基于富硒土壤的重金屬污染風險及低累積水稻篩選

摘要 針對廣西貴港富硒區(qū)土壤開展重金屬污染風險調(diào)查，并通過三季大田試驗開展富硒低累積重金屬水稻品種篩選試驗，為富硒土地資源開發(fā)及富硒農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。結(jié)果表明：試驗區(qū)表層土壤Se含量達到富硒標準，Cd含量超出風險篩選值，超標率達55.00%；表層土壤中Cd主要以離子交換態(tài)存在，活性強，生態(tài)風險較高；試驗區(qū)產(chǎn)出糙米中Se含量達到富硒大米標準，Cd含量超出標準限量值，超標率達85.00%；無機砷含量超出限量值，超標率達50%；三季所篩選的水稻品種在試驗區(qū)種植均可產(chǎn)出富硒大米。針對早稻，深優(yōu)9516和萬香696 2個品種為富硒低鎘品種；針對晚稻，野香優(yōu)2號和野香優(yōu)油絲為較優(yōu)富硒低鎘品種；深優(yōu)9516具有同步富硒、低鎘、低砷的潛力；試驗區(qū)種植所篩選的富硒低累積水稻，糙米中的Cd含量仍超出限定值，需結(jié)合其他修復措施保障試驗區(qū)富硒土壤的安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞 富硒；土壤；重金屬；低累積水稻；風險

中圖分類號 S 511;X 53 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）22-0060-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.22.011

開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Risk Research of Heavy Metal Pollution Based on Selenium Rich Soil and Screening Low Heavy Metal Accumulation Rice

HE Ping，LI Yuan-yuan，F(xiàn)ENG Xian-cui et al

（Guangdong Province Research Center for Geoanalysis，Guangzhou，Guangdong 510080）

Abstract A heavy metal pollution risk investigation was conducted in the selenium-rich soil of Guigang，Guangxi. Three season field experiments were conducted to screen rice varieties with high accumulation of selenium and low accumulation of heavy metals，providing basic data and technical support for the development of selenium-rich soil resources and the safe production of selenium-rich agricultural products. The results showed that： Se content in the surface soil of the experimental area reached the selenium-rich standard，and Cd content exceeded the risk screening value，with an exceeding rate of 55.00%;Cd in the surface soil mainly existed in the form of ion exchange，with strong activity and high ecological risk;Se content in the brown rice produced in the experimental area reached the selenium-rich rice standard，Cd content exceeded the standard limit value，with an exceeding rate of 85.00%，and the inorganic arsenic content also exceeded the limit value，with an exceeding rate of 50%;three seasons of screening rice varieties could produce selenium-rich rice when planted in the experimental area. For early rice，two varieties，Shenyou 9516 and Wanxiang 696，were selenium-rich and low cadmium varieties;for late rice，Yexiangyou 2 and Yexiangyouyousi were the superion selenium-rich and low cadmium varieties;Shenyou 9516 had the potential for selenium-rich，low cadmium，and low arsenic synchronously;Cd content in brown rice，which was screened for selenium-rich and low accumulation in the experimental area，still exceeded the limit value. Other remediation measures need to be taken to ensure the safe production of selenium-rich soil in the experimental area.

Key words Selenium-rich;Soil;Heavy metal;Low accumulation rice;Risk

硒作為人體和動物必需的微量元素，具有抗氧化、維持免疫健康、降低癌癥罹患風險等多重功效^［1］。我國國民普遍硒攝入不足，開發(fā)富硒農(nóng)產(chǎn)品可有效提升我國人體硒的攝入水平。富硒土壤資源是開發(fā)富硒農(nóng)產(chǎn)品的基礎(chǔ)，我國多省份已發(fā)現(xiàn)連片天然富硒土壤，為我國富硒農(nóng)產(chǎn)品的開發(fā)及富硒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了有利條件。但近年來多項研究顯示，富硒土壤中重金屬污染帶來的生態(tài)風險不容忽視。湖北、浙江、安徽、陜西等省份富硒區(qū)均發(fā)現(xiàn)富硒土壤鎘伴生現(xiàn)象；海南富硒區(qū)土壤中硒含量與重金屬鎘、砷、汞含量呈顯著或極顯著正相關(guān)；陜南富硒區(qū)土壤中的鎘含量高達0.63～14.88 mg/kg，是農(nóng)用地土壤Cd風險篩選值0.20 mg/kg的3.15～74.4倍，且樣品中鎘含量超標率達到89%^［2-5］；硒、鎘同富集土壤中產(chǎn)出的稻米硒和鎘的生物富集系數(shù)可達到同一數(shù)量級，即產(chǎn)出了鎘超標的富硒大米^［6］。

