熊孜，趙會(huì)薇，李菊梅*，馬義兵

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，國(guó)家土壤肥力與肥料效益監(jiān)測(cè)站網(wǎng)，北京 100081；2.國(guó)家半干旱農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，石家莊 050051）

黃淮海平原小麥吸收鎘與土壤可浸提鎘間關(guān)系研究

熊孜1，趙會(huì)薇2，李菊梅1*，馬義兵1

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，國(guó)家土壤肥力與肥料效益監(jiān)測(cè)站網(wǎng)，北京 100081；2.國(guó)家半干旱農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，石家莊 050051）

土壤重金屬鎘浸提量與小麥吸收鎘量關(guān)系是評(píng)價(jià)浸提方法以及土壤中鎘有效性的重要依據(jù)，為了給黃淮海平原小麥產(chǎn)區(qū)土壤鎘污染評(píng)價(jià)提供科技支撐。分別采用0.43 mol·L－1HNO3、0.1 mol·L－1HCl、0.05 mol·L－1EDTA浸提土壤鎘的方法對(duì)黃淮海平原11個(gè)不同地點(diǎn)大田土壤樣品和24個(gè)小麥植株樣品進(jìn)行了測(cè)定，并對(duì)3種不同浸提劑浸提的土壤有效態(tài)鎘量間的相互關(guān)系，及土壤浸提鎘含量與小麥鎘含量間的關(guān)系進(jìn)行了探討。結(jié)果表明：不同浸提劑浸提的土壤Cd含量、全量間的相關(guān)關(guān)系均達(dá)極顯著水平；3種浸提劑的Cd浸提率為58.7%（0.43 mol·L－1HNO3）＞53.2%（0.05 mol·L－1EDTA）＞25.9%（0.1 mol·L－1HCl），不同浸提劑浸提的土壤有效態(tài)Cd含量與小麥植株Cd含量的相關(guān)性順序?yàn)閞=0.74（0.05 mol·L－1EDTA）＞r=0.64（0.43 mol·L－1HNO3）＞r=0.49（0.1 mol·L－1HCl）；在pH為7.71～8.59和土壤全Cd含量范圍為0.107～0.212 mg·kg－1條件下，以EDTA浸提的土壤Cd含量及土壤Cd全量結(jié)合土壤pH值建立的方程可以較好地預(yù)測(cè)小麥籽粒Cd含量；經(jīng)推算，EDTA浸提的土壤Cd和土壤Cd全量的安全臨界值可分別為0.671 mg·kg－1和1.02 mg·kg－1。

黃淮海平原；小麥；全Cd；可浸提Cd

土壤中鎘的過(guò)量累積會(huì)影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和人類健康，土壤鎘污染已經(jīng)成為全球廣泛關(guān)注的問(wèn)題[1-3]。土壤中重金屬的生物有效性及其風(fēng)險(xiǎn)主要取決于重金屬有效態(tài)含量[4]，因此研究重金屬有效態(tài)含量及其與植物吸收的關(guān)系，對(duì)于土壤重金屬污染程度和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全具有重要意義[5-8]。目前，土壤鎘有效態(tài)的浸提主要是通過(guò)浸提劑的離子交換、溶解和螯（絡(luò)）合作用進(jìn)行[9]。已有研究表明，0.1 mol·L-1HCl與植物Cd含量相關(guān)性較好，常用作植物吸收Cd的有效指標(biāo)[10-12]；EDTA作為一種強(qiáng)有機(jī)螯合劑，也被廣泛用于評(píng)價(jià)土壤Cd的有效性及可浸提性[13-15]。以0.01 mol·L-1HCl、0.05 mol·L-1EDTA及0.43 mol·L-1HNO3作為土壤Cd浸提劑測(cè)定的土壤有效態(tài)Cd含量均能很好地預(yù)測(cè)不同品種水稻籽粒Cd含量，且可通過(guò)得出的Cd預(yù)測(cè)模型準(zhǔn)確地評(píng)估某一水稻品種在某一Cd污染水平土壤上的適種性，其中又以0.43 mol·L-1HNO3作為浸提劑建立的Cd預(yù)測(cè)模型效果最優(yōu)[16]。但是，不同區(qū)域的土壤性質(zhì)差異，可能導(dǎo)致不同浸提劑的適用性不同。

