郝曉潔，金曹貞，孫 燦，劉樹超，姚燁華，張 霆，蔣建平

(上海市閔行區(qū)動植物檢測檢驗中心，上海 201109)

食品安全是人民群眾最關(guān)心的問題之一，直接關(guān)系到人們的身體健康和生命安全。隨著近期“鎘麥”事件的深度曝光，農(nóng)產(chǎn)品的重金屬污染問題進(jìn)一步引起人們的重視。作為生活中不可或缺的主食品，水稻也是重金屬進(jìn)入人體的主要途徑之一。在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境中，土壤是連接有機(jī)界與無機(jī)界的重要樞紐，土壤中的重金屬可以通過植物吸收經(jīng)食物鏈進(jìn)入人體，從而對人類健康構(gòu)成威脅。因此，查明土壤-水稻系統(tǒng)中重金屬的含量特征及不同重金屬的富集差異，對農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)，特別是對我國南方以稻谷為主食的居民的健康風(fēng)險問題有著廣泛的現(xiàn)實意義，對保護(hù)生態(tài)環(huán)境和生產(chǎn)綠色食品有著積極的指導(dǎo)意義。

近年來，有關(guān)土壤-水稻系統(tǒng)重金屬遷移累積特征的研究較多，但多數(shù)以盆栽試驗(包括試驗田)、人工添加重金屬以及典型鉛礦或其他重金屬污染區(qū)等研究為主[1-9]。本試驗擬以上海市閔行區(qū)稻田土壤和稻谷為研究對象，采樣測定土壤-水稻系統(tǒng)中Cu、Zn、Cd、As、Hg 5種重金屬的含量，分析其在土壤中的污染指數(shù)差異及在稻谷中的富集特征，以期了解并掌握該區(qū)地產(chǎn)水稻的安全狀況，為閔行區(qū)建立地產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品安全預(yù)警體系及閔行區(qū)地產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品安全監(jiān)測檔案和數(shù)據(jù)庫奠定基礎(chǔ)，并提供科學(xué)依據(jù)和支撐。

1 材料與方法

1.1 樣品來源及處理

抽樣采集閔行區(qū)5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)(浦江鎮(zhèn)、顓橋鎮(zhèn)、吳涇鎮(zhèn)、馬橋鎮(zhèn)、梅隴鎮(zhèn))水稻種植合作社的土壤和稻谷樣本各71個。樣品集中區(qū)域位置分布如圖1所示。

將采集好的土壤樣品置于樣品盤中自然風(fēng)干，碾磨、過篩(依次過0.45mm、0.15mm篩)并存入樣品袋中備用。稻谷樣本自然風(fēng)干后，經(jīng)碾米機(jī)脫粒、去殼，再經(jīng)不銹鋼粉碎機(jī)粉碎，最后過0.30mm篩并存入樣品袋中備用。

1.2 分析方法

土壤樣品使用HCl-HNO3-HF-HClO5全消解法進(jìn)行消解；稻谷樣品采用HNO3-HClO5濕法進(jìn)行消解。

Cu和Zn采用原子吸收分光光度計(PE 900T)火焰法進(jìn)行測定；Cd采用原子吸收分光光度計(PE 900T)石墨爐法進(jìn)行測定；As和Hg采用原子熒光光度計(AFS-9780)進(jìn)行測定。

所用試劑均為相應(yīng)國標(biāo)規(guī)定的優(yōu)級純或分析純。

1.3 評價方法及標(biāo)準(zhǔn)

土壤重金屬評價臨界值以我國《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618—1995)為參照。稻谷中重金屬評價限量標(biāo)準(zhǔn)以我國《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》(GB 2762—2017)為參照(表1)。

表1 土壤重金屬含量參照評價標(biāo)準(zhǔn)

Table 1 Reference evaluation standard for heavy metal content in soil

采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)法對稻田土壤進(jìn)行重金屬單項評價及綜合評價。

(1)單因子污染指數(shù)法計算公式：Pi=CiSi，式中，Pi為污染物i的單項污染指數(shù)，Ci為實測值，Si為污染物的評價標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)Pi≤1.00 時，樣品未受污染；當(dāng)Pi>1.00 時，表明樣品已被污染，Pi值越大，樣品受污染越嚴(yán)重[10]。

表2 土壤環(huán)境質(zhì)量綜合評價指數(shù)等級劃分

(3)重金屬的富集水平利用植物富集因子(PUF)法進(jìn)行分析，計算方程為：PUF=ViSi，式中，PUF為植物中污染物的富集因子，Vi和Si分別為大米和土壤中的污染物i的含量[11-12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻田土壤中重金屬含量水平及評價