針對降低農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染的生態(tài)風險，開展重金屬低累積品種篩選，并進行替代種植是經(jīng)濟高效、切實可行的有效措施^［7］。水稻是我國第一大糧食作物，其對土壤重金屬鎘、砷的吸收能力明顯強于其他谷類作物，稻米中較高的鎘、砷含量嚴重威脅著人類健康^［8］。目前，關(guān)于低累積水稻品種的篩選已有大量研究。在鎘污染土壤中栽種低累積水稻品種能使稻米中的鎘含量有效降低20%～50%，且稻米鎘含量已低于國家標準限定值0.20 mg/kg^［9］。研究顯示，471個水稻品種稻米中的Cd、As含量差異可達2.5～4.0和10～32倍，種植低累積Cd和As水稻可有效降低籽粒中的Cd、As含量^［10］。但目前大多數(shù)研究主要集中于不同水稻品種對單一重金屬吸收能力的差異研究，研究對象主要是重金屬Cd，而對其他重金屬或同時低累積2種以上重金屬元素的品種篩選研究較少，且以室內(nèi)盆栽試驗模擬研究為主，田間試驗研究較少。

廣西壯族自治區(qū)擁有最大連片天然富硒土壤，達到富硒標準的土壤在全區(qū)各方位均有分布，硒資源十分豐富，特別是南寧、北海、欽州、貴港4個地區(qū)^［11］。但由于自然地質(zhì)環(huán)境、獨特的喀斯特地質(zhì)背景及豐富的礦產(chǎn)資源，導致其土壤中鎘含量往往較高^［12］。該研究針對廣西貴港天然富硒區(qū)土壤開展重金屬污染生態(tài)風險調(diào)查，并通過大田試驗篩選更適宜富硒土壤重金屬污染區(qū)種植的富硒低累積水稻品種，從而降低富硒農(nóng)產(chǎn)品的污染生態(tài)風險，為富硒土地資源開發(fā)及富硒農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤：試驗區(qū)位于廣西貴港市桂平厚祿鄉(xiāng)，總面積1.33 hm2，土壤基本理化性質(zhì)見表1。

供試材料：水稻種子購于厚祿鄉(xiāng)農(nóng)資站，均為當?shù)剞r(nóng)民常種品種。

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 試驗區(qū)富硒土壤重金屬污染風險調(diào)查。在1.333 hm2試驗區(qū)按照網(wǎng)格法每0.067 hm2采集1個表層（0～20 cm）土壤樣品，共采集20個。土壤樣品測定pH、重金屬Cd、As、Pb、Cr、Hg全量及Se全量；并按樣品采集區(qū)域，在保證覆蓋到整個試驗區(qū)的前提下，從中選擇10個樣品測定上述元素的形態(tài)含量；采集土壤樣品的同時協(xié)同采集20個早稻（品種為百香139）樣品，測定糙米中的Se、Cd、As、Pb、Cr、Hg全量及無機砷含量。

