張丙春，范麗霞，趙平娟，陳 璐

(1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所，山東濟(jì)南 250100；2.山東省食品質(zhì)量與安全檢測技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南 250100)

?

山東省主產(chǎn)區(qū)小麥鎘和鉻污染狀況及評價(jià)

張丙春1,2，范麗霞1,2，趙平娟1,2，陳 璐1,2

(1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所，山東濟(jì)南 250100；2.山東省食品質(zhì)量與安全檢測技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南 250100)

為了解山東省小麥鎘和鉻污染狀況，選取山東省小麥主產(chǎn)區(qū)聊城茌平、菏澤鄆城、德州齊河、泰安寧陽、臨沂郯城、濰坊諸城、濰坊青州、濱州惠民、煙臺(tái)萊陽共9個(gè)代表性區(qū)域種植的小麥籽粒，測定小麥中鎘(Cd)和鉻(Cr)含量，采用單項(xiàng)污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)法對小麥Cd、Cr污染進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果表明，山東小麥籽粒Cr平均含量和超標(biāo)率均高于Cd,各采樣區(qū)小麥Cd和Cr單項(xiàng)污染評價(jià)均為未受污染；濰坊諸城、臨沂郯城、聊城茌平、德州齊河和煙臺(tái)萊陽Cd和Cr綜合污染評價(jià)為警戒水平，Cr為主要貢獻(xiàn)因子，其他采樣區(qū)域綜合污染評價(jià)均為未受污染；菏澤鄆城各項(xiàng)污染指數(shù)均最低。

山東；小麥；鎘和鉻；污染；評價(jià)

山東省是我國第二大小麥主產(chǎn)區(qū)，因氣候溫和、土壤肥沃、降水均勻，非常適合小麥生長，且所產(chǎn)小麥品質(zhì)高、口感好，被稱作“黃金優(yōu)麥區(qū)”。但有研究表明，山東省東部地區(qū)土壤中，重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)級別為強(qiáng)和很強(qiáng)的土壤面積占比達(dá)13.75%，而且部分土壤重金屬污染物已遷移至小麥籽粒內(nèi)[1]。重金屬鎘(Cd)的毒性極強(qiáng)，進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)很難被降解，且會(huì)因易富集引起人的慢性中毒；美國毒物委員會(huì)(ATSDR)將其列為第六位危及人類健康的有害物質(zhì)，Hankson指數(shù)法規(guī)定鎘的毒性響應(yīng)系數(shù)為30[2-3]。鉻(Cr)是生物體內(nèi)不可缺少的微量元素，對人體具有一定的生物學(xué)功能，但高濃度鉻會(huì)對人體造成嚴(yán)重危害[4]。近年來，對山東省無公害農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤的重金屬分析表明，土壤中鉻的背景值遠(yuǎn)高于其他重金屬。糧食安全是“十三五”規(guī)劃的首要目標(biāo)，重金屬污染直接影響糧食安全，高毒性鎘和高背景鉻是兩項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。因此，本研究擬對山東省主產(chǎn)區(qū)小麥中鎘和鉻含量進(jìn)行分析，了解其污染狀況并進(jìn)行污染評價(jià)，以期為山東省小麥安全生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)設(shè)置

山東省小麥主產(chǎn)區(qū)主要為褐土和潮土，呈中性和微堿性。褐土保水保肥，土壤生產(chǎn)性能較好，適應(yīng)性寬；潮土質(zhì)地適中、生產(chǎn)性能良好、土層深厚，都是糧食的重要產(chǎn)地。本研究選取山東省小麥主產(chǎn)區(qū)德州齊河、聊城茌平、菏澤鄆城、泰安寧陽、臨沂郯城、濰坊諸城、濰坊青州、濱州惠民、煙臺(tái)萊陽作為采樣點(diǎn)，根據(jù)代表性、典型性、隨機(jī)性的采樣原則，鄆城采樣40個(gè)、茌平25個(gè)、其他每區(qū)域均20個(gè)，總計(jì)205個(gè)樣。采樣區(qū)域見圖1。

1.2 樣品采集與處理

樣品采集于2015年6月進(jìn)行，小麥成熟期隨機(jī)采樣，每個(gè)采樣點(diǎn)隨機(jī)抽取生長良好的6株小麥植株，采集其籽粒，用去離子水沖洗3次，于65℃烘箱中烘至恒重，冷卻后粉碎過60目篩，置于玻璃瓶貯存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 鎘、鉻的測定

