云南某地严格管控类耕地粮食作物重金属积累特征

摘 要：在云南省某市严格管控类耕地上种植小麦和水稻，协同采集土壤及农产品样品163套，分析土壤pH值、有机质质量分数、阳离子交换量与Cd、Cr、Hg、Pb、As的质量分数，以及农产品中Cd、Cr、Hg、Pb、As的质量分数，研究小麦及水稻的重金属富集特征。结果表明，该严格管控区域土壤以Cd、Cr、Hg、Pb污染为主，其中Cd污染最为严重；严格管控区内种植的2个小麦品种籽粒中Cd质量分数均超过食品中污染物限量标准，超标率为100%，Cd质量分数分别为0.420～0.880 mg/kg和0.130～1.160 mg/kg，其他4种重金属均未超标；严格管控区内种植的6个水稻品种稻米中Cd质量分数为0.003～0.410 mg/kg，超标率为4.65%，其他4种重金属均未超标；滇禾、云粳8号和靖粳8号等几个水稻品种的Cd质量分数未超标。

关键词：小麦；水稻；重金属；积累

中图分类号：X56 文献标志码：B 文章编号：1674-7909（2024）9-118-3

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.09.028

0 引言

Cd是我国土壤重金属污染中污染最为严重的污染物，我国耕地Cd点位超标率高达19.4%［1］。当土壤中Cd质量分数过高时，不仅会导致土壤退化、农作物产量和品质降低，还会通过食物链威胁到人类健康。水稻、小麦是我国种植面积较大的粮食作物，重金属易在水稻、小麦籽粒中富集［2］。近年来，全国各地已开展许多针对粮食作物重金属富集特征的研究。何婵等［3］研究发现，土壤pH值、CaO和Fe2O3等会影响土壤中重金属的迁移能力，从而影响水稻籽粒中重金属的积累。周建川等［4］研究发现，影响小麦籽粒中Cd富集的决定性因素是土壤中Cd的有效性。因此，在严格管控区开展试验，分析土壤与农产品重金属积累特征，筛选出低积累的小麦和水稻品种，有助于解决农产品质量安全风险问题，可为重金属污染地区小麦和水稻的安全生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于云南省东北部某市，该地区是典型的低纬高原季风气候区。该地区年平均气温为13.4 ℃，年降水量为975.2 mm，年日照时数为2 018.5 h。该地区土壤以红壤为主，占土壤有效面积的80.58%，还有红棕壤、棕壤、黄红壤等。根据耕地土壤环境质量类别划分结果，当地土壤以Cd、Cr污染为主。在被划为严格管控类的耕地上种植小麦和水稻，研究不同品种对重金属的富集特征。

1.2 试验材料

试验所用水稻为楚粳26、楚粳28、滇禾、会粳17号、靖粳8号、云粳8号等6个品种，小麦为阿菠麦和石麦001。肥料为常规复合肥，试验区域生产管理按照当地农户的生产管理方式进行。

1.3 样品采集及处理

2020年5月，按照土壤详查农产品协同采样规范要求，采集种植小麦的土壤及小麦样品21份，种植水稻的土壤及水稻样品142份。将土壤样品风干，磨碎，过筛备用；将植物样品脱穗、脱壳，粉碎，备测。土壤及农产品中Cd、Cr和Pb质量分数采用ICP-MS测定，Hg、As质量分数采用AFS方法测定。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2021软件对所有数据的平均值、标准差等进行处理，采用SPSS 26.0软件进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同研究区土壤重金属质量分数特征

研究区土壤样品指标统计值及指标变异系数分别见表1和表2。小麦采样区的土壤pH值、有机质质量分数、阳离子交换量的平均值分别为7.10、49.0 g/kg、25.7 cmol/kg。小麦采样区的土壤中Cd、Cr、Hg、Pb和As质量分数的平均值分别为5.17 mg/kg、108 mg/kg、0.061 mg/kg、37 mg/kg和8.13 mg/kg，其中Cd的平均质量分数超过土壤Cd污染风险管制值。

水稻采样区的土壤pH值、有机质质量分数、阳离子交换量的平均值分别为6.31、60.1 g/kg、24.5 cmol/kg。水稻采样区的土壤中Cd、Cr、Hg、Pb和As质量分数的平均值分别为5.18 mg/kg、116 mg/kg、0.087 mg/kg、81 mg/kg和10.43 mg/kg。水稻采样区中土壤Cd、Pb、As质量分数的超标率分别为100.00%、20.93%、7.56%。

