广东省主栽水稻品种稻米重金属含量差异研究
2014-08-12李波杜瑞英文典王富华
李波 杜瑞英 文典 王富华
摘 要 以广东省主要种植的27个水稻品种为研究对象，通过对243份稻米样品中Cd、Pb、Cr、As、Hg等5种重金属含量的测定，分析不同品种和类型的水稻对5种重金属吸收能力的差异。研究结果表明，对广东省稻米影响最大的重金属是Cd，超标率为11.11%，Pb超标率是7.41%，Cr超标率是3.70%，As和Hg的检出量都低于国家标准。重金属对广东省稻米质量安全的影响严重程度依次为：Cd>Pb>Cr>Hg>As，3种类型品种重金属综合污染严重程度顺序是籼型常规稻>两系杂交稻>三系杂交稻。
关键词 水稻 ；品种 ；重金属
分类号 TS201.6 ；S511
中国作为农业大国，水稻是最主要的粮食作物，稻米在我国居民尤其是我国南方居民的膳食结构中占主要份额[1]。广东省是我国水稻生产、贸易和消费大省。据统计，广东省2011年稻谷产量达到1 096.90万t[2]。广东省同时也是一个经济强省，工业和经济发展处于全国前列，工业促进经济发展的同时也给周边的环境带来重金属等污染[3]。2013年2月的“镉大米”事件将稻米重金属污染的严重性摆在了公众面前[4]。目前已有相关研究发现，水稻对于重金属的吸收和积累有明显的品种差异，不同品种稻米中重金属含量相差数倍[5]。如何能合理的指导农业生产，筛选出重金属低累积品种显得尤为重要。本研究拟通过调查广东省27个主要种植的水稻品种稻米中5种常见重金属镉、铅、铬、砷、汞含量状况，筛选出对重金属积累能力相对较低的水稻品种。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 供试水稻品种
抽取广东省主要种植的27个品种（表1）的243份稻谷样品，27个水稻品种中，三系杂交稻品种12个，两系杂交稻品种6个，常规稻品种9个[6-7]。
1.2.2 采样区域
为了全面了解广东省主要种植水稻品种受重金属污染的状况，根据2012年《广东农村统计年鉴》稻米播种面积，对我省主要水稻种植区进行采样，采样范围覆盖珠三角、粤东、粤西、粤北等地区10个市27个县，共采集243份稻米样品。
1.2 方法
1.2.1 样品处理
将采回的水稻籽粒样品置于烘箱70℃烘干至恒重，使用小型脱壳机将水稻籽粒进行脱壳，得到糙米样品，再用小型精米机将糙米碾成精米，收集精米，碾磨成精米粉，过100目尼龙筛，每份样品磨2份米粉，贴好标签用塑料封口袋保存待测。
1.2.2 测试方法
准确称取0.20 g（精确至0.000 1 g）样品，样品用湿式消解法消解后，用石墨炉原子吸收光谱法测定镉、铅、铬[8-10]；样品中总砷测定，用湿式消解法消解后，用原子荧光光度法测定[11]；样品中汞测定，用微波消解法消解，用原子荧光光度法测定[12]。在测定稻米样品的同时，使用国家标准物质——四川大米GBW10044（GSB-22）和湖南大米GBW10045（GSB-23），进行质量控制。
1.2.3 数据分析
采用Excel和SPSS软件对各品种稻米的重金属污染进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 不同品种稻米样品中Cd、Pb、Cr、As、Hg的含量差异
不同品种稻米样品中Cd、Pb、Cr、As、Hg的含量差异很大（表2）。27个水稻样品中Cd的含量为0.02～0.26 mg/kg，变异系数为59.61%，最大值与最小值之间相差达13倍，其中Cd含量最高的品种是珍桂占（常规稻），Cd含量最低的品种是Y两优143（两系杂交稻）。在27个水稻品种中，有3个常规稻品种（黄壳油占、珍桂占、珍桂矮1号）稻米中Cd含量超过国家规定的稻米中Cd的限量值标准0.2 mg/kg（GB 2762—2012）[13]，其余24个水稻品种Cd含量均低于国家限量值标准，超标率为11.11%。
