洞庭湖是我国第二大淡水湖泊，长江中下游重要的通江湖，我国主要的水产品基地。受到湘江干流和长江上游重金属污染的影响，湖区土壤重金属污染严重，生态风险堪忧^[1-4]。研究表明，洞庭湖周边土壤中重金属镉（Cd）、铅（Pb）、铜（Cu）、镍（Ni）、铬（Cr）等出现了不同程度的污染，其中Cd含量高达10 mg·kg^-1，是国家三级土壤标准的10倍^[5-6]。大量重金属物质沉积于土壤中，引发了关于湿地产品重金属含量是否超标的广泛担忧。然而，关于有关研究主要集中在土壤和水体中重金属潜在生态风险评价上，对湿地产品重金属污染的研究相对较少，亟待开展有关研究^[1-6]。

莲（Nelumbo nucifera），别名荷花、莲花，睡莲科莲属多年生挺水草本植物。莲藕因组织脆嫩，富含淀粉、蛋白质、多酚化合物等营养成分，且具有祛瘀、清热、生津止渴等药用价值，被誉为健康型水生蔬菜^[7-8]。洞庭湖作为我国莲藕主产区，周边大中城市的主要藕源地，近20年来随着种植区域生境的退化，特别是土壤重金污染，莲藕品质及食用安全备受关注^[3]。为此，本研究拟通过对洞庭湖莲藕种植区大范围的野外调查，分析莲藕中Cd、Pb、Cu、Zn、Mn 5种重金属元素的含量，结合国家食品有关标准，采用综合污染指数评价法对莲藕污染现状进行科学评价，为社会提供数据参考，同时为洞庭湖区莲藕产业的健康发展提供理论依据。

洞庭湖为我国第二大淡水湖泊（28°38′～29°45′N, 111°40′～113°10′E），高程28~35 m，属于典型的亚热带湿润季风气候区。雨量充沛，多年平均气温16.2～17.8 ℃，极端高温39.3 ℃，极端低温-11.8 ℃。年平均降水量1 200.7～1 414.6 mm，年辐射总量418.7～455.6 kJ·cm^-2·a^-1，年平均风速2.0～3.0 m·s^-1，年平均蒸发量1 270 mm^[9]。

2015年12月莲藕收获季节，在洞庭湖莲藕主要种植区域，如岳阳市的岳阳楼区、君山区、华容县以及益阳市的沅江和大通湖区，从莲藕种植户实地收购新鲜莲藕，并记录藕池所在地理坐标。将收集的新鲜莲藕带回实验室及时进行重金属元素分析。共采集莲藕样本33份，其中岳阳楼区3份、君山区钱粮湖6份、君山区柳林州镇5份、华容县注滋口镇6份、南县华阁镇3份、大通湖区3份、沅江8份。洞庭湖莲藕样点布局见图 1。

图 1 洞庭湖区莲藕取样点 Figure 1 Sampling plots of lotus root in the Dongting Lake area

图选项

将带回的新鲜莲藕及时烘干磨碎，过100目尼龙筛（直径0.149 mm）备用。植物样品的消解采用湿法消化（HNO₃-HClO₄）：准确称取1.000 0 g植物样品置于50 mL三角瓶中，加入15 mL浓HNO₃静置过夜，在100 ℃电热板上加热4 h后添加5 mL HClO₄，再升温至150 ℃蒸发至棕色烟冒尽，形成白色晶体，即为消化完全。冷却后用去离子水溶解，定容至50 mL，摇匀后过滤，待测^[10]。植物Cd、Pb、Cu、Zn、Mn 5种重金属元素采用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-AES）测定^[11]。

采用数据分析软件SPSS 17.0对产于不同种植区的莲藕重金属含量进行Tukey式多重比较，显著水平为0.05。采用综合污染指数法（尼梅罗综合污染指数）对莲藕重金属污染等级进行评价，计算公式为^[12]：

(1)

(2)

式中，Q_i为i种污染物的污染指数，C_i为i种污染物的实测值，S_i为i种污染物的国家限量标准；Q为综合污染指数，Q_imax为最大单项污染指数，Q_iave为平均单项污染指数。根据Q值大小，将莲藕重金属污染程度划分为5个等级：Ⅰ优良级，Q≤0.7；Ⅱ安全（警戒）级，0.7 < Q≤1.0；Ⅲ轻度污染级，1.0 < Q≤2.0；Ⅳ中度污染级，2.0 < Q≤3.0；Ⅴ重度污染级，Q>3.0^[13]。Cd、Pb两种重金属元素参照最新修订的食品安全国家标准——食品中污染物限量（GB 2762—2012），而Cu和Zn两种重金属元素暂无最新标准国家标准，因此分别参照GB 15199—1994与GB 13106—1991进行评价。采用CANOCO 4.5对33份莲藕样本与重金属含量进行主成分分析（PCA），以探讨莲藕种植区域和莲藕重金属含量的关系。

洞庭湖莲藕中Cd、Pb、Cu、Mn、Zn 5种重金属元素平均含量分别为0.57、1.67、1.76、4.30、3.50 mg·kg^-1（表 1）。洞庭湖各种植区莲藕中重金属Cd、Pb、Cu含量差异显著（P＜0.05），以产于君山区柳林州镇的含量最高，分别为1.16、6.07 mg·kg^-1和3.66 mg·kg^-1，而重金属Mn和Zn含量无显著差异（P＞0.05）。可见，洞庭湖区莲藕中重金属含量总体上较高，以君山区柳林州镇的莲藕重金属污染最为严重。

表 1 洞庭湖区莲藕重金属含量（鲜重，平均值±标准误） Table 1 Heavy metal concentration in lotus root in the Dongting Lake areas(fresh weight, means±SE)

