山东省主产区小麦镉和铬污染状况及评价
2016-11-30张丙春范丽霞赵平娟
张丙春，范丽霞，赵平娟，陈 璐
(1.山东省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，山东济南 250100；2.山东省食品质量与安全检测技术重点实验室，山东济南 250100)
山东省主产区小麦镉和铬污染状况及评价
张丙春1,2，范丽霞1,2，赵平娟1,2，陈 璐1,2
(1.山东省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，山东济南 250100；2.山东省食品质量与安全检测技术重点实验室，山东济南 250100)
为了解山东省小麦镉和铬污染状况，选取山东省小麦主产区聊城茌平、菏泽郓城、德州齐河、泰安宁阳、临沂郯城、潍坊诸城、潍坊青州、滨州惠民、烟台莱阳共9个代表性区域种植的小麦籽粒，测定小麦中镉(Cd)和铬(Cr)含量，采用单项污染指数和综合污染指数法对小麦Cd、Cr污染进行评价。结果表明，山东小麦籽粒Cr平均含量和超标率均高于Cd,各采样区小麦Cd和Cr单项污染评价均为未受污染；潍坊诸城、临沂郯城、聊城茌平、德州齐河和烟台莱阳Cd和Cr综合污染评价为警戒水平，Cr为主要贡献因子，其他采样区域综合污染评价均为未受污染；菏泽郓城各项污染指数均最低。
山东；小麦；镉和铬；污染；评价
山东省是我国第二大小麦主产区，因气候温和、土壤肥沃、降水均匀，非常适合小麦生长，且所产小麦品质高、口感好，被称作“黄金优麦区”。但有研究表明，山东省东部地区土壤中，重金属综合潜在生态风险评价级别为强和很强的土壤面积占比达13.75%，而且部分土壤重金属污染物已迁移至小麦籽粒内[1]。重金属镉(Cd)的毒性极强，进入动物体内很难被降解，且会因易富集引起人的慢性中毒；美国毒物委员会(ATSDR)将其列为第六位危及人类健康的有害物质，Hankson指数法规定镉的毒性响应系数为30[2-3]。铬(Cr)是生物体内不可缺少的微量元素，对人体具有一定的生物学功能，但高浓度铬会对人体造成严重危害[4]。近年来，对山东省无公害农产品产地土壤的重金属分析表明，土壤中铬的背景值远高于其他重金属。粮食安全是“十三五”规划的首要目标，重金属污染直接影响粮食安全，高毒性镉和高背景铬是两项关键指标。因此，本研究拟对山东省主产区小麦中镉和铬含量进行分析，了解其污染状况并进行污染评价，以期为山东省小麦安全生产提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 采样点设置
山东省小麦主产区主要为褐土和潮土，呈中性和微碱性。褐土保水保肥，土壤生产性能较好，适应性宽；潮土质地适中、生产性能良好、土层深厚，都是粮食的重要产地。本研究选取山东省小麦主产区德州齐河、聊城茌平、菏泽郓城、泰安宁阳、临沂郯城、潍坊诸城、潍坊青州、滨州惠民、烟台莱阳作为采样点，根据代表性、典型性、随机性的采样原则，郓城采样40个、茌平25个、其他每区域均20个，总计205个样。采样区域见图1。
1.2 样品采集与处理
样品采集于2015年6月进行，小麦成熟期随机采样，每个采样点随机抽取生长良好的6株小麦植株，采集其籽粒，用去离子水冲洗3次，于65℃烘箱中烘至恒重，冷却后粉碎过60目筛，置于玻璃瓶贮存备用。
1.3 镉、铬的测定
小麦中Cd的测定采用国家标准GB 5009.15-2014；Cr的测定采用国家标准GB 5009.123-2014；将试样微波消解后用等离子体质谱仪测定。分析结果的准确性采用国家标准物质-小麦(GBW 10011)进行质量控制。
1.4 评价方法与标准
采用单项污染指数和综合污染指数法(内梅罗综合污染指数法)[5-6]对小麦进行重金属污染风险评价。
单项污染指数计算公式：Ij=Cj/C0
(1)
图1 采样区域示意图
式中，Ij为污染物j的单因子污染指数；Cj为污染物j的实测值；C0为污染物j的限量值。依据评价标准，Ij≤1表示未受污染，1
综合污染指数计算公式：
(2)
式中，I综为被测点综合污染指数；Ijmax为污染物在作物中最大污染指数；Ijmean为作物各污染指数平均值。评价标准为，I综≤0.7为未受污染；0.7