土壤鎘安全閾值是保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)[17-18]，而土壤-作物系統(tǒng)中Cd的劑量-效應(yīng)關(guān)系是確定土壤及農(nóng)產(chǎn)品中Cd閾值的關(guān)鍵。目前，關(guān)于土壤外源Cd污染和農(nóng)田土壤及農(nóng)產(chǎn)品中Cd安全閾值的研究，國(guó)內(nèi)已進(jìn)行了相關(guān)探索，但其依據(jù)的Cd劑量-效應(yīng)關(guān)系主要建立在水培或短期盆栽試驗(yàn)基礎(chǔ)上[19-20]，且相關(guān)研究表明[21-22]，短期盆栽試驗(yàn)往往比長(zhǎng)期田間試驗(yàn)高估土壤重金屬的生物有效性。在長(zhǎng)期田間試驗(yàn)條件下，外源添加的重金屬生物有效性會(huì)隨著時(shí)間的增加而降低[23]，僅依據(jù)短期盆栽試驗(yàn)獲得的土壤重金屬劑量及植物效應(yīng)關(guān)系與田間實(shí)際結(jié)果是有差別的。此外，現(xiàn)有的大量試驗(yàn)是在重金屬中、高劑量水平下進(jìn)行的，對(duì)于低劑量水平的研究很少。而今后污染農(nóng)產(chǎn)品的土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)制定應(yīng)加強(qiáng)在大田面積上、重金屬元素低劑量水平下長(zhǎng)期效應(yīng)試驗(yàn)的研究[24]。因此，針對(duì)大田重金屬低劑量效應(yīng)條件進(jìn)行土壤-作物系統(tǒng)Cd劑量-效應(yīng)關(guān)系研究非常必要。

黃淮海平原是我國(guó)重要的小麥主產(chǎn)區(qū)和商品糧基地[25-26]，地勢(shì)平坦，土壤肥沃，生產(chǎn)條件較好，年降水量400～900 mm。其中，河北、河南、山東等省小麥種植歷史悠久，小麥品種豐富，播種面積廣，產(chǎn)量高。2005—2014年以來(lái)，3省小麥種植面積占全國(guó)種植面積的46.1%～47.7%，小麥產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)量的55.0%～ 56.7%，能較好地代表黃淮海小麥品種類型和產(chǎn)量情況。王元仲等[27]對(duì)2003—2004年河北省13個(gè)市（縣）優(yōu)勢(shì)小麥產(chǎn)區(qū)土壤重金屬進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)河北省優(yōu)勢(shì)小麥產(chǎn)區(qū)土壤Cd污染水平未超過(guò)國(guó)家土壤環(huán)境二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，適合發(fā)展優(yōu)勢(shì)小麥生產(chǎn)，但參照河北省土壤Cd本底值和國(guó)家土壤環(huán)境一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，Cd在河北優(yōu)勢(shì)小麥產(chǎn)區(qū)存在一定程度的積累現(xiàn)象。朱桂芬等[28]2009年對(duì)河南新鄉(xiāng)寺莊頂污灌區(qū)土壤及小麥籽粒中Cd含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)小麥籽粒Cd污染嚴(yán)重，平均含量為2.55 mg·kg-1，遠(yuǎn)超過(guò)《國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 2715—2005）；孫延斌等[29]于2011—2012年對(duì)濟(jì)南市居民主要膳食Cd含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)居民主要膳食Cd月平均暴露量為8.83 μg·kg-1BW，未超過(guò)安全限值，通過(guò)膳食攝入Cd雖無(wú)明顯風(fēng)險(xiǎn)，但小麥Cd貢獻(xiàn)率較高，占32.62%，僅次于水產(chǎn)品，需引起關(guān)注。目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有研究大多是小范圍、以土壤重金屬全量作為評(píng)價(jià)依據(jù)，對(duì)單個(gè)省市農(nóng)田的土壤和糧食Cd污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，缺少對(duì)糧食主產(chǎn)區(qū)土壤可浸提Cd與小麥吸Cd量間關(guān)系的大范圍調(diào)查。

本文通過(guò)黃淮海平原大田試驗(yàn)采樣調(diào)查，對(duì)3種不同浸提劑測(cè)定的有效態(tài)Cd含量與小麥吸收Cd含量之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，以期篩選與小麥籽粒吸收Cd量有較好相關(guān)性的浸提劑，通過(guò)以土壤有效態(tài)Cd含量和土壤Cd全量建立的作物籽粒Cd含量預(yù)測(cè)模型計(jì)算土壤Cd的安全臨界值，為建立保證作物品質(zhì)安全的土壤Cd污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

