 抑 制 更 重 要 的 是 硅 显 著 降 低 大 蒜 地 上 部 鳞 茎 和 根 部 的Cd 含 量 43 根 施 氮 肥 显 著 降 低 马 铃 薯 块 茎 中Cd 的 积 累 并 缓 解Cd 胁 迫 对 马 铃 薯 生 长 产 生 的 抑 制 44 根 施60mg kg 1 磷 肥 Ca H 2 PO 4 2 H 2 O 菠 菜 地 上 部Cd 含 量 降 低 了 25 32 45 外 源 根 施 磷 肥 KH 2 PO 4 通 过 降 低Cd 向 地 上 部 的 转 运 从 而 显 著 降 低 菠 菜 可 食 部 分Cd 含 量 其 主 要 原 因 是P 可 以 与Cd 形 成 复 合 物 并 沉 积 在 根 部 细 胞 壁 中 46 47 叶 面 喷 施 复 配 矿 物 质 肥 料 SiMoSe 1 0g L 1 Na 2 SiO 3 9H 2 O 0 2g L 1 NH 4 6 Mo 7 O 24 4H 2 O 5mg L 1 Na 2 SeO 3 5H 2 O 和MoSe 0 2g L 1 NH 4 6 Mo 7 O 24 4H 2 O 5mg L 1 Na 2 SeO 3 5H 2 O 可 以 提 高Cd 胁 迫 下 小 白 菜 抗 坏 血 酸 叶 绿 素 可 溶 性 蛋 白 和 可 溶 性 糖 的 含 量 显 著 缓 解 小 白 菜Cd 毒 害 并 显 著 降 低 叶 片Cd 积 累 48 同 样 根 施50 mol L 1 Na 2 SeO 3 小 白 菜 中Cd 的 转 运 系 数 降 低 Se 能 够 与Cd 形 成 较 难 移 动 的 复 合 物 并 将 复 合 物 区 隔 于 液 泡 或 沉 积 在 细 胞 壁 中 因 此 显 著 降 低 小 白 菜 可 食 部 分 叶 片Cd 含 量 49 根 施Na 2 SeO 3 还 可 以 促 进Cd 胁 迫 下 西 兰 花 和 辣 椒 的 光 合 作 用 并 提 高 蔬 菜 抗 氧 化 酶 的 活 性 来 缓 解Cd 胁 迫 并 有 效 降 低 西 兰 花 和 辣 椒 地 上 部Cd 积 累 50 51 Na 2 SeO 3 能 够 显 著 降 低 蔬 菜 可 食 部 分Cd 含 量 但 有 研 究 指 出 Na 2 SeO 3 在 低Cd 浓 度 处 理 下 反 而 会 促 进 西 兰 花 对Cd 的 吸 收 50 因 此 Na 2 SeO 3 在 实 际 田 间 生 产 中 降 低 蔬 菜 可 食 部 分Cd 含 量 的 效 果 还 需 要 进 一 步 验 证 并 且 Na 2 SeO 3 本 身 是 一 种 剧 毒 的 化 学 品 因 此 在 施 用 过 程 中 要 注 意 使 用 浓 度 及 操 作 的 规 范 性 尽 量 避 免Na 2 SeO 3 与 蔬 菜 可 食 部 分 的 直 接 接 触 以 免 造 成 蔬 菜 产 品 的 二 次 污 染 表3 外 源 矿 物 质 肥 料 对 蔬 菜Cd 积 累 的 影 响 Table3 TheeffectofexogenousmineralfertilizationonCdaccumulationofvegetables 蔬 菜 种 类 Vegetablestypes 阻 隔 剂 Blockingagents 施 用 方 式 Applications 可 食 部 分Cd 含 量 降 低 率 ReductionrateofCdcontentinedibleparts 参 考 文 献 References 大 蒜 AlliumsativumL Na 2 SiO 3 根 施 Soilapplying 41 67 叶Leaf 33 33 鳞 茎Bulb 43 马 铃 薯 SolanumtuberosumL NPK11 5 18 微 粒 根 施 Soilapplying 31 82 块 茎Tuber 44 菠 菜 SpinaceaoleraceaL Ca H 2 PO 4 2 H 2 O 根 施 Soilapplying 25 32 45 菠 菜 SpinaceaoleraceaL KH 2 PO 4 根 施 Soilapplying 39 00 51 50 46 菠 菜 SpinaceaoleraceaL KH 2 PO 4 根 施 Soilapplying 59 40 47 小 白 菜 BrassicachinensisL SiMoSe MoSe 叶 喷 Foliarspray 叶 喷 Foliarspray 17 90 22 60 48 48 小 白 菜 BrassicachinensisL Na 2 SeO 3 根 施 Soilapplying 50 00 49 西 兰 花 Brassicaoleracea Na 2 SeO 3 根 施 Soilapplying 24 24 50 辣 椒 CapsicumannuumL Na 2 SeO 3 根 施 Soilapplying
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