云南某地嚴(yán)格管控類耕地糧食作物重金屬積累特征

摘 要：在云南省某市嚴(yán)格管控類耕地上種植小麥和水稻，協(xié)同采集土壤及農(nóng)產(chǎn)品樣品163套，分析土壤pH值、有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、陽離子交換量與Cd、Cr、Hg、Pb、As的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以及農(nóng)產(chǎn)品中Cd、Cr、Hg、Pb、As的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，研究小麥及水稻的重金屬富集特征。結(jié)果表明，該嚴(yán)格管控區(qū)域土壤以Cd、Cr、Hg、Pb污染為主，其中Cd污染最為嚴(yán)重；嚴(yán)格管控區(qū)內(nèi)種植的2個小麥品種籽粒中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)均超過食品中污染物限量標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)率為100%，Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.420～0.880 mg/kg和0.130～1.160 mg/kg，其他4種重金屬均未超標(biāo)；嚴(yán)格管控區(qū)內(nèi)種植的6個水稻品種稻米中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.003～0.410 mg/kg，超標(biāo)率為4.65%，其他4種重金屬均未超標(biāo)；滇禾、云粳8號和靖粳8號等幾個水稻品種的Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)未超標(biāo)。

關(guān)鍵詞：小麥；水稻；重金屬；積累

中圖分類號：X56 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1674-7909（2024）9-118-3

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.09.028

0 引言

Cd是我國土壤重金屬污染中污染最為嚴(yán)重的污染物，我國耕地Cd點位超標(biāo)率高達(dá)19.4%［1］。當(dāng)土壤中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高時，不僅會導(dǎo)致土壤退化、農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)降低，還會通過食物鏈威脅到人類健康。水稻、小麥?zhǔn)俏覈N植面積較大的糧食作物，重金屬易在水稻、小麥籽粒中富集［2］。近年來，全國各地已開展許多針對糧食作物重金屬富集特征的研究。何嬋等［3］研究發(fā)現(xiàn)，土壤pH值、CaO和Fe2O3等會影響土壤中重金屬的遷移能力，從而影響水稻籽粒中重金屬的積累。周建川等［4］研究發(fā)現(xiàn)，影響小麥籽粒中Cd富集的決定性因素是土壤中Cd的有效性。因此，在嚴(yán)格管控區(qū)開展試驗，分析土壤與農(nóng)產(chǎn)品重金屬積累特征，篩選出低積累的小麥和水稻品種，有助于解決農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險問題，可為重金屬污染地區(qū)小麥和水稻的安全生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于云南省東北部某市，該地區(qū)是典型的低緯高原季風(fēng)氣候區(qū)。該地區(qū)年平均氣溫為13.4 ℃，年降水量為975.2 mm，年日照時數(shù)為2 018.5 h。該地區(qū)土壤以紅壤為主，占土壤有效面積的80.58%，還有紅棕壤、棕壤、黃紅壤等。根據(jù)耕地土壤環(huán)境質(zhì)量類別劃分結(jié)果，當(dāng)?shù)赝寥酪訡d、Cr污染為主。在被劃為嚴(yán)格管控類的耕地上種植小麥和水稻，研究不同品種對重金屬的富集特征。

1.2 試驗材料

試驗所用水稻為楚粳26、楚粳28、滇禾、會粳17號、靖粳8號、云粳8號等6個品種，小麥為阿菠麥和石麥001。肥料為常規(guī)復(fù)合肥，試驗區(qū)域生產(chǎn)管理按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶的生產(chǎn)管理方式進(jìn)行。

1.3 樣品采集及處理

2020年5月，按照土壤詳查農(nóng)產(chǎn)品協(xié)同采樣規(guī)范要求，采集種植小麥的土壤及小麥樣品21份，種植水稻的土壤及水稻樣品142份。將土壤樣品風(fēng)干，磨碎，過篩備用；將植物樣品脫穗、脫殼，粉碎，備測。土壤及農(nóng)產(chǎn)品中Cd、Cr和Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用ICP-MS測定，Hg、As質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用AFS方法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2021軟件對所有數(shù)據(jù)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等進(jìn)行處理，采用SPSS 26.0軟件進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同研究區(qū)土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)特征

研究區(qū)土壤樣品指標(biāo)統(tǒng)計值及指標(biāo)變異系數(shù)分別見表1和表2。小麥采樣區(qū)的土壤pH值、有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、陽離子交換量的平均值分別為7.10、49.0 g/kg、25.7 cmol/kg。小麥采樣區(qū)的土壤中Cd、Cr、Hg、Pb和As質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平均值分別為5.17 mg/kg、108 mg/kg、0.061 mg/kg、37 mg/kg和8.13 mg/kg，其中Cd的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過土壤Cd污染風(fēng)險管制值。

