福建省三明市稻谷重金屬污染特征及修復(fù)措施

陳明明 蔣肇順

摘要：對(duì)福建省三明市286個(gè)行政村的地產(chǎn)晚秈稻谷樣品的重金屬進(jìn)行檢測(cè)，利用四分位法和箱線圖分析并直觀展示其重金屬污染水平和分布情況，并根據(jù)重金屬污染水平較高區(qū)域的污染特征提出了修復(fù)建議。檢測(cè)結(jié)果表明，三明市地產(chǎn)稻谷總體重金屬污染處于較低水平，但呈現(xiàn)較為明顯的地域特點(diǎn)，污染分布很不均勻，部分區(qū)域污染水平較高。建議三明各縣（市）因地制宜，種植合適的富集植物，修復(fù)改善重金屬污染水平較高的耕地，如有的縣可以重點(diǎn)考慮通過(guò)種植一年蓬、鳳尾蕨來(lái)修復(fù)改善受鎘污染耕地，有的縣可以重點(diǎn)考慮通過(guò)種植蜈蚣草、向日葵來(lái)修復(fù)改善受砷污染耕地。

關(guān)鍵詞：稻谷;重金屬;四分位法;箱線圖

中圖分類號(hào)：TS210.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20210620

由于工業(yè)生產(chǎn)和城市化進(jìn)程，以及前些年礦山的無(wú)序開采，使得耕地受到不同程度的重金屬污染，而稻谷對(duì)重金屬有一定的富集能力[1]。這些重金屬最終會(huì)通過(guò)食物鏈在人體內(nèi)累積，并對(duì)人體造成嚴(yán)重?fù)p害，甚至誘發(fā)癌癥[2]。因地制宜地種植合適的富集植物可以修復(fù)改善受污染的土壤，而且該方法成本低，操作簡(jiǎn)單，對(duì)生態(tài)環(huán)境不會(huì)造成二次破壞，同時(shí)還能凈化空氣和水[3]。研究發(fā)現(xiàn)，一年蓬、鳳尾蕨對(duì)鎘具有很好的富集作用[4-5]，馬桑、蓖麻對(duì)鉛具有很好的富集作用[5-6]，娛蚣草、向日葵對(duì)砷具有很好的富集作用[6-7]，苣荬菜和野艾蒿是2種新型汞富集植物[8]。

三明市地處閩西和閩西北，素有“八山一水一分田”之稱，耕地資源十分緊缺，2020年戶籍人口287.86萬(wàn)，糧食總產(chǎn)量94萬(wàn)t，其中稻谷產(chǎn)量77.63萬(wàn)t[9]，糧食產(chǎn)需基本平衡。三明市種植的稻谷以晚秈稻谷為主，全市90%以上的人口以大米作為主食，因此監(jiān)測(cè)分析三明市地產(chǎn)稻谷中重金屬污染水平和分布情況，并針對(duì)性地提出修復(fù)改善受污染耕地的建議，對(duì)于保障三明市糧食安全具有十分重要的意義。

1材料與方法

1.1樣品采集與處理

本次共采集樣品286個(gè)，來(lái)自三明十縣（市）共286個(gè)行政村，其中：A縣24個(gè)，B縣27個(gè)，C縣29個(gè)，D縣28個(gè)，E縣34個(gè)，F(xiàn)縣35個(gè)，G縣21個(gè)，H縣22個(gè)，I縣31個(gè)，J縣35個(gè)。所有樣品均由三明市糧油質(zhì)量檢驗(yàn)站在當(dāng)?shù)丶Z儲(chǔ)局協(xié)助下實(shí)地采集，均為2020年三明地產(chǎn)晚秈稻谷，每份樣品1.5 kg左右，采樣時(shí)間為2020年9月下旬—11月上旬。為確保樣品可追溯性，每份樣品均同時(shí)采集了所屬農(nóng)戶姓名、電話、地址信息（含經(jīng)緯度）。

所有樣品通過(guò)自然晾曬進(jìn)行干燥，經(jīng)分樣器分樣后，取100 g凈稻谷進(jìn)行脫殼、粉碎，分別儲(chǔ)存于聚乙烯瓶中備用。

1.2儀器與試劑

1.2.1主要儀器

WFX-200型原子吸收分光光度計(jì)：北京瑞利分析儀器有限公司;AFS-9531型原子熒光光度計(jì)：北京海光儀器有限公司;Multiwave PRO型微波消解儀：奧地利安東帕有限公司;ME403型電子天平：瑞士梅特勒-托利多集團(tuán);AXLC1810型超純水機(jī)：重慶阿修羅科技發(fā)展有限公司;JLG-II型礱谷機(jī)：中儲(chǔ)糧成都研究所有限公司;BLH-5700型糧食水分測(cè)試磨：浙江伯利恒儀器設(shè)備有限公司。