表选项

在洞庭湖区莲藕Cd、Pb、Cu、Zn 4种重金属元素中，以Cd、Pb污染最为严重，单项污染指数分别为5.70和8.35（表 1）。不同种植区域之间莲藕中重金属Cd、Pb污染指数差异明显，以产于君山区柳林州镇的单项污染指数最高，分别为11.60和30.50，而以产于岳阳市岳阳楼区的单项污染指数最低，分别为3.60和2.45。根据综合污染指数的高低，产于岳阳市岳阳楼区和益阳沅江市的莲藕属于中度污染，而产于君山区、华容县、南县、大通湖区的莲藕属于重度污染，并以君山区柳林州镇的莲藕综合污染指数最高，达22.74。可见，洞庭湖区莲藕中重金属综合污染指数高，食用安全堪忧。

对莲藕产区和莲藕中重金属含量的主成分分析（PCA）表明，第一排序轴解释的重金属变异系数为76.5%，第二排序轴为18.7%，累计解释率为95.2%（图 2）。对莲藕产区而言，呈明显的集群分布，大致可分为两类：产区29~33为第一类，位于君山区柳林州镇，Cd、Pb、Cu、Zn重金属含量高，属于重度污染区；其余产区为第二类，Cd、Pb、Cu、Zn重金属含量相对较低，属于中度-重度污染区。根据数量型环境变量之间夹角的余弦值表示两者之间的相关性，Cd、Pb、Cu、Zn重金属元素相关性强，而Mn与Cd、Pb、Cu、Zn相关性弱。

图中数字1~33表示莲藕产区：1~8位于益阳沅江市，9~11位于岳阳市岳阳楼区，12~14位于益阳大通湖区，15~17位于益阳南县，18~22位于君山区钱粮湖镇，23~28位于华容县注滋口镇，29~33位于君山区柳林州镇 图 2 莲藕产区与重金属含量主成分分析 Figure 2 Principal component analysis(PCA) between planting areas and heavy metal concentration in lotus root

图选项

随着生态环境的退化，特别是水体重金属污染，湿地产品中重金属含量是否超标已是公众担忧的焦点。对洞庭湖区莲藕的大范围实地调查表明，岳阳楼区、君山区等多个种植区域的莲藕中Cd、Pb两种重金属含量均超过国家食品限量标准，属重度污染，食用安全堪忧。莲藕中重金属含量的超标在其他区域已有相关报道，如在安徽芜湖市，莲藕中Cd、Pb重金属含量分别高达1.12、11.21 mg·kg^-1，属于重度污染^[14]。作为典型的湿地植物，莲藕根系多毛，分布着许多孔道结构，有利于对重金属的吸收，因此膨大茎（藕）中的重金属含量一般高于其他器官^[15]。研究也表明，眼子菜（Potamogeton distinctus）、苦草（Vallisneria natans）、香蒲（Typha orientalis）等湿地植物对Pb、Cd、Cu、Zn、Cr等同样具有较强的吸收性^{[14, 16-18]}。由于湿地植物长期性或季节性的淹水，除了根部吸收外，茎叶也能吸收水体重金属，通常具有较强的富集性^{[16, 19]}，因此洞庭湖区的芡实（Euryale ferox）、野菱（Trapa incisa）、茭白（Zizania latifolia）等其他湿地产品也应该引起高度重视。

植物重金属含量的高低与生境重金属污染有关^{[3, 20]}，在污染严重的区域，植物中重金属含量一般较高^{[15, 17]}。如随着土壤Pb、Zn含量的增大，芦苇中重金属含量在逐渐升高^[18]。洞庭湖重金属主要来源于湘江干流和长江上游，大量污染物质随着水体沉积于洞庭湖，是导致莲藕中重金属含量超标的最主要原因^{[1-4, 7-8]}。以重金属Cd为例，在位于湘江水系的东洞庭湖土壤中含量为7.3 mg·kg^-1，而在沅江水系的南洞庭湖中含量仅为0.66 mg·kg^{-1 [11]}。因此洞庭湖土壤中重金属含量的差异，是导致产于君山区、华容县、南县等区域莲藕中的重金属含量明显高于沅江等地区的直接原因。然而，大通湖作为我国重要的水产养殖基地，由于长期以来的饲料和饵料的投入，导致湖体重金属富集，是引起莲藕重金属含量较高的重要原因^[21]。近几十年来，随着洞庭湖生境的破碎化，莲藕的大面积集中种植区域减少，转而出现数量众多、面积小且相对隔离的藕池^[22]。而与大面积的藕池相比，小面积的藕池抗污染能力低，易导致莲藕重金属污染^[23-24]。对洞庭湖莲藕种植区域主成分分析（PCA）表明，位于君山区柳林州镇的藕池面积小，且大多数围绕村镇分布，生活污水的直排导致藕池重金属污染，是致使莲藕中重金属综合污染指数最高，属于重度污染区域的主要原因^[25]。

在洞庭湖区，产于岳阳楼区、君山区、华容县、大通湖区、沅江市的莲藕中重金属均呈现出不同程度的污染，以Cd、Pb超标严重，综合污染指数高，存在食用风险。因此，建议地方政府加强对莲藕产业的科学指导，开展莲藕种植区域生境的恢复，特别是重金属污染生态修复，以降低土壤以及水体污染物含量。针对湖区藕池面积逐渐缩小的趋势，打通藕池与水系的连接通道，逐渐恢复大面积藕池，以增强藕池抗重金属污染能力。对于莲藕重金属污染严重的区域，如君山区柳林州镇，宜适当减少莲藕种植面积，而在莲藕重金属污染较低的区域，如华容注滋口镇、益阳沅江市可适当增加莲藕种植面积，促进湖区莲藕产业的健康发展。