不同功能區農田土壤和冬小麥籽粒重金屬鎘富集特征及風險評價

關鍵詞：冬小麥；不同功能區；農田土壤；籽粒；重金屬鎘；風險評價

中圖分類號：S512.1 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2025）02-0127-07

鎘（Cd）在環境中是一種生物毒性高、易積累、不易去除的重金屬污染元素，對植物、動物和人體有較強的毒害作用。鎘在土壤中有很強的化學活性，生物富集因子高，易被植物根系吸收。土壤中的鎘被作物吸收積累到一定水平時，會影響作物的生理生化和生長發育過程，不僅會破壞植株體內的氧化還原平衡，還會促進抗壞血酸分解，并抑制各種功能酶活性，減少作物的營養吸收，造成植株生長遲緩、矮化，最終影響作物產量和品質。重金屬鎘可通過呼吸、皮膚接觸和飲食攝入等途徑進入人體，其中重要途徑之一就是經食物鏈進入人體進而危及健康。重金屬鎘主要沉積于人體的肝臟和腎臟，產生一定的免疫抑制，長期攝入鎘污染食品會造成骨質疏松軟化、腎損傷、器官衰竭等疾病，嚴重者會致癌。世界衛生組織國際癌癥研究機構在2012年將鎘及其化合物列為1類致癌物。

土壤作為生態環境的重要組成部分之一，是人類、動物及植物賴以生存的基礎。然而近年來隨著工業化、城市化和農業集約化的快速發展，農業耕作過程各種農藥和化肥的過量施用，造成土壤環境污染狀況日趨嚴重。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，由于其沉降性和不可逆性對土壤造成巨大的破壞。據統計目前我國僅鎘污染耕地大約有1.3萬hm²。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，全國土壤環境狀況總體不容樂觀，19.4%的耕地土壤受到重金屬的污染，工礦業和農業等人類活動以及土壤環境背景值高是導致土壤重金屬含量超標的主要因素。從污染物超標情況看，重金屬鎘的污染點位超標率達7.0%，在所有無機污染物中最高。一些學者甚至認為鎘污染是中國典型和重要的污染源。

我國是全球最大的小麥生產國和消費國，小麥作為我國主要的糧食作物，其產量占全國糧食總產量的30%左右。土壤重金屬含量關系到農產品的質量安全，由重金屬污染引起的糧食和食品安全問題受到廣泛關注。研究表明，農作物植株中重金屬主要來源是其生長的農田土壤。土壤中重金屬通過生物富集等作用在小麥籽粒等農產品中積累，這些農產品的安全問題與人類健康密切相關。保障農產品質量安全是農業生產的重要環節和食品安全的基礎保證，因此，應重視農田土壤和作物系統中重金屬污染的研究，而評估農田土壤和農作物中的重金屬對人體的健康風險有著極其重要的意義。本研究以《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準》和國家食品安全限量為標準，對河南省北部小麥種植區域的工業區、旅游區、農業區及生活區農田土壤和小麥籽粒的鎘含量進行調查分析，并對其污染狀況進行綜合評價，以期為當地小麥安全生產和農業生態可持續發展提供一定科學依據。

1材料與方法

1.1小麥籽粒及土壤樣品采集

2021年6月9—15日小麥收獲季，在河南省北部小麥主要種植區域的工業區、旅游區、農業區和生活區采集樣品，小麥籽粒及對應點土壤樣品各99個。

采樣點要求1個樣點控制在一個田塊，整個處理過程避免與含重金屬物品接觸，以保證樣品的代表性與真實性。采集小麥籽粒和土壤樣品按照一對一的方法，即土壤樣品采集小麥穗下根部土壤。樣品采集方法：小麥收獲期在麥田中采用5點取樣法取0～20cm土層土壤樣品及小麥籽粒樣品，混勻后按照四分法留取土壤樣品200g、小麥籽粒樣品100g作為一個樣點的測試樣品。除去土壤中的秸稈、石塊和枯枝落葉等雜質后，將采集的樣品放人聚乙烯樣品袋中，在標簽中注明采集時間、地點、編號等信息。采集后盡快郵寄至農業農村部環境保護科研監測所測定。

1.2小麥籽粒富集系數計算

根據所測小麥籽粒及土壤樣品的鎘含量計算籽粒富集系數（bio-accumulation factor，BAF），BAF=籽粒重金屬含量／土壤重金屬含量。小麥籽粒的富集系數基本可以反映出小麥籽粒從土壤中吸收重金屬的難易程度，富集系數越大，表示小麥籽粒的重金屬富集能力越強，反之，富集系數越小，則表示小麥籽粒對重金屬的抗污染能力越強。

1.3評價方法和標準

測定土壤重金屬含量的同時測定土壤pH值，結果表明本研究區域土壤pH值均大于7.5。采用《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 15618—2018）中的農用地土壤污染風險篩選值和管制值作為依據：小麥籽粒重金屬鎘污染評價以《食品安全國家標準食品中污染物限量》（GB 2762—2017）為標準。采用單因子污染指數法和內梅羅綜合污染指數法對小麥進行重金屬污染風險評價。

