福建省三明市稻谷重金属污染特征及修复措施

陈明明 蒋肇顺

摘要：对福建省三明市286个行政村的地产晚籼稻谷样品的重金属进行检测，利用四分位法和箱线图分析并直观展示其重金属污染水平和分布情况，并根据重金属污染水平较高区域的污染特征提出了修复建议。检测结果表明，三明市地产稻谷总体重金属污染处于较低水平，但呈现较为明显的地域特点，污染分布很不均匀，部分区域污染水平较高。建议三明各县（市）因地制宜，种植合适的富集植物，修复改善重金属污染水平较高的耕地，如有的县可以重点考虑通过种植一年蓬、凤尾蕨来修复改善受镉污染耕地，有的县可以重点考虑通过种植蜈蚣草、向日葵来修复改善受砷污染耕地。

关键词：稻谷;重金属;四分位法;箱线图

中图分類号：TS210.7文献标识码：ADOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20210620

由于工业生产和城市化进程，以及前些年矿山的无序开采，使得耕地受到不同程度的重金属污染，而稻谷对重金属有一定的富集能力[1]。这些重金属最终会通过食物链在人体内累积，并对人体造成严重损害，甚至诱发癌症[2]。因地制宜地种植合适的富集植物可以修复改善受污染的土壤，而且该方法成本低，操作简单，对生态环境不会造成二次破坏，同时还能净化空气和水[3]。研究发现，一年蓬、凤尾蕨对镉具有很好的富集作用[4-5]，马桑、蓖麻对铅具有很好的富集作用[5-6]，娱蚣草、向日葵对砷具有很好的富集作用[6-7]，苣荬菜和野艾蒿是2种新型汞富集植物[8]。

三明市地处闽西和闽西北，素有“八山一水一分田”之称，耕地资源十分紧缺，2020年户籍人口287.86万，粮食总产量94万t，其中稻谷产量77.63万t[9]，粮食产需基本平衡。三明市种植的稻谷以晚籼稻谷为主，全市90%以上的人口以大米作为主食，因此监测分析三明市地产稻谷中重金属污染水平和分布情况，并针对性地提出修复改善受污染耕地的建议，对于保障三明市粮食安全具有十分重要的意义。

1材料与方法

1.1样品采集与处理

本次共采集样品286个，来自三明十县（市）共286个行政村，其中：A县24个，B县27个，C县29个，D县28个，E县34个，F县35个，G县21个，H县22个，I县31个，J县35个。所有样品均由三明市粮油质量检验站在当地粮储局协助下实地采集，均为2020年三明地产晚籼稻谷，每份样品1.5 kg左右，采样时间为2020年9月下旬—11月上旬。为确保样品可追溯性，每份样品均同时采集了所属农户姓名、电话、地址信息（含经纬度）。

所有样品通过自然晾晒进行干燥，经分样器分样后，取100 g净稻谷进行脱壳、粉碎，分别储存于聚乙烯瓶中备用。

1.2仪器与试剂

1.2.1主要仪器

WFX-200型原子吸收分光光度计：北京瑞利分析仪器有限公司;AFS-9531型原子荧光光度计：北京海光仪器有限公司;Multiwave PRO型微波消解仪：奥地利安东帕有限公司;ME403型电子天平：瑞士梅特勒-托利多集团;AXLC1810型超纯水机：重庆阿修罗科技发展有限公司;JLG-II型砻谷机：中储粮成都研究所有限公司;BLH-5700型粮食水分测试磨：浙江伯利恒仪器设备有限公司。

1.2.2试剂

硝酸（优级纯）、过氧化氢（分析纯）、硫脲（分析纯）、L（+）-抗坏血酸（分析纯）：西陇化工有限公司;镉标准溶液[GBW（E）082822，1 000 mg/L]、铅标准溶液[GBW（E）082825，1 000 mg/L]、汞标准溶液[GBW（E）083186，1 000 mg/L]、碑标准溶液[BW30018-1000-N-50，1 000 mg/L]：北京坛墨质检科技有限公司;大米粉成分分析标准物质[GBW（E）100353）]：钢铁研究总院分析测试研究所。

