山東省主產區小麥鎘和鉻污染狀況及評價

張丙春，范麗霞，趙平娟，陳 璐

(1.山東省農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所，山東濟南 250100；2.山東省食品質量與安全檢測技術重點實驗室，山東濟南 250100)

?

山東省主產區小麥鎘和鉻污染狀況及評價

張丙春1,2，范麗霞1,2，趙平娟1,2，陳 璐1,2

(1.山東省農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所，山東濟南 250100；2.山東省食品質量與安全檢測技術重點實驗室，山東濟南 250100)

為了解山東省小麥鎘和鉻污染狀況，選取山東省小麥主產區聊城茌平、菏澤鄆城、德州齊河、泰安寧陽、臨沂郯城、濰坊諸城、濰坊青州、濱州惠民、煙臺萊陽共9個代表性區域種植的小麥籽粒，測定小麥中鎘(Cd)和鉻(Cr)含量，采用單項污染指數和綜合污染指數法對小麥Cd、Cr污染進行評價。結果表明，山東小麥籽粒Cr平均含量和超標率均高于Cd,各采樣區小麥Cd和Cr單項污染評價均為未受污染；濰坊諸城、臨沂郯城、聊城茌平、德州齊河和煙臺萊陽Cd和Cr綜合污染評價為警戒水平，Cr為主要貢獻因子，其他采樣區域綜合污染評價均為未受污染；菏澤鄆城各項污染指數均最低。

山東；小麥；鎘和鉻；污染；評價

山東省是我國第二大小麥主產區，因氣候溫和、土壤肥沃、降水均勻，非常適合小麥生長，且所產小麥品質高、口感好，被稱作“黃金優麥區”。但有研究表明，山東省東部地區土壤中，重金屬綜合潛在生態風險評價級別為強和很強的土壤面積占比達13.75%，而且部分土壤重金屬污染物已遷移至小麥籽粒內[1]。重金屬鎘(Cd)的毒性極強，進入動物體內很難被降解，且會因易富集引起人的慢性中毒；美國毒物委員會(ATSDR)將其列為第六位危及人類健康的有害物質，Hankson指數法規定鎘的毒性響應系數為30[2-3]。鉻(Cr)是生物體內不可缺少的微量元素，對人體具有一定的生物學功能，但高濃度鉻會對人體造成嚴重危害[4]。近年來，對山東省無公害農產品產地土壤的重金屬分析表明，土壤中鉻的背景值遠高于其他重金屬。糧食安全是“十三五”規劃的首要目標，重金屬污染直接影響糧食安全，高毒性鎘和高背景鉻是兩項關鍵指標。因此，本研究擬對山東省主產區小麥中鎘和鉻含量進行分析，了解其污染狀況并進行污染評價，以期為山東省小麥安全生產提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 采樣點設置

山東省小麥主產區主要為褐土和潮土，呈中性和微堿性。褐土保水保肥，土壤生產性能較好，適應性寬；潮土質地適中、生產性能良好、土層深厚，都是糧食的重要產地。本研究選取山東省小麥主產區德州齊河、聊城茌平、菏澤鄆城、泰安寧陽、臨沂郯城、濰坊諸城、濰坊青州、濱州惠民、煙臺萊陽作為采樣點，根據代表性、典型性、隨機性的采樣原則，鄆城采樣40個、茌平25個、其他每區域均20個，總計205個樣。采樣區域見圖1。

1.2 樣品采集與處理

樣品采集于2015年6月進行，小麥成熟期隨機采樣，每個采樣點隨機抽取生長良好的6株小麥植株，采集其籽粒，用去離子水沖洗3次，于65℃烘箱中烘至恒重，冷卻后粉碎過60目篩，置于玻璃瓶貯存備用。

1.3 鎘、鉻的測定

小麥中Cd的測定采用國家標準GB 5009.15-2014；Cr的測定采用國家標準GB 5009.123-2014；將試樣微波消解后用等離子體質譜儀測定。分析結果的準確性采用國家標準物質-小麥(GBW 10011)進行質量控制。

