河套地區小麥重金屬含量與土壤質量之間關系研究

摘要：通過在河套地區采集小麥莖葉、籽粒及根系土，研究了小麥籽粒和土壤重金屬污染狀況，并對小麥籽粒與土壤中重金屬元素含量之間的相關性進行了探討。結果表明，所有重金屬元素含量均符合《國家食品衛生標準》；整體上看河套地區為綠色食品基地的土壤，適宜發展AA級綠色食品；小麥對重金屬Cu、Pb、Zn、Cd、Cr的吸收能力從大到小順序為：Zn>Cu>Cr>Cd>Pb。

關鍵詞：重金屬 小麥籽粒 土壤污染

土壤是人類生存與發展的重要自然資源，也是農業發展的重要基礎。隨著科學技術的進步和工業的發展，進入土壤中的污染物無論是含量還是種類都在持續不斷地增加[1、2]。土壤污染是農產品不安全的源頭，土壤生態安全與農業可持續發展是現代土壤學的根本任務[3]。重金屬污染土壤面廣量多，大中城市郊區蔬菜的重金屬污染尤其嚴重。我國的基本農田保護區中重金屬超標量大于10%。土壤被重金屬污染后，輕則使土壤肥力下降，作物減產，重則使農田顆粒無收[5、6]，其毒害性質與土壤性質有一定的關系[7~9]。隨著土壤中有毒物質不斷增加，首先會對植物體的生長發育產生影響[11、12]，同時，重金屬會在土壤-植物體系中遷移[13~15]，由于重金屬自身具有不能在土壤自凈過程中被自然降解的特點[16] 它們便會在生物體內累積富集， 進而通過食物鏈進入人體，危害人類健康。一般認為植物受重金屬的污染有兩種途徑：一種是土壤中的生物有效性(類)重金屬，這類重金屬能通過植物根系直接進入植物體內，主要來源于農田灌溉和施肥[17-18] ；第二種污染途徑是重金屬(類)，物質通過葉片上的氣孔直接進入植物體，以根系吸收為主。

2006 年我們在麥收時節對河套地區的小麥莖葉、籽粒及根系土進行采樣與分析，以研究小麥籽粒重金屬污染狀況并對小麥籽粒與土壤中重金屬元素含量之間的相關性進行了探討，以期為該區的農業生產管理提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

內蒙古河套地區地處干旱、半干旱、半荒漠草原地帶，總土地面積13000km2，小麥是河套地區重要的優勢農產品，常年播種面積10000hm2，總產量50000t，占可耕地總面積的75%。本區特點是土地資源豐富，地勢平坦土層厚，土壤較肥沃，光熱資源豐富，適合發展種植業，是內蒙古自治區重要的商品糧基地。區內農業開發較早，有精耕細作的傳統，生產穩定。糧食作物以小麥、玉米為主，根據自治區農業發展規劃，河套地區將建成我國北方優質小麥、飼用玉米生產基地和河套甜瓜等特色農業產地。成為內蒙古自治區特色農業產區的主要經濟支柱產業之一。

1.2 樣品采集

研究區耕作制度為一年一茬，在2006 年6月上旬小麥收割時進行采樣，采集了根，莖葉和籽實。采集方法嚴格按照《多目標區域地球化學調查規范》（DD2005-01）要求進行。根據土壤類型、地貌特征、設置采樣點。在采集部分小麥樣品的同時采集耕作層土壤樣品，重量1kg左右。在一塊大田內按梅花形布點法采集麥穗約250g作為一個樣品，共采集小麥樣品12個，土壤樣品12個。麥穗經自然風干后，手工搓掉外皮得到籽粒，用去離子水洗凈后烘干，裝入干燥器備用。根，莖，葉經自然風干后裝入樣品袋中備用。土壤樣品經自然風干、磨碎后過200目尼龍篩，裝入樣品袋中密封保存備。

