王 芹 徐 瑞 袁愛菊 吳珺瑋 張 芹

（淮安市疾病預(yù)防控制中心，淮安 223003）

土壤是人類生存不可或缺的資源。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展和人們生活水平的提高，農(nóng)藥化肥的不正確使用、污水和固體廢棄物的不合理排放，導(dǎo)致環(huán)境污染程度逐年增加，農(nóng)用土壤重金屬污染問題凸現(xiàn)。污染嚴(yán)重地區(qū)糧食安全生產(chǎn)受到威脅，甚至引發(fā)了生態(tài)事件[1]。重金屬進(jìn)入土壤后具有滯后性、持久性、不可逆性和隱蔽性，易進(jìn)入食物鏈對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康產(chǎn)生危害[2-8]。2010～2012年間，中國(guó)有10萬km2耕地受重金屬污染。高背景值地區(qū)的土壤重金屬超標(biāo)。土壤重金屬污染呈流域性的趨勢(shì)[9]。

水稻對(duì)重金屬有很強(qiáng)的富集能力[2,10]，作為一種重要糧食作物，是重金屬進(jìn)入人體的途徑之一。在以稻谷為主食的地區(qū)，土壤-水稻系統(tǒng)中重金屬的含量水平，對(duì)居民的膳食健康有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本試驗(yàn)以淮安市稻田土壤-稻谷為研究對(duì)象，采集土壤-稻谷樣品40組，檢測(cè)5種重金屬含量，并分析土壤中重金屬的污染特征及其在稻谷中富集狀況，以了解本地區(qū)土壤重金屬污染狀況和稻谷安全狀況，為淮安市建立地產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品安全體系提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品來源

采集淮安市5個(gè)縣區(qū)(淮陰區(qū)、淮安區(qū)、洪澤區(qū)、清江浦區(qū)、漣水縣)水稻種植區(qū)的土壤和水稻樣本各8組，共40組。

稻田土壤在1m2范圍內(nèi)按照5點(diǎn)取樣法采集，5～20cm深表層土壤混合為1份樣品，每份1000g左右。在采集土壤的同時(shí)，采集該土壤1m2范圍內(nèi)農(nóng)田生長(zhǎng)的稻谷1000g。

1.2 分析方法及儀器試劑

土壤樣品自然風(fēng)干后，研磨過0.15mm篩，密封備用。稻谷樣品自然曬干后，脫殼粉碎，密封備用。

土壤樣品按照《土壤和沉積物 12種金屬元素的測(cè)定王水提取-電感耦合等離子體質(zhì)譜法》(HJ 803-2016)、《土壤質(zhì)量 總汞、總砷、總鉛的測(cè)定 原子熒光法第1部分：土壤中總汞的測(cè)定》(GB/T 22105.1-2008)消化檢測(cè)；稻谷樣品按照《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中多元素的測(cè)定》(GB 5009.268-2016) 消化檢測(cè)。

儀器：電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(PE Nexion300x)；原子熒光光度計(jì)(北京吉天 AFS-9130)；pH計(jì)(上海雷磁 PHSJ-226)。標(biāo)準(zhǔn)溶液：24種ICP分析用多元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW(E)083549 NCS141018)；汞單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(GSB 04-1729-2004)。試劑：鹽酸(優(yōu)級(jí)純)，硝酸(光譜純)。

使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀檢測(cè)土壤Pb、Cd、Cr、As和稻谷樣品中的Pb、Cd、Cr、As、Hg，使用原子熒光光度計(jì)檢測(cè)土壤中Hg。用pH計(jì)測(cè)定土壤pH值。每份樣品重復(fù)測(cè)定3次取平均值。相關(guān)性分析使用SPSS19.0軟件。

1.3 評(píng)價(jià)方法

土壤和稻谷中重金屬臨界值評(píng)價(jià)分別參照《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB15618-2018)、《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》(GB2762-2017)，見表1。

表1 土壤及稻谷中重金屬含量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)法[11]。

單因子污染指數(shù)

式中，Pi為污染物i的單因子污染指數(shù)，Ci污染物i的實(shí)測(cè)值，Si為污染物i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2，Pi越大，污染越嚴(yán)重。

表2 單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

（1） 內(nèi)梅羅綜合指數(shù)