1.4 評價方法與標準

采用單項污染指數和綜合污染指數法(內梅羅綜合污染指數法)[5-6]對小麥進行重金屬污染風險評價。

單項污染指數計算公式：Ij=Cj/C0

(1)

圖1 采樣區域示意圖

式中，Ij為污染物j的單因子污染指數；Cj為污染物j的實測值；C0為污染物j的限量值。依據評價標準，Ij≤1表示未受污染，13重度污染。

綜合污染指數計算公式：

(2)

式中，I綜為被測點綜合污染指數；Ijmax為污染物在作物中最大污染指數；Ijmean為作物各污染指數平均值。評價標準為，I綜≤0.7為未受污染；0.73.0重度污染。

小麥重金屬污染評價采用國家標準GB 2762-2005作為評價標準，Cd限量值為0.1 mg·kg-1，Cr為1.0 mg·kg-1。

1.5 統計分析

結果采用EXCEL進行平均值和標準差計算并繪制相關圖形，用SPSS 13進行統計分析和相關性比較。

2 結果與分析

2.1 各采樣區小麥Cd污染狀況分析

各采樣區域小麥Cd含量分布及統計分析見圖2和表1。

圖2 各采樣區域內小麥Cd含量分布圖

采樣區域Samplearea重金屬Heavymetal重金屬含量Contentofheavymetal/(mg·kg-1)最小值Min最大值Max平均值Mean標準差STD/(mg·kg-1)變異系數CV/%超標率Overstandardrate/%濰坊諸城WeifangZhuchengCd0．0020．2390．0800．04556．210．0Cr0．4222．1620．9910．49249．520．0臨沂郯城LinyiTanchengCd0．0330．2090．0920．05155．425．0Cr0．3402．0710．8120．42251．925．0菏澤鄆城HezeYunchengCd0．0040．0940．0270．02074．10．0Cr0．0911．3240．4220．30873．97．1泰安寧陽TaianNingyangCd0．0040．0960．0440．02556．80．0Cr0．1412．4410．7520．72296．025．0聊城茌平LiaochengChipingCd0．0070．0930．0620．02540．30．0＇Cr0．3932．5520．9710．51052．632．0德州齊河DezhouQiheCd0．0070．0910．0600．02643．30．0Cr0．3021．7220．8020．32140．020．0濰坊青州WeifangQingzhouCd0．0080．0920．0670．02435．80．0Cr0．3401．2730．7030．23232．910．0濱州惠民BinzhouHuiminCd0．0290．0860．0540．01527．80．0Cr0．1901．1130．6320．26141．310．0煙臺萊陽YantaiLaiyangCd0．0170．0920．0650．02233．80．0Cr0．6622．0300．9910．29029．025．0

圖2表明，205個采樣點中，有7個采樣點小麥的Cd含量超標，其中郯城5個、諸城2個，其他樣品均未超標；諸城和郯城各有一個樣點的Cd超標2倍以上，最高值(0.239 mg·kg-1) 采樣點在諸城。

一定區域內重金屬含量的變異大小，可以反映出該區域內重金屬分布和污染程度的差異[7]。由表1可知，鄆城小麥Cd含量變異系數最大，含量差異最大，但均未超標，平均值較低；郯城小麥Cd含量平均值和超標率均最高，超標率達25.0%。

2.2 各采樣區小麥Cr污染狀況分析

采樣區小麥Cr含量分布及統計分析見圖3和表1。

圖3表明，各采樣區內小麥Cr含量均有超標，最高值(2.55 mg·kg-1)在茌平。Cr超標2倍以上的采樣點出現在茌平、寧陽、諸城、郯城和萊陽5個采樣區。

由表1看出，茌平采樣區超標率最高，達32.0%，且Cr含量均值較高，接近限量標準；另外，Cr含量均值接近限量標準的還有諸城和萊陽。寧陽小麥Cr含量變異系數最大，為96.0%，且超標率較高，為25.0%。鄆城小麥Cr含量變異系數較大，但超標率最低。各采樣區小麥Cr超標率遠高于Cd 超標率，且Cr含量均值高于Cd，平均含量為0.42～0.99 mg·kg-1。

