河套地区小麦重金属含量与土壤质量之间关系研究

摘要：通过在河套地区采集小麦茎叶、籽粒及根系土，研究了小麦籽粒和土壤重金属污染状况，并对小麦籽粒与土壤中重金属元素含量之间的相关性进行了探讨。结果表明，所有重金属元素含量均符合《国家食品卫生标准》；整体上看河套地区为绿色食品基地的土壤，适宜发展AA级绿色食品；小麦对重金属Cu、Pb、Zn、Cd、Cr的吸收能力从大到小顺序为：Zn>Cu>Cr>Cd>Pb。

关键词：重金属 小麦籽粒 土壤污染

土壤是人类生存与发展的重要自然资源，也是农业发展的重要基础。随着科学技术的进步和工业的发展，进入土壤中的污染物无论是含量还是种类都在持续不断地增加[1、2]。土壤污染是农产品不安全的源头，土壤生态安全与农业可持续发展是现代土壤学的根本任务[3]。重金属污染土壤面广量多，大中城市郊区蔬菜的重金属污染尤其严重。我国的基本农田保护区中重金属超标量大于10%。土壤被重金属污染后，轻则使土壤肥力下降，作物减产，重则使农田颗粒无收[5、6]，其毒害性质与土壤性质有一定的关系[7~9]。随着土壤中有毒物质不断增加，首先会对植物体的生长发育产生影响[11、12]，同时，重金属会在土壤-植物体系中迁移[13~15]，由于重金属自身具有不能在土壤自净过程中被自然降解的特点[16] 它们便会在生物体内累积富集， 进而通过食物链进入人体，危害人类健康。一般认为植物受重金属的污染有两种途径：一种是土壤中的生物有效性(类)重金属，这类重金属能通过植物根系直接进入植物体内，主要来源于农田灌溉和施肥[17-18] ；第二种污染途径是重金属(类)，物质通过叶片上的气孔直接进入植物体，以根系吸收为主。

2006 年我们在麦收时节对河套地区的小麦茎叶、籽粒及根系土进行采样与分析，以研究小麦籽粒重金属污染状况并对小麦籽粒与土壤中重金属元素含量之间的相关性进行了探讨，以期为该区的农业生产管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

内蒙古河套地区地处干旱、半干旱、半荒漠草原地带，总土地面积13000km2，小麦是河套地区重要的优势农产品，常年播种面积10000hm2，总产量50000t，占可耕地总面积的75%。本区特点是土地资源丰富，地势平坦土层厚，土壤较肥沃，光热资源丰富，适合发展种植业，是内蒙古自治区重要的商品粮基地。区内农业开发较早，有精耕细作的传统，生产稳定。粮食作物以小麦、玉米为主，根据自治区农业发展规划，河套地区将建成我国北方优质小麦、饲用玉米生产基地和河套甜瓜等特色农业产地。成为内蒙古自治区特色农业产区的主要经济支柱产业之一。

1.2 样品采集

研究区耕作制度为一年一茬，在2006 年6月上旬小麦收割时进行采样，采集了根，茎叶和籽实。采集方法严格按照《多目标区域地球化学调查规范》（DD2005-01）要求进行。根据土壤类型、地貌特征、设置采样点。在采集部分小麦样品的同时采集耕作层土壤样品，重量1kg左右。在一块大田内按梅花形布点法采集麦穗约250g作为一个样品，共采集小麦样品12个，土壤样品12个。麦穗经自然风干后，手工搓掉外皮得到籽粒，用去离子水洗净后烘干，装入干燥器备用。根，茎，叶经自然风干后装入样品袋中备用。土壤样品经自然风干、磨碎后过200目尼龙筛，装入样品袋中密封保存备。

