环境科学  2021, Vol. 42 Issue (10): 4897-4907   PDF    
引用本文
刘飞, 杨柯, 徐仁廷, 唐世琪. 广西都安县典型水田硒地球化学特征及影响因素[J]. 环境科学, 2021, 42(10): 4897-4907.
LIU Fei, YANG Ke, XU Ren-ting, TANG Shi-qi. Selenium Geochemical Characteristics and Influencing Factors of Paddy Fields in Du'an County, Guangxi[J]. Environmental Science, 2021, 42(10): 4897-4907.
广西都安县典型水田硒地球化学特征及影响因素
刘飞1,2,3, 杨柯1,2,3, 徐仁廷1,2,3, 唐世琪1,2,3     
1. 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所, 廊坊 065000;
2. 中国地质调查局土地质量地球化学调查评价研究中心, 廊坊 065000;
3. 中国地质科学院地球表层碳-汞地球化学循环重点实验室, 廊坊 065000
收稿日期: 2020-12-15; 修订日期: 2021-03-13
基金项目: 全国土壤污染状况详查项目(121201108000168530)；中国地质调查局项目(DD20190518)
作者简介: 刘飞(1979~), 男, 博士, 高级工程师, 主要研究方向为土地质量地球化学调查, E-mail: 29619105@qq.com
通信作者: 杨柯, E-mail: yangkejs@qq.com
摘要: 为发展富硒水稻种植和巩固脱贫成果，在广西都安县百旺镇开展水稻种植区地球化学调查，采集21件岩石和193件水稻根系土-籽实协同调查样品，利用统计学和相关分析方法研究水田土壤硒的分布特征和影响因素.结果表明，百旺镇水田土壤和水稻籽实富硒率分别为67.4%和64.8%，但富硒土壤和富硒水稻籽实样品中镉含量普遍较高；对比显示百旺镇南部种植区水稻籽实富硒率达到61.1%，重金属风险低，发展无污染富硒水稻种植优势明显.相关分析表明次生富集作用是研究区土壤富硒的主要原因，根系土pH和质地不同程度影响土壤硒含量；水稻籽实硒含量主要受根系土硒含量、有效硒含量、pH和Al2O3等影响.镉膳食暴露风险评估显示研究区水稻整体安全，但中部区域水稻膳食暴露风险较高.
关键词: 都安县百旺镇      硒      水稻      相关分析      影响因素      暴露风险     
Selenium Geochemical Characteristics and Influencing Factors of Paddy Fields in Du'an County, Guangxi
LIU Fei1,2,3 , YANG Ke1,2,3 , XU Ren-ting1,2,3 , TANG Shi-qi1,2,3     
1. Institute of Geophysical and Geochemical Exploration, Chinese Academy of Geological Sciences, Langfang 065000, China;
2. Research Center of Geochemical Survey and Assessment on Land Quality, China Geological Survey, Langfang 065000, China;
3. Key Laboratory of Geochemical Cycling of Carbon and Mercury in the Earth's Critical Zone, Chinese Academy of Geological Sciences, Langfang 065000, China
Abstract: This study used 21 rock samples and 193 sets of paddy soil and rice grain samples collected form Baiwang Town, an area of clastic sedimentary rocks in Guangxi, China, to evaluate the potential for selenium-rich agriculture. We analyzed the concentrations of selenium and heavy metals in the soil and rice samples, and discuss the influencing factors by means of statistics and correlation analysis. The results showed that the selenium-rich rate of paddy soil and rice grain in Baiwang Town were 67.4% and 64.8%, respectively, but the content of cadmium in the selenium-rich soil samples was generally higher than the baseline value for China and the background value for Guangxi. In comparison to the screening value of soil pollution risk for agricultural land(GB 15618-2018), the over-standard rate of cadmium was 46.1%, while the over-standard rates of other heavy metals were negligible. The comparison shows that the selenium-rich rate of rice was 61.1% in the southern area of Baiwang Town with a negligible heavy metal content, and the advantages of green selenium-rich rice planting were clear. The correlation analysis showed that secondary enrichment was the main form of selenium enrichment in the study area. The soil pH and texture of the root-zone soil also affected the selenium content of the soil. The selenium content of rice seeds was mainly affected by the selenium content, active selenium content, pH, and aluminum oxide content of the root-zone soil. The risk assessment showed that the level of dietary exposure to cadmium is generally within safe limits, but it is still necessary to strengthen the monitoring of cadmium in rice and control cadmium pollution to reduce the levels of dietary exposure, especially in the central region of Baiwang Town.
Key words: Baiwang Town, Du'an County      selenium      rice      correlation analysis      influence factors      exposure risk     

硒(Se)是人体必需的微量营养元素之一, 国内外大量研究证实硒在提高人体免疫力、预防癌症和地方病等方面有重要功效[1, 2], 但硒属于分散元素, 在地表的分布也极不均匀, 世界土壤硒含量范围为0.01~2.0 mg ·kg-1, 平均含量约0.4 mg ·kg-1[3], 我国表层土壤硒含量背景基准值仅为0.17 mg ·kg-1[4], 同时空间上硒分布极不均衡, 调查显示全国51%的区域处于缺硒或低硒带[5], 但湖北恩施和陕西紫阳等局部地区环境硒高度富集[6, 7].食物是人体摄入硒的主要来源, 稻米作为我国主要粮食作物, 富硒稻谷一直是硒和人体健康领域研究的热点[8, 9].