Pb的含量范围为0.01～0.22 mg/kg，变异系数为62.08%，最大值最小值之间相差达22倍，其中Pb含量最高的品种是Y两优7号，Pb含量最低的品种是特优998、特优816以及深两优5183。27个水稻品种中有2个水稻品种（Y两优7号和天优998）稻米中Pb含量超过国家规定的稻米中Pb的限量值标准0.2 mg/kg（GB 2762—2012），其余品种Pb含量低于国家限量值标准，超标率为7.41%。
Cr的含量范围为0.08～1.04 mg/kg，变异系数为52.46%，最大值最小值之间相差达13倍，其中Cr含量最高的品种是特优816，Cr含量最低的品种是特优524。27个水稻品种中有1个水稻品种（特优816）稻米中Cr含量超过国家规定的稻米中Cr的限量值标准1.0 mg/kg（GB 2762-2012），其余品种Cr含量低于国家限量值标准，超标率为3.70%。
As的含量范围为0.04～0.15 mg/kg，变异系数为28.77%，最大值最小值之间相差达3.8倍，其中As含量最高的品种是粤农丝苗，As含量最低的品种是特优998。27个水稻品种稻米中As含量全部没有超过国家规定的稻米中As的限量值标准0.7 mg/kg（NY 861-2004）[14]，超标率为0%。
Hg的含量范围为0.002～0.000 8 mg/kg，变异系数为43.61%，最大值最小值之间相差达4倍，其中Hg含量最高的品种是珍桂占，Hg含量最低的品种是天优122、五优613以及深两优5183、Y两优101。27个水稻品种稻米中Hg含量全部没有超过国家规定的稻米中Hg的限量值标准0.02 mg/kg（GB 2762-2012），超标率为0%。
2.2 不同品种稻米样品的重金属污染指数分析
对不同水稻品种中的重金属污染情况采用单因子指数和内梅罗综合污染指数来进行评价[15-16]（分级标准见表3），单因子指数（Pi）用来衡量某一重金属i的污染程度，内梅罗综合污染指数（P综）用来衡量多种重金属的整体污染程度。endprint
从单因子污染指数来看，黄壳油占、珍桂占、珍桂矮1号的PCd大于1小于2，其余品种的PCd均小于1；Y两优7号的PPb大于1小于2，其余品种的PPb均小于1；特优816的PCr大于1小于2，其余品种的PCr均小于1；所有品种水稻的PAs与PHg均小于1（表4）。从各单因子污染指数的平均值来看，PCd>PPb>PCr>PHg>PAs，Cd的污染指数最高，Pb的其次，Cr第三，Hg和As都很小，这说明5种重金属中对广东省水稻污染最严重的是Cd。
从综合污染指数来看，珍桂占的综合污染指数P综为1.01，受污染程度较轻；特优816、深两优5814、Y两优7号、黄壳油占、珍桂矮1号这5个品种的综合污染指数P综在0.7～1，存在被污染的可能性，其余所有品种的综合污染指数P综均小于0.7，属于安全等级（表4）。
2.3 不同品种类型稻米样品污染指数分析
不同类型的水稻受重金属污染差异显著，5种重金属的污染指数中，常规稻Cd的污染指数最高超过0.7，常规稻与两种杂交稻的差异较为显著，三系杂交稻和两系杂交稻差异不显著。其中Cd的污染指数常规稻>三系杂交稻>两系杂交稻，Pb的污染指数两系杂交稻>三系杂交稻>常规稻，Cr的污染指数两系杂交稻>三系杂交稻>常规稻，As的污染指数常规稻>三系杂交稻>两系杂交稻，Hg的污染指数常规稻>三系杂交稻>两系杂交稻。见图1。
常规稻的综合污染指数明显高于两系杂交稻和三系杂交稻，这说明常规稻对重金属的污染比杂交稻严重，两系杂交稻的综合污染指数略高于三系杂交稻。见图2。
3 结论与讨论
3.1 广东省水稻重金属污染的总体概况