小麦重金属污染评价采用国家标准GB 2762-2005作为评价标准，Cd限量值为0.1 mg·kg-1，Cr为1.0 mg·kg-1。
1.5 统计分析
结果采用EXCEL进行平均值和标准差计算并绘制相关图形，用SPSS 13进行统计分析和相关性比较。
2 结果与分析
2.1 各采样区小麦Cd污染状况分析
各采样区域小麦Cd含量分布及统计分析见图2和表1。
图2 各采样区域内小麦Cd含量分布图
采样区域Samplearea重金属Heavymetal重金属含量Contentofheavymetal/(mg·kg-1)最小值Min最大值Max平均值Mean标准差STD/(mg·kg-1)变异系数CV/%超标率Overstandardrate/%潍坊诸城WeifangZhuchengCd0．0020．2390．0800．04556．210．0Cr0．4222．1620．9910．49249．520．0临沂郯城LinyiTanchengCd0．0330．2090．0920．05155．425．0Cr0．3402．0710．8120．42251．925．0菏泽郓城HezeYunchengCd0．0040．0940．0270．02074．10．0Cr0．0911．3240．4220．30873．97．1泰安宁阳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德州齐河DezhouQiheCd0．0070．0910．0600．02643．30．0Cr0．3021．7220．8020．32140．020．0潍坊青州WeifangQingzhouCd0．0080．0920．0670．02435．80．0Cr0．3401．2730．7030．23232．910．0滨州惠民BinzhouHuiminCd0．0290．0860．0540．01527．80．0Cr0．1901．1130．6320．26141．310．0烟台莱阳YantaiLaiyangCd0．0170．0920．0650．02233．80．0Cr0．6622．0300．9910．29029．025．0
图2表明，205个采样点中，有7个采样点小麦的Cd含量超标，其中郯城5个、诸城2个，其他样品均未超标；诸城和郯城各有一个样点的Cd超标2倍以上，最高值(0.239 mg·kg-1) 采样点在诸城。
一定区域内重金属含量的变异大小，可以反映出该区域内重金属分布和污染程度的差异[7]。由表1可知，郓城小麦Cd含量变异系数最大，含量差异最大，但均未超标，平均值较低；郯城小麦Cd含量平均值和超标率均最高，超标率达25.0%。
2.2 各采样区小麦Cr污染状况分析
采样区小麦Cr含量分布及统计分析见图3和表1。
图3表明，各采样区内小麦Cr含量均有超标，最高值(2.55 mg·kg-1)在茌平。Cr超标2倍以上的采样点出现在茌平、宁阳、诸城、郯城和莱阳5个采样区。
由表1看出，茌平采样区超标率最高，达32.0%，且Cr含量均值较高，接近限量标准；另外，Cr含量均值接近限量标准的还有诸城和莱阳。宁阳小麦Cr含量变异系数最大，为96.0%，且超标率较高，为25.0%。郓城小麦Cr含量变异系数较大，但超标率最低。各采样区小麦Cr超标率远高于Cd 超标率，且Cr含量均值高于Cd，平均含量为0.42～0.99 mg·kg-1。
图3 各采样区域内小麦Cr含量分布图
采样区域Samplearea污染因子Pollutionfactor污染指数Pollutionindex最小值Min最大值Max平均值Mean标准差STD变异系数CV/%潍坊诸城WeifangZhuchengCd0．022．390．800．4556．2Cr0．422．160．990．4949．5Cd+Cr0．332．330．940．4851．1临沂郯城LinyiTanchengCd0．332．090．920．5155．4Cr0．342．070．810．4251．9Cd+Cr0．342．080．890．4955．1菏泽郓城HezeYunchengCd0．040．940．270．2074．1Cr0．091．320．420．3173．9Cd+Cr0．