圖3 各采樣區域內小麥Cr含量分布圖

采樣區域Samplearea污染因子Pollutionfactor污染指數Pollutionindex最小值Min最大值Max平均值Mean標準差STD變異系數CV/%濰坊諸城WeifangZhuchengCd0．022．390．800．4556．2Cr0．422．160．990．4949．5Cd+Cr0．332．330．940．4851．1臨沂郯城LinyiTanchengCd0．332．090．920．5155．4Cr0．342．070．810．4251．9Cd+Cr0．342．080．890．4955．1菏澤鄆城HezeYunchengCd0．040．940．270．2074．1Cr0．091．320．420．3173．9Cd+Cr0．081．230．380．2873．7泰安寧陽TaianNingyangCd0．040．960．440．2556．8Cr0．142．440．750．7296．0Cd+Cr0．122．100．680．6189．7聊城茌平LiaochengChipingCd0．070．930．620．2540．3Cr0．392．550．970．5152．6Cd+Cr0．322．180．890．4550．6德州齊河DezhouQiheCd0．070．910．600．2643．3Cr0．301．720．800．3240．0Cd+Cr0．251．530．750．3141．3濰坊青州WeifangQingzhouCd0．080．920．670．2435．8Cr0．341．270．700．2332．9Cd+Cr0．281．190．690．2434．8濱州惠民BinzhouHuiminCd0．290．860．540．1527．8Cr0．191．110．630．2641．3Cd+Cr0．271．050．610．2337．7煙臺萊陽YantaiLaiyangCd0．170．920．650．2233．8Cr0．662．030．990．2929．0Cd+Cr0．551．770．910．2729．7

2.3 各采樣區小麥Cd、Cr污染評價

由表2看出，各采樣區內Cd污染指數平均值均為未受污染水平；菏澤鄆城為Cd污染指數最低的區域；臨沂郯城Cd污染指數平均值最高，接近輕度污染臨界值。濰坊諸城和臨沂郯城個別地塊小麥Cd為中度污染。

采樣區內Cr污染指數平均值均為未受污染水平；但濰坊諸城、聊城茌平和煙臺萊陽地區，Cr平均污染指數接近輕度污染臨界值。濰坊諸城、臨沂郯城、泰安寧陽、聊城茌平和煙臺萊陽個別采樣地塊小麥Cr為中度污染。

菏澤鄆城、泰安寧陽、濰坊青州和濱州惠民綜合評價均為未受污染，菏澤鄆城各項污染指數均最低；濰坊諸城、臨沂郯城、聊城茌平、德州齊河和煙臺萊陽綜合污染指數達警戒水平；濰坊諸城、臨沂郯城、泰安寧陽、和聊城茌平個別采樣地塊綜合污染為中度污染，Cr為主要貢獻因子。

3 討 論

小麥是山東省主要糧食作物之一，本研究主要針對山東省小麥主產區小麥籽粒的Cd和Cr含量總體污染狀況進行了分析評價，未涉及不同小麥品種。近年來小麥種植品種不斷增加，不同小麥品種對土壤中重金屬的富集轉運能力存在較大差異，如良星66和濟麥22對Cd的轉運能力較低[8-10]。將來應進一步研究不同區域不同小麥品種對重金屬的運轉能力，在土壤背景值較高的區域推廣種植重金屬轉移能力低的小麥品種，以保證小麥的質量和食用安全性。