本研究參考《小麥優(yōu)勢(shì)區(qū)域布局規(guī)劃（2008—2015年）》和《中華人民共和國(guó)多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)圖集》，2015年7月于黃淮海平原的河北、山東、河南選取11個(gè)地點(diǎn)采集24個(gè)小麥優(yōu)勢(shì)品種（包括重復(fù)種植品種），共計(jì)40組土壤-小麥籽粒點(diǎn)對(duì)點(diǎn)樣品（表1）。采樣點(diǎn)分別為：河北省石家莊市趙縣原種場(chǎng)（趙種場(chǎng)）、河北省石家莊市趙縣原種場(chǎng)附近韓村（趙韓村）、河北省石家莊市高邑原種場(chǎng)（高邑）、山東省山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)場(chǎng)（山農(nóng)）、山東省泰安市東平縣彭集鎮(zhèn)后周村（東平）、山東省濟(jì)南市王辛村（王辛村）、山東省濟(jì)南市歷城區(qū)唐王鎮(zhèn)顏家村小麥品種展示園（歷城）、山東省德州試驗(yàn)站（德州）、河南省濟(jì)源鄭坪村（鄭坪村）、河南省濟(jì)源三河村（三河村）、河南省濟(jì)源試驗(yàn)站（濟(jì)源）。

土壤樣品均采自耕層0～20 cm，經(jīng)自然風(fēng)干，研磨，分別過(guò)2、1、0.25 mm和0.149 mm尼龍篩，充分混勻并測(cè)定基本理化性質(zhì)（表2）。植株樣品（僅采集地上部分，不包含根系）先用去離子水洗凈，分離為莖葉、穗粒兩部分，105℃殺青20 min，70℃烘干。穗粒脫殼，舍去穎殼，保留籽粒。分別將莖葉、籽粒粉碎，過(guò)0.25 mm尼龍篩，測(cè)定Cd含量。

表1 采樣地點(diǎn)及小麥品種名稱Table 1 Sampling sites and varieties of wheat

表2 供試土壤基本理化性質(zhì)Table 2 Soil properties from different wheat field

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤pH采用電位法（玻璃電極）測(cè)定（水土比為2.5∶1），有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法，CEC采用非緩沖硫脲銀法，全氮采用開(kāi)氏法，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法，有效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3法（液土比為20∶1），有效鉀采用火焰光度法（NH4OAc浸提，液土比為10∶1），電導(dǎo)率采用電導(dǎo)法（水土比為5∶1）[30]。

土壤Cd全量采用硝酸-氫氟酸（3∶1，V∶V）混合酸消解（EPA3052方法）；土壤有效態(tài)Cd含量分別采用不同浸提劑（0.43 mol·L-1HNO3[31]；0.1 mol·L-1HCl[32]；0.05 mol·L-1EDTA[33]）進(jìn)行浸提。小麥籽粒Cd含量采用硝酸-過(guò)氧化氫（2∶1，V∶V）混合酸消解（GB/T5009.17—2003方法）。土壤及植株消煮液中Cd含量均采用7700XICP-MS測(cè)定，分別以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07427（GSS-13）和GBW10011（GSB-2）為內(nèi)標(biāo)控制分析質(zhì)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2010、Origin 8.5及SAS 9.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析。因調(diào)查區(qū)土壤Cd全量差異較大、分布不均（0.107～2.29 mg·kg-1），Cd超標(biāo)土壤（＞0.6 mg·kg-1）的數(shù)據(jù)量明顯少于Cd未超標(biāo)土壤的數(shù)據(jù)量，故將數(shù)據(jù)分成兩部分，即河北、山東的32組土壤-植株樣品數(shù)據(jù)用于建立文中的各類方程，河南的8組土壤-植株樣品數(shù)據(jù)用于方程的驗(yàn)證。同時(shí)，為進(jìn)一步驗(yàn)證方程的可靠性，將“中國(guó)知網(wǎng)”近10年的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)帶入方程進(jìn)行驗(yàn)證，文獻(xiàn)篩選原則為：（1）黃淮海平原小麥種植區(qū)；（2）文獻(xiàn)能夠提供土壤全Cd（或EDTA-Cd）-小麥Cd原始數(shù)據(jù)及相應(yīng)的土壤理化性質(zhì)；（3）土壤pH范圍≥7.5。