2.2 小麦和水稻农产品中重金属质量分数特征

研究区内小麦样本中重金属质量分数见表3。由表3可知，2个小麦品种籽粒中的Cd积累量分别为0.420～0.880 mg/kg、0.130～1.160 mg/kg，Cd质量分数的平均值为阿菠麦>石麦001。Pb、As的积累量较小，Pb质量分数的平均值为阿菠麦>石麦001；As质量分数的平均值为石麦001>阿菠麦。21份样品中Hg质量分数都低于检测限。根据《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762—2022），研究区小麦籽粒中Cd超标率为100%。

研究区水稻稻米样本中重金属质量分数见表4。由表4可知，研究区内142份水稻样本的Cd、Cr、Hg、Pb、As质量分数分别为0.003～0.410 mg/kg、0.025～0.306 mg/kg、0.002 mg/kg、0.010～0.100 mg/kg、0.006～0.165 mg/kg。所有样品中Hg质量分数都低于检测限。稻米中Cd质量分数超标，对原始数据进行统计可得超标率为4.65%。研究发现不同水稻品种对重金属Cd的吸收能力存在差异，滇禾、云粳8号和靖粳8号Cd质量分数较低。不同水稻品种对5种重金属均有不同程度的富集，但富集系数均小于1。

3 讨论

研究区小麦采样区土壤中Cd质量分数和水稻采样区土壤中Cd、Pb、As质量分数均有不同程度的超标，可能是由研究区属于重金属高背景区［5］和人为因素所致，但小麦和稻米中只有Cd质量分数超标，超标率为4.65%。总体来看，研究区土壤中重金属Cd质量分数虽然很高，但是水稻稻米中Cd质量分数超标率仅为4.65%，说明土壤中重金属活性不高。

土壤中微量元素的质量分数受成土母质、土壤基本理化性质、土壤类型、水分动态等共同影响，从而影响作物对微量元素的吸收［6］。小麦籽粒中Cd质量分数与土壤中Cd质量分数成正比，土壤中Cd质量分数高是籽粒中Cd质量分数高的原因之一；在土壤－水稻系统中，Cd的迁移能力和土壤pH值有关。不同品种的稻米对土壤中Cd的富集特性也有很大差异。

4 结论

小麦籽粒中Cd质量分数为0.130～0.880 mg/kg，超标率为100%。6种水稻品种中Cd质量分数为0.003～0.410 mg/kg，超标率为4.65%。在水稻品种中，滇禾、云粳8号和靖粳8号等几种水稻重金属未超标。小麦和水稻的富集系数都小于1。

为保证农产品安全，可在严格管控区内种植其他低积累作物代替小麦。在水稻采样区筛选的滇禾、云粳8号和靖粳8号可以作为低积累品种进一步开展验证试验。

参考文献：

［1］陈能场，郑煜基，何晓峰，等.《全国土壤污染状况调查公报》探析［J］.农业环境科学学报，2017，36（9）：1689-1692.

［2］章飞翔，陈新友，董力军，等.酸性土壤背景下不同品种水稻对镉的吸收差异分析［J］.安徽农业大学学报，2023，50（2）：319-325.

［3］何婵，卢泓洁，周昊晋，等.江浙地质高背景区土壤-水稻系统重金属迁移富集特征研究［J］.环境科学与技术，2023，46（1）：72-79.

［4］周建川，宋延斌，王喜宽，等.河南省洛阳市小麦籽粒中元素富集特征研究［J］.麦类作物学报，2023，43（2）：241-250.

［5］国家环境保护局，中国环境监测总站.中国土壤元素背景值［M］.北京：中国环境科学出版社，1990.

［6］王成尘，田稳，向萍，等.土壤-水稻/小麦重金属吸收机制与安全调控［J］.中国环境科学，2022，42（2）：794-807.

（栏目编辑：董清芝）

作者简介：夏云俄（1966—），男，本科，高级农艺师，研究方向：耕地重金属污染安全利用。

通信作者：舒亚琼（1973—），女，本科，高级农艺师，研究方向：农业面源污染防治、受污染耕地安全利用。