1.3 样品检测

采用干灰化法消解小麦籽粒样品，用于Cu(GB/T5009.1322003)、Zn(GB/T5009.1422003)和Cr(GB/T5009.1522003)的测定。采用HNO3-HClO4消解种子样品，用于Pb(GB/T5009.1222003)、Cd(GB/T5009.12322003)和Ni(GB/T500913822003)的测定。土壤重金属Cu、Zn、Cr、Ni用采用火焰原子吸收分光光度法，Pb、Cd用石墨炉原子吸收分光光度法检测，Hg、As用原子荧光法检测。样品由地科院地球物理地球化学勘查所中心实验室分析。

1.4 质量控制

样品采用国家标准或行业标准等方法检测，实验室经过国家计量认证，检测人员通过农业部优势农产品检测项目考核，质控样检测误差在10%以内时该批次的检测结果才算有效，否则重新检测。

2 结果

2. 1 小麦籽粒中重金属元素含量

由表1可见，与国家食品卫生标准[17]相比，所有元素均未超标。因此，研究区内的小麦均适宜食用。为绿色食品。

2.2根系土中重金属元素含量

根据本次根系土取样数据可以看到，所有重金属项目都达到绿色食品基地土壤标准值，无超标元素。因此，从整体上看河套地区为绿色食品基地的土壤，适宜发展AA级绿色食品的，见表2。

2.2 小麦植株不同部位重金属吸收能力分析

植物在生长过程中， 会通过根系吸收土壤中的重金属污染物， 作物根系在向上输送营养时，对重金属污染物产生明显的截留作用，将大部分停留在根内；同样作物茎叶在向籽粒输送营养的过程中，也对重金属污染物有截留作用。

为说明重金属在作物体内的迁移趋势，利用吸收系数来说明重金属元素在作物体内的行为过程，所谓吸收系数是指作物体部位某一元素的浓度与土壤中该元素浓度之比，它可代表土壤作物系统中元素迁移的难易程度元素i的吸收系数。表示式如下：

Aci=Ci/Si………………(1)

式中：Ci为作物体部位i元素的单位重量；Si为土壤耕作层i元素的单位重量。重金属在小麦植株不同部位的吸收系数计算结果见表3，从表3可以看出， 重金属在各部分的元素i的吸收系数的大小规律为根系>茎叶>果实。小麦根部对重金属Cu、Pb、Zn、Cd、Cri的吸收能力最强。小麦茎部部对5种重金属吸收系数与果实吸收系数比值相近， 说明茎部作为小麦营养物质的输导器官， 对重金属吸收和果实重金属吸收呈正相关性。此结果说明重金属在植物体内的分布规律是在新陈代谢旺盛的器官如根系和茎部蓄积量较大， 而营养储存器官如果实、籽粒中蓄积量较少。

从小麦果实对各重金属吸收系数分析，其对不同重金属的吸收量不同（见表3），从表3可看出，小麦对Zn吸收能力最强，其吸收系数最高，达0.5，其次是Cu，其吸收系数为0.24，Pb的吸收系数最小，其作物吸收累积能力最弱。这是因为进入根毛中的Pb易以焦磷酸盐、正磷酸盐或果胶酸吸附的形态存在，这些形态的Pb 的活性较低，易于累积在根部，较少向地上部分迁移。小麦对重金属Cu、Pb、Zn、Cd、Cr的吸收能力从大到小顺序为：Zn>Cu>Cri>Cd>Pb。本研究表明，河套地区的土壤中的Zn、Cu二重金属容易被小麦籽粒吸收，而土壤中的Cd、Pb不易吸收。非必需元素Pb的作物吸收累积能力最弱。

结 论

（1）河套地区的小麦与《国家食物卫生标准》的临界值比较，所有重金属元素含量均符合《国家食品卫生标准》，为绿色产品。

（2）河套地区为绿色食品基地的土壤，适宜发展AA级绿色食品。

（3）小麦对土壤中的Zn吸收能力最强，其次是Cu，其吸收系数为0.24，Pb的吸收能力最小。小麦对重金属Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Ni的吸收能力从大到小顺序为：Zn>Cu>Cr>Ni>Cd>Pb。

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