重庆市某典型区域土壤和水稻中重金属含量研究

邹家素，李 晓，李 莉，刘 坤

（1. 重庆市生态环境监测中心，重庆 401147；2. 重庆市环境科学研究院，重庆 401147）

水稻是我国种植面积仅次于玉米的第二大粮食作物，全国近2/3 的人口以稻米为主食，因而稻米品质安全直接关系着国民健康和社会安定[1-2]。近年来，日益突出的农田重金属污染及稻米重金属超标问题，已成为备受关注的研究热点[3-4]。土壤重金属污染，不仅影响水稻生长发育，导致产量下降[5]，还会在稻谷内大量积累，并随食物链进入人体，危害人体健康。

笔者拟根据历史调查数据，选择重庆市某典型水稻重金属含量超标区域进行加密监测，调查稻田土壤及其种植的水稻糙米中重金属含量和超标情况；同时分析水稻糙米对各种金属的富集能力，以期为当地水稻粮食安全提供有力的理论和数据支持。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

研究区域位于坝区，海拔600～700 m，地势中间平、四周高，属于高山盆地地形；研究区域属于温带季风气候，全年平均气温18.3℃左右，年平均降雨量1 100 mm 左右，年日照数1 450 h 左右，无霜期335 d左右，四季分明，春旱、夏热、秋凉、冬暖，呈现初夏雨量充沛、盛夏炎热多伏旱、秋多绵雨、冬少日照的特殊气候特征。产区种植水稻类型以籼型两系杂交水稻和籼型三系杂交水稻为主。土壤以水稻土和紫色土为主。

1.2 样品采集

2019 年在研究区域按每500 m×500 m 网格布设点位18 个，水稻收获季节时利用GPS 导航选定采样点，以确定点位为中心划定20 m×20 m 采样区域，采用双对角线五点混合采样法设置5 个子采样点，各子采样点采集表层0～20 cm 土壤样品500 g 左右，对应的水稻样品500 g 左右，混匀子样品作为该采样点样品。共采集稻田土壤和对应的水稻籽粒样品18 对。

1.3 样品测定分析

土壤样品在室温下自然风干后，全量研磨过2 mm 样品筛，四分法分取，一份用于pH 值和阳离子交换量的测定，一份继续研磨至全部通过100 目样品筛，用于有机质和重金属的测定，另外两份作为留存样。土壤pH 值采用玻璃电极法测定，有机质采用重铬酸钾容量法测定，阳离子交换量采用1 mol/L 乙酸铵交换法测定。重金属全量测定前，先将样品进行HCl-HNO3-HF-H2O2微波消解处理，再采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS，Thermo Fisher Scientific）测定样品中的镉、铜、铅、锌、铬和镍含量，采用原子荧光法（AFS-9561，北京海光）测定样品中的砷含量，采用冷原子吸收法（Milestone DMA-80 测汞仪，意大利）测定样品中的汞含量。

水稻样品晒干后，脱粒、清洗、50℃烘干至恒重，脱壳为糙米，研磨过60 目筛，用于重金属含量测定。测定方法参照土壤样品。

1.4 数据分析

1.5 质量控制措施

采样点位均利用GPS 精准定位，样品分析过程除按照试验方法进行实验室内质量控制外，同时插入5%的统一监控样和20%的密码平行样，实验内质量控制结果、统一监控样和密码平行样控制结果均合格。

2 结果与分析

2.1 土壤重金属含量与污染评价

该典型区域土壤中pH值、阳离子交换量、有机质、镉、铬、镍、铜、锌、铅、汞和砷含量统计结果见表1。pH 值范围为5.03～7.56，均值5.71，以酸性土壤为主。 污染元素含量范围分别为：镉0.345～0.612 mg/kg、铬25.5～70.4 mg/kg、镍13.6～28.2 mg/kg、铜13.3～43.0 mg/kg、锌79.0～153.9 mg/kg、铅39.6～72.2 mg/kg、汞0.035～ 0.173 mg/kg、砷7.13～12.5 mg/kg。除重金属汞之外，其余7 项污染元素和3 项理化指标的变异系数均小于25%，说明该典型区域土壤理化性质及重金属含量分布较为一致。对照GB 15618—2018 中的风险筛选值，该区域除镉之外，其余7 项污染元素均未超过风险筛选值；有77.8%的点位土壤镉含量超过风险筛选值，超标倍数为0.02～0.65，平均超标倍数0.31。从表1 中还可看出，该典型区域的Nemerow 综合污染指数（P值）范围为0.48～1.24，均值为0.91，其中44.4%的点位 值介于1～2.00 之间。说明该区域有44.4%的土壤处于轻度污染水平，存在土壤镉的污染风险，应加强土壤环境监测和农产品协同监测。

