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作物地下可食用根部对土壤中镉之累积吸收
程淑芬1黄金源2萧力升3
朝阳科技大学环境工程与管理系1,3联勤兵工整备发展中心2
摘要：植物的地下根部是土壤重金属进入植物体的主要门户,土壤中的重金属污染物质可以藉由植物对水分、养分的吸收及离子交换等作用而进入植物地下根部组织中。本研究针对甘藷、红萝卜及白萝卜三种具有地下可食用根部组织的作物,探讨其生长过程中各部位组织对重金属镉的累积吸收情形,藉此以了解重金属进入植物可食用根部组织之主要途径及累积浓度。
研究结果显示,三种作物之可食用根部组织对重金属镉的累积吸收浓度皆远小于根部组织,重金属镉不容易由土壤直接经离子交换累积在可食用根部,主要经由根、茎及叶再输送到地下可食用根部。在本研究中三种作物之可食用根部组织的镉含量都远超过各国的食用作物容许量范围。关键词:镉、根菜作物、植物累积。

一前言
近年来台湾农地遭受重金属污染的事件时有所闻,工业废水及废弃物未经妥善规划、处理及处置为土壤遭受重金属污染的主要原因。农田遭受重金属污染的问题需高度受到关注,因重金属污染物会随着植物的代谢机制而累积吸附在植物体内。重金属污染物在生物体内无法分解,透过食物链的浓缩放大效应,其对食用者的健康将可能产生相当严重的威胁。
镉是农地污染中常见的污染物,主要用于塑料安定剂、涂料及漆类之制造。镉在人体中不易代谢排出,它会累积在人体器官中,主要影响肾脏及骨骼系统。在近年的研究报告中指出,镉是一种具有高度干扰内分泌系统的物质,被列为是一种环境荷尔蒙。文献报告中指出,镉是八种重金属中最容易被植物吸收者,镉在作物中之移性相当大,当镉被作物根部吸收后,容易转移至茎、叶等其它部(Kabata
-PendiasandPendias,2001;LinandChiou,1990)。植物体内积存过量的镉会影响其生长及代谢(BarberandBrennan,1974)。镉在某些化学特性上与锌、锰相当接近,可以取代锌、锰离子的作用位置,抑制酵素的活性,导致植物体会有枯萎、发黄及矮小等现象(TaizandZeiger,2002)。
研究报告中指出,叶菜类作物对于镉的累积能力较高;榖类作物的榖粒对于镉之累积能力较低(Chenetal.,2004)。土壤重金属主要藉由植物对水分、养分的吸收、阳离子交换作用、形成螯合物或经由携带物质由根部吸收进入植物体内(EvankoandDzombak,1997;TaizandZeiger,2002)。植物根部组织会释放出一些低分子量有机酸,如acetic、oxalic、fumaric、citric及tartaricacid等,容易与土壤中的重金属形成溶解性的复合物或螯合物,能够改变重金属的移动性,使植物根部组织容易吸收重金属(MenchandMartin,1991;TaizandZeiger,2002;Chenetal.,2003)。研究报告指出,重金属在植物根部的累积浓度要较茎叶高出许多,Silenevulgaris及Elsholtziasplendens两种植物其root对铜的累积浓度较shoot分别高出11倍及30倍(Songetal.,2004);
Phragmitesaustralis其根部对铜的累积浓度较shoot可以高出5至65倍(Yeetal.,2003)。
根菜类作物如sweetpotato(IpomoeabatatasL.)、carrot(DaucascarotaL.)及radish(RaphanussativusL.)其主要食用部位生长于土壤之中,亦属于根部组织,与土壤中的重金属直接接触,重金属可能由食用根部表面直接进入食用根部中。除此之外,食用根部是营养储存器官,重金属可能随着叶部光合作用所合成的养分输送到食用根部储存。因此对于根菜类作物,重金属镉在植体各部位及食用根部的累积吸收情形是否有别于一般叶菜类植物,是本研究要探讨的主题。
二、材料与方法
2.1植物栽种方法
本研究选择甘藷、红萝卜及白萝卜三种经常食用之根菜类植物做为研究对象,探讨其各部位组织对重金属累积吸收能力之变化。三种作物分别栽种于受重金属污染土壤之中。试验用受污染的土壤取自台湾中部虎尾镇一处受镉污染的农田,其土壤中镉的浓度平均为247.4mgkg-1。一面积约40m2的土地,挖去其上方30cm深的表面土壤,改填入试验用之镉污染土壤。所有土壤在种植作物前均先添加有机肥进行调理。甘藷的种植选在秋季,采用植苗法,选择先端苗进行栽种,种植时植株的间距约25cm,栽种50株。红萝卜及白萝卜采用播种的方式种植,每种作物种植面积各约3m2,播种个数约600粒种子,播种时间在秋季9月,于植株食用根部发育时,株距平均维持在10cm以上。
2.2采样及分析
甘藷于种植后第60天进行第一次采样,之后每隔20天采样一次。红萝卜及白萝卜于发芽后