重慶市某典型區域土壤和水稻中重金屬含量研究

鄒家素，李 曉，李 莉，劉 坤

（1. 重慶市生態環境監測中心，重慶 401147；2. 重慶市環境科學研究院，重慶 401147）

水稻是我國種植面積僅次于玉米的第二大糧食作物，全國近2/3 的人口以稻米為主食，因而稻米品質安全直接關系著國民健康和社會安定[1-2]。近年來，日益突出的農田重金屬污染及稻米重金屬超標問題，已成為備受關注的研究熱點[3-4]。土壤重金屬污染，不僅影響水稻生長發育，導致產量下降[5]，還會在稻谷內大量積累，并隨食物鏈進入人體，危害人體健康。

筆者擬根據歷史調查數據，選擇重慶市某典型水稻重金屬含量超標區域進行加密監測，調查稻田土壤及其種植的水稻糙米中重金屬含量和超標情況；同時分析水稻糙米對各種金屬的富集能力，以期為當地水稻糧食安全提供有力的理論和數據支持。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

研究區域位于壩區，海拔600～700 m，地勢中間平、四周高，屬于高山盆地地形；研究區域屬于溫帶季風氣候，全年平均氣溫18.3℃左右，年平均降雨量1 100 mm 左右，年日照數1 450 h 左右，無霜期335 d左右，四季分明，春旱、夏熱、秋涼、冬暖，呈現初夏雨量充沛、盛夏炎熱多伏旱、秋多綿雨、冬少日照的特殊氣候特征。產區種植水稻類型以秈型兩系雜交水稻和秈型三系雜交水稻為主。土壤以水稻土和紫色土為主。

1.2 樣品采集

2019 年在研究區域按每500 m×500 m 網格布設點位18 個，水稻收獲季節時利用GPS 導航選定采樣點，以確定點位為中心劃定20 m×20 m 采樣區域，采用雙對角線五點混合采樣法設置5 個子采樣點，各子采樣點采集表層0～20 cm 土壤樣品500 g 左右，對應的水稻樣品500 g 左右，混勻子樣品作為該采樣點樣品。共采集稻田土壤和對應的水稻籽粒樣品18 對。

1.3 樣品測定分析

土壤樣品在室溫下自然風干后，全量研磨過2 mm 樣品篩，四分法分取，一份用于pH 值和陽離子交換量的測定，一份繼續研磨至全部通過100 目樣品篩，用于有機質和重金屬的測定，另外兩份作為留存樣。土壤pH 值采用玻璃電極法測定，有機質采用重鉻酸鉀容量法測定，陽離子交換量采用1 mol/L 乙酸銨交換法測定。重金屬全量測定前，先將樣品進行HCl-HNO3-HF-H2O2微波消解處理，再采用電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS，Thermo Fisher Scientific）測定樣品中的鎘、銅、鉛、鋅、鉻和鎳含量，采用原子熒光法（AFS-9561，北京海光）測定樣品中的砷含量，采用冷原子吸收法（Milestone DMA-80 測汞儀，意大利）測定樣品中的汞含量。

水稻樣品曬干后，脫粒、清洗、50℃烘干至恒重，脫殼為糙米，研磨過60 目篩，用于重金屬含量測定。測定方法參照土壤樣品。

1.4 數據分析

1.5 質量控制措施

采樣點位均利用GPS 精準定位，樣品分析過程除按照試驗方法進行實驗室內質量控制外，同時插入5%的統一監控樣和20%的密碼平行樣，實驗內質量控制結果、統一監控樣和密碼平行樣控制結果均合格。

2 結果與分析

2.1 土壤重金屬含量與污染評價

該典型區域土壤中pH值、陽離子交換量、有機質、鎘、鉻、鎳、銅、鋅、鉛、汞和砷含量統計結果見表1。pH 值范圍為5.03～7.56，均值5.71，以酸性土壤為主。 污染元素含量范圍分別為：鎘0.345～0.612 mg/kg、鉻25.5～70.4 mg/kg、鎳13.6～28.2 mg/kg、銅13.3～43.0 mg/kg、鋅79.0～153.9 mg/kg、鉛39.6～72.2 mg/kg、汞0.035～ 0.173 mg/kg、砷7.13～12.5 mg/kg。除重金屬汞之外，其余7 項污染元素和3 項理化指標的變異系數均小于25%，說明該典型區域土壤理化性質及重金屬含量分布較為一致。對照GB 15618—2018 中的風險篩選值，該區域除鎘之外，其余7 項污染元素均未超過風險篩選值；有77.8%的點位土壤鎘含量超過風險篩選值，超標倍數為0.02～0.65，平均超標倍數0.31。從表1 中還可看出，該典型區域的Nemerow 綜合污染指數（P值）范圍為0.48～1.24，均值為0.91，其中44.4%的點位 值介于1～2.00 之間。說明該區域有44.4%的土壤處于輕度污染水平，存在土壤鎘的污染風險，應加強土壤環境監測和農產品協同監測。