2 結(jié)果分析

2.1 采用不同浸提劑浸提的土壤Cd含量比較

不同浸提劑浸提Cd的能力用浸提量占土壤全量的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。在土壤Cd含量為0.107～2.29 mg·kg-1時(shí)，不同浸提劑浸提有效態(tài)Cd能力順序一致，依次為0.43 mol·L-1HNO3＞0.05 mol·L-1EDTA＞0.1 mol·L-1HCl（圖1）。由圖1可知，提高土壤全Cd含量可增加土壤浸提Cd量，但增加幅度不大。不同地點(diǎn)土壤Cd含量可大致分為3個(gè)區(qū)間，分別為0.107～ 0.212 mg·kg-1（低區(qū)間）、0.801～1.111 mg·kg-1（中區(qū)間）、2.292 mg·kg-1（高區(qū)間）。比較3種浸提劑在不同Cd含量區(qū)間上的浸提能力發(fā)現(xiàn)：0.1 mol·L-1HCl浸提土壤Cd量在3個(gè)Cd含量區(qū)間所占百分比依次為18.6%～30.4%、26.7%～28.3%、30.5%；0.43 mol·L-1HNO3浸提土壤Cd量在3個(gè)Cd含量區(qū)間所占百分比依次為48.3%～68.1%、70.1%～72.9%、75.0%；0.05 mol·L-1EDTA浸提土壤Cd量在3個(gè)Cd含量區(qū)間所占百分比依次為47.6%～56.5%、54.4%～56.6%、57.7%。

圖1 不同地點(diǎn)土壤Cd全量及有效態(tài)Cd含量Figure 1 Concentrations of total and extractable Cd in soils at different sites

2.2 不同浸提劑浸提的土壤Cd含量、全量間相互關(guān)系

2.2.1 土壤可浸提Cd與全量的相關(guān)性

可浸提Cd含量是土壤全Cd含量的一部分，與全Cd含量關(guān)系密切（圖2）。3種浸提Cd含量與土壤Cd全量之間均呈極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r達(dá)0.70以上。EDTA-Cd與Cd全量相關(guān)關(guān)系最密切（r=0.85），HCl-Cd與全量相關(guān)系數(shù)最低（r=0.70）。

2.2.2 不同浸提劑浸提的有效態(tài)Cd量間的相關(guān)性

不同浸提Cd含量相互之間呈顯著或極顯著線性相關(guān)（圖2），相關(guān)系數(shù)r達(dá)0.69以上。EDTA-Cd與HNO3-Cd相關(guān)系數(shù)最高（r=0.76），而與HCl-Cd的相關(guān)系數(shù)最低（r=0.69），HNO3-Cd與HCl-Cd的相關(guān)系數(shù)介于二者之間。

2.3 土壤可浸提Cd及全Cd與小麥Cd含量的關(guān)系

2.3.1 土壤可浸提Cd及全Cd與小麥地上部Cd含量的關(guān)系

小麥莖葉中Cd含量和植株地上部總吸Cd量都顯著高于籽粒中Cd含量，不同小麥品種莖葉中Cd含量是籽粒中Cd的3～5倍（表3）。由圖3可知，土壤不同浸提Cd含量及土壤Cd全量與小麥地上部Cd吸收量（莖葉+籽粒）之間均呈顯著正相關(guān)，其相關(guān)性的順序?yàn)椋和寥繡d全量與小麥地上部Cd吸收量的相關(guān)性（r=0.78）≈EDTA-Cd與小麥地上部Cd吸收量的相關(guān)性（r=0.74）＞HNO3-Cd與小麥地上部Cd吸收量的相關(guān)性（r=0.64）＞HCl-Cd與小麥地上部Cd吸收量的相關(guān)性（r=0.49）。

2.3.2 土壤不同浸提Cd含量及全Cd與小麥不同器官Cd含量間的相關(guān)性

土壤不同浸提Cd含量及全量與小麥同一器官Cd含量間的相關(guān)性存在差異（圖4），土壤EDTA-Cd含量及土壤Cd全量與小麥吸收Cd含量關(guān)系密切，無(wú)論是與莖葉Cd還是籽粒Cd都達(dá)到極顯著的線性相關(guān)關(guān)系；HCl-Cd含量與小麥不同器官的吸Cd量間相關(guān)關(guān)系最差，僅與小麥莖葉Cd含量間達(dá)極顯著線性相關(guān)，而與籽粒Cd間的相關(guān)性不顯著；HNO3-Cd含量與小麥吸收Cd之間的關(guān)系介于二者之間，與小麥莖葉Cd含量及籽粒Cd間分別呈極顯著和顯著相關(guān)。