2.2不同功能區農田土壤重金屬鎘與小麥籽粒重金屬鎘之間的相關關系

將采集到的小麥籽粒重金屬鎘與土壤重金屬鎘含量進行線性回歸分析。由圖1可以看出，采樣區域內小麥籽粒重金屬鎘含量與土壤重金屬鎘含量呈正相關關系。工業區和生活區小麥籽粒鎘含量與土壤鎘含量的相關性均達到極顯著水平（Plt;0.01），相關系數分別為0.582**（n=35）和0.938**（n=13）；旅游區和農業區小麥籽粒鎘與土壤鎘含量的相關性不顯著，相關系數分別為0.346（n=31）和0.129（n=20）。

2.3不同功能區農田采樣區小麥籽粒重金屬鎘污染指數

由表2看出，生活區小麥籽粒鎘污染指數均值和變異系數最高，工業區和旅游區次之，農業區最低。各區域內小麥籽粒單因子污染指數平均值均低于標準值，表明小麥籽粒均未受鎘污染。農業區為鎘污染指數最低的區域，工業區和生活區個別地塊小麥籽粒鎘為輕度污染。綜合污染指數評價結果顯示，農業區小麥籽粒未受鎘污染：旅游區小麥籽粒鎘綜合污染指數達警戒水平：工業區和生活區小麥籽粒鎘為輕度污染。

不同區域土壤重金屬背景值的差異會影響作物從土壤中吸收富集重金屬的能力。調查結果顯示，生活區農田土壤鎘富集系數均值最高，工業區和旅游區次之，農業區最低。將取樣點小麥籽粒鎘含量和對應點土壤鎘含量進行線性回歸分析，結果顯示工業區（n=35）和生活區（n=13）均達到極顯著相關，旅游區（n=31）和農業區（n=20）相關性均不顯著。分析各區域小麥籽粒鎘單因子和綜合污染指數發現，生活區取樣小麥籽粒鎘含量變異系數（74.20%）最大，重金屬鎘單因子污染指數最大值為1.71，綜合污染指數為輕度污染。工業區（0.517）和旅游區（0.510）小麥籽粒鎘單因子污染指數均值接近，工業區綜合污染指數為輕度污染，旅游區綜合污染評價為警戒水平。農業區取樣小麥籽粒鎘含量變異系數（23.93%）最低，單因子污染和綜合污染評價均為未受重金屬鎘污染。綜合比較，農業區的小麥生態種植環境最好，生活區的小麥種植生態環境最差。分析其原因，主要是小麥吸收重金屬會受到多種因素的影響，田間環境比較復雜，如土壤性質、pH值、有機質含量、灌溉、施肥等多種因素均會影響植株對重金屬的吸收，但是也有可能是取樣點小麥土壤中鎘背景值本身就存在差異。

小麥是河南省主要糧食作物之一，本研究主要針對河南省北部不同功能區農田小麥籽粒鎘含量總體污染狀況進行分析評價，發現該區域整體生態環境適合小麥種植生長，其中農業區的農田土壤環境最好，小麥籽粒重金屬鎘含量均在食品中污染物限量值標準以下。有研究發現，小麥屬于耐鎘能力較強的作物，但品種之間鎘積累具有較大的差異。陳亞茹等采用重金屬污染田原位篩選方式研究發現，261份小麥微核心種質的籽粒中重金屬鎘含量具有一定的差異性。作物對重金屬吸收和轉運差異的原因，一方面可能是品種的遺傳特性造成的基因型差異，另一方面可能是栽培措施的影響。高巍等采用盆栽試驗對不同品種小麥施加一定濃度梯度的鎘，發現在重金屬鎘輕度污染的土壤中種植小麥時不必過分區別品種，在重金屬鎘中重度污染的土壤種植鎘吸收轉運低的小麥品種可以有效抑制土壤中鎘向植株的轉移。有研究表明，選擇合適的重金屬低積累小麥品種，重金屬污染的農田也能產出安全的產品，因而在重金屬污染農田篩選種植適宜的低積累小麥品種具有一定的現實意義。重金屬低積累的特性將元素阻止在體外或者將其轉移積累至非可食用的部分，這種方式不僅成本低且容易推廣。

綜上所述，依據重金屬鎘土壤污染狀況，利用不同小麥品種對重金屬鎘的吸收特性，調整種植品種結構，制定適宜的耕地治理方案，強化環境管理，減少污染物通過食物鏈對人體健康的危害，保證小麥的質量和食用安全性是未來我們工作的重點。

4結論

本研究區域內農田土壤鎘含量范圍為0.13～1.23mg·kg^-1，其對應小麥籽粒鎘含量范圍為0.01～0.17mg·kg^-1。對樣品進行重金屬鎘吸收和富集相關分析發現，小麥籽粒重金屬鎘含量與土壤重金屬鎘含量呈現正相關關系，富集系數范圍為0.05～0.33。對不同功能區小麥籽粒進行污染指數評價，結果表明農業區小麥籽粒未受鎘污染，旅游區達到警戒水平，工業區和生活區小麥籽粒鎘綜合污染評價結果為輕度污染。