1.2.2試劑

硝酸（優(yōu)級(jí)純）、過(guò)氧化氫（分析純）、硫脲（分析純）、L（+）-抗壞血酸（分析純）：西隴化工有限公司;鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液[GBW（E）082822，1 000 mg/L]、鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液[GBW（E）082825，1 000 mg/L]、汞標(biāo)準(zhǔn)溶液[GBW（E）083186，1 000 mg/L]、碑標(biāo)準(zhǔn)溶液[BW30018-1000-N-50，1 000 mg/L]：北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司;大米粉成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)[GBW（E）100353）]：鋼鐵研究總院分析測(cè)試研究所。

1.3樣品前處理與質(zhì)量控制

1.3.1樣品前處理

稱取0.500 g試樣于聚四氟乙烯消解罐中，加5 mL硝酸和1 mL過(guò)氧化氫，靜置30 min，置于微波消解儀中，按微波消解儀操作步驟進(jìn)行消解，消解條件見(jiàn)表1。每個(gè)樣品4個(gè)平行。消解完成后，取出消解罐打開放在80 ℃電熱板上加熱趕酸，直至溶液剩余約1 ～ 2 mL。其中2個(gè)平行用純水定容至10 mL搖勻供鎘、鉛、總汞檢測(cè)，另2個(gè)轉(zhuǎn)入比色管后加入2 mL硫脲+抗壞血酸溶液純水定容至25 mL搖勻供總碑檢測(cè)。同時(shí)做質(zhì)控樣品和空白試驗(yàn)。

1.3.2重金屬元素線性相關(guān)、檢出限及質(zhì)量控制

分別根據(jù)GB 5009.12—2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中鉛的測(cè)定》第一法、GB 5009.15—2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中鎘的測(cè)定》、GB 5009.17—2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中總汞及有機(jī)汞的測(cè)定》第一篇第一法、GB 5009.11—2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中總碑及無(wú)機(jī)碑的測(cè)定》第一篇第二法制作4種重金屬元素標(biāo)準(zhǔn)曲線并計(jì)算檢出限，見(jiàn)表2。對(duì)質(zhì)控樣進(jìn)行分析檢測(cè)，見(jiàn)表3。

2結(jié)果與分析

2.1樣品中重金屬含量

根據(jù)儀器特點(diǎn)，將原子吸收分光光度計(jì)調(diào)整至測(cè)鎘、鉛最佳工作條件，將原子熒光光度計(jì)調(diào)整至測(cè)碑、汞最佳工作條件，分別對(duì)經(jīng)微波消解并已定容的樣品待測(cè)液進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表4，樣品分縣（市）重金屬超標(biāo)情況見(jiàn)表5。為便于統(tǒng)計(jì)分析處理，減少分析誤差，所有檢測(cè)結(jié)果低于檢出限的數(shù)據(jù)均以1/2檢出限值取代[10]，同時(shí)為克服簡(jiǎn)單替代法所帶來(lái)的偏差，采用四分位數(shù)法來(lái)處理數(shù)據(jù)組[11]。

2.2三明市重金屬污染分布情況分析

為識(shí)別異常值，同時(shí)真實(shí)直觀地展示三明市總體及各縣（市）地產(chǎn)稻谷樣品重金屬污染水平和分布情況，分別制作鎘、鉛、總碑箱線圖，利用四分位法加以分析（總汞檢測(cè)數(shù)據(jù)有62.2%低于檢出限，故未制作箱線圖）。

2.2.1鎘污染分布情況分析

根據(jù)鎘檢測(cè)結(jié)果，用Excel制作三明市及各縣（市）稻谷樣品鎘箱線圖，見(jiàn)圖1。

由圖1可以看出，三明市地產(chǎn)稻谷鎘含量四分位差較小，均值和中位數(shù)均低于國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)（0.2 mg/kg）的一半，部分離群點(diǎn)高于國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明三明市地產(chǎn)稻谷鎘污染總體處于較低水平，但個(gè)別地方鎘污染相對(duì)較為嚴(yán)重。D縣產(chǎn)稻谷鎘含量四分位差最大，超標(biāo)率最高，均值已接近國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明該縣稻谷鎘污染情況較為嚴(yán)重，分布很不均勻。E縣、I縣、J縣三地四分位差、均值、中位數(shù)均遠(yuǎn)低于D縣，但是個(gè)別樣品鎘含量超過(guò)國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明這3個(gè)縣（市）稻谷鎘污染情況較輕，但是存在少數(shù)鎘污染水平較高的區(qū)域。A縣、B縣、C縣、F縣、G縣、H縣稻谷鎘含量四分位差、均值、中位數(shù)均處于較低水平，盡管存在少量離群點(diǎn)，但是都沒(méi)有超過(guò)國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明這幾個(gè)縣產(chǎn)稻谷鎘污染水平最低。