圖2 土壤Cd含量之間的相互關(guān)系Figure 2 Relationship between different extractable Cd and total Cd in soil

表3 不同地點(diǎn)小麥不同部位鎘含量及比值Table 3 Ratio and concentrations of Cd in stem and leaves and grains in wheat

2.4 小麥籽粒Cd含量預(yù)測(cè)方程建立及土壤Cd臨界含量確定

2.4.1 小麥籽粒Cd含量預(yù)測(cè)方程建立

分析研究表明，土壤EDTA-Cd含量及全Cd與小麥籽粒中Cd含量間的相關(guān)性最好，均達(dá)到極顯著水平。將土壤EDTA-Cd含量及全Cd結(jié)合土壤主要基本理化性質(zhì)與含量進(jìn)行回歸分析，并以《國(guó)家糧食衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB 2715—2005中所規(guī)定的小麥Cd含量＜0.1 mg·kg-1來(lái)計(jì)算，回歸方程及土壤臨界含量列于表4。可以看出，土壤EDTA-Cd含量可控制方程71.8%的變異，土壤Cd全量可控制方程71.9%的變異，當(dāng)引入土壤pH后方程預(yù)測(cè)能力可分別提高到75.5%（方程2）和75.9%（方程5），但同時(shí)引入pH、陽(yáng)離子交換量（CEC）、有機(jī)質(zhì)（OM）等則對(duì)提高方程的預(yù)測(cè)能力不明顯。

2.4.2 小麥籽粒Cd含量預(yù)測(cè)方程驗(yàn)證

將濟(jì)源8組土壤-植株樣品數(shù)據(jù)帶入籽粒Cd預(yù)測(cè)方程2和方程5中（圖5），可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)土壤Cd全量達(dá)到0.760～1.13 mg·kg-1時(shí)，方程2和方程5預(yù)測(cè)的Cd含量與實(shí)測(cè)的Cd含量間一致性較好，預(yù)測(cè)值均在方程的2倍標(biāo)準(zhǔn)誤差范圍內(nèi)，但隨著土壤Cd含量的進(jìn)一步提高，方程2和方程5的預(yù)測(cè)能力開(kāi)始下降。當(dāng)土壤Cd含量達(dá)到2.10～2.53 mg·kg-1時(shí)，由全量Cd結(jié)合pH在低Cd土壤含量（0.107～0.212 mg·kg-1）下建立的方程已經(jīng)難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)小麥籽粒Cd含量，相對(duì)而言，由EDTA-Cd結(jié)合pH在同等條件下建立的方程仍能較好地預(yù)測(cè)小麥籽粒Cd含量，但也開(kāi)始與實(shí)測(cè)值出現(xiàn)偏離。

由于本次調(diào)查采樣時(shí)間和點(diǎn)位有限，為了進(jìn)一步驗(yàn)證方程的準(zhǔn)確性，將已在“中國(guó)知網(wǎng)”發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)帶入方程，但由于文獻(xiàn)可用資料有限，方程2所需數(shù)據(jù)缺乏，因此僅將篩選出的劉克等[34]7種小麥產(chǎn)區(qū)土壤（pH＞7.5，0.106 mg·kg-1＜Cd＜1.15 mg·kg-1）-小麥數(shù)據(jù)和趙魯?shù)萚35]土壤（7.7＜pH＜8，0.211 mg·kg-1＜ Cd＜2.01 mg·kg-1）-小麥數(shù)據(jù)帶入籽粒Cd含量預(yù)測(cè)方程5中進(jìn)行驗(yàn)證（圖6），發(fā)現(xiàn)以方程預(yù)測(cè)的籽粒Cd含量與實(shí)測(cè)籽粒Cd含量存在一定差異。

2.4.3 土壤Cd臨界含量確定

綜上所述，在pH≥7.5、土壤Cd含量范圍為0.107～2.292 mg·kg-1條件下，方程2和方程5可以較好地預(yù)測(cè)小麥籽粒Cd含量，推薦以方程2和方程5計(jì)算出的土壤Cd含量0.671 mg·kg-1和1.02 mg·kg-1分別作為土壤EDTA-Cd和全Cd的臨界含量。

