水稻对土壤中重金属的富集作用

陈怀红

（贵州省安顺市西秀区农业农村局 土壤肥料站，贵州 安顺 561000）

土壤重金属通过在农作物中的富集而影响农产品食品安全，从而间接危害人体健康[1]。而重金属在生物体内具有富集作用强、隐蔽性、长期性、不可逆及污染毒性大等特点[2-3]，土壤重金属一般聚集在土层20～30 cm 处，与大多数农作物根际深度相同，极易被农作物吸收富集[4]。水稻对重金属的吸附能力强，相对于其他旱种农作物的重金属含量会更高，因此重金属在稻谷中的积累势必会影响到人类健康与安全[5]。2017-2018年安顺市西秀区在农用地土壤污染状况详查工作中布设了148个点位，采集水稻-土壤协同样品进行测定与分析，对样品检测数据进行分析，探索安顺市西秀区区域水稻籽粒富集土壤重金属的情况，以期为耕地安全利用和水稻安全种植生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 样点布设和样品采集检测

按照《农用地土壤污染状况详查点位布设技术规定》布设148个点位；按照《农用地土壤样品采集流转制备和保存技术规定》《关于印发全国土壤污染状况详查样品分析测试方法系列技术规定的通知》等进行样品采集流转制备和分析检测，获得稻谷和土壤Cd、Hg、As、Pb、Cr含量及土壤pH数据。

1.2 数据分析

用SPSS 21 软件对数据进行统计特征分析和相关性分析。

1.3 评价方法

对照《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618—2018）中的筛选值和管制值标准，进行土壤环境质量污染风险评价。将土壤环境质量类别分为3类，分别为Ⅰ类，土壤重金属含量≤筛选值，土壤污染风险低，可忽略；Ⅱ类，筛选值＜土壤重金属含量≤管制值，可能存在土壤污染风险，但风险可控；Ⅲ类，土壤重金属含量＞管制值，土壤存在较高污染风险。

对照《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）中稻谷Cd、Hg、As、Pb、Cr 限量值，按照《农用地土壤环境风险评价技术规定（试行）》，采用单因子指数法评价农产品安全性。计算公式为E=C/L，式中，E表示稻谷中重金属的单因子超标指数，C表示稻谷中重金属含量测定值，L 表示食品安全国家标准规定的稻谷中重金属含量限量值，根据规定稻谷Cd、Hg、As、Pb、Cr含量限量值分别为0.2 mg/kg、0.02 mg/kg、0.5 mg/kg、0.2 mg/kg、1.0 mg/kg。根据E值的大小，将稻谷重金属超标程度分为3 级，Ⅰ级，E≤1.0，未超标；Ⅱ级，1.0＜E≤2.0，轻度超标；Ⅲ级，E＞2.0，重度超标。

1.4 富集系数的计算

作物从土壤中吸收积累重金属的能力通常用富集系数进行评估，富集系数=作物中重金属含量/土壤重金属含量[6]，富集系数的大小反映了农作物对土壤中重金属富集程度的高低或富集能力的强弱[7]，富集系数越大，对重金属的富集能力越强。

2 结果与分析

2.1 土壤与稻谷的重金属含量特征及相关性

平均值是样本数据总体的代表值，反映总体的典型特征或水平，可以作为对样本总体集中性的一种统计描述[8]；众数是出现频率最高的数值，中位数是中间位置的观测值[9]，众数和中位数不受极端数据的影响，但众数的可靠性较差，选择中位数表示样本总体的集中趋势比较适合，不受极大值或极小值影响，在一定程度上提高了数据的代表性。从表1 可知，稻谷中的Cd、Hg、As、Pb、Cr 含量中位数分别为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 含量中位数分别为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 为5.8。变异系数表示统计指标空间变异性的大小，根据变异系数的划分等级标准[10]，稻谷中Cd含量和土壤Cd 含量、Hg 含量的变异系数大于100%，属于强变异性，其他重金属含量的变异系数为10%～100%，属中等变异性。从变异系数看，各指标含量值之间离散程度较大，原因是采样点包含多种土壤类型、施肥情况、水稻种植品种等因素，样品的区域代表性较强，复杂性也随之增大。对各指标进行相关性统计分析可知（表2），稻谷中Cd 含量与土壤pH 呈显著负相关，稻谷中Hg 含量与土壤中As 含量呈极显著正相关；稻谷中As 含量与土壤中As 含量呈显著正相关，与土壤中Pb、Cr 含量和土壤pH 呈极显著负相关；稻谷中Hg 含量与稻谷中As 含量之间呈极显著正相关。

