福建省三明市稻谷重金屬污染特征及修復措施

陳明明 蔣肇順

摘要：對福建省三明市286個行政村的地產晚秈稻谷樣品的重金屬進行檢測，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，并根據重金屬污染水平較高區域的污染特征提出了修復建議。檢測結果表明，三明市地產稻谷總體重金屬污染處于較低水平，但呈現較為明顯的地域特點，污染分布很不均勻，部分區域污染水平較高。建議三明各縣（市）因地制宜，種植合適的富集植物，修復改善重金屬污染水平較高的耕地，如有的縣可以重點考慮通過種植一年蓬、鳳尾蕨來修復改善受鎘污染耕地，有的縣可以重點考慮通過種植蜈蚣草、向日葵來修復改善受砷污染耕地。

關鍵詞：稻谷;重金屬;四分位法;箱線圖

中圖分類號：TS210.7文獻標識碼：ADOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20210620

由于工業生產和城市化進程，以及前些年礦山的無序開采，使得耕地受到不同程度的重金屬污染，而稻谷對重金屬有一定的富集能力[1]。這些重金屬最終會通過食物鏈在人體內累積，并對人體造成嚴重損害，甚至誘發癌癥[2]。因地制宜地種植合適的富集植物可以修復改善受污染的土壤，而且該方法成本低，操作簡單，對生態環境不會造成二次破壞，同時還能凈化空氣和水[3]。研究發現，一年蓬、鳳尾蕨對鎘具有很好的富集作用[4-5]，馬桑、蓖麻對鉛具有很好的富集作用[5-6]，娛蚣草、向日葵對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，糧食總產量94萬t，其中稻谷產量77.63萬t[9]，糧食產需基本平衡。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，因此監測分析三明市地產稻谷中重金屬污染水平和分布情況，并針對性地提出修復改善受污染耕地的建議，對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，來自三明十縣（市）共286個行政村，其中：A縣24個，B縣27個，C縣29個，D縣28個，E縣34個，F縣35個，G縣21個，H縣22個，I縣31個，J縣35個。所有樣品均由三明市糧油質量檢驗站在當地糧儲局協助下實地采集，均為2020年三明地產晚秈稻谷，每份樣品1.5 kg左右，采樣時間為2020年9月下旬—11月上旬。為確保樣品可追溯性，每份樣品均同時采集了所屬農戶姓名、電話、地址信息（含經緯度）。

所有樣品通過自然晾曬進行干燥，經分樣器分樣后，取100 g凈稻谷進行脫殼、粉碎，分別儲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：北京瑞利分析儀器有限公司;AFS-9531型原子熒光光度計：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;AXLC1810型超純水機：重慶阿修羅科技發展有限公司;JLG-II型礱谷機：中儲糧成都研究所有限公司;BLH-5700型糧食水分測試磨：浙江伯利恒儀器設備有限公司。

1.2.2試劑

硝酸（優級純）、過氧化氫（分析純）、硫脲（分析純）、L（+）-抗壞血酸（分析純）：西隴化工有限公司;鎘標準溶液[GBW（E）082822，1 000 mg/L]、鉛標準溶液[GBW（E）082825，1 000 mg/L]、汞標準溶液[GBW（E）083186，1 000 mg/L]、碑標準溶液[BW30018-1000-N-50，1 000 mg/L]：北京壇墨質檢科技有限公司;大米粉成分分析標準物質[GBW（E）100353）]：鋼鐵研究總院分析測試研究所。

1.3樣品前處理與質量控制

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行消解，消解條件見表1。每個樣品4個平行。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個平行用純水定容至10 mL搖勻供鎘、鉛、總汞檢測，另2個轉入比色管后加入2 mL硫脲+抗壞血酸溶液純水定容至25 mL搖勻供總碑檢測。同時做質控樣品和空白試驗。

1.3.2重金屬元素線性相關、檢出限及質量控制

分別根據GB 5009.12—2017《食品安全國家標準食品中鉛的測定》第一法、GB 5009.15—2014《食品安全國家標準食品中鎘的測定》、GB 5009.17—2014《食品安全國家標準食品中總汞及有機汞的測定》第一篇第一法、GB 5009.11—2014《食品安全國家標準食品中總碑及無機碑的測定》第一篇第二法制作4種重金屬元素標準曲線并計算檢出限，見表2。對質控樣進行分析檢測，見表3。

2結果與分析

2.1樣品中重金屬含量

根據儀器特點，將原子吸收分光光度計調整至測鎘、鉛最佳工作條件，將原子熒光光度計調整至測碑、汞最佳工作條件，分別對經微波消解并已定容的樣品待測液進行檢測，結果見表4，樣品分縣（市）重金屬超標情況見表5。為便于統計分析處理，減少分析誤差，所有檢測結果低于檢出限的數據均以1/2檢出限值取代[10]，同時為克服簡單替代法所帶來的偏差，采用四分位數法來處理數據組[11]。

2.2三明市重金屬污染分布情況分析

為識別異常值，同時真實直觀地展示三明市總體及各縣（市）地產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（總汞檢測數據有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

