全 文 ：中国蔬菜 2010（10）：29-34
CHINA VEGETABLES
土壤重金属 Pb和 Cd在蕹菜中的累积特征
及产地环境安全临界值
吴 琦 1 杨 菲 1 季 辉 1 张卫建 1，2*
（1 南京农业大学应用生态研究所，江苏南京 210095；2 中国农业科学院作物科学研究所，北京
100081）

摘 要：通过盆栽方法研究了水稻土和潮土两种土壤条件下蕹菜对 Pb 和 Cd 的累积特征，并探讨了
Pb 与 Cd 在产地土壤环境中的安全临界值。结果表明：两种土壤中蕹菜的 Pb 和 Cd 累积量与土壤 Pb、Cd
添加量均呈正相关关系，茎中的累积量显著高于叶。水稻土和潮土环境下，蕹菜茎中的 Pb 平均含量分别是
叶中的 3.86、2.02 倍，Cd 平均含量分别是叶中的 3.58、4.73 倍；在同一处理水平下，水稻土中 Pb 和 Cd 比
潮土中更易被植株累积，水稻土环境下蕹菜茎、叶中 Pb 含量分别是潮土环境下的 4.88、2.56 倍，Cd 含量
则分别是潮土环境下的 3.04、4.02 倍；依据国家食品污染物限量标准（GB 2762—2005）进行方程拟合，
得出种植蕹菜的水稻土中 Pb 的安全临界值为 57.83 mg·kg-1，潮土中 Pb 和 Cd 的安全临界值分别为 77.02、
0.47 mg·kg-1，均高于国家土壤环境安全标准限制的临界值（HJ 332—2006）。
关键词：蕹菜；土壤重金属；累积；临界值；Pb；Cd
中图分类号：S636.9 文献标识码：A 文章编号：1000-6346（2010）10-0029-06
Soil Pb and Cd Accumulative Characteristics in Swamp Cabbage（Ipomoea aquatica Forsk.）and Their Environmental Critical Values in Production Area for Food Security
WU Qi1, YANG Fei1, JI Hui1, ZHANG Wei-jian1, 2*
（1Institute of Applied Ecology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, Jiangsu, China; 2Institute of Crop Science,
Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China）
Abstract：Plumbum（Pb）, cadmium（Cd）accumulative characteristics in swamp cabbage（Ipomoea
aquatica Forsk.）under 2 types of soils（paddy and alluvial soils）were studied by potted experiment, and
their environmental critical values for food security in its production area were also discussed. The results
showed that: the accumulative amounts of Pb and Cd in swamp cabbage were correlated with added amount
of Pb and Cd in soil. The accumulative amounts in stem were much higher than those in leaf. Under paddy
and alluvial soil comdition, the average levels of Pb in stem were 3.86 and 2.02 times of those in leaf, and
the average levels of Cd in stem were 3.58 and 4.73 times of those in leaf, respectively. Under same
treatment level, Pb and Cd in paddy soil were easily accumulated by crop than in alluvial soil. In paddy
soil, the Pb and Cd contents in leaf of swamp cabbage were 4.88 and 2.56 times of those in alluvial soil,

收稿日期：2010-01-04；接受日期：2010-03-01
基金项目：国家“十一五”科技支撑计划项目（2006BAD02A15，2007BAD89B12），公益性行业（农业）科研专项（200803028）
作者简介：吴琦，女，硕士研究生，主要从事农产品质量安全产地适宜性评价研究，E-mail：w_q_yf@163.com
* 通 讯 作 者 （ Corresponding author ）： 张 卫 建 ， 教 授 ， 博 士 生 导 师 ， 主 要 从 事 农 田 生 态 与 耕 作 制 度 研 究 ， E-mail ：
zhangweij@caas.net.cn

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and Cd contents were 3.04 and 4.02 times of those in alluvial soil, respectively. according to national
standards for maximum contamination level in food（GB 2762—2005）, the environmental critical
values of soil Pb in paddy field was 57.83 mg·kg-1, and the environmental critical values of soil Pb and
Cd in alluvial field were 77.02 mg·kg-1 and 0.47 mg·kg-1, respectively for safe swamp cabbage
growing. These critical values were both significantly higher than those in the national standards for soil
security（HJ 332—2006）.