广东省稻米中Cd的污染是最严重的，超标率是11.11%，Pb超标率是7.41%，Cr超标率是3.70%，As和Hg的超标率都是0%。5种重金属Cd、Pb、Cr、As、Hg的含量范围分别是0.01～0.22、0.01～0.22、0.08～1.04、0.04～0.15、0.002～0.000 8 mg/kg。广东省稻米中镉和铅超标较高，重金属来源主要是工业的污染以及汽车尾气的排放。
不同品种间重金属的含量差异非常显著，27个品种之间Cd含量的最高值与最低值相差13倍，Pb含量的最高值与最低值相差22倍，Cr含量的最高值与最低值相差13倍，As含量的最高值与最低值相差3.8倍，Hg含量的最高值与最低值相差4倍。关于品种间重金属含量差异显著的研究前人做过很多，曾翔等[17]报道46个品种稻米Cd含量最高与最低相差6倍，刘建国[18]研究报道不同品种稻米Cd含量最高值与最低值相差10倍多，稻米Pb含量最高值与最低值相差3倍左右，殷敬峰等[19]报道称21个品种稻米中Cd含量最高值与最低值相差15倍多。
3.2 不同品种类型水稻重金属污染
本实验通过对三系杂交稻、两系杂交稻、籼型常规稻这3种广东省主要类型的部分品种（系）的5种重金属的测定，结果显示对广东省稻米重金属污染影响严重程度的顺序是：Cd>Pb>Cr>Hg>As，3种类型品种重金属综合污染严重程度顺序是籼型常规稻>两系杂交稻>三系杂交稻。
3个类型的品种中，两系杂交稻对Cd的吸收积累最低，籼型常规稻对Cd的吸收积累最高，三系杂交稻居中，与仲维功等[20]报道的籼型常规稻的Cd积累大于杂交稻一致，然而王凯荣等[21]则认为，杂交稻比常规稻对Cd有更强的吸收能力，与本研究结果不一致。3个类型品种对Pb的吸收积累顺序是：两系杂交稻>三系杂交稻>籼型常规稻；对Cr的的吸收积累顺序是：两系杂交稻>三系杂交稻>籼型常规稻；对As的的吸收积累顺序是：籼型常规稻>三系杂交稻>两系杂交稻；对Hg的的吸收积累顺序是：籼型常规稻>三系杂交稻>两系杂交稻。
参考文献
[1] 龚伟群，潘根兴. 中国水稻生产中Cd吸收及其健康风险的有关问题[J]. 科技导报，2006（05）：43-48.
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[3] 王 旭. 广东省蔬菜重金属风险评估研究[D]. 华中农业大学，2012.
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[10] 中华人民共和国国家标准GB/T 5009.123食品中铬的测定[S].
[11] 中华人民共和国国家标准GB/T 5009.11 食品中总砷及无机砷的测定[S].
[12] 中华人民共和国国家标准GB/T 5009.17 食品中总汞及有机汞的测定[S].
[13] GB 2762—2012 食品安全国家标准 食品中污染物限量[S].
[14] NY 861-2004 粮食（含谷物、豆类、薯类）及制品中铅、铬、镉、汞、硒、砷、铜、锌等八种元素限量[S].
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[17] 曾 翔，张玉烛，王凯荣，等. 不同品种水稻糙米含镉量差异[J]. 生态与农村环境学报，2006（01）：67-69，83.
[18] 刘建国. 水稻品种对土壤重金属镉铅吸收分配的差异及其机理[D]. 扬州大学，2004.
[19] 殷敬峰，李华兴，卢维盛，等. 不同品种水稻糙米对Cd Cu Zn积累特性的研究[J]. 农业环境科学学报，2010（05）：844-850.
[20] 仲维功，杨 杰，陈志德，等. 水稻品种及其器官对土壤重金属元素Pb、Cd、Hg、As积累的差异[J]. 江苏农业学报，2006（04）：331-338.