表2 稻谷重金属和土壤重金属含量与土壤pH的相关系数

2.2 土壤环境质量污染风险评价

将土壤样品Cd、Hg、As、Pb、Cr的含量值与《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618—2018）进行比对，有3个样点土壤环境质量为Ⅲ类，但该样点稻谷样品重金属未超标，其余样点为Ⅰ、Ⅱ类，低风险可忽略或风险可控。

2.3 稻谷安全性评价

经测定与计算，148 个稻谷样品中存在2个样品超标，均为Cd轻度超标，其中，1个样品的采样点土壤环境质量为Ⅰ类，属于低风险，另1 个样品的采样点土壤环境质量为Ⅱ类，可能存在土壤污染风险。

2.4 稻谷对土壤重金属的富集特性

从表3可知，稻谷中重金属的富集系数平均值依次为Cd＞Hg＞As＞Pb=Cr，稻谷对Cd 的富集能力最强，对Pb 和Cr 的富集能力最小。已有研究表明，水稻从土壤中吸附积累Cd 的能力较强[6]。稻谷中Cd、As 的富集系数与土壤pH 呈极显著负相关，稻谷Pb 富集系数与土壤pH 呈显著负相关，表明土壤pH 对稻谷吸收富集土壤Cd、As、Pb有较大的影响，土壤pH 下降，稻谷对土壤中Cd、As、Pb的吸收富集能力会增大。

表3 稻谷重金属富集系数及其与土壤pH的相关系数

3 结论与讨论

对148 个样点的土壤和稻谷重金属Cd、Hg、As、Pb、Cr 含量进行测定，对照国家相关规定进行判别，有2个稻谷样品重金属含量超标，超标率为1.35%，均为Cd 轻度超标，其中，1 个样品的采样点土壤环境质量为Ⅰ类，属于低风险田块；另1个样品的采样点土壤环境质量为Ⅱ类，属于可能存在土壤污染风险田块；有3 个样点土壤环境质量为Ⅲ类，占比2.03%，存在较高污染风险，但该3 个样点的稻谷样品重金属都未超标。因此，在有污染风险田块种植水稻未必会造成稻谷重金属含量超标，其原因有待进一步研究。

从稻谷对土壤重金属的富集特性看，稻谷对重金属Cd 的富集能力最强，对Pb 和Cr的富集能力最小，对重金属Hg、As 的富集能力排第2、第3；相关性分析表明，土壤pH 对稻谷吸收富集土壤Cd、As、Pb有较大的影响，稻谷Cd、As 富集系数与土壤pH 呈极显著负相关，稻谷中Pb 的富集系数与土壤pH 呈显著负相关，说明稻谷吸收富集土壤Cd、As、Pb的能力会随着土壤pH 下降而增大。西秀区弱酸性和酸性稻田面积较大，应采取措施防止稻田酸化加剧，抑制稻谷吸收富集土壤Cd、As、Pb。

稻谷中Hg、As 含量与土壤中As 含量三者之间有较为密切的正相关性，而稻谷中Hg含量与土壤中Hg 含量之间相关性不显著，因此，土壤As 含量上升很可能会造成稻谷As、Hg 含量同时上升，对此应作深入研究，探明其相互间的关系。