圖3 土壤不同浸提Cd含量（EDTA-Cd、HNO3-Cd和HCl-Cd）及全量與小麥地上部Cd含量的相關(guān)性Figure 3 Relationship between the concentrations of Cd in wheat（stem+leaves+grains）and different extractable Cd（EDTA-Cd，HNO3-Cd and HCl-Cd）or total Cd in soil

3 討論

本研究中HCl（0.1 mol·L-1）、HNO3（0.43 mol·L-1）、EDTA（0.05 mol·L-1）對(duì)土壤有效Cd的浸提率分別為26.1%、60.0%和53.2%，均與土壤Cd全量呈極顯著相關(guān)關(guān)系，其中土壤EDTA-Cd含量與全Cd含量相關(guān)系數(shù)最高（r=0.85）。該結(jié)果與易磊等[36]在潮土上得出EDTA（0.05 mol·L-1）浸提量為42%的浸提結(jié)果相近，但比李發(fā)生等[13]在河南潮土上得出的93.3%浸提率低，可能與李發(fā)生等添加重金屬到土壤后未經(jīng)老化而直接測(cè)定有關(guān)。

圖4 土壤不同浸提Cd含量（EDTA-Cd、HNO3-Cd和HCl-Cd）及全量與小麥不同器官中Cd含量的相關(guān)性Figure 4 Relationship between the Cd contents in different organs of wheat and different extractable Cd（EDTA-Cd，HNO3-Cd and HCl-Cd）or total Cd in soil

表4 小麥籽粒鎘預(yù)測(cè)方程和土壤Cd的臨界含量（mg·kg-1）Table 4 Regression equations for wheat grain cadmium and critical concentrations in soils（mg·kg-1）

圖5 預(yù)測(cè)Cd含量與實(shí)測(cè)Cd含量的關(guān)系Figure 5 Relationship between predicted and measured Cd

圖6 預(yù)測(cè)Cd全量與文獻(xiàn)中實(shí)測(cè)Cd全量的關(guān)系Figure 6 Relationship between predicted total Cd and measured Cd in literature

本文對(duì)土壤不同浸提Cd含量及全Cd與小麥Cd含量的相關(guān)系數(shù)（r）進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)土壤全Cd含量與小麥Cd含量的相關(guān)系數(shù)與EDTA-Cd和小麥Cd含量間的相關(guān)系數(shù)差別甚微，但均依次高于HNO3-Cd與小麥Cd含量的相關(guān)系數(shù)、HCl-Cd與小麥Cd含量的相關(guān)系數(shù)（圖4）。土壤全量與小麥吸收有很好的相關(guān)性，說(shuō)明這些供試土壤中鎘的來(lái)源比較相似。相關(guān)研究表明[37-38]，總量難以真實(shí)反映Cd在土壤中的生物可利用性和表征其污染危害性，且土壤全Cd含量與小麥Cd含量的相關(guān)系數(shù)與EDTA-Cd和小麥Cd含量的相關(guān)系數(shù)相差很小，土壤有效Cd濃度能夠直接反映植物吸收與生態(tài)危害狀況[4]。此外，當(dāng)土壤性質(zhì)差異比較大、土壤中鎘來(lái)源不同（比如來(lái)自污水和礦渣）時(shí)，土壤可浸提鎘（如EDTA-Cd）是較好的指標(biāo)，因?yàn)镋DTA可以消除高背景以及礦物中無(wú)效態(tài)鎘對(duì)植物有效性的影響。所以在評(píng)價(jià)土壤重金屬污染狀況和確定土壤臨界含量時(shí)，綜合考慮土壤重金屬總量和生物有效性更好[39-40]。

