豫北農田土壤和小麥籽粒鎘含量及風險評估

摘要：冬小麥是河南省重要的糧食作物，了解豫北農田土壤和小麥籽粒鎘含量，可以為小麥的合理種植及籽粒質量安全提供參考依據。于2019年和2020年小麥收獲季節，在豫北小麥種植區農田采集土壤和籽粒樣品共計314份，分析小麥籽粒中鎘元素的含量變化特征，評價其鎘污染狀況。結果表明，豫北農田土壤平均鎘含量0.500mg/kg，超標率28.662%；小麥籽粒平均鎘含量0.049mg/kg，超標率5.732%；對小麥籽粒和土壤鎘含量進行相關性和富集系數分析表明，兩者相關性達到極顯著（r=0.417），小麥籽粒鎘含量對土壤鎘含量的富集范圍在0.050～0.200的占比最大（85.987%）；小麥籽粒鎘單污染指數范圍為0.150～1.710，內梅羅綜合污染指數平均值為0.494；收集的農田土壤和小麥籽粒存在部分鎘含量超標現象，綜合評價籽粒鎘為輕度污染水平，因此在豫北小麥生產中應特別注意農田管理和風險防控。

關鍵詞：小麥；土壤；籽粒；鎘；富集特征；污染評價

Cadmium Content and Risk Assessment of Farmland Soil and

Wheat Grain in Northern Henan

XUE Zhiwei，GAO Feng，YANG Chunling

（Anyang Academy of Agricultural Sciences，Anyang 455000，Henan）

近年來隨著工業化、城市化和農業集約化的快速發展，含重金屬的污染物通過工業廢水、大氣沉降、污水灌溉、采礦冶煉等途徑進入農田，目前已成為我國土壤污染的主要形態[1-3]。2014年環境保護部和國土資源部發布的《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，全國82.8%的土壤正在遭受嚴重的重金屬污染，鎘污染以7.0%的超標率位居無機污染物之首[4]。人體長期攝入過量的鎘污染食品后，身體各器官會發生一系列的病變，造成骨質疏松軟化、腎損傷、器官衰竭等疾病，嚴重時會引發癌癥[5-7]。鎘對于植物來講為非必要元素，具有生物毒性高、易積累、不易去除的特點[8-11]。小麥是中國重要的糧食作物之一，其種植面積和產量對于保障國家糧食安全具有重要意義[12-13]。根據2024年國家統計局的公告，全國小麥播種面積為2309.1萬hm2，單位面積產量5985.8kg/hm2，小麥總產量13822萬t。宋偉等[14]對我國138個典型區域的耕地重金屬污染情況進行統計，發現我國耕地的土壤重金屬污染概率為16.67%左右，鎘污染嚴重程度遠超其他重金屬。基于我國人均耕地占有量少（僅為0.15hm2）且后備耕地資源十分有限的現狀，國內部分受鎘污染的土壤區域仍從事農業生產[15-16]。因此研究土壤和小麥籽粒中鎘的含量特征，對于農田土壤管理具有重要意義。

作為鎘中積累型作物，小麥具有一定的潛在鎘污染風險[17-18]。前人針對小麥鎘的吸收和積累特點也進行了大量的研究[19-21]。王世玉等[22]選取國內外9個典型污灌區作為研究對象，結果發現在同一灌區小麥中鎘的富集濃度高于玉米，其通過口食對于人體健康造成的風險較高。秦普豐等[23]調查了工業型城市不同功能區的土壤和蔬菜中的污染情況，發現其均受到不同程度的污染，其中鎘和汞污染最為嚴重。張浩等[24]調查了河南洛陽鉛鋅尾礦庫土壤和蔬菜的污染特征，發現土壤中鎘含量均高于土壤風險篩選值，蔬菜中鎘含量超過食品污染限值。目前對鎘污染研究多集中在污灌區、礦區以及工業區等，不同地區的土壤性質和環境條件均存在較大差異。