小麥中Cd的測定采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.15-2014；Cr的測定采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.123-2014；將試樣微波消解后用等離子體質(zhì)譜儀測定。分析結(jié)果的準(zhǔn)確性采用國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)-小麥(GBW 10011)進(jìn)行質(zhì)量控制。

1.4 評價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)

采用單項(xiàng)污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)法(內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法)[5-6]對小麥進(jìn)行重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)。

單項(xiàng)污染指數(shù)計(jì)算公式：Ij=Cj/C0

(1)

圖1 采樣區(qū)域示意圖

式中，Ij為污染物j的單因子污染指數(shù)；Cj為污染物j的實(shí)測值；C0為污染物j的限量值。依據(jù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，Ij≤1表示未受污染，13重度污染。

綜合污染指數(shù)計(jì)算公式：

(2)

式中，I綜為被測點(diǎn)綜合污染指數(shù)；Ijmax為污染物在作物中最大污染指數(shù)；Ijmean為作物各污染指數(shù)平均值。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為，I綜≤0.7為未受污染；0.73.0重度污染。

小麥重金屬污染評價(jià)采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB 2762-2005作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，Cd限量值為0.1 mg·kg-1，Cr為1.0 mg·kg-1。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

結(jié)果采用EXCEL進(jìn)行平均值和標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算并繪制相關(guān)圖形，用SPSS 13進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和相關(guān)性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 各采樣區(qū)小麥Cd污染狀況分析

各采樣區(qū)域小麥Cd含量分布及統(tǒng)計(jì)分析見圖2和表1。

圖2 各采樣區(qū)域內(nèi)小麥Cd含量分布圖

采樣區(qū)域Samplearea重金屬Heavymetal重金屬含量Contentofheavymetal/(mg·kg-1)最小值Min最大值Max平均值Mean標(biāo)準(zhǔn)差STD/(mg·kg-1)變異系數(shù)CV/%超標(biāo)率Overstandardrate/%濰坊諸城WeifangZhuchengCd0．0020．2390．0800．04556．210．0Cr0．4222．1620．9910．49249．520．0臨沂郯城LinyiTanchengCd0．0330．2090．0920．05155．425．0Cr0．3402．0710．8120．42251．925．0菏澤鄆城HezeYunchengCd0．0040．0940．0270．02074．10．0Cr0．0911．3240．4220．30873．97．1泰安寧陽TaianNingyangCd0．0040．0960．0440．02556．80．0Cr0．1412．4410．7520．72296．025．0聊城茌平LiaochengChipingCd0．0070．0930．0620．02540．30．0＇Cr0．3932．5520．9710．51052．632．0德州齊河DezhouQiheCd0．0070．0910．0600．02643．30．0Cr0．3021．7220．8020．32140．020．0濰坊青州WeifangQingzhouCd0．0080．0920．0670．02435．80．0Cr0．3401．2730．7030．23232．910．0濱州惠民BinzhouHuiminCd0．0290．0860．0540．01527．80．0Cr0．1901．1130．6320．26141．310．0煙臺(tái)萊陽YantaiLaiyangCd0．0170．0920．0650．02233．80．0Cr0．6622．0300．9910．29029．025．0

圖2表明，205個(gè)采樣點(diǎn)中，有7個(gè)采樣點(diǎn)小麥的Cd含量超標(biāo)，其中郯城5個(gè)、諸城2個(gè)，其他樣品均未超標(biāo)；諸城和郯城各有一個(gè)樣點(diǎn)的Cd超標(biāo)2倍以上，最高值(0.239 mg·kg-1) 采樣點(diǎn)在諸城。

一定區(qū)域內(nèi)重金屬含量的變異大小，可以反映出該區(qū)域內(nèi)重金屬分布和污染程度的差異[7]。由表1可知，鄆城小麥Cd含量變異系數(shù)最大，含量差異最大，但均未超標(biāo)，平均值較低；郯城小麥Cd含量平均值和超標(biāo)率均最高，超標(biāo)率達(dá)25.0%。

2.2 各采樣區(qū)小麥Cr污染狀況分析

采樣區(qū)小麥Cr含量分布及統(tǒng)計(jì)分析見圖3和表1。

圖3表明，各采樣區(qū)內(nèi)小麥Cr含量均有超標(biāo)，最高值(2.55 mg·kg-1)在茌平。Cr超標(biāo)2倍以上的采樣點(diǎn)出現(xiàn)在茌平、寧陽、諸城、郯城和萊陽5個(gè)采樣區(qū)。

