水稻對(duì)土壤中重金屬的富集作用

陳懷紅

（貴州省安順市西秀區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局 土壤肥料站，貴州 安順 561000）

土壤重金屬通過在農(nóng)作物中的富集而影響農(nóng)產(chǎn)品食品安全，從而間接危害人體健康[1]。而重金屬在生物體內(nèi)具有富集作用強(qiáng)、隱蔽性、長期性、不可逆及污染毒性大等特點(diǎn)[2-3]，土壤重金屬一般聚集在土層20～30 cm 處，與大多數(shù)農(nóng)作物根際深度相同，極易被農(nóng)作物吸收富集[4]。水稻對(duì)重金屬的吸附能力強(qiáng)，相對(duì)于其他旱種農(nóng)作物的重金屬含量會(huì)更高，因此重金屬在稻谷中的積累勢(shì)必會(huì)影響到人類健康與安全[5]。2017-2018年安順市西秀區(qū)在農(nóng)用地土壤污染狀況詳查工作中布設(shè)了148個(gè)點(diǎn)位，采集水稻-土壤協(xié)同樣品進(jìn)行測(cè)定與分析，對(duì)樣品檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探索安順市西秀區(qū)區(qū)域水稻籽粒富集土壤重金屬的情況，以期為耕地安全利用和水稻安全種植生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣點(diǎn)布設(shè)和樣品采集檢測(cè)

按照《農(nóng)用地土壤污染狀況詳查點(diǎn)位布設(shè)技術(shù)規(guī)定》布設(shè)148個(gè)點(diǎn)位；按照《農(nóng)用地土壤樣品采集流轉(zhuǎn)制備和保存技術(shù)規(guī)定》《關(guān)于印發(fā)全國土壤污染狀況詳查樣品分析測(cè)試方法系列技術(shù)規(guī)定的通知》等進(jìn)行樣品采集流轉(zhuǎn)制備和分析檢測(cè)，獲得稻谷和土壤Cd、Hg、As、Pb、Cr含量及土壤pH數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)分析

用SPSS 21 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)特征分析和相關(guān)性分析。

1.3 評(píng)價(jià)方法

對(duì)照《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618—2018）中的篩選值和管制值標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行土壤環(huán)境質(zhì)量污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。將土壤環(huán)境質(zhì)量類別分為3類，分別為Ⅰ類，土壤重金屬含量≤篩選值，土壤污染風(fēng)險(xiǎn)低，可忽略；Ⅱ類，篩選值＜土壤重金屬含量≤管制值，可能存在土壤污染風(fēng)險(xiǎn)，但風(fēng)險(xiǎn)可控；Ⅲ類，土壤重金屬含量＞管制值，土壤存在較高污染風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）中稻谷Cd、Hg、As、Pb、Cr 限量值，按照《農(nóng)用地土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)定（試行）》，采用單因子指數(shù)法評(píng)價(jià)農(nóng)產(chǎn)品安全性。計(jì)算公式為E=C/L，式中，E表示稻谷中重金屬的單因子超標(biāo)指數(shù)，C表示稻谷中重金屬含量測(cè)定值，L 表示食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的稻谷中重金屬含量限量值，根據(jù)規(guī)定稻谷Cd、Hg、As、Pb、Cr含量限量值分別為0.2 mg/kg、0.02 mg/kg、0.5 mg/kg、0.2 mg/kg、1.0 mg/kg。根據(jù)E值的大小，將稻谷重金屬超標(biāo)程度分為3 級(jí)，Ⅰ級(jí)，E≤1.0，未超標(biāo)；Ⅱ級(jí)，1.0＜E≤2.0，輕度超標(biāo)；Ⅲ級(jí)，E＞2.0，重度超標(biāo)。

1.4 富集系數(shù)的計(jì)算

作物從土壤中吸收積累重金屬的能力通常用富集系數(shù)進(jìn)行評(píng)估，富集系數(shù)=作物中重金屬含量/土壤重金屬含量[6]，富集系數(shù)的大小反映了農(nóng)作物對(duì)土壤中重金屬富集程度的高低或富集能力的強(qiáng)弱[7]，富集系數(shù)越大，對(duì)重金屬的富集能力越強(qiáng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤與稻谷的重金屬含量特征及相關(guān)性

平均值是樣本數(shù)據(jù)總體的代表值，反映總體的典型特征或水平，可以作為對(duì)樣本總體集中性的一種統(tǒng)計(jì)描述[8]；眾數(shù)是出現(xiàn)頻率最高的數(shù)值，中位數(shù)是中間位置的觀測(cè)值[9]，眾數(shù)和中位數(shù)不受極端數(shù)據(jù)的影響，但眾數(shù)的可靠性較差，選擇中位數(shù)表示樣本總體的集中趨勢(shì)比較適合，不受極大值或極小值影響，在一定程度上提高了數(shù)據(jù)的代表性。從表1 可知，稻谷中的Cd、Hg、As、Pb、Cr 含量中位數(shù)分別為0.012 9 mg/kg、0.002 8 mg/kg、0.115 5 mg/kg、0.017 8 mg/kg、0.089 3 mg/kg；土壤中的Cd、Hg、As、Pb、Cr 含量中位數(shù)分別為0.445 0 mg/kg、0.191 0 mg/kg、16.950 0 mg/kg、36.375 0 mg/kg、111.000 0 mg/kg，土壤pH 為5.8。變異系數(shù)表示統(tǒng)計(jì)指標(biāo)空間變異性的大小，根據(jù)變異系數(shù)的劃分等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[10]，稻谷中Cd含量和土壤Cd 含量、Hg 含量的變異系數(shù)大于100%，屬于強(qiáng)變異性，其他重金屬含量的變異系數(shù)為10%～100%，屬中等變異性。從變異系數(shù)看，各指標(biāo)含量值之間離散程度較大，原因是采樣點(diǎn)包含多種土壤類型、施肥情況、水稻種植品種等因素，樣品的區(qū)域代表性較強(qiáng)，復(fù)雜性也隨之增大。對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析可知（表2），稻谷中Cd 含量與土壤pH 呈顯著負(fù)相關(guān)，稻谷中Hg 含量與土壤中As 含量呈極顯著正相關(guān)；稻谷中As 含量與土壤中As 含量呈顯著正相關(guān)，與土壤中Pb、Cr 含量和土壤pH 呈極顯著負(fù)相關(guān)；稻谷中Hg 含量與稻谷中As 含量之間呈極顯著正相關(guān)。