2.1.1 稻田土壤中重金屬含量

如表3所示，閔行區(qū)稻田土壤的重金屬平均含量分別為Cu(35.1 mgkg)、Zn(112.2 mgkg)、Cd(0.19 mgkg)、As(7.58 mgkg)、Hg(0.160 mgkg)。參照《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級標(biāo)準(zhǔn)，閔行區(qū)稻田土壤重金屬Cu、Zn、Cd、As、Hg的平均含量均在限量范圍內(nèi)，且接近《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》背景值，其中Cu和As的平均含量低于背景值。

表3 上海市閔行區(qū)稻田土壤重金屬含量

Table 3 The heavy metals content of paddy soil in Minhang District，Shanghai

注：pH僅作為土壤重金屬含量評價的參照依據(jù)

同一元素在5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)中的平均含量差別表現(xiàn)為：稻田土壤中Cu的平均含量梅隴鎮(zhèn)(69.5 mgkg)和顓橋鎮(zhèn)(42.9 mgkg)高于其他3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)；稻田土壤中Zn的平均含量梅隴鎮(zhèn)(173.5 mgkg)和顓橋鎮(zhèn)(143.1 mgkg)也高于其他3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)；梅隴鎮(zhèn)稻田土壤中Cd(0.43 mgkg)和As(12.5 mgkg)的平均含量明顯高于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)；5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)Hg的平均含量接近。

2.1.2 稻田土壤重金屬單項及綜合評價

由表4可見，71個樣本中，稻田土壤重金屬的單因子污染指數(shù)平均值分別為：Cu(0.34)、Zn(0.45)、Cd(0.64)、As(0.30)、Hg(0.31)，均小于1，未受到污染；其中，Cd的單因子污染水平明顯高于其他重金屬。同一鄉(xiāng)鎮(zhèn)，Cd的單因子污染水平高于其他重金屬。同一重金屬在5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的比較來看，梅隴鎮(zhèn)稻田土壤中Cu、Zn、Cd和As的單因子污染水平高于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)；吳涇鎮(zhèn)稻田土壤中Hg的單因子污染水平稍高。

表4 上海市閔行區(qū)稻田土壤重金屬單項及綜合評價

閔行區(qū)稻田土壤內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)為0.53，根據(jù)內(nèi)梅羅指數(shù)土壤污染評價標(biāo)準(zhǔn)，土壤污染水平屬“清潔”，綜合污染等級為“安全”[12]。5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)稻田土壤內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)排序為：浦江鎮(zhèn)(0.50)<馬橋鎮(zhèn)(0.57)<顓橋鎮(zhèn)(0.59)<吳涇鎮(zhèn)(0.64)<梅隴鎮(zhèn)(0.65)，土壤污染水平均屬“清潔”，綜合污染等級均為“安全”[12]。

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

由表5可見，5種重金屬的平均含量分別為：Cu(5.1 mgkg)、Zn(20.0 mgkg)、Cd(0.031 mgkg)、As(0.107 mgkg)、Hg(0.0046 mgkg)，5種重金屬的平均含量均在標(biāo)準(zhǔn)限量值內(nèi)。

表5 上海市閔行區(qū)稻谷樣本重金屬含量

Table 5 The content of heavy metals in rice in Minhang District，Shanghai

5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)比較來看，顓橋鎮(zhèn)稻谷中Cu的平均含量為17.7 mgkg，梅隴鎮(zhèn)為10.8 mgkg，明顯高于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)。梅隴鎮(zhèn)稻谷中Zn的平均含量最高(26.2 mgkg)，顓橋鎮(zhèn)次之(24.0 mgkg)，其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)間差異不大。稻谷中Cd的平均含量依次為：梅隴鎮(zhèn)(0.082 mgkg)>顓橋鎮(zhèn)(0.057 mgkg)>吳涇鎮(zhèn)(0.035 mgkg)>浦江鎮(zhèn)(0.031 mgkg)>馬橋鎮(zhèn)(0.019 mgkg)，除吳涇鎮(zhèn)和浦江鎮(zhèn)Cd的平均含量較為接近外，Cd在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)稻谷中平均含量有一定的差別。吳涇鎮(zhèn)稻谷中As平均含量為0.156 mgkg，略高于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)。5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)稻谷中Hg的平均含量接近。