本文以河南北部農田小麥種植區為研究對象，在小麥種植區采集土壤和小麥籽粒樣品，采用單因子污染指數法和內梅羅綜合污染指數法進行分析及評價，旨在為小麥的安全生產和鎘污染生態風險管控提供科學指導和決策依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及材料 2019年于小麥收獲季節在河南北部安陽市湯陰縣、內黃縣等，鶴壁市淇濱區等、濮陽市高新區等小麥主要種植區域采集99份根際土壤及相應的小麥籽粒樣品，2020年繼續采集58份根際土壤及相應的小麥籽粒樣品。在小麥籽粒成熟期通過5點取樣法采集樣品，混勻后按照4分法留取土壤樣品200g和小麥籽粒樣品100g作為1個樣品點，將采集的樣品放入樣品袋中，注明采集時間、地點、編號等信息，郵寄至農業農村部環境保護科研監測所進行鎘元素含量測定。

1.2 鎘污染評價方法與標準 小麥籽粒鎘污染評價標準采用GB 2762—2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》作為評價標準，鎘限量值為0.1mg/kg。采用單因子污染指數法和內梅羅綜合污染指數法[25]對小麥進行污染風險評價。

單因子污染指數法：，式中，Pi為單項重金屬i的污染指數，ci為作物中重金屬i的實測濃度（mg/kg）；si為重金屬i的評價標準臨界值（mg/kg）。依據評價標準，Pi≤1表示未受污染，1lt;Pi≤2表示輕度污染，2lt;Pi≤3表示中度污染，Pigt;3表示重度污染。

內梅羅綜合污染指數法：，式中，P為農作物籽粒中重金屬的綜合污染指數，Pi為重金屬單項污染指數平均值，Pimax為重金屬單項污染指數最大值。評價標準：P≤0.7為未受到污染，0.7lt;P≤1.0為警戒水平，1.0lt;P≤2.0為輕度污染，2.0lt;P≤3.0為中度污染，Pgt;3.0為重度污染。

1.3 數據分析與處理 采用Excel 2019和SPSS 19.0進行數據整理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 農田土壤鎘含量分析 由表1可知，年度之間農田土壤中鎘含量平均值有一定差異，2019年農田土壤中平均鎘含量為0.390mg/kg，2020年為0.687mg/kg。2019年取樣農田土壤鎘含量變化幅度為0.130～1.230mg/kg，2020年為0.470～1.830mg/kg。

按照國家標準GB 15618—2018《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準（試行）》，農田土壤中鎘含量風險篩選值為0.600mg/kg（pH值gt;7.5）。2019年有7個小麥土壤樣品超標，2020年有38個土壤樣品超標，超標率分別為7.071%和65.517%。本研究2019-2020年兩年共收集157個農田土壤樣品，農田土壤平均鎘含量0.500mg/kg，超標率28.662%。2019年和2020年農田土壤鎘含量變異系數分別為42.671%和30.842%，均屬于中等變異程度。

2.2 小麥籽粒鎘含量分析 由表2可知，小麥籽粒鎘含量年度之間平均值差異較小，2019年小麥籽粒平均鎘含量0.050mg/kg，2020年0.048mg/kg。2019年取樣小麥籽粒鎘含量變化幅度0.010～0.170mg/kg，

2020年0.020～0.140mg/kg。按照GB 2762—2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》，籽粒中鎘含量上限為0.100mg/kg。2019年有6個小麥籽粒樣品超標，2020年有3個小麥籽粒樣品超標，超標率分別為6.061%和5.172%。本研究2019-2020年兩年共收集157個小麥籽粒樣品，平均鎘含量0.049mg/kg，超標率5.732%。2019年和2020年小麥籽粒鎘含量變異系數分別為56.339%和47.054%，均屬于中等變異程度。

糧食作物中重金屬含量受產地環境污染水平、土壤性質、氣候、作物品種和種植管理水平等諸多因素影響。研究發現，通常在外界環境存在鎘污染的情況下，作物中的鎘基本來自于土壤中鎘的遷移，因此糧食作物最容易鎘含量超標，這一研究結果與王成塵等[26]、陳京都等[27]的研究結果相似。