2.2.2鉛污染分布情況分析

根據(jù)鉛檢測(cè)結(jié)果，利用Excel制作三明市及各縣（市）稻谷樣品鉛箱線圖，見(jiàn)圖2。

由圖2可以看出，三明市地產(chǎn)稻谷中鉛含量總體高于鎘含量，但均值和中位數(shù)處于國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)（0.2 mg/kg）一半左右，超標(biāo)率略高于1%，說(shuō)明三明市地產(chǎn)稻谷鉛污染情況處于較低水平，分布也較為均勻，只有極少數(shù)區(qū)域污染水平較高。D縣產(chǎn)稻谷鉛含量均值最高，有2份樣品超過(guò)國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)，為10個(gè)縣（市）最多，說(shuō)明該縣稻谷不僅鎘污染情況較為嚴(yán)重，鉛污染水平也高于其他地區(qū)。A縣四分位差、均值、中位數(shù)均處于較低水平，但是個(gè)別樣品鉛含量超過(guò)國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明該縣稻谷鉛污染情況較輕，但是存在少數(shù)鉛污染水平較高的區(qū)域。B縣、C縣、E縣、F縣、G縣、H縣、I縣、J縣稻谷鉛含量均值、中位數(shù)均處于較低水平，也沒(méi)有離散點(diǎn)的情況，所有稻谷樣品鉛含量都沒(méi)有超過(guò)國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明這幾個(gè)縣（市）產(chǎn)稻谷鉛污染水平最低。

2.2.3總砷污染分布情況分析

根據(jù)總碑檢測(cè)結(jié)果，利用Excel制作三明市及各縣（市）稻谷樣品總碑箱線圖，見(jiàn)圖3。

由圖3可以看出，三明市地產(chǎn)稻谷中總砷含量均值、中位數(shù)均在0.1 mg/kg附近，四分位差較大，說(shuō)明三明市地產(chǎn)稻谷中總砷污染情況并不嚴(yán)重，但污染分布很不均勻，有多個(gè)地方總砷污染相對(duì)較為嚴(yán)重。J縣產(chǎn)稻谷總砷含量均值、中位數(shù)為全市最高，四分位差較小，超標(biāo)率高，說(shuō)明該市稻谷總砷污染情況較為嚴(yán)重。C縣、B縣、D縣、E縣產(chǎn)稻谷總碑含量均值、中位數(shù)略高于0.1 mg/kg，四分位差最大，有部分樣品超標(biāo)，說(shuō)明C縣、B縣、D縣、E縣稻谷總砷污染水平并不嚴(yán)重，但分布很不均勻，存在少數(shù)總砷污染水平較高的區(qū)域。H縣產(chǎn)稻谷總砷含量均值、中位數(shù)均為全市較低水平，四分位差小，有部分樣品超標(biāo)，說(shuō)明H縣稻谷總砷污染水平很低，但存在少數(shù)總砷污染水平較高的區(qū)域。F縣、G樂(lè)縣、I縣產(chǎn)稻谷總砷含量均值、中位數(shù)均低于0.1 mg/kg，沒(méi)有超標(biāo)樣品，說(shuō)明這3個(gè)縣總砷污染水平很低，但I(xiàn)縣污染分布更不均勻。

2.2.4總汞污染分布情況分析

根據(jù)總汞檢測(cè)結(jié)果，分別計(jì)算三明市及各縣（市）稻谷樣品總汞低于檢出限占比、超標(biāo)率和均值，見(jiàn)表6。

由表6可以看出，三明市地產(chǎn)稻谷總汞含量均值處于較低水平，超標(biāo)率僅為2.8%，六成以上低于檢出限，說(shuō)明三明市絕大部分地區(qū)地產(chǎn)稻谷總汞污染水平很低，但少數(shù)區(qū)域污染水平較高。E縣產(chǎn)稻谷總汞超標(biāo)率最高，低于檢出限的占比也較高，說(shuō)明該縣總汞污染處于較低水平，但分布很不均勻，部分區(qū)域污染水平較高。A縣、C縣、G縣產(chǎn)稻谷總汞含量低于檢出限樣品約占三四成，也有部分樣品檢出超標(biāo)情況，說(shuō)明這3個(gè)縣總汞污染水平較低，部分區(qū)域污染水平較高。B縣、D縣、F縣、H縣、I縣、J縣產(chǎn)稻谷總汞含量均值均處于較低水平，低于檢出限的占比普遍較高，也沒(méi)有檢出超標(biāo)樣品，說(shuō)明這6個(gè)縣（市）總汞污染處于低水平，分布也較為均勻。