2.2 水稻糙米污染元素含量与污染评价

由表2 可知，水稻糙米中污染元素含量范围分别为：镉0.001～0.254 mg/kg、铬ND～3.375 mg/kg、镍0.009～ 11.700 mg/kg、铜0.52～3.24 mg/kg、锌9.74～20.50 mg/kg、铅0.023～0.716 mg/kg、汞未检出、砷0.013～0.072 mg/kg。 水稻糙米中各指标的变异系数范围为0.0%～232%，其中镉为130%、铬为216%、镍为232%、铅为110%，说明这4种重金属在水稻糙米中的含量分布极不均匀；与土壤中各重金属的变异系数相比，除汞外，其余重金属在水稻糙米中的变异系数大于土壤中的变异系数，说明水稻糙米中的重金属含量除与土壤中重金属含量相关外，还与其他因素相关，因此即使种植土壤中的重金属含量水平一致，水稻糙米中的重金属含量也会有差异。

表1 某典型区域土壤重金属含量及Nemerow 指数（P）基本统计

表2 某典型区域水稻糙米重金属含量

水稻糙米中铜、锌、汞和砷含量未超过限量值，镉、铬、镍和铅均有超标。其中镉超标率为5.6%，超标倍数为0.27；铬超标率为16.7%（平均超标1.49 倍，最大超标2.38 倍）；镍超标率为16.7%（平均超标5.23 倍，最大超标10.7 倍）；铅超标率为22.2%（平均超标0.87倍，最大超标2.58 倍）。该典型区域水稻样品中重金属超标率为铅＞铬=镍＞镉；平均超标倍数依次为镍＞铬＞铅＞镉。

2.3 水稻重金属生物富集系数

研究中水稻糙米未检出汞，因此未统计其生物富集系数，其他7 种污染元素的生物富集系数见表3。由表3 可知，水稻糙米中各污染元素的生物富集因子范围如下：镉0.003～0.591（平均值0.113）、铬0.000～0.064（平均值0.009）、镍0.001～0.561（平均值0.061）、铜0.019～0.124（平均值0.063）、锌0.081～0.201（平均值0.123）、铅0.000～0.014（平均值0.003）、砷0.001～0.009 （平均值0.004）。从生物富集因子的平均值来看，水稻糙米对重金属的富集能力由高到低排列依次为锌＞镉＞镍≈铜＞铬＞铅≈砷。

表3 研究区域稻田水稻糙米重金属生物富集系数

根据水稻糙米对重金属的富集能力可以将这些重金属分为两大类：一类为镉和锌，极易被水稻糙米吸收；一类为镍、铜、铬、铅和砷，相对不易被水稻糙米吸收。糙米对土壤中的锌平均吸收比例为12.3%，最高可达20.1%，与其他金属相比，锌迁移至水稻糙米中的能力最强，与蒋逸骏等[6]的研究结果相同；锌生理毒性低，且又是水稻的营养元素，虽然迁移能力强，但是在糙米中并未出现超标现象。糙米对土壤中的镉平均吸收比例为11.3%，最高可达59.1%，说明镉更易被水稻吸收。有3 个点位（点位11、14、18）的镍、2 个点位（点位6、14）的铜从土壤迁移至水稻糙米的比例大于10 %，特别是点位18 的镍，其迁移比例达56.1 %；其余点位的镍和铜从土壤中迁移至水稻糙米的比例小于10%，这种现象可能与不同样点重金属共存情况、土壤理化性质和肥料施用不同等因素有关[7]。铬、铅和砷从土壤迁移至水稻糙米的平均值小于1 %。

3 小 结

2019 年，按点位采集稻田土壤及其对应的水稻糙米样品，对重庆市某典型水稻重金属含量超标区域进行镉、铬、镍、铜、锌、铅、汞和砷8 种污染元素含量的监测。结果表明：该区域18 个点位中有77.8%的点位土壤镉含量超过风险筛选值，超标倍数范围为0.02～0.65；除镉之外，其余7 项污染元素均未超过风险筛选值；由Nemerow 综合污染指数可知，18 个点位中有44.4%的点位土壤处于轻度污染水平，存在土壤镉污染风险，应加强土壤环境监测和农产品协同监测；各点位的水稻糙米中铜、锌、汞和砷含量均未超过限量值，但镉、铬、镍和铅均有超标，超标比例分别为5.6%、16.7%、16.7%和22.2%；由富集系数可知，调查区域水稻糙米对重金属的富集能力由高到低排列依次为锌＞镉＞镍≈铜＞铬＞铅≈砷，其中锌和镉极易从土壤中被水稻糙米吸收，吸收比例分别为12.3%和11.3%。