由表1看出，茌平采樣區(qū)超標(biāo)率最高，達(dá)32.0%，且Cr含量均值較高，接近限量標(biāo)準(zhǔn)；另外，Cr含量均值接近限量標(biāo)準(zhǔn)的還有諸城和萊陽。寧陽小麥Cr含量變異系數(shù)最大，為96.0%，且超標(biāo)率較高，為25.0%。鄆城小麥Cr含量變異系數(shù)較大，但超標(biāo)率最低。各采樣區(qū)小麥Cr超標(biāo)率遠(yuǎn)高于Cd 超標(biāo)率，且Cr含量均值高于Cd，平均含量為0.42～0.99 mg·kg-1。

圖3 各采樣區(qū)域內(nèi)小麥Cr含量分布圖

采樣區(qū)域Samplearea污染因子Pollutionfactor污染指數(shù)Pollutionindex最小值Min最大值Max平均值Mean標(biāo)準(zhǔn)差STD變異系數(shù)CV/%濰坊諸城WeifangZhuchengCd0．022．390．800．4556．2Cr0．422．160．990．4949．5Cd+Cr0．332．330．940．4851．1臨沂郯城LinyiTanchengCd0．332．090．920．5155．4Cr0．342．070．810．4251．9Cd+Cr0．342．080．890．4955．1菏澤鄆城HezeYunchengCd0．040．940．270．2074．1Cr0．091．320．420．3173．9Cd+Cr0．081．230．380．2873．7泰安寧陽TaianNingyangCd0．040．960．440．2556．8Cr0．142．440．750．7296．0Cd+Cr0．122．100．680．6189．7聊城茌平LiaochengChipingCd0．070．930．620．2540．3Cr0．392．550．970．5152．6Cd+Cr0．322．180．890．4550．6德州齊河DezhouQiheCd0．070．910．600．2643．3Cr0．301．720．800．3240．0Cd+Cr0．251．530．750．3141．3濰坊青州WeifangQingzhouCd0．080．920．670．2435．8Cr0．341．270．700．2332．9Cd+Cr0．281．190．690．2434．8濱州惠民BinzhouHuiminCd0．290．860．540．1527．8Cr0．191．110．630．2641．3Cd+Cr0．271．050．610．2337．7煙臺(tái)萊陽YantaiLaiyangCd0．170．920．650．2233．8Cr0．662．030．990．2929．0Cd+Cr0．551．770．910．2729．7

2.3 各采樣區(qū)小麥Cd、Cr污染評價(jià)

由表2看出，各采樣區(qū)內(nèi)Cd污染指數(shù)平均值均為未受污染水平；菏澤鄆城為Cd污染指數(shù)最低的區(qū)域；臨沂郯城Cd污染指數(shù)平均值最高，接近輕度污染臨界值。濰坊諸城和臨沂郯城個(gè)別地塊小麥Cd為中度污染。

采樣區(qū)內(nèi)Cr污染指數(shù)平均值均為未受污染水平；但濰坊諸城、聊城茌平和煙臺(tái)萊陽地區(qū)，Cr平均污染指數(shù)接近輕度污染臨界值。濰坊諸城、臨沂郯城、泰安寧陽、聊城茌平和煙臺(tái)萊陽個(gè)別采樣地塊小麥Cr為中度污染。

菏澤鄆城、泰安寧陽、濰坊青州和濱州惠民綜合評價(jià)均為未受污染，菏澤鄆城各項(xiàng)污染指數(shù)均最低；濰坊諸城、臨沂郯城、聊城茌平、德州齊河和煙臺(tái)萊陽綜合污染指數(shù)達(dá)警戒水平；濰坊諸城、臨沂郯城、泰安寧陽、和聊城茌平個(gè)別采樣地塊綜合污染為中度污染，Cr為主要貢獻(xiàn)因子。