有研究表明，小麥籽粒對Cd的富集能力大于Cr，Cd在小麥地下地上部之間的轉移速率最快，Cr次之[11-12]。但本研究發現，被測小麥籽粒Cr的超標率遠高于易被富集的重金屬Cd，與陳京都等[13]研究結果一致。各采樣區小麥Cd和Cr的單項污染評價均為未受污染水平；Cd和Cr綜合污染評價在部分樣點達警戒水平，個別采樣點達中度污染水平，Cr為主要貢獻因子。分析其原因，可能是小麥產地土壤中Cr背景值遠高于Cd背景值，Cr在高背景值脅迫下主動吸收；另外，也可能是在土壤其他因素如有機質、pH值和CEC等的影響下，易被作物富集的有效態Cr含量升高，更易轉移至小麥籽粒。未來應對Cr在小麥中的轉移富集規律進行深入研究。

農田生態系統重金屬的輸入主要包括污水、污泥輸入以及肥料施用輸入等[14],為有效降低小麥中Cd和Cr含量，應針對中度污染小麥采樣區進行跟蹤研究，了解小麥產地環境中Cd和Cr污染來源，采取有效措施進行污染源頭控制，防止農田生態系統中Cd和Cr轉移至小麥籽粒，保證小麥食用安全。

[1]代杰瑞,王 學,董 建,等.山東省東部地區土壤重金屬污染及其生態環境效應[J].地球科學與環境學報,2012,34(4):74.

DAI J R,WANG X,DONG J,etal.Soil heavy metal pollution and its eco-environmental effect in eastern Shandong province [J].JouralofEarthSciencesandEnvironment,2012,34(4):74.

[2]BERNARD A.Cadmium and its adverse effects on human health [J].IndianJournalofMedicalResearch,2008,128(4): 557.

[3]DEVKOTA B.SCHMIDT G H.Accumulation of heavy metal in food plants and grasshoppers from the Taigetos Mountains [J].Greece.AgriEcosEnviron,2000,178:85.

[4]張育平,孫 鴿,王 躍,等.重金屬鎘和鉻在中華稻蝗(Oxyachinensis)體內的組織分布[J].農業環境科學學報,2011,30(12):2440.

ZHANG Y P,SUN G,WANG Y,etal.Cadmium and chromium accumulation in the tissues of the Chinese rice grasshopper,Oxyachinenis[J].JournalofAgro-EnvironmentScience,2011,30(12):2440.

[5]馬守臣,邵 云,楊金芳,等.礦糧復合區土壤-作物系統重金屬污染風險性評價[J].生態環境學報,2012,21(5):937.

MA S C,SHAO Y,YANG J F,etal.Risk assessment of heavy metal contamination in soil-plant system of the overlapped areas of crop and mineral production [J].EcologyandEnvironmentalSciences,2012,21(5):937.

[6]董霽紅,于 敏,程 偉,等.礦區復墾土壤種植小麥的重金屬安全性[J].農業工程學報,2010,26(12):280.

DONG J H,YU M,CHENG W,etal.Safety of heavy metals pollution for wheat planted in reclaimed mining soil [J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgricultureEngineering,2010,26(12):280.

[7]王美青,章明奎.杭州市城郊土壤重金屬含量和形態的研究[J].環境科學學報,2002,22(5):603.

WANG M Q,ZHANG M K.Concentrations and chemical associations of heavy metals in urban and suburban soils of Hangzhou City,Zhejiang province [J].ActaScientiaeCircumstantiae,2002,22(5):603.

[8]季書勤,郭 瑞,王漢芳,等.河南省主要小麥品種重金屬污染評價及鎘吸收規律研究[J].麥類作物學報,2006,26(6):154.

JI S Q,GUO R,WANG H F,etal.Estimate of pollution by heavy metals on wheat in Henan and the rule of cadmium absorption in wheat [J].JournalofTriticeaeCrops,2006,26(6):154.

[9]楊素勤,程海寬,張 彪,等.不同品種小麥Pb積累差異研究[J].生態與農村環境學報,2014,30(5):646.

YANG S Q,CHENG H K,ZHANG B,etal.Differences in Pb accumulation between wheat varieties [J].JournalofEcologyandruralEnvironment,2014,30(5):646.