1.2.2

富硒低累積水稻品種篩選。2020—2021年在試驗區(qū)分別開展了3季富硒低累積水稻品種篩選。2020年晚稻選擇種植9個水稻品種，包括3個常規(guī)稻品種萬香696（WX696）、桂育12（GY12）和百香139（BX139），6個雜交水稻品種穗香優(yōu)963（SXY963）、廣泰優(yōu)天弘絲苗（GTY）、野香優(yōu)莉絲（YXYLS）、廣8優(yōu)郁香（G8Y）、和兩優(yōu)713（HLY713）和廣8優(yōu)165（G8Y165）；2021年早稻選擇種植6個水稻品種，包括3個常規(guī)稻品種萬香696（WX696）、桂育12（GY12）和百香139（BX139），3個雜交水稻品種野香優(yōu)莉絲（YXYLS）、廣8優(yōu)郁香（G8Y）、深優(yōu)9516（SY9516）；2021年晚稻選擇種植9個水稻品種，包括4個常規(guī)稻品種百香139（BX139）、季季香（JJX）、豐香2號（FX2）和晶油香139（JYX139），5個雜交水稻品種野香優(yōu)莉絲（YXYLS）、廣8優(yōu)165（G8Y165）、野香優(yōu)油絲（YXYYS）、野香優(yōu)2號（YXY2）、深優(yōu)9516（SY9516）。種植時水稻品種間用保護行隔開，試驗結(jié)束后，每個品種采集3個水稻樣品，測定糙米中Se、Cd和As含量。

1.3 測定方法與數(shù)據(jù)分析

1.3.1

土壤樣品指標測定。Se全量，用HF、HNO3、HClO4 的混合酸（體積比10∶5∶1）于180 ℃消解，用HCl提取后，原子熒光光度計測定；As、Hg全量，用1+1的王水于100 ℃恒溫水浴消解，Hg直接測定，As經(jīng)硫脲-抗壞血酸還原，采用原子熒光光度計測定；Cd、Pb、Cr全量，用HF、HCl、HNO3、HClO4 的混合酸（體積比10∶4∶4∶2）于250 ℃消解，采用ICP-MS測定；pH，玻璃電極法，水土比（V∶m）為2.5∶1.0，采用Sartorius PB-10 型pH 計測定；有機質(zhì)，重鉻酸鉀-外加熱法；陽離子交換量（CEC），氯化鋇法，采用Optima8000 型ICP-OES 測定；速效鉀測定，醋酸銨浸提法，ICP-OES 測定；有效磷，0.05 mol/L HCl-0.025 mol/L（1/2HSO4）浸提法，可見分光光度計測定；堿解氮，堿解擴散法；土壤樣品形態(tài)分析采用Tessier修正七步提取法。

1.3.2

植物樣品指標測定。樣品經(jīng)微波消解后，采用ICP-MS 測定Cd、Pb、Cr含量，Hg直接測定，As經(jīng)硫脲-抗壞血酸還原，Se經(jīng)趕酸處理后，三者均采用原子熒光光度計測定；糙米無機砷含量用0.15 mol/L HNO3于90 ℃恒溫熱浸提2.5 h，離心過濾后，采用原子熒光光度計測定。

1.3.3

數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)采用Excel 2013整理，Origin2021作圖，SAS9.0軟件進行多重比較，顯著性分析基于0.05水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤硒含量及重金屬含量

根據(jù)廣西地方標準《土壤中全硒含量的分級要求》（DB 45/T 1442—2016），硒含量范圍0.45～3.00 mg/kg，判定為水田富硒土壤。試驗區(qū)土壤數(shù)據(jù)結(jié)果表明（表2），土壤硒含量0.47～0.59 mg/kg，平均值為0.53 mg/kg，達到富硒土壤水平；根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風險管控標準》（GB 15618—2018）中農(nóng)用地土壤污染風險篩選值（表2），參考試驗區(qū)土壤pH為5.54，則表層土壤As、Pb、Cr、Hg全量均在風險篩選值以下，而表層土壤Cd含量0.35～0.51 mg/kg，平均值為0.42 mg/kg，超出風險篩選值0.40 mg/kg，超標率達55.00%，說明試驗區(qū)表層土壤為存在鎘污染的富硒土壤，可能對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)及土壤環(huán)境存在較大生態(tài)風險。