2.3 小麥籽粒鎘和土壤鎘含量之間的相關關系分析 農田土壤生態系統中，土壤中鎘積累與糧食作物吸收之間的關系復雜多樣。有學者對二者進行線性回歸方程分析，發現土壤中鎘含量可用于預測小麥籽粒鎘含量，因而土壤鎘安全閾值是保障農產品安全的重要指標[28]。本文將采集到的157份土壤—小麥籽粒鎘含量進行線性回歸分析，由圖1可以看出，在田間條件下采樣區域內小麥籽粒鎘含量與土壤鎘含量呈極顯著正相關關系（Plt;0.01），相關系數為r=0.417**（n=157）。

2.4 小麥籽粒鎘和土壤鎘含量之間的富集關系分析 富集系數反映了植株對鎘的富集程度的高低或者攝取能力的強弱。小麥籽粒鎘富集系數是籽粒鎘含量與土壤中鎘含量之比，可說明鎘在小麥籽粒中的富集情況。從圖2可知，小麥籽粒鎘含量對土壤鎘含量的富集范圍在0.050～0.200，占比最大（85.987%）。其中富集系數為0.050～0.100占比43.312%，富集系數為0.100～0.150占比29.299%，富集系數為0.150～0.200占比13.376%。富集系數0.250～0.300、0.350～0.400占比為0。富集系數0～0.050、0.200～0.250、0.300～0.350的占比分別為7.006%、5.732%、1.274%。這從側面說明，小麥籽粒的鎘富集能力存在差異，因此，我們可以通過有效措施，篩選降低小麥籽粒中的鎘含量[29]。

2.5 小麥籽粒鎘污染情況分析 由表3可知，2019年和2020年取樣小麥籽粒鎘污染指數平均值分別為0.503和0.479，均為未受污染水平。2019年和2020年小麥籽粒鎘污染指數差異變化幅度分別為0.150～1.710、0.217～1.381，有個別地塊小麥籽粒鎘為輕度污染水平。本研究2019-2020年兩年共收集157個小麥籽粒樣品，鎘單污染指數范圍為0.150～1.710，內梅羅綜合污染指數平均值為0.494，綜合評價小麥籽粒鎘為輕度污染水平。

3 討論與結論

河南北部土壤鎘含量變幅0.130～1.830mg/kg，小麥籽粒鎘含量變幅0.010～0.170mg/kg。研究結果表明，小麥籽粒鎘含量與土壤鎘含量相關性達到極顯著正相關，其中85.987%的小麥籽粒鎘含量對土壤鎘含量的富集范圍集中在0.050～0.200。這表明，盡管農田土壤和小麥籽粒鎘含量在不同年份表現存在差異，但整體來看，河南北部麥區土壤存在一定程度的鎘污染，小麥籽粒內梅羅綜合污染指數平均值為0.494，達到輕度污染水平。土壤污染具有隱蔽性、積累性等特點，決定了其防治工作的艱巨性和復雜性[30]。鎘是一種具有積累性和毒性的重金屬，長期攝入鎘污染的糧食作物會對人體健康造成潛在危害，尤其是肝臟和腎臟。農田土壤環境質量在一定程度上決定著農產品的產量和質量，小麥作為主要糧食作物，其安全性直接關系到糧食安全和公共健康。因此，河南北部麥區鎘污染的防治工作刻不容緩，需要政府、企業和公眾的共同努力，采取有效措施控制污染情況，保障糧食安全和人類健康。

目前，學術界對重金屬鎘的治理主要有以下手段：（1）加強對工業排放、礦山開采等鎘污染源的監管，從源頭控制減少鎘污染物的排放；（2）采用物理、化學、生物手段調理土壤性質，降低重金屬的生物有效性，如使用鈍化劑改變重金屬形態和降低重金屬活性[31]；（3）改善種植模式，選擇低鎘富集的小麥品種，合理施肥，降低小麥籽粒鎘含量；（4）建立農田土壤和小麥籽粒鎘含量監測網絡，及時發現和預警鎘污染風險，確保農產品安全。農田環境污染問題不容忽視，未來應著重加強環境保護意識，推動農業綠色發展，積極構建人與自然和諧共生的現代化農業體系。

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