水稻對土壤中重金屬的富集作用

陳懷紅

（貴州省安順市西秀區農業農村局 土壤肥料站，貴州 安順 561000）

土壤重金屬通過在農作物中的富集而影響農產品食品安全，從而間接危害人體健康[1]。而重金屬在生物體內具有富集作用強、隱蔽性、長期性、不可逆及污染毒性大等特點[2-3]，土壤重金屬一般聚集在土層20～30 cm 處，與大多數農作物根際深度相同，極易被農作物吸收富集[4]。水稻對重金屬的吸附能力強，相對于其他旱種農作物的重金屬含量會更高，因此重金屬在稻谷中的積累勢必會影響到人類健康與安全[5]。2017-2018年安順市西秀區在農用地土壤污染狀況詳查工作中布設了148個點位，采集水稻-土壤協同樣品進行測定與分析，對樣品檢測數據進行分析，探索安順市西秀區區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提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣點布設和樣品采集檢測

按照《農用地土壤污染狀況詳查點位布設技術規定》布設148個點位；按照《農用地土壤樣品采集流轉制備和保存技術規定》《關于印發全國土壤污染狀況詳查樣品分析測試方法系列技術規定的通知》等進行樣品采集流轉制備和分析檢測，獲得稻谷和土壤Cd、Hg、As、Pb、Cr含量及土壤pH數據。

1.2 數據分析

用SPSS 21 軟件對數據進行統計特征分析和相關性分析。

1.3 評價方法

對照《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 15618—2018）中的篩選值和管制值標準，進行土壤環境質量污染風險評價。將土壤環境質量類別分為3類，分別為Ⅰ類，土壤重金屬含量≤篩選值，土壤污染風險低，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險，但風險可控；Ⅲ類，土壤重金屬含量＞管制值，土壤存在較高污染風險。

對照《食品安全國家標準 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）中稻谷Cd、Hg、As、Pb、Cr 限量值，按照《農用地土壤環境風險評價技術規定（試行）》，采用單因子指數法評價農產品安全性。計算公式為E=C/L，式中，E表示稻谷中重金屬的單因子超標指數，C表示稻谷中重金屬含量測定值，L 表示食品安全國家標準規定的稻谷中重金屬含量限量值，根據規定稻谷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E值的大小，將稻谷重金屬超標程度分為3 級，Ⅰ級，E≤1.0，未超標；Ⅱ級，1.0＜E≤2.0，輕度超標；Ⅲ級，E＞2.0，重度超標。

1.4 富集系數的計算

作物從土壤中吸收積累重金屬的能力通常用富集系數進行評估，富集系數=作物中重金屬含量/土壤重金屬含量[6]，富集系數的大小反映了農作物對土壤中重金屬富集程度的高低或富集能力的強弱[7]，富集系數越大，對重金屬的富集能力越強。

2 結果與分析

2.1 土壤與稻谷的重金屬含量特征及相關性

平均值是樣本數據總體的代表值，反映總體的典型特征或水平，可以作為對樣本總體集中性的一種統計描述[8]；眾數是出現頻率最高的數值，中位數是中間位置的觀測值[9]，眾數和中位數不受極端數據的影響，但眾數的可靠性較差，選擇中位數表示樣本總體的集中趨勢比較適合，不受極大值或極小值影響，在一定程度上提高了數據的代表性。從表1 可知，稻谷中的Cd、Hg、As、Pb、Cr 含量中位數分別為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。變異系數表示統計指標空間變異性的大小，根據變異系數的劃分等級標準[10]，稻谷中Cd含量和土壤Cd 含量、Hg 含量的變異系數大于100%，屬于強變異性，其他重金屬含量的變異系數為10%～100%，屬中等變異性。從變異系數看，各指標含量值之間離散程度較大，原因是采樣點包含多種土壤類型、施肥情況、水稻種植品種等因素，樣品的區域代表性較強，復雜性也隨之增大。對各指標進行相關性統計分析可知（表2），稻谷中Cd 含量與土壤pH 呈顯著負相關，稻谷中Hg 含量與土壤中As 含量呈極顯著正相關；稻谷中As 含量與土壤中As 含量呈顯著正相關，與土壤中Pb、Cr 含量和土壤pH 呈極顯著負相關；稻谷中Hg 含量與稻谷中As 含量之間呈極顯著正相關。

表2 稻谷重金屬和土壤重金屬含量與土壤pH的相關系數

2.2 土壤環境質量污染風險評價

將土壤樣品Cd、Hg、As、Pb、Cr的含量值與《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 15618—2018）進行比對，有3個樣點土壤環境質量為Ⅲ類，但該樣點稻谷樣品重金屬未超標，其余樣點為Ⅰ、Ⅱ類，低風險可忽略或風險可控。

2.3 稻谷安全性評價

經測定與計算，148 個稻谷樣品中存在2個樣品超標，均為Cd輕度超標，其中，1個樣品的采樣點土壤環境質量為Ⅰ類，屬于低風險，另1 個樣品的采樣點土壤環境質量為Ⅱ類，可能存在土壤污染風險。

2.4 稻谷對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平均值依次為Cd＞Hg＞As＞Pb=Cr，稻谷對Cd 的富集能力最強，對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[6]。稻谷中Cd、As 的富集系數與土壤pH 呈極顯著負相關，稻谷Pb 富集系數與土壤pH 呈顯著負相關，表明土壤pH 對稻谷吸收富集土壤Cd、As、Pb有較大的影響，土壤pH 下降，稻谷對土壤中Cd、As、Pb的吸收富集能力會增大。

表3 稻谷重金屬富集系數及其與土壤pH的相關系數

3 結論與討論

對148 個樣點的土壤和稻谷重金屬Cd、Hg、As、Pb、Cr 含量進行測定，對照國家相關規定進行判別，有2個稻谷樣品重金屬含量超標，超標率為1.35%，均為Cd 輕度超標，其中，1 個樣品的采樣點土壤環境質量為Ⅰ類，屬于低風險田塊；另1個樣品的采樣點土壤環境質量為Ⅱ類，屬于可能存在土壤污染風險田塊；有3 個樣點土壤環境質量為Ⅲ類，占比2.03%，存在較高污染風險，但該3 個樣點的稻谷樣品重金屬都未超標。因此，在有污染風險田塊種植水稻未必會造成稻谷重金屬含量超標，其原因有待進一步研究。

從稻谷對土壤重金屬的富集特性看，稻谷對重金屬Cd 的富集能力最強，對Pb 和Cr的富集能力最小，對重金屬Hg、As 的富集能力排第2、第3；相關性分析表明，土壤pH 對稻谷吸收富集土壤Cd、As、Pb有較大的影響，稻谷Cd、As 富集系數與土壤pH 呈極顯著負相關，稻谷中Pb 的富集系數與土壤pH 呈顯著負相關，說明稻谷吸收富集土壤Cd、As、Pb的能力會隨著土壤pH 下降而增大。西秀區弱酸性和酸性稻田面積較大，應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性，而稻谷中Hg含量與土壤中Hg 含量之間相關性不顯著，因此，土壤As 含量上升很可能會造成稻谷As、Hg 含量同時上升，對此應作深入研究，探明其相互間的關系。