2.2 土壤硒及重金屬形態(tài)分析

試驗區(qū)表層土壤硒、重金屬7種形態(tài)含量占比結(jié)果見表3。由表3可知，土壤中Se的形態(tài)主要以腐殖酸結(jié)合態(tài)為主，平均占比達69.78%，其次為殘渣態(tài)和強有機結(jié)合態(tài)，平均占比分別為19.02%和7.11%，而其他幾種形態(tài)硒含量占比均較低。腐殖酸結(jié)合態(tài)硒中的富里酸結(jié)合態(tài)硒能夠被植物直接利用，且腐殖酸結(jié)合態(tài)硒和強有機結(jié)合態(tài)硒在微生物的作用下可被分解進而被植物吸收利用，二者均屬潛在可利用態(tài)硒，因此，表層土壤中硒以潛在可利用態(tài)為主，開發(fā)潛能較大。

土壤中Cd以離子交換態(tài)為主，平均占比為60.45%，其次為殘渣態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)，占比分別為11.84%和9.06%。水溶態(tài)鎘占比在所有形態(tài)中最低，僅有0.60%。水溶態(tài)和離子交換態(tài)鎘活性強，可直接被植物吸收利用，因此，雖然試驗區(qū)土壤中鎘含量剛超出風險篩選值，但鎘的整體活躍度較高，生態(tài)風險較大。土壤中的As、Pb、Cr主要以殘渣態(tài)存在，而Hg主要以強有機結(jié)合態(tài)存在，這2種結(jié)合態(tài)穩(wěn)定性強，說明土壤中的As、Pb、Cr及Hg活性較小。

2.3 水稻糙米中硒和重金屬含量

由表4可見，試驗區(qū)水稻糙米中的Se含量為0.042～0.093 mg/kg，平均值為0.065 mg/kg，根據(jù)國家富硒稻谷標準（GB/T 22499—2008），水稻糙米中硒的含量達到0.04～0.30 mg/kg即為富硒大米，則試驗區(qū)所產(chǎn)糙米硒含量均達到富硒大米標準；糙米中Cd含量在0.08～0.73 mg/kg，平均值達0.39 mg/kg，比《食品安全國家標準》（GB 2762—2017）的Cd限量值0.20 mg/kg高出近1倍，試驗區(qū)整個地塊糙米中Cd含量超標85.00%，說明試驗區(qū)種植稻米已受到較嚴重的Cd污染；此外，糙米中的無機砷含量0.16～0.27 mg/kg，平均值為0.21 mg/kg，已超出《食品安全國家標準》（GB 2762—2017）的無機砷限量值（0.20 mg/kg），超標率達到了50.00%，說明試驗區(qū)早稻糙米也存在無機砷污染風險。糙米中Pb、Hg、Cr含量均低于限量值，不存在污染風險。綜上，試驗區(qū)所產(chǎn)出的富硒稻米伴有較嚴重的鎘、無機砷污染，亟待采取有力措施降低農(nóng)作物對土壤鎘、砷的吸收。

2.4 富硒低累積水稻品種篩選試驗

針對試驗區(qū)為天然富硒土壤，富硒低累積水稻品種的篩選目標為在所篩選的品種中，水稻糙米中硒含量應(yīng)達到富硒稻谷標準，同時水稻糙米應(yīng)低累積鎘，即糙米中的鎘含量相對較低。而由于試驗區(qū)早稻糙米中無機砷含量有一半樣品超標，在品種篩選時，將糙米砷含量也納入考量。但因土壤中鎘和砷的化學性質(zhì)相對，稻米中鎘、砷含量往往呈負相關(guān)關(guān)系，當不能滿足水稻同時低累積鎘和砷時，考慮到試驗區(qū)稻米受鎘污染更嚴重，以篩選富硒低鎘水稻品種為優(yōu)先級。