2.2.2 稻谷對土壤重金屬的富集水平

相關(guān)性分析表明，土壤和稻谷中5種重金屬元素的簡單相關(guān)系數(shù)|r|分別為：0.171(Cu)、0.109(Zn)、0.121(Cd)、0.021(As)、0.050(Hg)，表明土壤和稻谷中重金屬含量微弱相關(guān)(表6)；而兩者之間不相關(guān)的顯著性(雙側(cè))分別為：0.161(Cu)、0.375(Zn)、0.323(Cd)、0.867(As)、0.682(Hg)，均>0.05。因此，土壤和稻谷中重金屬之間存在一定的相關(guān)性，除As和Hg顯著性(雙側(cè))較高外，其他3個元素相關(guān)性并不明顯。

表6 土壤與稻谷中重金屬含量相關(guān)性

鑒于此，為進(jìn)一步探討土壤和稻谷中重金屬的相互影響，評價了稻谷對土壤中重金屬的富集水平(表7)。整體來看，稻谷對土壤中5種重金屬的富集水平表現(xiàn)為：Zn(0.19)>Cd(0.18)>Cu(0.16)>Hg(0.04)>As(0.01)，表明稻谷富集Zn、Cd和Cu的能力較強，As次之，Hg最弱。

綜合來看：同一鄉(xiāng)鎮(zhèn)，稻谷對5種重金屬的富集能力稍有差異，Cu、Zn、Cd在5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)均表現(xiàn)出富集能力較強的特征，但富集水平有所差異;Hg和As的富集能力較弱。

表7 上海市閔行區(qū)稻谷對土壤中重金屬的富集水平

3 結(jié)論與討論

本試驗通過對閔行區(qū)稻田土壤-水稻系統(tǒng)中重金屬Cu、Zn、Cd、As和Hg的含量及富集特征進(jìn)行初步研究，得出以下結(jié)論。

1)閔行區(qū)稻田土壤5種重金屬平均含量均在標(biāo)準(zhǔn)限量值內(nèi)，且大部分接近甚至低于土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)背景值，個別區(qū)域土壤(N31°04′24.3″，E121°26′01.7″)中Cd含量接近標(biāo)準(zhǔn)限量臨界值。

2)稻田土壤中Cd的單因子污染水平較其他4種重金屬高；梅隴鎮(zhèn)稻田土壤的重金屬單因子污染水平(除Hg外)及內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)均高于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)，吳涇鎮(zhèn)Hg的單因子污染水平略高于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

3)稻谷中5種重金屬在5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)中的平均含量差異不大，且均未超出標(biāo)準(zhǔn)限量值；個別重金屬在個別鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)含量相對較高的現(xiàn)象：顓橋鎮(zhèn)稻谷中Cu的平均含量高于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)，梅隴鎮(zhèn)稻谷中Cd的平均含量高于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)，吳涇鎮(zhèn)稻谷中As的平均含量高于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)。5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的稻谷中重金屬含量水平規(guī)律與稻田土壤中重金屬含量水平較為一致。研究結(jié)果顯示，土壤和稻谷中重金屬含量有一定的關(guān)聯(lián)性,但土壤和稻谷中重金屬之間的相關(guān)性，除As和Hg顯著性(雙側(cè))較高外，其他3個元素相關(guān)性并不明顯。

4)閔行區(qū)稻谷樣本富集重金屬Cu、Zn、Cd的能力較強，As次之，Hg最弱。同一元素，在不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)稻谷中的富集水平也有所差異，吳涇鎮(zhèn)Cu的富集水平為0.46，明顯高于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)；顓橋鎮(zhèn)Cd的富集水平為0.33，高于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)，這種差異可能跟區(qū)域環(huán)境因子差異有關(guān)[11,13-16]。不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)對同種重金屬的富集水平因區(qū)域環(huán)境因子略有差異，但整體差異不大。

綜合來看，重金屬Cd在稻田土壤中的累積程度高于其他4種重金屬，且稻谷富集土壤中Cd的水平也相對較強[17]。雖然梅隴鎮(zhèn)和吳涇鎮(zhèn)稻田土壤中重金屬均無明顯累積特征，但其重金屬單因子污染指數(shù)及綜合污染指數(shù)均高于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)，可能是受周邊化工廠等環(huán)境因素的影響[18]；其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)稻田土壤及稻谷中重金屬累積程度較低，稻谷中重金屬污染風(fēng)險也較小。但是，從農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)角度考慮，建議對稻田土壤中重金屬出現(xiàn)輕度累積的區(qū)域加強土壤和農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量監(jiān)測頻次，確保農(nóng)產(chǎn)品種植環(huán)境和產(chǎn)品質(zhì)量安全。與此同時，稻谷中重金屬的富集也可能與灌溉水及施肥帶入相關(guān)，尤其是重金屬As[11]。因此，在灌溉水及肥料的選擇及質(zhì)量上也應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，防止污染帶入。