1.3 樣品檢測

采用干灰化法消解小麥籽粒樣品，用于Cu(GB/T5009.1322003)、Zn(GB/T5009.1422003)和Cr(GB/T5009.1522003)的測定。采用HNO3-HClO4消解種子樣品，用于Pb(GB/T5009.1222003)、Cd(GB/T5009.12322003)和Ni(GB/T500913822003)的測定。土壤重金屬Cu、Zn、Cr、Ni用采用火焰原子吸收分光光度法，Pb、Cd用石墨爐原子吸收分光光度法檢測，Hg、As用原子熒光法檢測。樣品由地科院地球物理地球化學勘查所中心實驗室分析。

1.4 質量控制

樣品采用國家標準或行業標準等方法檢測，實驗室經過國家計量認證，檢測人員通過農業部優勢農產品檢測項目考核，質控樣檢測誤差在10%以內時該批次的檢測結果才算有效，否則重新檢測。

2 結果

2. 1 小麥籽粒中重金屬元素含量

由表1可見，與國家食品衛生標準[17]相比，所有元素均未超標。因此，研究區內的小麥均適宜食用。為綠色食品。

2.2根系土中重金屬元素含量

根據本次根系土取樣數據可以看到，所有重金屬項目都達到綠色食品基地土壤標準值，無超標元素。因此，從整體上看河套地區為綠色食品基地的土壤，適宜發展AA級綠色食品的，見表2。

2.2 小麥植株不同部位重金屬吸收能力分析

植物在生長過程中， 會通過根系吸收土壤中的重金屬污染物， 作物根系在向上輸送營養時，對重金屬污染物產生明顯的截留作用，將大部分停留在根內；同樣作物莖葉在向籽粒輸送營養的過程中，也對重金屬污染物有截留作用。

為說明重金屬在作物體內的遷移趨勢，利用吸收系數來說明重金屬元素在作物體內的行為過程，所謂吸收系數是指作物體部位某一元素的濃度與土壤中該元素濃度之比，它可代表土壤作物系統中元素遷移的難易程度元素i的吸收系數。表示式如下：

Aci=Ci/Si………………(1)

式中：Ci為作物體部位i元素的單位重量；Si為土壤耕作層i元素的單位重量。重金屬在小麥植株不同部位的吸收系數計算結果見表3，從表3可以看出， 重金屬在各部分的元素i的吸收系數的大小規律為根系>莖葉>果實。小麥根部對重金屬Cu、Pb、Zn、Cd、Cri的吸收能力最強。小麥莖部部對5種重金屬吸收系數與果實吸收系數比值相近， 說明莖部作為小麥營養物質的輸導器官， 對重金屬吸收和果實重金屬吸收呈正相關性。此結果說明重金屬在植物體內的分布規律是在新陳代謝旺盛的器官如根系和莖部蓄積量較大， 而營養儲存器官如果實、籽粒中蓄積量較少。

從小麥果實對各重金屬吸收系數分析，其對不同重金屬的吸收量不同（見表3），從表3可看出，小麥對Zn吸收能力最強，其吸收系數最高，達0.5，其次是Cu，其吸收系數為0.24，Pb的吸收系數最小，其作物吸收累積能力最弱。這是因為進入根毛中的Pb易以焦磷酸鹽、正磷酸鹽或果膠酸吸附的形態存在，這些形態的Pb 的活性較低，易于累積在根部，較少向地上部分遷移。小麥對重金屬Cu、Pb、Zn、Cd、Cr的吸收能力從大到小順序為：Zn>Cu>Cri>Cd>Pb。本研究表明，河套地區的土壤中的Zn、Cu二重金屬容易被小麥籽粒吸收，而土壤中的Cd、Pb不易吸收。非必需元素Pb的作物吸收累積能力最弱。

結 論

（1）河套地區的小麥與《國家食物衛生標準》的臨界值比較，所有重金屬元素含量均符合《國家食品衛生標準》，為綠色產品。

（2）河套地區為綠色食品基地的土壤，適宜發展AA級綠色食品。

（3）小麥對土壤中的Zn吸收能力最強，其次是Cu，其吸收系數為0.24，Pb的吸收能力最小。小麥對重金屬Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Ni的吸收能力從大到小順序為：Zn>Cu>Cr>Ni>Cd>Pb。

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