基于富硒土壤的重金属污染风险及低累积水稻筛选

摘要 针对广西贵港富硒区土壤开展重金属污染风险调查，并通过三季大田试验开展富硒低累积重金属水稻品种筛选试验，为富硒土地资源开发及富硒农产品安全生产提供基础数据和技术支持。结果表明：试验区表层土壤Se含量达到富硒标准，Cd含量超出风险筛选值，超标率达55.00%；表层土壤中Cd主要以离子交换态存在，活性强，生态风险较高；试验区产出糙米中Se含量达到富硒大米标准，Cd含量超出标准限量值，超标率达85.00%；无机砷含量超出限量值，超标率达50%；三季所筛选的水稻品种在试验区种植均可产出富硒大米。针对早稻，深优9516和万香696 2个品种为富硒低镉品种；针对晚稻，野香优2号和野香优油丝为较优富硒低镉品种；深优9516具有同步富硒、低镉、低砷的潜力；试验区种植所筛选的富硒低累积水稻，糙米中的Cd含量仍超出限定值，需结合其他修复措施保障试验区富硒土壤的安全生产。

关键词 富硒；土壤；重金属；低累积水稻；风险

中图分类号 S 511;X 53  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2024）22-0060-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.22.011

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Risk Research of Heavy Metal Pollution Based on Selenium Rich Soil and Screening Low Heavy Metal Accumulation Rice

HE Ping，LI Yuan-yuan，FENG Xian-cui et al

（Guangdong Province Research Center for Geoanalysis，Guangzhou，Guangdong 510080）

Abstract A heavy metal pollution risk investigation was conducted in the selenium-rich soil of Guigang，Guangxi. Three season field experiments were conducted to screen rice varieties with high accumulation of selenium and low accumulation of heavy metals，providing basic data and technical support for the development of selenium-rich soil resources and the safe production of selenium-rich agricultural products. The results showed that： Se content in the surface soil of the experimental area reached the selenium-rich standard，and Cd content exceeded the risk screening value，with an exceeding rate of 55.00%;Cd in the surface soil mainly existed in the form of ion exchange，with strong activity and high ecological risk;Se content in the brown rice produced in the experimental area reached the selenium-rich rice standard，Cd content exceeded the standard limit value，with an exceeding rate of 85.00%，and the inorganic arsenic content also exceeded the limit value，with an exceeding rate of 50%;three seasons of screening rice varieties could produce selenium-rich rice when planted in the experimental area. For early rice，two varieties，Shenyou 9516 and Wanxiang 696，were selenium-rich and low cadmium varieties;for late rice，Yexiangyou 2 and Yexiangyouyousi were the superion selenium-rich and low cadmium varieties;Shenyou 9516 had the potential for selenium-rich，low cadmium，and low arsenic synchronously;Cd content in brown rice，which was screened for selenium-rich and low accumulation in the experimental area，still exceeded the limit value. Other remediation measures need to be taken to ensure the safe production of selenium-rich soil in the experimental area.

Key words Selenium-rich;Soil;Heavy metal;Low accumulation rice;Risk

硒作为人体和动物必需的微量元素，具有抗氧化、维持免疫健康、降低癌症罹患风险等多重功效^［1］。我国国民普遍硒摄入不足，开发富硒农产品可有效提升我国人体硒的摄入水平。富硒土壤资源是开发富硒农产品的基础，我国多省份已发现连片天然富硒土壤，为我国富硒农产品的开发及富硒产业的发展提供了有利条件。但近年来多项研究显示，富硒土壤中重金属污染带来的生态风险不容忽视。湖北、浙江、安徽、陕西等省份富硒区均发现富硒土壤镉伴生现象；海南富硒区土壤中硒含量与重金属镉、砷、汞含量呈显著或极显著正相关；陕南富硒区土壤中的镉含量高达0.63～14.88 mg/kg，是农用地土壤Cd风险筛选值0.20 mg/kg的3.15～74.4倍，且样品中镉含量超标率达到89%^［2-5］；硒、镉同富集土壤中产出的稻米硒和镉的生物富集系数可达到同一数量级，即产出了镉超标的富硒大米^［6］。

