作物籽实镉含量影响因素分析.docxVIP

作物籽实镉含量影响因素分析 对中国19个省（区、市）开展的多目标生态地球化学调查结果表明，长江、珠江、湘江、沙河等大江流域平原中存在重金属cd异常现象。以长江流域为例,重庆段平均Cd含量为0.374mg·kg-1,湖南长株潭地区平均Cd含量为0.365 mg·kg-1,江苏长江冲积土壤平均Cd含量为0.240 mg·kg-1,而这3个地区的土壤背景值分别仅为0.162、0.130和0.182 mg·kg-1。已有研究结果表明,生长在此类Cd异常区的作物也出现了Cd含量超标现象,因此谷物中的Cd含量问题已经得到了各国的普遍关注,很多国家都制定了粮食中Cd的限量标准。 大量关于作物Cd吸收量与土壤Cd含量之间相关关系的研究证明,土壤总Cd含量与作物吸收Cd量之间往往没有很好的相关性,因为除土壤总Cd含量外,土壤的一些理化性质指标也影响作物对Cd的吸收,如土壤p H、有机质、电导率、土壤质地和阳离子交换量等。已有的用来预测作物Cd含量的数学模型都考虑了土壤这些理化指标的影响[2、8、9],虽然不同的模型根据实际情况包含了不同的指标,但是在特定的研究条件下都达到了比较准确预测作物Cd含量的目的。本研究拟通过对江苏省水稻和小麦两种作物籽实Cd含量与土壤总Cd含量及土壤理化性质指标的统计分析,确定对作物Cd吸收的主导影响因子,并建立相关关系模型用以预测当地作物籽实的Cd含量,为土壤环境质量标准的制定及粮食安全生产提供参考。 1 材料和方法 1.1 样品的采集和保存 根据江苏省地调院提供的多目标地球化学调查资料,并结合土壤类型图,选择重金属Cd含量相对较高的区域作为主要研究区,包括南京、扬州和苏州近郊的农业种植区,3个研究区的主要土壤类型均为潴育水稻土。除采集高Cd含量区的样品外,在每个研究区的低Cd含量区采集2个样品,以保证样品来自于Cd含量变化范围较大的种植区。根据当地一年两熟的种植制度,土壤和作物样品的采集时间分别在每一季作物的收获期进行,选择当地的大宗粮食作物作为采集的作物品种,其中2004年秋季采集的作物为水稻,2005年夏季采集的作物为小麦。 采集样品时,以GPS确定点位,选择长势均匀的稻田或麦田,随机圈定1 m2的范围作为采样区,为避免边际效应的影响,采样点至少距离田埂1 m远。剪下稻穗或麦穗部分,装入透气的尼龙网袋内保存,同时用内径3.0 cm的土钻在该采样区域内呈梅花形采集根系土壤(0~20 cm),将6~7个子样混合成该点的根系土壤样品,装入样品袋内保存。2004年秋季和2005年夏季分别采集水稻和小麦样品各82个,对应采集同样数量的根系土壤样品。土壤和作物样品快速运回室内,于无污染处风干,备用。 1.2 样品的预处理 土壤样品风干后,过2 mm孔径尼龙筛,用于测定土壤p H、电导率、阳离子交换量和粘粒含量。另取一部分子样用无污染球磨机磨碎,过0.1 mm孔径尼龙筛,用于测定土壤有机碳和土壤总Cd含量。土壤p H值和电导率的测定采用1∶5的土水比,分别用p H计和电导率仪测定;阳离子交换量的测定采用1.0mol·L-1NH4OAc交换法;粘粒含量采用激光粒度仪测定;土壤有机碳采用电位法测定;土壤总Cd含量的测定采用等离子体质谱法(ICP-MS)。 作物籽实样品分析前,水稻用精米机脱壳并制成精米,小麦脱去颖壳。为避免表面附着物对分析结果的影响,加工好的样品用去离子水清洗3遍并风干,然后无污染粉碎过0.5 mm筛,采用ICP-MS法测定其中的重金属Cd含量。 土壤和作物样品的分析通过实验室内部和实验室外部两套标准样和重复样进行严格的质量监控,保证样品分析结果的准确性。 1.3 差分析 所有数据的统计分析采用统计软件进行,包括多元线性回归分析和方差分析。对于呈偏态分布的土壤总Cd含量、作物Cd含量和p H以外的土壤理化性质指标,在进行统计分析前均转化为log10形式的对数,以获得正态分布数据,并保证方差的同质性。 2 结果和讨论 2.1 小麦和小麦采样点土壤理化性状的比较 2004年秋季采集的水稻样品和2005年夏季采集的小麦样品的位置相近,只是在采集小麦时部分点位由于种植了小麦以外的其他作物而导致采样点位略有偏移,但是从表1水稻和小麦采样点的土壤理化性状可以看出,两季采集的土壤样品的各项理化性质都比较接近。3个研究区的土壤性质只有p H值略有差异,其中扬州稍偏碱性,南京和苏州呈中性,其他性质没有明显差异,因此不对3个研究区作单独讨论。从土壤总Cd含量看,虽然大部分采样点是选择在江苏省Cd含量相对较高的区域,但是总Cd含量大多处于国家土壤环境质量标准(GB 15618—1995)的二级水平,最高值仅是最低值的3~5倍,且所有采样点位都没有达到严重污染级别。 2.2 小麦与水稻的cd含量比较 水稻和小麦籽实的Cd含量变化范围分