Key words：Swamp cabbage（Ipomoea aquatica Forsk.）; Soil heavy metal; Accumulation; Critical
value; Pb; Cd

随着人类经济活动的日益频繁和工农业的迅速发展，工业“三废”的排放、富含重金属的
农药、化肥的不合理使用，使得土壤重金属污染日趋严重，已经成为全球性的环境问题（周永
章 等，2005；邵学新 等，2006；Lee et al.，2006）。当土壤被环境重金属污染后，蔬菜对重金
属的累积量要显著高于其他作物（李其林和黄昀，2000；凌乃规，2000）。因此，在无公害蔬菜
质量检测指标中，重金属被列入优先控制的污染物类型（陈玉成 等，2000）。Pb 和 Cd 是环境
污染中比较严重的重金属种类，如果 Pb 和 Cd 在蔬菜中积累，摄入人体后将会进一步累积，从
而影响人体健康。目前国内外对土壤-植物系统中重金属的迁移累积特征及其对作物品质的影响
已有不少研究（John & van Laerhoven，1976；Wong et al.，1984），匡少平（2003）研究发现玉
米对土壤 Pb 的吸收集中在根系，其根系中 Pb 含量是秸秆的 4～60 倍，是籽实的 200～2 000 倍。
张国平等（2002）研究表明，低浓度 Cd（0.03 mg·kg-1）对小麦的生长和干物质积累有明显的
促进作用，而高浓度 Cd（＞0.3 mg·kg-1）则显著抑制生长。Alegría 等（1991）报道在受污染
的农田中土壤总 Cd 含量与蔬菜中 Cd 含量有较好的线性相关性。但有关不同土壤条件下蔬菜作
物对不同重金属的累积特征差异的研究尚不多见，尤其是在蔬菜作物安全产地适宜性评价研究
方面更少，产地环境安全临界值的确定亟需来自试验研究的理论依据和技术参数。为此，本试
验以 Pb 和 Cd 两种重金属为研究对象，选择两种不同理化性质土壤（水稻土和潮土）进行盆栽
试验，研究蕹菜（Ipomoea aquatica Forsk.）茎、叶对 Pb 和 Cd 的累积特征及其差异，探讨两种
重金属的产地土壤环境安全临界值，旨在为农产品质量安全产地土壤适宜性评价提供理论依据
和技术参数。
1 材料与方法
1.1 材料
供试土壤为江苏省分布面积最大的两种理化性质差异显著的土壤：潮土和水稻土，分别取自
江苏省涟水县和无锡市的稻田耕层土壤（0～20 cm），经风干、磨碎后，过 3 mm 孔径筛，混匀备
用。其基本理化性质见表 1。
供试蕹菜品种为竹叶蕹菜，种子购自南京市蔬菜种子公司。
1.2 方法
盆栽试验于 2008 年在南京农业大学牌楼试验基地进行。外源 Pb 为 Pb（NO3）2，外源 Cd 为
CdCl2，分别设 5 个浓度水平，即 Pb：0（CK）、150、300、600、900 mg·kg-1；Cd：0（CK）、1、
3、5、7 mg·kg-1。将过 3 mm 孔径筛的风干土 1.5 kg 与不同浓度的 Pb 和 Cd 溶液充分混匀，装入
直径 20 cm、高 15 cm 的塑料盆中。每处理 5 盆，每盆浇水至田间持水量的 60 %，陈化 7 d 备用。
将供试蕹菜种子在 20 ℃的水中浸泡 36 h 左右，待种子露白后于 4 月 12 日播种在盆土中，
每盆播 3 穴，每穴 4 粒，在相同的环境条件下栽培管理（人工控制水分、间苗并播撒农药）。定时

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观察记载各生长阶段的长势，50 d 后按盆收获地上可食部分，分别测定茎、叶中 Pb 和 Cd 含量。