式中，P綜為所有因子的綜合污染指數(shù)，Pimax為污染指數(shù)的最大值，Piavg為污染指數(shù)的算術(shù)平均值。綜合污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 綜合污染指數(shù)分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

（2） 植物富集因子

式中，PUF為稻谷中污染物i的富集因子，用于分析重金屬在稻谷中的富集水平。Vi為大米中污染物i的含量，Si為土壤中污染物i的含量[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻田土壤和稻谷中重金屬含量及評(píng)價(jià)

2.1.1 土壤中重金屬的含量

如表4 所示，研究區(qū)稻田土壤的p H 值范圍為5.70～8.73，平均值為7.60。稻田土壤中Pb、Cd、Cr、As、Hg的平均含量分別為15.31mg/kg、0.14mg/kg、51.6mg/kg、10.3mg/kg、0.084mg/kg。研究區(qū)內(nèi)Pb、Cd、Cr、As、Hg5種重金屬含量均小于《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB15618-2018)規(guī)定限值。

同一種重金屬元素含量在5個(gè)縣區(qū)比較來看:清江浦區(qū)稻田土壤中Pb、Cr、As的平均含量均高于其他4個(gè)縣區(qū)，淮安區(qū)Cd和Hg的平均含量高于其他4個(gè)縣區(qū)。Hg和Pb的變異系數(shù)分別為74.32%、36.08，為強(qiáng)變異。

2.1.2 稻田土壤重金屬評(píng)價(jià)

由表5可見，研究區(qū)稻田土壤的單因子污染指數(shù)平均值分別為：Pb(0.097)、Cd(0.23)、Cr(0.17)、As(0.45)、Hg(0.12)，均＜1,未受污染，As的單因子污染指數(shù)明顯高于其他4個(gè)重金屬，Cd次之。同一縣區(qū)As的單因子污染指數(shù)高于其他重金屬。同一重金屬的單因子污染指數(shù)在5個(gè)縣區(qū)相比較，清江浦區(qū)Pb、Cd、Cr的單因子污染指數(shù)高于其他縣區(qū)，洪澤區(qū)As的單因子污染指數(shù)較高，淮安區(qū)Hg的單因子污染指數(shù)較高。

表5 稻田土壤中重金屬單因子及綜合評(píng)價(jià)

研究區(qū)稻田土壤內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)為0.32，5個(gè)縣區(qū)土壤重金屬內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)依次為淮安區(qū)(0.40)、洪澤區(qū)(0.38)、清江浦區(qū)(0.35)、漣水縣(0.34)、淮陰區(qū)(0.33),根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，土壤清潔。

2.2 稻谷中重金屬含量及富集特征

2.2.1 稻谷中重金屬含量

研究區(qū)內(nèi)稻谷中5 種重金屬的含量見表6。Pb、Cd、Cr、As的平均含量分別為0.0140mg/kg、0.0286mg/kg、0.2593mg/kg、0.1074mg/kg，Hg均未檢出，所有數(shù)據(jù)未檢出比例≤60%，未檢出數(shù)據(jù)以1/2檢出限計(jì)[13]。5種重金屬元素的檢出限分別為Pb＜0.004mg/kg、Cd＜0.002mg/kg、Cr＜0.05mg/kg、As＜0.002mg/kg、Hg＜0.0002mg/kg。

表6 稻谷中重金屬含量

5種重金屬含量均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值。Pb、Cd、Cr、As的變異系數(shù)分別為109%、106%、83%、73%，為強(qiáng)變異。同一重金屬在5個(gè)縣區(qū)比較來看，淮陰區(qū)稻谷Pb的平均含量高(0.0143mg/kg)于其他縣區(qū)，清江浦區(qū)稻谷Cd4(0.036mg/kg)和As(0.2140mg/kg)平均含量高于其他縣區(qū)，淮安區(qū)稻谷Cr平均含量高(0.3491mg/kg)于其他縣區(qū)。

2.2.2 稻田土壤及稻谷中重金屬的相關(guān)性分析

對(duì)研究區(qū)稻田土壤和稻谷中重金屬含量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表7。土壤和稻谷中Pb、Cd、Cr、As的Person相關(guān)系數(shù)分別為0.017、0.135、0.291、0.17，土壤和稻谷中4種重金屬含量呈微弱相關(guān)。土壤中Pb含量和土壤中Cd、Cr、As含量呈顯著正相關(guān)，土壤中Cd和土壤中Cr、As顯著相關(guān)，土壤中Cr和土壤中As顯著相關(guān)。稻谷中Cd和As顯著正相關(guān)。