為了驗(yàn)證在土壤Cd含量較低條件下建立的方程對(duì)小麥籽粒Cd的預(yù)測(cè)性，將河南采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)代入對(duì)應(yīng)方程進(jìn)行檢驗(yàn)（圖5），發(fā)現(xiàn)當(dāng)河南土壤Cd全量不超過(guò)1.13 mg·kg-1時(shí)，由土壤EDTA-Cd和土壤全量Cd結(jié)合pH在低Cd土壤含量（0.107～0.212 mg· kg-1）下建立的方程能較好地預(yù)測(cè)小麥籽粒Cd含量。但以方程5預(yù)測(cè)的籽粒Cd含量與劉克等[34]和趙魯?shù)萚35]實(shí)測(cè)籽粒Cd含量之間存在一定差異（圖6）。這除了可能與劉克、趙魯?shù)仍囼?yàn)方式為盆栽、Cd為外源添加等因素有關(guān)外，還可能與所選用的小麥品種單一有關(guān)，因?yàn)樽蚜Ｖ兄亟饘俸康亩嗌俨粌H與小麥從土壤中的吸收量有關(guān)，還與小麥品種將重金屬?gòu)那o葉轉(zhuǎn)移到籽粒的轉(zhuǎn)移系數(shù)有關(guān)[41-42]。

4 結(jié)論

（1）在本文所選用的3種浸提劑中，EDTA-Cd與植物吸收有很好的相關(guān)性，說(shuō)明EDTA-Cd可以作為判定土壤Cd有效性的指標(biāo)。

（2）利用EDTA-Cd或土壤全Cd結(jié)合土壤pH能夠較好地預(yù)測(cè)小麥籽粒的鎘吸收情況。

（3）土壤EDTA-Cd和土壤全Cd的限量值分別為0.671 mg·kg-1和1.02 mg·kg-1（pH=7.5，土壤Cd含量為0.107～2.29 mg·kg-1條件下）。

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The relationship between cadmium in wheat plant and cadmium extracted by EDTA and diluted acids in soil in Huanghuaihai Plain

XIONG Zi1,ZHAO Hui－wei2,LI Ju－mei1*,MA Yi－bing1
（1.National Soil Fertility and Fertilizer Effects Long－term Monitoring Network,Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100081,China;2.The Semi－arid Agriculture Science and Technology Research Center of China,Shijiazhuang 050051,China）

The relationship between the concentrations of soil extractable cadmium（Cd）and Cd taken up by wheat plant is important to evaluate soil testing for extractability and availability of Cd in soil.In the present study,the concentrations of soil Cd extracted by 0.43 mol· L－1HNO3,0.1 mol·L－1HCl and 0.05 mol·L－1EDTA,as well as related to the concentration of Cd in wheat plant was investigated using 11 field soil samples and 24 wheat varieties collected from Huanghuaihai plain.The results showed that the percentage of extractable Cd to total Cd in soils was found in the order：58.7%（0.43 mol·L－1HNO3）＞53.2%（0.05 mol·L－1EDTA）＞25.9%（0.1 mol·L－1HCl）.However,the correlations between the concentrations of soil Cd extracted by the 3 extractants themselves were significant.It was also found that the correlation coefficients（r）between soil Cd extracted by these extractants and Cd in wheat plant in the order：r=0.74（0.05 mol·L－1EDTA）＞r=0.64（0.43 mol·L－1HNO3）＞r=0.49（0.1 mol·L－1HCl）,which indicated that chelating agents,such as EDTA,are better than diluted acids, such as HNO3or HCl,because most of soils in this area are calcareous soils.In the specific area where soil pH ranged from 7.71 to 8.59 andsoil total Cd ranged from 0.107 to 0.212 mg·kg-1,the regression equations of EDTA extractable Cd combined with the soil pH were developed and can be used to predict the concentrations of Cd in wheat plants very well although soil total Cd also worked well.According to the regression equations and the limits of Cd in wheat grains,the safety critical values of EDTA extractable and total Cd in soil were estimated as 0.671 mg·kg-1and 1.02 mg·kg-1,respectively.These results are very helpful for risk assessment of Cd in soils and wheat grains in the main wheat producing area—Huanghuaihai Plain.

Huanghuaihai Plain;wheat;total Cd;extractable Cd

S512.1

A

1672－2043（2016）12－2275－10

10.11654/jaes.2016－0887

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2016－07－05

河北省科技計(jì)劃項(xiàng)目（15274008D）；公益性行業(yè)（環(huán)保）科研專項(xiàng)（201509032）；國(guó)家科技支撐項(xiàng)目（2015BAD05B01）

熊孜（1991—），女，湖南湘潭人，碩士研究生，從事農(nóng)田重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及修復(fù)研究。E－mail：sunflowerxiongzi@sina.com

*通信作者：李菊梅E－mail：lijumei@caas.cn