3 討 論

小麥?zhǔn)巧綎|省主要糧食作物之一，本研究主要針對山東省小麥主產(chǎn)區(qū)小麥籽粒的Cd和Cr含量總體污染狀況進(jìn)行了分析評價(jià)，未涉及不同小麥品種。近年來小麥種植品種不斷增加，不同小麥品種對土壤中重金屬的富集轉(zhuǎn)運(yùn)能力存在較大差異，如良星66和濟(jì)麥22對Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)能力較低[8-10]。將來應(yīng)進(jìn)一步研究不同區(qū)域不同小麥品種對重金屬的運(yùn)轉(zhuǎn)能力，在土壤背景值較高的區(qū)域推廣種植重金屬轉(zhuǎn)移能力低的小麥品種，以保證小麥的質(zhì)量和食用安全性。

有研究表明，小麥籽粒對Cd的富集能力大于Cr，Cd在小麥地下地上部之間的轉(zhuǎn)移速率最快，Cr次之[11-12]。但本研究發(fā)現(xiàn)，被測小麥籽粒Cr的超標(biāo)率遠(yuǎn)高于易被富集的重金屬Cd，與陳京都等[13]研究結(jié)果一致。各采樣區(qū)小麥Cd和Cr的單項(xiàng)污染評價(jià)均為未受污染水平；Cd和Cr綜合污染評價(jià)在部分樣點(diǎn)達(dá)警戒水平，個(gè)別采樣點(diǎn)達(dá)中度污染水平，Cr為主要貢獻(xiàn)因子。分析其原因，可能是小麥產(chǎn)地土壤中Cr背景值遠(yuǎn)高于Cd背景值，Cr在高背景值脅迫下主動(dòng)吸收；另外，也可能是在土壤其他因素如有機(jī)質(zhì)、pH值和CEC等的影響下，易被作物富集的有效態(tài)Cr含量升高，更易轉(zhuǎn)移至小麥籽粒。未來應(yīng)對Cr在小麥中的轉(zhuǎn)移富集規(guī)律進(jìn)行深入研究。

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)重金屬的輸入主要包括污水、污泥輸入以及肥料施用輸入等[14],為有效降低小麥中Cd和Cr含量，應(yīng)針對中度污染小麥采樣區(qū)進(jìn)行跟蹤研究，了解小麥產(chǎn)地環(huán)境中Cd和Cr污染來源，采取有效措施進(jìn)行污染源頭控制，防止農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中Cd和Cr轉(zhuǎn)移至小麥籽粒，保證小麥?zhǔn)秤冒踩?/p>

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Contamination Status and Evaluation of Cadmium and Chromium in Wheat Grain in Typical Areas of Shandong Province

ZHANG Bingchun1,2,FAN Lixia1,2,ZHAO Pingjuan1,2,CHEN Lu1,2

(1.Institute of Agricultural Standard and Detecting Technology SAAS,Jinan,Shandong 250100,China;2.Key Laboratory of Test Technology on Food Quality and Safety of Shandong Province,Jinan,Shandong 250100,China)

The aim of this study was to find out the pollution status of cadmium(Cd) and chromium(Cr) in wheat grain in typical areas of Shandong province,and to provide a scientific basis for the safe production of wheat in Shandong province. The contents of cadmium and chromium in wheat grain were determined for samples collected from the representative area,such as Chiping of Liaocheng district,Yuncheng of Heze district,Qihe of Dezhou district,Ningyang of Taian district,Tancheng of Linyi district,Zhucheng of Weifang district,Qingzhou of Weifang district,Huimin of Binzhou district and Laiyang of Yantai district,and the pollution level of Cd and Cr in wheat grain was evaluated by single pollution index and comprehensive pollution index. The average content of Cr in wheat grain and over standard rate were both higher than those of Cd. The single pollution assessment of wheat Cd and Cr in each sampling area was below the pollution level,but Cd and Cr comprehensive pollution assessment was alert level for Zhucheng of Weifang district,Tancheng of Linyi district,Chiping of Liaocheng district,Qihe of Dezhou district and Laiyang of Yantai district,where Cr was the main contribution factor. The comprehensive pollution assessment of other sampling areas was below the pollution level. All pollution indices were the lowest for Yuncheng of Heze district.

Shandong; Wheat; Cadmium and chromium; Contamination; Evaluation

時(shí)間：2016-10-08

2016-03-28

2016-04-10

國家“948”重點(diǎn)項(xiàng)目(2011-G30); 國家農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全項(xiàng)目(GJFP2015007)

E-mail：llzbest66@163.com

陳 璐(E-mail：chenludemail@163.com)

S512.1；S319

A

1009-1041(2016)10-1396-06

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20161008.0932.034.html