2.4.1 第一季品種篩選試驗。

第一季品種篩選試驗水稻糙米中Se、Cd和As含量結(jié)果見圖1。結(jié)果顯示，9個水稻品種糙米中的Se含量在0.050～0.074 mg/kg，均達到富硒大米標準（0.04～0.30 mg/kg）；9個品種糙米中Se含量穗香優(yōu)963>野香優(yōu)莉絲=萬香696>廣8優(yōu)郁香>廣泰優(yōu)天弘絲苗>和兩優(yōu)713>廣8優(yōu)165>桂育12>百香139，且后4者糙米中的Se含量與前5種糙米中Se含量存在顯著差異（P<0.05）。因此，本季試驗穗香優(yōu)963在9個品種中富硒能力最強。

9個水稻品種糙米中的Cd含量在0.44～0.83 mg/kg，水稻品種間糙米中鎘含量差異較大，糙米中Cd含量廣8優(yōu)郁香>野香優(yōu)莉絲>廣泰優(yōu)天弘絲苗>萬香696>百香139>穗香優(yōu)963>和兩優(yōu)713>桂育12>廣8優(yōu)165；在9個品種中，廣8優(yōu)165糙米中的鎘含量最低，屬于低鎘富硒大米。

9個水稻品種糙米中的As含量在0.14～0.24 mg/kg，其中桂育12和廣8優(yōu)165糙米中的As含量較高，分別為0.24和0.22 mg/kg，經(jīng)測定二者糙米中無機砷含量分別為0.18和0.16 mg/kg，因此，9個品種糙米中的無機砷含量均未超出無機砷的標準限量值。9個品種糙米中As含量桂育12>廣8優(yōu)165>廣8優(yōu)郁香>穗香優(yōu)963=百香139>野香優(yōu)莉絲>和兩優(yōu)713>萬香696>廣泰優(yōu)天弘絲苗?？梢钥闯?，本季試驗中廣泰優(yōu)天弘絲苗對砷的富集能力最弱。

綜上，本季所篩選的9個水稻品種中未有同時滿足更富硒又同時低累積鎘、砷條件的品種，穗香優(yōu)963富硒能力最強、廣8優(yōu)165對鎘的吸收能力最弱、廣泰優(yōu)天弘絲苗對砷的吸收能力最弱。針對試驗區(qū)本季晚稻糙米中的無機砷含量未超標準限量值，而鎘含量均已超出限量值，且9個品種糙米硒含量均已達到富硒大米標準，則在試驗區(qū)晚稻種植時可優(yōu)先選種廣8優(yōu)165。

2.4.2 第二季品種篩選試驗。

由于第一季篩選試驗中的穗香優(yōu)963、廣泰優(yōu)天弘絲苗、和兩優(yōu)713和廣8優(yōu)165 4個品種一般只做晚稻種植，因此，本季早稻篩選未繼續(xù)種植，而新引入早稻可種植的品種深優(yōu)9516，其他5個品種可作早、晚稻兩季種植，則本季繼續(xù)種植進行篩選，結(jié)果見圖2。由圖2可知，6個水稻品種糙米中的Se含量在0.051～0.082 mg/kg，均達到富硒大米標準，糙米中Se含量百香139>桂育12 >深優(yōu)9516>野香優(yōu)莉絲>廣8優(yōu)郁香>萬香696；在本季試驗中，百香139在6個品種中富硒能力最強。

6個水稻品種糙米中的Cd含量在0.29～0.63 mg/kg，糙米中Cd含量最高值是最低值的2.17倍，說明不同品種間糙米Cd含量差異較大。糙米中Cd含量百香139 >桂育12 >廣8優(yōu)郁香>野香優(yōu)莉絲>深優(yōu)9516=萬香696。

早稻種植由于雨水較豐沛，糙米對砷的吸收能力較晚稻強，本季6個水稻品種糙米中的As含量在0.21～0.32 mg/kg，順序為：深優(yōu)9516>廣8優(yōu)郁香>野香優(yōu)莉絲>萬香696>桂育12=百香139。