针对降低农产品重金属污染的生态风险，开展重金属低累积品种筛选，并进行替代种植是经济高效、切实可行的有效措施^［7］。水稻是我国第一大粮食作物，其对土壤重金属镉、砷的吸收能力明显强于其他谷类作物，稻米中较高的镉、砷含量严重威胁着人类健康^［8］。目前，关于低累积水稻品种的筛选已有大量研究。在镉污染土壤中栽种低累积水稻品种能使稻米中的镉含量有效降低20%～50%，且稻米镉含量已低于国家标准限定值0.20 mg/kg^［9］。研究显示，471个水稻品种稻米中的Cd、As含量差异可达2.5～4.0和10～32倍，种植低累积Cd和As水稻可有效降低籽粒中的Cd、As含量^［10］。但目前大多数研究主要集中于不同水稻品种对单一重金属吸收能力的差异研究，研究对象主要是重金属Cd，而对其他重金属或同时低累积2种以上重金属元素的品种筛选研究较少，且以室内盆栽试验模拟研究为主，田间试验研究较少。

广西壮族自治区拥有最大连片天然富硒土壤，达到富硒标准的土壤在全区各方位均有分布，硒资源十分丰富，特别是南宁、北海、钦州、贵港4个地区^［11］。但由于自然地质环境、独特的喀斯特地质背景及丰富的矿产资源，导致其土壤中镉含量往往较高^［12］。该研究针对广西贵港天然富硒区土壤开展重金属污染生态风险调查，并通过大田试验筛选更适宜富硒土壤重金属污染区种植的富硒低累积水稻品种，从而降低富硒农产品的污染生态风险，为富硒土地资源开发及富硒农产品安全生产提供基础数据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试土壤：试验区位于广西贵港市桂平厚禄乡，总面积1.33 hm2，土壤基本理化性质见表1。

供试材料：水稻种子购于厚禄乡农资站，均为当地农民常种品种。

1.2 试验设计

1.2.1 试验区富硒土壤重金属污染风险调查。在1.333 hm2试验区按照网格法每0.067 hm2采集1个表层（0～20 cm）土壤样品，共采集20个。土壤样品测定pH、重金属Cd、As、Pb、Cr、Hg全量及Se全量；并按样品采集区域，在保证覆盖到整个试验区的前提下，从中选择10个样品测定上述元素的形态含量；采集土壤样品的同时协同采集20个早稻（品种为百香139）样品，测定糙米中的Se、Cd、As、Pb、Cr、Hg全量及无机砷含量。

1.2.2

富硒低累积水稻品种筛选。2020—2021年在试验区分别开展了3季富硒低累积水稻品种筛选。2020年晚稻选择种植9个水稻品种，包括3个常规稻品种万香696（WX696）、桂育12（GY12）和百香139（BX139），6个杂交水稻品种穗香优963（SXY963）、广泰优天弘丝苗（GTY）、野香优莉丝（YXYLS）、广8优郁香（G8Y）、和两优713（HLY713）和广8优165（G8Y165）；2021年早稻选择种植6个水稻品种，包括3个常规稻品种万香696（WX696）、桂育12（GY12）和百香139（BX139），3个杂交水稻品种野香优莉丝（YXYLS）、广8优郁香（G8Y）、深优9516（SY9516）；2021年晚稻选择种植9个水稻品种，包括4个常规稻品种百香139（BX139）、季季香（JJX）、丰香2号（FX2）和晶油香139（JYX139），5个杂交水稻品种野香优莉丝（YXYLS）、广8优165（G8Y165）、野香优油丝（YXYYS）、野香优2号（YXY2）、深优9516（SY9516）。种植时水稻品种间用保护行隔开，试验结束后，每个品种采集3个水稻样品，测定糙米中Se、Cd和As含量。

1.3 测定方法与数据分析

1.3.1

土壤样品指标测定。Se全量，用HF、HNO3、HClO4 的混合酸（体积比10∶5∶1）于180 ℃消解，用HCl提取后，原子荧光光度计测定；As、Hg全量，用1+1的王水于100 ℃恒温水浴消解，Hg直接测定，As经硫脲-抗坏血酸还原，采用原子荧光光度计测定；Cd、Pb、Cr全量，用HF、HCl、HNO3、HClO4 的混合酸（体积比10∶4∶4∶2）于250 ℃消解，采用ICP-MS测定；pH，玻璃电极法，水土比（V∶m）为2.5∶1.0，采用Sartorius PB-10 型pH 计测定；有机质，重铬酸钾-外加热法；阳离子交换量（CEC），氯化钡法，采用Optima8000 型ICP-OES 测定；速效钾测定，醋酸铵浸提法，ICP-OES 测定；有效磷，0.05 mol/L HCl-0.025 mol/L（1/2H_*SO4）浸提法，可见分光光度计测定；碱解氮，碱解扩散法；土壤样品形态分析采用Tessier修正七步提取法。