081．230．380．2873．7泰安宁阳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德州齐河DezhouQiheCd0．070．910．600．2643．3Cr0．301．720．800．3240．0Cd+Cr0．251．530．750．3141．3潍坊青州WeifangQingzhouCd0．080．920．670．2435．8Cr0．341．270．700．2332．9Cd+Cr0．281．190．690．2434．8滨州惠民BinzhouHuiminCd0．290．860．540．1527．8Cr0．191．110．630．2641．3Cd+Cr0．271．050．610．2337．7烟台莱阳YantaiLaiyangCd0．170．920．650．2233．8Cr0．662．030．990．2929．0Cd+Cr0．551．770．910．2729．7
2.3 各采样区小麦Cd、Cr污染评价
由表2看出，各采样区内Cd污染指数平均值均为未受污染水平；菏泽郓城为Cd污染指数最低的区域；临沂郯城Cd污染指数平均值最高，接近轻度污染临界值。潍坊诸城和临沂郯城个别地块小麦Cd为中度污染。
采样区内Cr污染指数平均值均为未受污染水平；但潍坊诸城、聊城茌平和烟台莱阳地区，Cr平均污染指数接近轻度污染临界值。潍坊诸城、临沂郯城、泰安宁阳、聊城茌平和烟台莱阳个别采样地块小麦Cr为中度污染。
菏泽郓城、泰安宁阳、潍坊青州和滨州惠民综合评价均为未受污染，菏泽郓城各项污染指数均最低；潍坊诸城、临沂郯城、聊城茌平、德州齐河和烟台莱阳综合污染指数达警戒水平；潍坊诸城、临沂郯城、泰安宁阳、和聊城茌平个别采样地块综合污染为中度污染，Cr为主要贡献因子。
3 讨 论
小麦是山东省主要粮食作物之一，本研究主要针对山东省小麦主产区小麦籽粒的Cd和Cr含量总体污染状况进行了分析评价，未涉及不同小麦品种。近年来小麦种植品种不断增加，不同小麦品种对土壤中重金属的富集转运能力存在较大差异，如良星66和济麦22对Cd的转运能力较低[8-10]。将来应进一步研究不同区域不同小麦品种对重金属的运转能力，在土壤背景值较高的区域推广种植重金属转移能力低的小麦品种，以保证小麦的质量和食用安全性。
有研究表明，小麦籽粒对Cd的富集能力大于Cr，Cd在小麦地下地上部之间的转移速率最快，Cr次之[11-12]。但本研究发现，被测小麦籽粒Cr的超标率远高于易被富集的重金属Cd，与陈京都等[13]研究结果一致。各采样区小麦Cd和Cr的单项污染评价均为未受污染水平；Cd和Cr综合污染评价在部分样点达警戒水平，个别采样点达中度污染水平，Cr为主要贡献因子。分析其原因，可能是小麦产地土壤中Cr背景值远高于Cd背景值，Cr在高背景值胁迫下主动吸收；另外，也可能是在土壤其他因素如有机质、pH值和CEC等的影响下，易被作物富集的有效态Cr含量升高，更易转移至小麦籽粒。未来应对Cr在小麦中的转移富集规律进行深入研究。
农田生态系统重金属的输入主要包括污水、污泥输入以及肥料施用输入等[14],为有效降低小麦中Cd和Cr含量，应针对中度污染小麦采样区进行跟踪研究，了解小麦产地环境中Cd和Cr污染来源，采取有效措施进行污染源头控制，防止农田生态系统中Cd和Cr转移至小麦籽粒，保证小麦食用安全。
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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
时间：2016-10-08
2016-03-28
2016-04-10
国家“948”重点项目(2011-G30); 国家农产品质量安全项目(GJFP2015007)
E-mail：llzbest66@163.com
陈 璐(E-mail：chenludemail@163.com)
S512.1；S319
A
1009-1041(2016)10-1396-06
网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20161008.0932.034.html