1.3样品前处理与质量控制

1.3.1样品前处理

称取0.500 g试样于聚四氟乙烯消解罐中，加5 mL硝酸和1 mL过氧化氢，静置30 min，置于微波消解仪中，按微波消解仪操作步骤进行消解，消解条件见表1。每个样品4个平行。消解完成后，取出消解罐打开放在80 ℃电热板上加热赶酸，直至溶液剩余约1 ～ 2 mL。其中2个平行用纯水定容至10 mL摇匀供镉、铅、总汞检测，另2个转入比色管后加入2 mL硫脲+抗坏血酸溶液纯水定容至25 mL摇匀供总碑检测。同时做质控样品和空白试验。

1.3.2重金属元素线性相关、检出限及质量控制

分别根据GB 5009.12—2017《食品安全国家标准食品中铅的测定》第一法、GB 5009.15—2014《食品安全国家标准食品中镉的测定》、GB 5009.17—2014《食品安全国家标准食品中总汞及有机汞的测定》第一篇第一法、GB 5009.11—2014《食品安全国家标准食品中总碑及无机碑的测定》第一篇第二法制作4种重金属元素标准曲线并计算检出限，见表2。对质控样进行分析检测，见表3。

2结果与分析

2.1样品中重金属含量

根据仪器特点，将原子吸收分光光度计调整至测镉、铅最佳工作条件，将原子荧光光度计调整至测碑、汞最佳工作条件，分别对经微波消解并已定容的样品待测液进行检测，结果见表4，样品分县（市）重金属超标情况见表5。为便于统计分析处理，减少分析误差，所有检测结果低于检出限的数据均以1/2检出限值取代[10]，同时为克服简单替代法所带来的偏差，采用四分位数法来处理数据组[11]。

2.2三明市重金属污染分布情况分析

为识别异常值，同时真实直观地展示三明市总体及各县（市）地产稻谷样品重金属污染水平和分布情况，分别制作镉、铅、总碑箱线图，利用四分位法加以分析（总汞检测数据有62.2%低于检出限，故未制作箱线图）。

2.2.1镉污染分布情况分析

根据镉检测结果，用Excel制作三明市及各县（市）稻谷样品镉箱线图，见图1。

由图1可以看出，三明市地产稻谷镉含量四分位差较小，均值和中位数均低于国家限量标准（0.2 mg/kg）的一半，部分离群点高于国家限量标准，说明三明市地产稻谷镉污染总体处于较低水平，但个别地方镉污染相对较为严重。D县产稻谷镉含量四分位差最大，超标率最高，均值已接近国家限量标准，说明该县稻谷镉污染情况较为严重，分布很不均匀。E县、I县、J县三地四分位差、均值、中位数均远低于D县，但是个别样品镉含量超过国家限量标准，说明这3个县（市）稻谷镉污染情况较轻，但是存在少数镉污染水平较高的区域。A县、B县、C县、F县、G县、H县稻谷镉含量四分位差、均值、中位数均处于较低水平，尽管存在少量离群点，但是都没有超过国家限量标准，说明这几个县产稻谷镉污染水平最低。

2.2.2铅污染分布情况分析

根据铅检测结果，利用Excel制作三明市及各县（市）稻谷样品铅箱线图，见图2。

由图2可以看出，三明市地产稻谷中铅含量总体高于镉含量，但均值和中位数处于国家限量标准（0.2 mg/kg）一半左右，超标率略高于1%，说明三明市地产稻谷铅污染情况处于较低水平，分布也较为均匀，只有极少数区域污染水平较高。D县产稻谷铅含量均值最高，有2份样品超过国家限量标准，为10个县（市）最多，说明该县稻谷不仅镉污染情况较为严重，铅污染水平也高于其他地区。A县四分位差、均值、中位数均处于较低水平，但是个别样品铅含量超过国家限量标准，说明该县稻谷铅污染情况较轻，但是存在少数铅污染水平较高的区域。B县、C县、E县、F县、G县、H县、I县、J县稻谷铅含量均值、中位数均处于较低水平，也没有离散点的情况，所有稻谷样品铅含量都没有超过国家限量标准，说明这几个县（市）产稻谷铅污染水平最低。