2.3污染原因分析

三明市地產(chǎn)稻谷總體重金屬污染處于較低水平，但污染分布很不均勻，部分區(qū)域污染水平較高。鎘、總砷污染比例相對(duì)較高，鉛、總汞污染比例相對(duì)較低。大部分縣污染呈現(xiàn)零星散發(fā)，同一區(qū)域多種重金屬元素同時(shí)污染相對(duì)較輕。而且本次稻谷樣品采集均在離城區(qū)較遠(yuǎn)的農(nóng)村地區(qū)，因此工業(yè)生產(chǎn)和生活污水導(dǎo)致污染的可能性較小。三明市礦產(chǎn)資源較豐富，但由于地質(zhì)構(gòu)造差異，礦產(chǎn)資源分布不均，造成資源空間分布不均勻，其中煤礦、鐵礦、鉛鋅礦等主要分布在大田、尤溪、永安等地區(qū)[12]，而這些地區(qū)礦山開采也較多，這與本次檢測(cè)分析結(jié)果顯示的重金屬污染水平和分布具有較高的重合度。有研究[13-14]顯示，礦山開采會(huì)導(dǎo)致周圍地產(chǎn)稻谷重金屬含量嚴(yán)重超標(biāo)，因此，造成三明市地產(chǎn)稻谷重金屬污染的原因有可能來(lái)自礦山開采。

2.4修復(fù)措施

三明市地產(chǎn)稻谷重金屬污染呈現(xiàn)較為明顯的地域特點(diǎn)，如D縣產(chǎn)稻谷鎘污染情況相對(duì)嚴(yán)重，永安市產(chǎn)稻谷總砷污染情況相對(duì)嚴(yán)重。D縣可以重點(diǎn)考慮通過(guò)種植一年蓬、鳳尾蕨來(lái)修復(fù)改善受鎘污染耕地。J縣可以重點(diǎn)考慮通過(guò)種植娛蚣草、向日葵來(lái)修復(fù)改善受砷污染耕地。E縣產(chǎn)稻谷雖單個(gè)重金屬污染水平較低，但鎘、總汞、總砷等多元素污染累加相對(duì)較為嚴(yán)重，可以分別考慮通過(guò)種植一年蓬、鳳尾蕨、娛蚣草、向日葵、苣荬菜和野艾蒿來(lái)修復(fù)改善受污染耕地。A縣、B縣、C縣、G縣、H縣、I縣等地產(chǎn)稻谷重金屬污染呈現(xiàn)零星散發(fā)，這些地區(qū)可以因地制宜選擇種植合適的富集植物來(lái)修復(fù)改善受污染的耕地。

3結(jié)論

三明市地產(chǎn)稻谷總體重金屬污染處于較低水平，但污染分布很不均勻，部分區(qū)域污染水平較高。建議三明各縣（市）因地制宜，種植合適的富集植物，修復(fù)改善重金屬污染水平較高的耕地，如D縣可以重點(diǎn)考慮通過(guò)種植一年蓬、鳳尾蕨來(lái)修復(fù)改善受鎘污染耕地。J縣可以重點(diǎn)考慮通過(guò)種植蜈蚣草、向日葵來(lái)修復(fù)改善受砷污染耕地。需要說(shuō)明的是，本次從每個(gè)行政村采集的樣品均來(lái)自于其中一個(gè)農(nóng)戶，對(duì)于超標(biāo)樣品代表的行政村僅能說(shuō)明該村存在受污染的土壤，不能說(shuō)明該村整體受到污染，且由于本研究?jī)H對(duì)樣品本身進(jìn)行分析討論，并未涉及稻谷生長(zhǎng)的土壤、水源等相關(guān)數(shù)據(jù)。今后將針對(duì)這些因素做進(jìn)一步的驗(yàn)證，以期為三明市重金屬污染耕地治理提供更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持。

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Pollution characteristics of Heavy Metals in Rice in Sanming City and Remediation measures

Chen Mingming，Jiang Zhaoshun

（Sanming Inspection Station of Grain and Oil Quality，Sanmin，F(xiàn)ujian 365000 ）

Abstract：In this research，detections of the heavy metals are made in local late long-grain nonglutinous rice samples from 286 administrative villages in Sanming City，F(xiàn)ujian Province，quartile method and boxplot are used to analyze and display the pollution level and distribution of heavy metals，and remediation suggestions are put forward according to the pollution characteristics of areas with higher heavy metal pollution levels. The results show that the overall heavy metal pollution of rice in Sanming is at a low level，but with obvious regional differences. The pollution distribution is rather uneven，and the pollution level is high in some areas. This paper suggests that all regions in Sanming plant appropriate enrichment plants according to local conditions to remediate and improve the cultivated land with high level of heavy metal pollution. For example，Some counties can mainly plant annual fleabane and phoenix-tail fern to remediate and improve cultivated land polluted by cadmium，and Some counties can remediate and improve the arsenic-polluted cultivated land by planting centipede grass and sunflower.

Key words：rice，heavy metals，quartile，box-plot