2.2 水稻糙米污染元素含量與污染評價

由表2 可知，水稻糙米中污染元素含量范圍分別為：鎘0.001～0.254 mg/kg、鉻ND～3.375 mg/kg、鎳0.009～ 11.700 mg/kg、銅0.52～3.24 mg/kg、鋅9.74～20.50 mg/kg、鉛0.023～0.716 mg/kg、汞未檢出、砷0.013～0.072 mg/kg。 水稻糙米中各指標的變異系數范圍為0.0%～232%，其中鎘為130%、鉻為216%、鎳為232%、鉛為110%，說明這4種重金屬在水稻糙米中的含量分布極不均勻；與土壤中各重金屬的變異系數相比，除汞外，其余重金屬在水稻糙米中的變異系數大于土壤中的變異系數，說明水稻糙米中的重金屬含量除與土壤中重金屬含量相關外，還與其他因素相關，因此即使種植土壤中的重金屬含量水平一致，水稻糙米中的重金屬含量也會有差異。

表1 某典型區域土壤重金屬含量及Nemerow 指數（P）基本統計

表2 某典型區域水稻糙米重金屬含量

水稻糙米中銅、鋅、汞和砷含量未超過限量值，鎘、鉻、鎳和鉛均有超標。其中鎘超標率為5.6%，超標倍數為0.27；鉻超標率為16.7%（平均超標1.49 倍，最大超標2.38 倍）；鎳超標率為16.7%（平均超標5.23 倍，最大超標10.7 倍）；鉛超標率為22.2%（平均超標0.87倍，最大超標2.58 倍）。該典型區域水稻樣品中重金屬超標率為鉛＞鉻=鎳＞鎘；平均超標倍數依次為鎳＞鉻＞鉛＞鎘。

2.3 水稻重金屬生物富集系數

研究中水稻糙米未檢出汞，因此未統計其生物富集系數，其他7 種污染元素的生物富集系數見表3。由表3 可知，水稻糙米中各污染元素的生物富集因子范圍如下：鎘0.003～0.591（平均值0.113）、鉻0.000～0.064（平均值0.009）、鎳0.001～0.561（平均值0.061）、銅0.019～0.124（平均值0.063）、鋅0.081～0.201（平均值0.123）、鉛0.000～0.014（平均值0.003）、砷0.001～0.009 （平均值0.004）。從生物富集因子的平均值來看，水稻糙米對重金屬的富集能力由高到低排列依次為鋅＞鎘＞鎳≈銅＞鉻＞鉛≈砷。

表3 研究區域稻田水稻糙米重金屬生物富集系數

根據水稻糙米對重金屬的富集能力可以將這些重金屬分為兩大類：一類為鎘和鋅，極易被水稻糙米吸收；一類為鎳、銅、鉻、鉛和砷，相對不易被水稻糙米吸收。糙米對土壤中的鋅平均吸收比例為12.3%，最高可達20.1%，與其他金屬相比，鋅遷移至水稻糙米中的能力最強，與蔣逸駿等[6]的研究結果相同；鋅生理毒性低，且又是水稻的營養元素，雖然遷移能力強，但是在糙米中并未出現超標現象。糙米對土壤中的鎘平均吸收比例為11.3%，最高可達59.1%，說明鎘更易被水稻吸收。有3 個點位（點位11、14、18）的鎳、2 個點位（點位6、14）的銅從土壤遷移至水稻糙米的比例大于10 %，特別是點位18 的鎳，其遷移比例達56.1 %；其余點位的鎳和銅從土壤中遷移至水稻糙米的比例小于10%，這種現象可能與不同樣點重金屬共存情況、土壤理化性質和肥料施用不同等因素有關[7]。鉻、鉛和砷從土壤遷移至水稻糙米的平均值小于1 %。

3 小 結

2019 年，按點位采集稻田土壤及其對應的水稻糙米樣品，對重慶市某典型水稻重金屬含量超標區域進行鎘、鉻、鎳、銅、鋅、鉛、汞和砷8 種污染元素含量的監測。結果表明：該區域18 個點位中有77.8%的點位土壤鎘含量超過風險篩選值，超標倍數范圍為0.02～0.65；除鎘之外，其余7 項污染元素均未超過風險篩選值；由Nemerow 綜合污染指數可知，18 個點位中有44.4%的點位土壤處于輕度污染水平，存在土壤鎘污染風險，應加強土壤環境監測和農產品協同監測；各點位的水稻糙米中銅、鋅、汞和砷含量均未超過限量值，但鎘、鉻、鎳和鉛均有超標，超標比例分別為5.6%、16.7%、16.7%和22.2%；由富集系數可知，調查區域水稻糙米對重金屬的富集能力由高到低排列依次為鋅＞鎘＞鎳≈銅＞鉻＞鉛≈砷，其中鋅和鎘極易從土壤中被水稻糙米吸收，吸收比例分別為12.3%和11.3%。