綜合來看，本季篩選的6個品種中也未有同時更富硒又同步低累積鎘、砷的品種，則優(yōu)先考慮富硒低鎘品種。在6個品種中，萬香696與深優(yōu)9516糙米中的Cd含量最低，均為0.29 mg/kg，屬低鎘品種，而深優(yōu)9516糙米中的硒含量（0.070 mg/kg）明顯高于萬香696（0.050 mg/kg），但其糙米中的As含量（0.31 mg/kg）在6個品種中最高，而萬香696糙米中的砷含量（0.27 mg/kg）處于中等水平，但其糙米中的Se含量最低。因此，針對深優(yōu)9516及萬香696 2個低鎘品種，可根據(jù)增硒或降砷不同的主控目標進行早稻種植選擇。針對該試驗區(qū)富硒伴生鎘污染區(qū)域，可優(yōu)先采用萬香696進行早稻種植。

2.4.3 第三季品種篩選試驗。

本季品種篩選試驗在前兩季的基礎(chǔ)上，除了選擇已種植過兩季的百香139、野香優(yōu)莉絲，第一季晚稻低鎘品種廣8優(yōu)165及第二季早稻低鎘品種深優(yōu)9516，新加入5個水稻品種，包括野香優(yōu)油絲、野香優(yōu)2號、季季香、豐香2號及晶油香139。本季水稻糙米中Se、Cd和As含量結(jié)果見圖3。由圖3可知，9個水稻品種糙米中的Se含量在0.060～0.091 mg/kg，也均達到富硒大米標準，Se含量順序為：深優(yōu)9516>季季香=晶油香139>豐香2號>野香優(yōu)2號=野香優(yōu)油絲>百香139>野香優(yōu)莉絲>廣8優(yōu)165。

由于晚稻種植時間較長，且2021年下半年雨水稀少，田間缺水嚴重，9個水稻品種糙米中的Cd含量相對較高，在0.87～2.10 mg/kg，是Cd標準限量值0.2 mg/kg的4～10倍，水稻品種間糙米鎘含量差異顯著，順序為：季季香>晶油香139>豐香2號>百香139>廣8優(yōu)165 >深優(yōu)9516>野香優(yōu)莉絲>野香優(yōu)油絲>野香優(yōu)2號；本季晚稻種植的水稻糙米中As含量均較低，在0.067～0.089 mg/kg，As含量排順序為：野香優(yōu)2號>野香優(yōu)油絲=廣8優(yōu)165>野香優(yōu)莉絲>晶油香139 >百香139>季季香=豐香2號>深優(yōu)9516。

綜合來看，本季篩選的9個品種中，深優(yōu)9516富硒低砷效果最佳，而其鎘含量在9個品種中也屬中下水平，具備富硒低鎘、低砷的潛力。野香優(yōu)油絲、野香優(yōu)2號糙米中鎘含量相對較低，硒含量處于中等水平，雖然糙米中砷含量在9個品種中較高，但本季晚稻糙米中總砷含量整體較低，可不做考慮。因此，本季試驗篩選出的富硒低鎘品種為野香優(yōu)2號及野香優(yōu)油絲。

綜上，通過三季水稻品種篩選，所篩選品種在試驗區(qū)種植均可產(chǎn)出富硒大米。針對早稻種植，深優(yōu)9516和萬香696 2個品種為富硒低鎘品種；針對晚稻種植，深優(yōu)9516富硒低砷效果最佳，同時具備富硒低鎘、低砷的潛力，但野香優(yōu)2號和野香優(yōu)油絲為晚稻種植較優(yōu)富硒低鎘品種。