表 1 供试土壤的基本理化性质
重金属含量
土壤类型 pH 有机质/g·kg-1 阳离子交换量/cmol·kg-1 总 N/g·kg-1
Cd/mg·kg-1 Pb/mg·kg-1
潮土 8.04 26.37 7.23 1.23 0.31 13.31
水稻土 4.75 30.62 8.53 1.52 0.31 23.87
1.3 项目测定
植株成熟后茎、叶分别采样，先用自来水洗去表面灰尘，再用蒸馏水冲洗，用吸水纸吸干表
面水分，鲜样称质量、磨碎。采用密闭系统的微波消解法进行消解处理，消煮后的溶液用原子吸
收光谱仪测定 Pb、Cd 含量，测定方法参照 GB/T 5009.12—2003 及 GB/T 5009.15—2003。样品分
析过程中分别加入国家标准物质样品 GSS-16、GSV-4 作为未知样品的测定以进行分析质量控制。
1.4 数据处理
采用 Microsoft Excel 软件进行数据预处理，用 SPSS11.5 软件进行数据统计分析，用 LSD 法检
测差异显著性。
2 结果与分析
2.1 不同土壤条件下蕹菜茎和叶中的 Pb 累积量
由图 1 可见，不同土壤条件下蕹菜茎、叶中的 Pb 累积量均随着土壤 Pb 处理浓度的增加而增
加。当处理浓度≥300 mg·kg-1，不同处理间的差异都达到显著水平。水稻土环境下，900 mg·kg-1
Pb 处理的蕹菜茎、叶中 Pb 含量分别比对照提高了 126.83、17.14 倍；潮土环境下分别比对照提高
了 51.86、9.15 倍。
图 1 不同土壤条件下蕹菜茎和叶中的 Pb 含量
同一土壤条件在相同 Pb 浓度处理下，蕹菜地上部各器官对 Pb 的累积强度不同，茎中累积量
显著高于叶。从 4 种 Pb 浓度处理（150、300、600、900 mg·kg-1）下植株 Pb 含量的平均值来看，
水稻土环境下蕹菜茎中 Pb 含量是叶中 3.8 倍；潮土环境下蕹菜茎中 Pb 含量是叶中 2.02 倍。此
外，不同土壤条件下蕹菜茎、叶中 Pb 累积量差异很大，各处理下水稻土中 Pb 被植株累积的强度
显著高于潮土。水稻土环境下蕹菜茎、叶中 Pb 含量分别是潮土环境下的 4.88、2.56 倍。
2.2 不同土壤条件下蕹菜茎和叶中的 Cd 累积量
从图 2 可以看出，两种土壤条件下，蕹菜茎、叶中 Cd 累积量均随着土壤 Cd 处理浓度的升高

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而增加，其中在水稻土环境下，蕹菜茎中 Cd 累积量在不同处理间均差异显著。水稻土环境下，7
mg·kg-1 Cd 处理的蕹菜茎、叶中 Cd 含量分别比对照提高了 38.98、19.29 倍；潮土环境下分别比
对照提高了 57.18、14.95 倍。
图 2 不同土壤条件下蕹菜茎和叶中的 Cd 含量
同一土壤条件在相同 Cd 浓度处理下，蕹菜茎对 Cd 的累积量显著高于叶。从 4 种 Cd 浓度处
理（1、3、5、7 mg·kg-1）下植株 Cd 含量的平均值来看，水稻土环境下蕹菜茎中 Cd 含量是叶中
3.58 倍；潮土环境下，蕹菜茎中 Cd 含量为叶中 4.73 倍，差异显著。此外，各处理下水稻土中 Cd
被植株累积的强度显著高于潮土。水稻土环境下蕹菜茎、叶中 Cd 的平均含量分别是潮土环境下
的 3.04、4.02 倍，表明水稻土中重金属的毒性高于潮土。
2.3 产地土壤环境中 Pb 和 Cd 安全的临界值