[21] 王凯荣，龚惠群. 两种基因型水稻对环境镉吸收与再分配差异性比较研究[J]. 农业环境保护，1996（04）：145-149，176，193.endprint
从单因子污染指数来看，黄壳油占、珍桂占、珍桂矮1号的PCd大于1小于2，其余品种的PCd均小于1；Y两优7号的PPb大于1小于2，其余品种的PPb均小于1；特优816的PCr大于1小于2，其余品种的PCr均小于1；所有品种水稻的PAs与PHg均小于1（表4）。从各单因子污染指数的平均值来看，PCd>PPb>PCr>PHg>PAs，Cd的污染指数最高，Pb的其次，Cr第三，Hg和As都很小，这说明5种重金属中对广东省水稻污染最严重的是Cd。
从综合污染指数来看，珍桂占的综合污染指数P综为1.01，受污染程度较轻；特优816、深两优5814、Y两优7号、黄壳油占、珍桂矮1号这5个品种的综合污染指数P综在0.7～1，存在被污染的可能性，其余所有品种的综合污染指数P综均小于0.7，属于安全等级（表4）。
2.3 不同品种类型稻米样品污染指数分析
不同类型的水稻受重金属污染差异显著，5种重金属的污染指数中，常规稻Cd的污染指数最高超过0.7，常规稻与两种杂交稻的差异较为显著，三系杂交稻和两系杂交稻差异不显著。其中Cd的污染指数常规稻>三系杂交稻>两系杂交稻，Pb的污染指数两系杂交稻>三系杂交稻>常规稻，Cr的污染指数两系杂交稻>三系杂交稻>常规稻，As的污染指数常规稻>三系杂交稻>两系杂交稻，Hg的污染指数常规稻>三系杂交稻>两系杂交稻。见图1。
常规稻的综合污染指数明显高于两系杂交稻和三系杂交稻，这说明常规稻对重金属的污染比杂交稻严重，两系杂交稻的综合污染指数略高于三系杂交稻。见图2。
3 结论与讨论
3.1 广东省水稻重金属污染的总体概况
广东省稻米中Cd的污染是最严重的，超标率是11.11%，Pb超标率是7.41%，Cr超标率是3.70%，As和Hg的超标率都是0%。5种重金属Cd、Pb、Cr、As、Hg的含量范围分别是0.01～0.22、0.01～0.22、0.08～1.04、0.04～0.15、0.002～0.000 8 mg/kg。广东省稻米中镉和铅超标较高，重金属来源主要是工业的污染以及汽车尾气的排放。
不同品种间重金属的含量差异非常显著，27个品种之间Cd含量的最高值与最低值相差13倍，Pb含量的最高值与最低值相差22倍，Cr含量的最高值与最低值相差13倍，As含量的最高值与最低值相差3.8倍，Hg含量的最高值与最低值相差4倍。关于品种间重金属含量差异显著的研究前人做过很多，曾翔等[17]报道46个品种稻米Cd含量最高与最低相差6倍，刘建国[18]研究报道不同品种稻米Cd含量最高值与最低值相差10倍多，稻米Pb含量最高值与最低值相差3倍左右，殷敬峰等[19]报道称21个品种稻米中Cd含量最高值与最低值相差15倍多。
3.2 不同品种类型水稻重金属污染
本实验通过对三系杂交稻、两系杂交稻、籼型常规稻这3种广东省主要类型的部分品种（系）的5种重金属的测定，结果显示对广东省稻米重金属污染影响严重程度的顺序是：Cd>Pb>Cr>Hg>As，3种类型品种重金属综合污染严重程度顺序是籼型常规稻>两系杂交稻>三系杂交稻。
3个类型的品种中，两系杂交稻对Cd的吸收积累最低，籼型常规稻对Cd的吸收积累最高，三系杂交稻居中，与仲维功等[20]报道的籼型常规稻的Cd积累大于杂交稻一致，然而王凯荣等[21]则认为，杂交稻比常规稻对Cd有更强的吸收能力，与本研究结果不一致。3个类型品种对Pb的吸收积累顺序是：两系杂交稻>三系杂交稻>籼型常规稻；对Cr的的吸收积累顺序是：两系杂交稻>三系杂交稻>籼型常规稻；对As的的吸收积累顺序是：籼型常规稻>三系杂交稻>两系杂交稻；对Hg的的吸收积累顺序是：籼型常规稻>三系杂交稻>两系杂交稻。
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[20] 仲维功，杨 杰，陈志德，等. 水稻品种及其器官对土壤重金属元素Pb、Cd、Hg、As积累的差异[J]. 江苏农业学报，2006（04）：331-338.