表2 稻谷重金屬和土壤重金屬含量與土壤pH的相關(guān)系數(shù)

2.2 土壤環(huán)境質(zhì)量污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

將土壤樣品Cd、Hg、As、Pb、Cr的含量值與《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618—2018）進(jìn)行比對(duì)，有3個(gè)樣點(diǎn)土壤環(huán)境質(zhì)量為Ⅲ類，但該樣點(diǎn)稻谷樣品重金屬未超標(biāo)，其余樣點(diǎn)為Ⅰ、Ⅱ類，低風(fēng)險(xiǎn)可忽略或風(fēng)險(xiǎn)可控。

2.3 稻谷安全性評(píng)價(jià)

經(jīng)測(cè)定與計(jì)算，148 個(gè)稻谷樣品中存在2個(gè)樣品超標(biāo)，均為Cd輕度超標(biāo)，其中，1個(gè)樣品的采樣點(diǎn)土壤環(huán)境質(zhì)量為Ⅰ類，屬于低風(fēng)險(xiǎn)，另1 個(gè)樣品的采樣點(diǎn)土壤環(huán)境質(zhì)量為Ⅱ類，可能存在土壤污染風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 稻谷對(duì)土壤重金屬的富集特性

從表3可知，稻谷中重金屬的富集系數(shù)平均值依次為Cd＞Hg＞As＞Pb=Cr，稻谷對(duì)Cd 的富集能力最強(qiáng)，對(duì)Pb 和Cr 的富集能力最小。已有研究表明，水稻從土壤中吸附積累Cd 的能力較強(qiáng)[6]。稻谷中Cd、As 的富集系數(shù)與土壤pH 呈極顯著負(fù)相關(guān)，稻谷Pb 富集系數(shù)與土壤pH 呈顯著負(fù)相關(guān)，表明土壤pH 對(duì)稻谷吸收富集土壤Cd、As、Pb有較大的影響，土壤pH 下降，稻谷對(duì)土壤中Cd、As、Pb的吸收富集能力會(huì)增大。

表3 稻谷重金屬富集系數(shù)及其與土壤pH的相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論與討論

對(duì)148 個(gè)樣點(diǎn)的土壤和稻谷重金屬Cd、Hg、As、Pb、Cr 含量進(jìn)行測(cè)定，對(duì)照國家相關(guān)規(guī)定進(jìn)行判別，有2個(gè)稻谷樣品重金屬含量超標(biāo)，超標(biāo)率為1.35%，均為Cd 輕度超標(biāo)，其中，1 個(gè)樣品的采樣點(diǎn)土壤環(huán)境質(zhì)量為Ⅰ類，屬于低風(fēng)險(xiǎn)田塊；另1個(gè)樣品的采樣點(diǎn)土壤環(huán)境質(zhì)量為Ⅱ類，屬于可能存在土壤污染風(fēng)險(xiǎn)田塊；有3 個(gè)樣點(diǎn)土壤環(huán)境質(zhì)量為Ⅲ類，占比2.03%，存在較高污染風(fēng)險(xiǎn)，但該3 個(gè)樣點(diǎn)的稻谷樣品重金屬都未超標(biāo)。因此，在有污染風(fēng)險(xiǎn)田塊種植水稻未必會(huì)造成稻谷重金屬含量超標(biāo)，其原因有待進(jìn)一步研究。

從稻谷對(duì)土壤重金屬的富集特性看，稻谷對(duì)重金屬Cd 的富集能力最強(qiáng)，對(duì)Pb 和Cr的富集能力最小，對(duì)重金屬Hg、As 的富集能力排第2、第3；相關(guān)性分析表明，土壤pH 對(duì)稻谷吸收富集土壤Cd、As、Pb有較大的影響，稻谷Cd、As 富集系數(shù)與土壤pH 呈極顯著負(fù)相關(guān)，稻谷中Pb 的富集系數(shù)與土壤pH 呈顯著負(fù)相關(guān)，說明稻谷吸收富集土壤Cd、As、Pb的能力會(huì)隨著土壤pH 下降而增大。西秀區(qū)弱酸性和酸性稻田面積較大，應(yīng)采取措施防止稻田酸化加劇，抑制稻谷吸收富集土壤Cd、As、Pb。

稻谷中Hg、As 含量與土壤中As 含量三者之間有較為密切的正相關(guān)性，而稻谷中Hg含量與土壤中Hg 含量之間相關(guān)性不顯著，因此，土壤As 含量上升很可能會(huì)造成稻谷As、Hg 含量同時(shí)上升，對(duì)此應(yīng)作深入研究，探明其相互間的關(guān)系。