表7 稻田土壤和稻谷中重金屬含量相關(guān)性分析

2.2.3 稻谷對(duì)土壤重金屬的富集水平

富集因子能夠在一定程度上反映稻谷對(duì)土壤中重金屬的富集狀況。由表8可見，稻谷對(duì)5種重金屬的富集水平由高到低分別為Cd(0.14)、As(0.01)、Cr(0.005)、Pb(0.0007)、Hg(0)，稻谷富集Cd能力最強(qiáng)、As次之，Cd、As、Cr、Pb的富集因子大小順序與范榮偉的研究結(jié)果一致[14]。同一縣區(qū)稻谷富集5種重金屬的能力差異顯著，Cd最強(qiáng)、As次之。同一重金屬在不同縣區(qū)富集能力有差異，Cd和As在清江浦區(qū)富集水平最高，Cr在淮陰區(qū)和淮安區(qū)富集水平最高。

表8 稻谷對(duì)重金屬富集水平

3 討論

本試驗(yàn)研究結(jié)果顯示，研究區(qū)所有土壤和稻谷中5種重金屬的含量均在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值范圍內(nèi)，且處于較低濃度水平。

5種重金屬的單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)均顯示土壤清潔安全。As和Cd的單因子污染水平明顯高于其他3種重金屬。

土壤中Hg、Pb和稻田中Pb、Cd、Cr、As均為強(qiáng)變異，說明稻田土壤和稻谷中重金屬含量受人為影響顯著，空間分布不均勻，與人類活動(dòng)相關(guān)[15-17]。稻谷中Hg未檢出，可能是土壤中Hg含量未達(dá)到在稻谷中形成富集的水平，或是Hg不容易在谷粒中富集。

稻谷對(duì)土壤中5種重金屬的富集研究顯示，稻谷對(duì)Cd的富集能力最強(qiáng)，Cd遷移能力最強(qiáng)，As次之。Cd和As在清江浦區(qū)富集水平最高。同一重金屬在不同縣區(qū)富集能力有差異，這種差異可能與區(qū)域環(huán)境因子差異(土壤性質(zhì)、氣候條件、灌溉條件、施肥情況等)有關(guān)[18]。

結(jié)合相關(guān)性分析，土壤中Pb含量和土壤中Cd、Cr、As含量呈顯著正相關(guān)，土壤中Cd和土壤中Cr顯著相關(guān)，土壤中Cr和土壤中As顯著相關(guān)，說明土壤中的Pb、Cd、Cr、As、Hg有同源性。稻谷中Cd和As顯著相關(guān),說明稻谷中Cd和As具有同源性。土壤和稻谷中Pb、Cd、Cr、As微弱相關(guān)性，說明土壤和稻谷中的重金屬元素來源和污染程度可能不同，重金屬的遷移具有復(fù)雜性[19]。稻谷中重金屬富集也可能是施肥、灌溉水引入。也可能水稻不同部位對(duì)重金屬的吸收能力不同，谷粒吸收富集能力較弱[20]。

本研究只采集稻谷，未對(duì)水稻的莖葉、根部進(jìn)行研究，可能是土壤和稻谷中重金屬相關(guān)性微弱的原因之一。采集樣本數(shù)量、區(qū)域有限，代表性有一定的局限性，還有待于進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

總體來看，淮安市稻田土壤和稻谷中5種重金屬總體安全性較好。土壤中5種重金屬具有較顯著的相關(guān)性，稻谷中土壤中5種重金屬具有一定的相關(guān)性，土壤和稻谷中5種重金屬的相關(guān)性微弱。土壤中Cd和As的單因子污染指數(shù)高于其他3種金屬，稻谷富集Cd和As的水平也較高。其他3種重金屬的累積特征和富集特征較低。建議加強(qiáng)對(duì)人為污染和肥料、灌溉水質(zhì)量的管控，加大對(duì)土壤環(huán)境的監(jiān)控和治理，擴(kuò)大農(nóng)產(chǎn)品監(jiān)測(cè)范圍，并充分考慮不同植物的不同部位對(duì)重金屬吸收能力差異。