2.2.3总砷污染分布情况分析

根据总碑检测结果，利用Excel制作三明市及各县（市）稻谷样品总碑箱线图，见图3。

由图3可以看出，三明市地产稻谷中总砷含量均值、中位数均在0.1 mg/kg附近，四分位差较大，说明三明市地产稻谷中总砷污染情况并不严重，但污染分布很不均匀，有多个地方总砷污染相对较为严重。J县产稻谷总砷含量均值、中位数为全市最高，四分位差较小，超标率高，说明该市稻谷总砷污染情况较为严重。C县、B县、D县、E县产稻谷总碑含量均值、中位数略高于0.1 mg/kg，四分位差最大，有部分样品超标，说明C县、B县、D县、E县稻谷总砷污染水平并不严重，但分布很不均匀，存在少数总砷污染水平较高的区域。H县产稻谷总砷含量均值、中位数均为全市较低水平，四分位差小，有部分样品超标，说明H县稻谷总砷污染水平很低，但存在少数总砷污染水平较高的区域。F县、G乐县、I县产稻谷总砷含量均值、中位数均低于0.1 mg/kg，没有超标样品，说明这3个县总砷污染水平很低，但I縣污染分布更不均匀。

2.2.4总汞污染分布情况分析

根据总汞检测结果，分别计算三明市及各县（市）稻谷样品总汞低于检出限占比、超标率和均值，见表6。

由表6可以看出，三明市地产稻谷总汞含量均值处于较低水平，超标率仅为2.8%，六成以上低于检出限，说明三明市绝大部分地区地产稻谷总汞污染水平很低，但少数区域污染水平较高。E县产稻谷总汞超标率最高，低于检出限的占比也较高，说明该县总汞污染处于较低水平，但分布很不均匀，部分区域污染水平较高。A县、C县、G县产稻谷总汞含量低于检出限样品约占三四成，也有部分样品检出超标情况，说明这3个县总汞污染水平较低，部分区域污染水平较高。B县、D县、F县、H县、I县、J县产稻谷总汞含量均值均处于较低水平，低于检出限的占比普遍较高，也没有检出超标样品，说明这6个县（市）总汞污染处于低水平，分布也较为均匀。

2.3污染原因分析

三明市地产稻谷总体重金属污染处于较低水平，但污染分布很不均匀，部分区域污染水平较高。镉、总砷污染比例相对较高，铅、总汞污染比例相对较低。大部分县污染呈现零星散发，同一区域多种重金属元素同时污染相对较轻。而且本次稻谷样品采集均在离城区较远的农村地区，因此工业生产和生活污水导致污染的可能性较小。三明市矿产资源较丰富，但由于地质构造差异，矿产资源分布不均，造成资源空间分布不均匀，其中煤矿、铁矿、铅锌矿等主要分布在大田、尤溪、永安等地区[12]，而这些地区矿山开采也较多，这与本次检测分析结果显示的重金属污染水平和分布具有较高的重合度。有研究[13-14]显示，矿山开采会导致周围地产稻谷重金属含量严重超标，因此，造成三明市地产稻谷重金属污染的原因有可能来自矿山开采。

2.4修复措施

三明市地产稻谷重金属污染呈现较为明显的地域特点，如D县产稻谷镉污染情况相对严重，永安市产稻谷总砷污染情况相对严重。D县可以重点考虑通过种植一年蓬、凤尾蕨来修复改善受镉污染耕地。J县可以重点考虑通过种植娱蚣草、向日葵来修复改善受砷污染耕地。E县产稻谷虽单个重金属污染水平较低，但镉、总汞、总砷等多元素污染累加相对较为严重，可以分别考虑通过种植一年蓬、凤尾蕨、娱蚣草、向日葵、苣荬菜和野艾蒿来修复改善受污染耕地。A县、B县、C县、G县、H县、I县等地产稻谷重金属污染呈现零星散发，这些地区可以因地制宜选择种植合适的富集植物来修复改善受污染的耕地。

3结论

三明市地产稻谷总体重金属污染处于较低水平，但污染分布很不均匀，部分区域污染水平较高。建议三明各县（市）因地制宜，种植合适的富集植物，修复改善重金属污染水平较高的耕地，如D县可以重点考虑通过种植一年蓬、凤尾蕨来修复改善受镉污染耕地。J县可以重点考虑通过种植蜈蚣草、向日葵来修复改善受砷污染耕地。需要说明的是，本次从每个行政村采集的样品均来自于其中一个农户，对于超标样品代表的行政村仅能说明该村存在受污染的土壤，不能说明该村整体受到污染，且由于本研究仅对样品本身进行分析讨论，并未涉及稻谷生长的土壤、水源等相关数据。今后将针对这些因素做进一步的验证，以期为三明市重金属污染耕地治理提供更加精准的数据支持。

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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