为了解土壤中 Pb 和 Cd 浓度与蕹菜中 Pb 和 Cd 累积量之间的关系，从而确定土壤中 Pb 和 Cd
对蕹菜的产地环境安全临界值，本研究根据土壤中 Pb 和 Cd 的添加浓度（含背景值）和蕹菜中 Pb
和 Cd 含量的测定结果，采用回归分析的方法，拟合土壤中 Pb 和 Cd 添加量（y）和蕹菜中 Pb 和
Cd 含量（x）的相关关系。将国家食品污染物限量标准 GB 2762—2005 中 Pb 的限量（0.1 mg·kg-1）
和 Cd 的限量（0.1 mg·kg-1）分别代入本研究所得的拟合公式，求得蕹菜安全种植下土壤中 Pb 和
Cd 的临界含量值（表 2、3）。
由表 2 可知，水稻土环境下，蕹菜中的 Pb 和 Cd 累积量均与土壤中 Pb 和 Cd 的添加量呈极显
著正相关关系。从模拟得出的 Pb 临界值可以看出，由茎中 Pb 含量得出的临界值（69.73 mg·kg-1）
要高于由叶得出的临界值（57.83 mg·kg-1），但为保证蕹菜茎、叶中的 Pb 含量均在安全限值以内，
故水稻土中 Pb 的安全临界值应取较小的值，即 57.83 mg·kg-1。从上述拟合的土壤与蕹菜中 Cd
含量的相关关系中无法求得水稻土中 Cd 的安全临界值，这可能是因为水稻土环境下植物对 Cd 的
累积能力很强，Cd 的真实临界值极低。
表 2 水稻土中 Pb 和 Cd 的安全临界含量
重金属种类 不同器官 相关方程 R2 临界含量 1）/mg·kg-1
Pb 茎 y=30.981x+66.684 0.984 3** 69.73
叶 y=123.81x+45.453 0.963 8** 57.83
Cd 茎 y=0.700 9x-0.068 8 0.993 6** —
叶 y=3.017 1x-0.822 3 0.921 6** —
注：1）临界含量分别根据 Pb 的蔬菜卫生标准 0.1 mg·kg-1 和 Cd 的蔬菜卫生标准 0.1 mg·kg-1 计算；**表示极显著相关；下表同。
潮土环境下，蕹菜中的 Pb 和 Cd 累积量均与土壤中的 Pb 和 Cd 添加量呈显著或极显著正相关

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关系（表 3）。分别比较由茎和叶得出的重金属临界值大小，为保证蕹菜茎、叶中的重金属含量均
在安全限值以内，应选择两者之中重金属临界值较小的值作为土壤安全临界值，故可得潮土中 Pb
的安全临界值为 77.02 mg·kg-1；潮土中 Cd 的安全临界值为 0.47 mg·kg-1。可见，Pb 的安全临界
值要显著大于 Cd 的安全临界值，表明植物对 Cd 的累积能力要大于对 Pb 的累积能力。
表 3 潮土中 Pb 和 Cd 的安全临界含量
重金属种类 不同器官 相关方程 R2 临界含量/mg·kg-1
Pb 茎 y=129.71x+103.65 0.95** 116.62
叶 y=298.73x+47.145 0.896 8* 77.02
Cd 茎 y=1.929 1x+0.279 3 0.991 6** 0.47
叶 y=9.256 1x+0.173 8 0.933 3** 1.10
注：*表示显著相关。
3 结论与讨论
本研究发现，Pb 和 Cd 在蕹菜茎、叶中的累积量随处理浓度的增加而增加，呈显著或极显著
正相关关系。水稻土和潮土环境下，蕹菜茎中 Pb 含量分别是叶中 3.86 倍和 2.02 倍；茎中 Cd 含
量分别是叶中 3.58 倍和 4.73 倍。表明蕹菜茎、叶对土壤 Pb 和 Cd 的累积能力存在显著差异，表