[10]孫洪欣,薛培英,趙全利,等.鎘、鉛積累與轉運在冬小麥品種間的差異[J].麥類作物學報,2015,35(8):1161.

SUN H X,XUE P Y,ZHAO Q L,etal.Difference of cadmium and lead accumulation and transportion among winter wheat varieties [J].JournalofTriticeaeCrops,2015,35(8):1161.

[11]李 劍,馬建華,宋 博.鄭汴路路旁土壤-小麥系統重金屬積累及其健康風險評價[J].植物生態學報,2009,33(3):624.

LI J,MA J H,SONG B.Heavy metal accumulation and health risk assessment in the roadside soil-wheat system along Zhenzhou-Kaifeng highway,China [J].ChineseJournalofPlantEcology,2009,33(3):624.

[12]杜天慶,楊錦忠,郝建平,等.Cd、Cr、Pb復合脅迫下小麥植株重金屬的積累與分布[J].麥類作物學報,2012,32(3):537.

DU T Q,YANG J Z,HAO J P,etal.Accumulation and distribution of heavy metals in wheat on combined stress of Cd,Cr and Pb [J].JournalofTriticeaeCrops,2012,32(3):537.

[13]陳京都,戴其根,許學宏,等.江蘇典型區農田土壤及小麥中重金屬含量與評價[J].生態學報,2012,32(11):3487.

CHEN J D,DAI Q G,XU X H,etal.Heavy metal contents and evaluation of farmland soil and wheat in typical area of Jiangsu province [J].ActaEcologicaSinica,2012,32(11):3487.

[14]曾希柏,蘇世鳴,馬世銘,等.我國農田生態系統重金屬的循環與調控[J].應用生態學報,2010,21(9):2418.

ZENG X B,SU S M,MA S M,etal.Heavy metals cycling and its regulation in china cropland ecosystems [J].ChineseJournalofAppliedEcology,2010,21(9):2418.

Contamination Status and Evaluation of Cadmium and Chromium in Wheat Grain in Typical Areas of Shandong Province

ZHANG Bingchun1,2,FAN Lixia1,2,ZHAO Pingjuan1,2,CHEN Lu1,2

(1.Institute of Agricultural Standard and Detecting Technology SAAS,Jinan,Shandong 250100,China;2.Key Laboratory of Test Technology on Food Quality and Safety of Shandong Province,Jinan,Shandong 250100,China)

The aim of this study was to find out the pollution status of cadmium(Cd) and chromium(Cr) in wheat grain in typical areas of Shandong province,and to provide a scientific basis for the safe production of wheat in Shandong province. The contents of cadmium and chromium in wheat grain were determined for samples collected from the representative area,such as Chiping of Liaocheng district,Yuncheng of Heze district,Qihe of Dezhou district,Ningyang of Taian district,Tancheng of Linyi district,Zhucheng of Weifang district,Qingzhou of Weifang district,Huimin of Binzhou district and Laiyang of Yantai district,and the pollution level of Cd and Cr in wheat grain was evaluated by single pollution index and comprehensive pollution index. The average content of Cr in wheat grain and over standard rate were both higher than those of Cd. The single pollution assessment of wheat Cd and Cr in each sampling area was below the pollution level,but Cd and Cr comprehensive pollution assessment was alert level for Zhucheng of Weifang district,Tancheng of Linyi district,Chiping of Liaocheng district,Qihe of Dezhou district and Laiyang of Yantai district,where Cr was the main contribution factor. The comprehensive pollution assessment of other sampling areas was below the pollution level. All pollution indices were the lowest for Yuncheng of Heze district.

Shandong; Wheat; Cadmium and chromium; Contamination; Evaluation

時間：2016-10-08

2016-03-28

2016-04-10

國家“948”重點項目(2011-G30); 國家農產品質量安全項目(GJFP2015007)

E-mail：llzbest66@163.com

陳 璐(E-mail：chenludemail@163.com)

S512.1；S319

A

1009-1041(2016)10-1396-06

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20161008.0932.034.html