[21] 王凯荣，龚惠群. 两种基因型水稻对环境镉吸收与再分配差异性比较研究[J]. 农业环境保护，1996（04）：145-149，176，193.endprint
从单因子污染指数来看，黄壳油占、珍桂占、珍桂矮1号的PCd大于1小于2，其余品种的PCd均小于1；Y两优7号的PPb大于1小于2，其余品种的PPb均小于1；特优816的PCr大于1小于2，其余品种的PCr均小于1；所有品种水稻的PAs与PHg均小于1（表4）。从各单因子污染指数的平均值来看，PCd>PPb>PCr>PHg>PAs，Cd的污染指数最高，Pb的其次，Cr第三，Hg和As都很小，这说明5种重金属中对广东省水稻污染最严重的是Cd。
从综合污染指数来看，珍桂占的综合污染指数P综为1.01，受污染程度较轻；特优816、深两优5814、Y两优7号、黄壳油占、珍桂矮1号这5个品种的综合污染指数P综在0.7～1，存在被污染的可能性，其余所有品种的综合污染指数P综均小于0.7，属于安全等级（表4）。
2.3 不同品种类型稻米样品污染指数分析
不同类型的水稻受重金属污染差异显著，5种重金属的污染指数中，常规稻Cd的污染指数最高超过0.7，常规稻与两种杂交稻的差异较为显著，三系杂交稻和两系杂交稻差异不显著。其中Cd的污染指数常规稻>三系杂交稻>两系杂交稻，Pb的污染指数两系杂交稻>三系杂交稻>常规稻，Cr的污染指数两系杂交稻>三系杂交稻>常规稻，As的污染指数常规稻>三系杂交稻>两系杂交稻，Hg的污染指数常规稻>三系杂交稻>两系杂交稻。见图1。
常规稻的综合污染指数明显高于两系杂交稻和三系杂交稻，这说明常规稻对重金属的污染比杂交稻严重，两系杂交稻的综合污染指数略高于三系杂交稻。见图2。
3 结论与讨论
3.1 广东省水稻重金属污染的总体概况
广东省稻米中Cd的污染是最严重的，超标率是11.11%，Pb超标率是7.41%，Cr超标率是3.70%，As和Hg的超标率都是0%。5种重金属Cd、Pb、Cr、As、Hg的含量范围分别是0.01～0.22、0.01～0.22、0.08～1.04、0.04～0.15、0.002～0.000 8 mg/kg。广东省稻米中镉和铅超标较高，重金属来源主要是工业的污染以及汽车尾气的排放。
不同品种间重金属的含量差异非常显著，27个品种之间Cd含量的最高值与最低值相差13倍，Pb含量的最高值与最低值相差22倍，Cr含量的最高值与最低值相差13倍，As含量的最高值与最低值相差3.8倍，Hg含量的最高值与最低值相差4倍。关于品种间重金属含量差异显著的研究前人做过很多，曾翔等[17]报道46个品种稻米Cd含量最高与最低相差6倍，刘建国[18]研究报道不同品种稻米Cd含量最高值与最低值相差10倍多，稻米Pb含量最高值与最低值相差3倍左右，殷敬峰等[19]报道称21个品种稻米中Cd含量最高值与最低值相差15倍多。
3.2 不同品种类型水稻重金属污染
本实验通过对三系杂交稻、两系杂交稻、籼型常规稻这3种广东省主要类型的部分品种（系）的5种重金属的测定，结果显示对广东省稻米重金属污染影响严重程度的顺序是：Cd>Pb>Cr>Hg>As，3种类型品种重金属综合污染严重程度顺序是籼型常规稻>两系杂交稻>三系杂交稻。
3个类型的品种中，两系杂交稻对Cd的吸收积累最低，籼型常规稻对Cd的吸收积累最高，三系杂交稻居中，与仲维功等[20]报道的籼型常规稻的Cd积累大于杂交稻一致，然而王凯荣等[21]则认为，杂交稻比常规稻对Cd有更强的吸收能力，与本研究结果不一致。3个类型品种对Pb的吸收积累顺序是：两系杂交稻>三系杂交稻>籼型常规稻；对Cr的的吸收积累顺序是：两系杂交稻>三系杂交稻>籼型常规稻；对As的的吸收积累顺序是：籼型常规稻>三系杂交稻>两系杂交稻；对Hg的的吸收积累顺序是：籼型常规稻>三系杂交稻>两系杂交稻。
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