3 討論

重金屬鎘是我國土壤的首要污染物，全國土壤污染狀況調(diào)查公報顯示，我國耕地土壤鎘污染點位超標率達7.0%^［13］，因此，土壤鎘污染生態(tài)風險一直是社會關(guān)注的熱點。富硒土壤常伴有重金屬污染與硒富集的地質(zhì)成因有關(guān)。富硒土壤中的硒多來源于成土母質(zhì)，而我國土壤中的硒多由黑色巖系發(fā)育而來。硒與重金屬鎘等常常以“類質(zhì)同象”的形式伴生；而在部分非黑色巖系地區(qū)，如碳酸鹽巖地區(qū)等，土壤中的硒達到富硒標準，但也常伴有重金屬鎘等元素^［14］。因此，土壤中硒與鎘等重金屬的地球化學性質(zhì)決定了其共生的普遍性。這些硒鎘伴生的富硒土壤資源在開發(fā)利用時都面臨著土壤中鎘超標的問題。該研究中試驗區(qū)土壤中的硒含量已達到富硒土壤標準，但土壤中的Cd含量已超出農(nóng)用地Cd風險篩選值，屬鎘污染富硒土壤。且通過土壤中Cd的形態(tài)分析顯示，土壤中鎘的離子交換態(tài)含量占比高達60.45%，對比東莞工業(yè)區(qū)周邊農(nóng)用地土壤中鎘離子交換態(tài)含量占比40.00%，及華南某鉛鋅礦區(qū)周邊農(nóng)用地土壤鎘有效態(tài)含量占比48.40%，該試驗區(qū)土壤中的Cd生物有效性處于較高水平^［15-16］。土壤中重金屬的有效性與水稻中重金屬含量常存在顯著的正相關(guān)關(guān)系^［17］。在試驗區(qū)農(nóng)作物調(diào)查中得到了驗證，雖然土壤Cd含量剛超出風險篩選值，但糙米中的Cd含量最高可達0.73 mg/kg，是標準限量值3倍多。此外，在該研究中雖然土壤中As含量僅為12.5 mg/kg，未超過農(nóng)用地土壤As的風險篩選值30 mg/kg。但試驗區(qū)產(chǎn)出糙米中的As含量卻超標50%。這與水稻生長環(huán)境及自身特性有關(guān)。水稻多在淹水條件下生長，淹水環(huán)境下As主要以活性較高的亞砷酸鹽形式存在，從而增加了As的生物有效性。亞砷酸鹽和砷酸鹽分別可通過硅和磷的吸收蛋白通道進入水稻根系，而水稻本身就有喜硅喜磷的特性，所以水稻對As的吸收能力很強^［18］。說明土壤重金屬含量與稻米中重金屬含量并不完全對應(yīng)，土壤重金屬含量即使達標也未能確保稻米中重金屬含量一定達標。