现为茎＞叶，这与其他植物的规律（张金彪 等，2003）一致。茎中累积的 Pb 和 Cd 较多可能与
茎中维管组织发达、细胞壁占有的比重较大有关（陈燕 等，2006）。进入植物体的重金属，主要
沉积于导管壁及木质部细胞壁中（周鸿，1986），它能与细胞壁中的果胶酸盐结合，使大部分的沉
积于细胞壁中，限制了其移动性，因此茎中 Pb 和 Cd 的累积量要大于叶（吴启堂 等，1999）。从
本试验中还可以看出，当土壤中 Pb 处理浓度≥300 mg·kg-1 时，植株中的累积量才呈现显著差异，
这说明土壤中低浓度 Pb 对植株中 Pb 累积量的影响不大，但随着土壤中 Pb 浓度的增大可能会显
著提高植株对 Pb 的累积量，危及农产品安全。
蕹菜对 Pb 和 Cd 的累积量在土壤条件之间存在显著差异，水稻土环境下蕹菜茎、叶中的 Pb
含量分别是潮土环境下的 4.88、2.56 倍；而 Cd 含量分别是潮土的 3.04、4.02 倍。这是因为本试
验选取的两种土壤理化性质差异很大，水稻土为颗粒大的疏松壤土土质，而潮土是由当地河床
底泥翻上来做耕地，经过几十年的耕种，土壤比较贫瘠，为土壤颗粒很小的沙壤淤土土质，易
板结，这导致重金属在这两种土壤中被吸附固定的能力不同。另外，水稻土为酸性土壤，其
pH 值（4.75）小于潮土的 pH 值（8.04），土壤中随 pH 值减小，重金属被解吸，而使活性增强，
致使土壤溶液中重金属离子的浓度增加，从而使得 Pb 和 Cd 易于被植株吸收。韩梅等（2004）的
研究表明，植物对 Cd 的吸收受到土壤 pH 值的影响，本试验所得结论符合这一规律。
本试验以食品中 Pb 和 Cd 限量卫生标准（GB 2762—2005）中蔬菜 Pb≤0.1 mg·kg-1、Cd≤0.1
mg·kg-1 为依据，根据蔬菜中 Pb、Cd 累积量与土壤 Pb、Cd 添加量的相关方程，得出种植蕹菜的
水稻土中 Pb 的安全临界值为 57.83 mg·kg-1，潮土中 Pb 和 Cd 的安全临界值分别为 77.02、0.47
mg·kg-1。由此可以看出，土壤 Pb 的临界值要明显高于土壤 Cd 的临界值，这表明蕹菜对 Cd 的累
积能力要大于对 Pb 的累积能力。这是因为进入土壤中的 Cd 以可交换态为主，蕹菜吸收 Cd 的能
力较强，而土壤中的 Pb 主要以铁锰氧化物态和碳酸盐态为主，且 Pb 易被土壤吸附和固定，难以
向植株体内转移（朱桂芬和王学锋，2004）。另外，上述重金属安全临界值均高于国家土壤安全标
准（HJ 332—2006）：pH＜6.5 时，土壤总镉≤0.3 mg·kg-1、总铅≤50 mg·kg-1；pH＞7.5 时，土
壤总镉≤0.4 mg·kg-1、总铅≤50 mg·kg-1）。由于我国幅员辽阔，土壤种类众多，种植作物品种
差异很大，若以全国统一的土壤重金属含量限量值作为评价农产品产地土壤重金属污染的标准，

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可能会产生较大的误差。另外，由于本试验采用盆栽方法，所添加的水溶性 Pb 和 Cd 离子进入土
壤后，会和土壤发生一些反应，两种重金属的生物有效性不可避免地发生部分转变（赵勇 等，
2008）， 对产地环境安全临界值的估算具有一定的局限性。 因此， 关于产地土壤环境安全与作
物产品安全的标准统一问题需要进一步研究，以便科学地指导产地环境安全划定。
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