根據鎘檢測結果，用Excel制作三明市及各縣（市）稻谷樣品鎘箱線圖，見圖1。

由圖1可以看出，三明市地產稻谷鎘含量四分位差較小，均值和中位數均低于國家限量標準（0.2 mg/kg）的一半，部分離群點高于國家限量標準，說明三明市地產稻谷鎘污染總體處于較低水平，但個別地方鎘污染相對較為嚴重。D縣產稻谷鎘含量四分位差最大，超標率最高，均值已接近國家限量標準，說明該縣稻谷鎘污染情況較為嚴重，分布很不均勻。E縣、I縣、J縣三地四分位差、均值、中位數均遠低于D縣，但是個別樣品鎘含量超過國家限量標準，說明這3個縣（市）稻谷鎘污染情況較輕，但是存在少數鎘污染水平較高的區域。A縣、B縣、C縣、F縣、G縣、H縣稻谷鎘含量四分位差、均值、中位數均處于較低水平，盡管存在少量離群點，但是都沒有超過國家限量標準，說明這幾個縣產稻谷鎘污染水平最低。

2.2.2鉛污染分布情況分析

根據鉛檢測結果，利用Excel制作三明市及各縣（市）稻谷樣品鉛箱線圖，見圖2。

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

2.2.3總砷污染分布情況分析

根據總碑檢測結果，利用Excel制作三明市及各縣（市）稻谷樣品總碑箱線圖，見圖3。

由圖3可以看出，三明市地產稻谷中總砷含量均值、中位數均在0.1 mg/kg附近，四分位差較大，說明三明市地產稻谷中總砷污染情況并不嚴重，但污染分布很不均勻，有多個地方總砷污染相對較為嚴重。J縣產稻谷總砷含量均值、中位數為全市最高，四分位差較小，超標率高，說明該市稻谷總砷污染情況較為嚴重。C縣、B縣、D縣、E縣產稻谷總碑含量均值、中位數略高于0.1 mg/kg，四分位差最大，有部分樣品超標，說明C縣、B縣、D縣、E縣稻谷總砷污染水平并不嚴重，但分布很不均勻，存在少數總砷污染水平較高的區域。H縣產稻谷總砷含量均值、中位數均為全市較低水平，四分位差小，有部分樣品超標，說明H縣稻谷總砷污染水平很低，但存在少數總砷污染水平較高的區域。F縣、G樂縣、I縣產稻谷總砷含量均值、中位數均低于0.1 mg/kg，沒有超標樣品，說明這3個縣總砷污染水平很低，但I縣污染分布更不均勻。

2.2.4總汞污染分布情況分析

根據總汞檢測結果，分別計算三明市及各縣（市）稻谷樣品總汞低于檢出限占比、超標率和均值，見表6。

由表6可以看出，三明市地產稻谷總汞含量均值處于較低水平，超標率僅為2.8%，六成以上低于檢出限，說明三明市絕大部分地區地產稻谷總汞污染水平很低，但少數區域污染水平較高。E縣產稻谷總汞超標率最高，低于檢出限的占比也較高，說明該縣總汞污染處于較低水平，但分布很不均勻，部分區域污染水平較高。A縣、C縣、G縣產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情況，說明這3個縣總汞污染水平較低，部分區域污染水平較高。B縣、D縣、F縣、H縣、I縣、J縣產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，也沒有檢出超標樣品，說明這6個縣（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，部分區域污染水平較高。鎘、總砷污染比例相對較高，鉛、總汞污染比例相對較低。大部分縣污染呈現零星散發，同一區域多種重金屬元素同時污染相對較輕。而且本次稻谷樣品采集均在離城區較遠的農村地區，因此工業生產和生活污水導致污染的可能性較小。三明市礦產資源較豐富，但由于地質構造差異，礦產資源分布不均，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[12]，而這些地區礦山開采也較多，這與本次檢測分析結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，礦山開采會導致周圍地產稻谷重金屬含量嚴重超標，因此，造成三明市地產稻谷重金屬污染的原因有可能來自礦山開采。

2.4修復措施

三明市地產稻谷重金屬污染呈現較為明顯的地域特點，如D縣產稻谷鎘污染情況相對嚴重，永安市產稻谷總砷污染情況相對嚴重。D縣可以重點考慮通過種植一年蓬、鳳尾蕨來修復改善受鎘污染耕地。J縣可以重點考慮通過種植娛蚣草、向日葵來修復改善受砷污染耕地。E縣產稻谷雖單個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較為嚴重，可以分別考慮通過種植一年蓬、鳳尾蕨、娛蚣草、向日葵、苣荬菜和野艾蒿來修復改善受污染耕地。A縣、B縣、C縣、G縣、H縣、I縣等地產稻谷重金屬污染呈現零星散發，這些地區可以因地制宜選擇種植合適的富集植物來修復改善受污染的耕地。

3結論

三明市地產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，修復改善重金屬污染水平較高的耕地，如D縣可以重點考慮通過種植一年蓬、鳳尾蕨來修復改善受鎘污染耕地。J縣可以重點考慮通過種植蜈蚣草、向日葵來修復改善受砷污染耕地。需要說明的是，本次從每個行政村采集的樣品均來自于其中一個農戶，對于超標樣品代表的行政村僅能說明該村存在受污染的土壤，不能說明該村整體受到污染，且由于本研究僅對樣品本身進行分析討論，并未涉及稻谷生長的土壤、水源等相關數據。今后將針對這些因素做進一步的驗證，以期為三明市重金屬污染耕地治理提供更加精準的數據支持。

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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，Fujian 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，Fujian 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