水稻采樣區(qū)的土壤pH值、有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、陽離子交換量的平均值分別為6.31、60.1 g/kg、24.5 cmol/kg。水稻采樣區(qū)的土壤中Cd、Cr、Hg、Pb和As質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平均值分別為5.18 mg/kg、116 mg/kg、0.087 mg/kg、81 mg/kg和10.43 mg/kg。水稻采樣區(qū)中土壤Cd、Pb、As質(zhì)量分?jǐn)?shù)的超標(biāo)率分別為100.00%、20.93%、7.56%。

2.2 小麥和水稻農(nóng)產(chǎn)品中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)特征

研究區(qū)內(nèi)小麥樣本中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表3。由表3可知，2個小麥品種籽粒中的Cd積累量分別為0.420～0.880 mg/kg、0.130～1.160 mg/kg，Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平均值為阿菠麥gt;石麥001。Pb、As的積累量較小，Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平均值為阿菠麥gt;石麥001；As質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平均值為石麥001gt;阿菠麥。21份樣品中Hg質(zhì)量分?jǐn)?shù)都低于檢測限。根據(jù)《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762—2022），研究區(qū)小麥籽粒中Cd超標(biāo)率為100%。

研究區(qū)水稻稻米樣本中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表4。由表4可知，研究區(qū)內(nèi)142份水稻樣本的Cd、Cr、Hg、Pb、As質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.003～0.410 mg/kg、0.025～0.306 mg/kg、0.002 mg/kg、0.010～0.100 mg/kg、0.006～0.165 mg/kg。所有樣品中Hg質(zhì)量分?jǐn)?shù)都低于檢測限。稻米中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)超標(biāo)，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計可得超標(biāo)率為4.65%。研究發(fā)現(xiàn)不同水稻品種對重金屬Cd的吸收能力存在差異，滇禾、云粳8號和靖粳8號Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低。不同水稻品種對5種重金屬均有不同程度的富集，但富集系數(shù)均小于1。

3 討論

研究區(qū)小麥采樣區(qū)土壤中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)和水稻采樣區(qū)土壤中Cd、Pb、As質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有不同程度的超標(biāo)，可能是由研究區(qū)屬于重金屬高背景區(qū)［5］和人為因素所致，但小麥和稻米中只有Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)超標(biāo)，超標(biāo)率為4.65%?？傮w來看，研究區(qū)土壤中重金屬Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)雖然很高，但是水稻稻米中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)超標(biāo)率僅為4.65%，說明土壤中重金屬活性不高。

土壤中微量元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)受成土母質(zhì)、土壤基本理化性質(zhì)、土壤類型、水分動態(tài)等共同影響，從而影響作物對微量元素的吸收［6］。小麥籽粒中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)成正比，土壤中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)高是籽粒中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的原因之一；在土壤－水稻系統(tǒng)中，Cd的遷移能力和土壤pH值有關(guān)。不同品種的稻米對土壤中Cd的富集特性也有很大差異。

4 結(jié)論

小麥籽粒中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.130～0.880 mg/kg，超標(biāo)率為100%。6種水稻品種中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.003～0.410 mg/kg，超標(biāo)率為4.65%。在水稻品種中，滇禾、云粳8號和靖粳8號等幾種水稻重金屬未超標(biāo)。小麥和水稻的富集系數(shù)都小于1。

為保證農(nóng)產(chǎn)品安全，可在嚴(yán)格管控區(qū)內(nèi)種植其他低積累作物代替小麥。在水稻采樣區(qū)篩選的滇禾、云粳8號和靖粳8號可以作為低積累品種進(jìn)一步開展驗證試驗。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳能場，鄭煜基，何曉峰，等.《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》探析［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2017，36（9）：1689-1692.

［2］章飛翔，陳新友，董力軍，等.酸性土壤背景下不同品種水稻對鎘的吸收差異分析［J］.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2023，50（2）：319-325.

［3］何嬋，盧泓潔，周昊晉，等.江浙地質(zhì)高背景區(qū)土壤-水稻系統(tǒng)重金屬遷移富集特征研究［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2023，46（1）：72-79.

［4］周建川，宋延斌，王喜寬，等.河南省洛陽市小麥籽粒中元素富集特征研究［J］.麥類作物學(xué)報，2023，43（2）：241-250.

［5］國家環(huán)境保護(hù)局，中國環(huán)境監(jiān)測總站.中國土壤元素背景值［M］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1990.

［6］王成塵，田穩(wěn)，向萍，等.土壤-水稻/小麥重金屬吸收機(jī)制與安全調(diào)控［J］.中國環(huán)境科學(xué)，2022，42（2）：794-807.

（欄目編輯：董清芝）

作者簡介：夏云俄（1966—），男，本科，高級農(nóng)藝師，研究方向：耕地重金屬污染安全利用。

通信作者：舒亞瓊（1973—），女，本科，高級農(nóng)藝師，研究方向：農(nóng)業(yè)面源污染防治、受污染耕地安全利用。