針對該試驗區(qū)富硒土壤產(chǎn)出的糙米中Cd、As含量超標，篩選可同步低累積鎘、砷，同時糙米中硒含量又能達到富硒標準的水稻品種，實現(xiàn)降低富硒稻米中重金屬的污染風險。雖然水稻是非聚硒類植物，但不同基因型水稻品種間硒含量差異顯著^［19］。該研究中，第一、二及三季水稻品種篩選試驗結(jié)果顯示，不同品種糙米中的硒含量最大值是最小值的1.48、1.61及1.52倍，篩選硒高累積水稻品種有利于富硒土壤中硒的生物轉(zhuǎn)化，提高富硒土壤的資源利用率。同時，硒與重金屬鎘、砷、汞等存在明顯拮抗作用。硒、鎘間的拮抗和解毒作用在許多盆栽試驗中得到證實。在土壤鎘含量超過2.0 mg/kg 條件下，施硒可顯著降低水稻籽粒對鎘的積累，而硒的積累則與鎘的暴露水平有關(guān)^［20］；有研究也顯示，糙米硒含量與糙米中無機As含量存在負相關(guān)關(guān)系^［21］。因此，水稻對硒的高吸收可有效降低水稻對土壤中Cd、As的吸收。雖然土壤中Cd與As的化學性質(zhì)往往相對，即Cd低累積水稻品種可能存在高吸收As的情況，如該研究第二季篩選試驗，百香139糙米中的Cd含量在所有品種中最高，而其砷含量則在所有品種中最低。但稻米中鎘、砷含量除了受品種基因型影響外，環(huán)境對水稻吸收的影響也至關(guān)重要。研究顯示，來自環(huán)境的影響可占稻米鎘、砷含量差異來源的87%，所以稻米鎘、砷同步低累積也是可能的^［10］。因此，篩選出更富硒而同時可同步低累積鎘、砷的水稻品種的目標同樣可以實現(xiàn)。在該研究第三季品種篩選試驗中，深優(yōu)9516水稻糙米中的硒含量在所有品種中最高，砷含量最低，且其鎘含量在9個品種中也屬中下水平，初步具備了高富硒同步低鎘、低砷的潛力。值得注意的是，在試驗區(qū)開展的三季水稻品種篩選試驗，所有品種糙米中的Cd含量均超出Cd的標準限量值，特別是第三季篩選試驗，由于田間種植時，嚴重缺水，導致水稻對Cd的吸收量猛增。因此，在該試驗區(qū)直接種植所篩選的富硒低累積水稻無法實現(xiàn)富硒稻米的安全生產(chǎn)，必須結(jié)合原位鈍化、葉面噴施阻隔等其他修復技術(shù)，才能保障試驗區(qū)土壤的安全利用。在該研究三季篩選試驗中，可看出相同品種在不同季種植時，糙米對土壤中硒、鎘、砷的吸收能力并不保持一致。如野香優(yōu)莉絲第一季糙米中硒含量高于桂育12和百香139，而第二季其糙米中的硒含量則明顯低于二者；野香優(yōu)莉絲糙米中的鎘含量在第一季高于百香139，但在第二、第三季則均低于百香139；而野香優(yōu)莉絲糙米中的砷含量與百香139相比，趨勢則剛好與Cd含量相反。各季篩選試驗數(shù)據(jù)的差異也是水稻品種與生長環(huán)境交互作用的共同影響。稻米對硒、鎘、砷等元素的吸收不僅存在品種吸收能力的差異，而且大田環(huán)境中氣溫、降水、生長季節(jié)及時間等條件，包括土壤環(huán)境變化、農(nóng)藝操作措施等因素均會對稻米吸收產(chǎn)生影響^［22-23］。因此，水稻對硒及重金屬鎘、砷等其他元素的吸收和積累是個十分復雜的過程，該研究所篩選品種有限，同時僅基于試驗區(qū)大田試驗，受各種環(huán)境條件影響較大。因此，今后可進一步通過更多因素的對比試驗，篩選出更多的富硒低積累水稻品種，提供更準確、全面的數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

（1）試驗區(qū)表層土壤Se含量為0.53 mg/kg，屬富硒土壤；重金屬污染調(diào)查結(jié)果顯示，表層土壤pH為5.54；Cd含量為0.42 mg/kg，超出風險篩選值，超標率達55%；重金屬As、Hg、Pb、Cr含量未超出風險篩選值。

（2）表層土壤中Se主要以腐殖酸結(jié)合態(tài)存在，潛在可利用性強；土壤中Cd主要以離子交換態(tài)存在，活性強，生態(tài)風險較高；土壤中As、Pb、Cr主要以殘渣態(tài)存在，Hg主要以強有機結(jié)合態(tài)存在，穩(wěn)定性強。

（3）試驗區(qū)產(chǎn)出百香139糙米中Se含量0.065 mg/kg，達到富硒大米標準；糙米中Cd含量為0.39 mg/kg，超出Cd標準限量值近1倍，超標率達85.00%；糙米中無機砷含量為0.21 mg/kg，已超出無機砷限量值，超標率達50.00%；糙米中Pb、Hg、Cr含量不存在污染風險。

（4）三季富硒低累積水稻品種篩選試驗結(jié)果顯示，篩選品種在試驗區(qū)種植均可產(chǎn)出富硒大米。針對早稻種植，深優(yōu)9516和萬香696 2個品種為富硒低鎘品種；針對晚稻種植，野香優(yōu)2號和野香優(yōu)油絲為較優(yōu)富硒低鎘品種；深優(yōu)9516具有同時達到富硒、低鎘、低砷的潛力。

（5）試驗區(qū)種植所篩選的富硒低累積水稻品種，三季糙米中的Cd含量均超出食品安全國家標準Cd的限定值，需結(jié)合其他修復措施聯(lián)合開展，保障試驗區(qū)富硒土壤的安全生產(chǎn)。

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