广西壮族自治区A层土壤硒含量平均值高达0.65 mg ·kg-1, 是我国土壤硒背景值最高的省份[10], 自治区土地质量地球化学调查过程中发现了大批富硒土地资源[11~13], 为推动传统农业向现代农业转变, 助力扶贫攻坚提供了契机.都安瑶族自治县是广西贫困程度最深的县之一, 有"石山王国"之称, 全县石漠化区域占89%, 人均耕地仅0.05 hm2(0.73亩)[14], 宜耕地少, 贫瘠地多, 农产品科技含量低, 严重影响农民脱贫.广西壮族自治区组织实施的1 ∶5万土地质量地球化学评价项目成果显示, 都安县农用地土壤硒含量平均值达到了0.63 mg ·kg-1(数据未发表), 高于广西农用地0.49 mg ·kg-1的平均值[15], 超过全国背景基准值的3倍以上, 具有较高的富硒农业开发潜力.本研究选择都安县水田相对集中分布的百旺镇开展富硒水稻调查, 分析岩石、水稻根系土和水稻籽实样品的硒等元素含量特征及其影响因素, 以期为当地发展富硒水稻种植和巩固脱贫攻坚成果提供科学依据.

1 材料与方法 1.1 研究区概况

百旺镇位于都安县东部, 全镇下辖10个行政村, 总面积267 km2, 辖区大部分位于刁江和红水河冲积带, 为半丘陵半石山地貌, 境内无污染型工业企业, 百旺镇在河池有"鱼米之乡"之称, 农业耕作条件在河池市相对较好.

百旺镇地处右江再生地槽都阳山隆起东侧的百旺向斜, 研究区位于二叠系-三叠系碎屑岩分布区, 主要地层单元为板纳组(T2b)和南洪组(T1n), 主要岩性为泥岩夹细砂岩、粉砂岩和泥灰岩等.研究区外围主要是石炭系-二叠系碳酸盐岩建造, 自研究区由近及远主要地层及岩性分别是合山组大隆组并层(P2h-d, 灰岩、硅质岩和泥岩夹砂岩)、茅口组(P1m, 厚层灰岩夹燧石团块灰岩和白云岩)、栖霞组(P1q, 深灰至灰黑色泥晶灰岩, 含泥质条带、硅质条带和结核)和马平组(CPm, 灰白色泥晶灰岩、微晶灰岩、生物屑灰岩和白云质灰岩)等(图 1).研究区地貌以剥蚀侵蚀低山丘陵为主, 水土条件较好的沟谷多开垦为梯田, 水田以潴育性水稻土为主, 水稻种植历史较长.

图 1 研究区地质及样点分布示意 Fig. 1 Geological sketch map of the study area and the sampling locations

1.2 样品采集和预处理

本研究于2018年5月进行野外踏勘, 确定相对集中的3个水稻种植聚集区域开展调查工作, 分别位于北部古寨屯(A区)、中部百旺镇(B区)和南部板依屯(C区), 同年7月水稻成熟期采集样品.根系土和水稻籽实样品取样方法按照文献[16]的规定执行; 岩石采样选择水田周边人工开挖断面的新鲜露头土, 清除表土和风化层后取样.根系土和岩石样品保存在布质样袋内, 外套塑料袋防止玷污; 水稻籽实使用尼龙网袋保存.研究区共采集水稻根系土-水稻籽实193套, 岩石21件(图 1), 其中A区80套协同调查样品, 10件岩石样品; B区59套协同调查样品, 6件岩石样品; C区54套协同调查样品, 5件岩石样品.

采集的土壤和水稻籽实样品悬挂于室内木架上自然风干, 期间用木锤反复敲打根系土样品防止黏结成块, 加速干燥, 根系土风干后的样品统一过20目尼龙筛, 按照缩分法分出400 g送实验室分析, 分析pH直接使用过20目筛样品, 分析其他元素含量的统一在石英玛瑙罐中进一步细磨至200目以下.水稻籽实样品使用小型脱粒机脱粒, 经精米机处理得到精米, 再用粉碎机粉碎, 过100目后送实验室分析.岩石样品采用以刚玉质为内衬的颚式破碎机粗碎至20目, 缩分出80 g样品, 用无污染行星球磨机粉碎至200目送实验室分析.

1.3 样品分析与质量控制

水稻根系土、水稻籽实和岩石分析由湖北省地质实验测试中心(国土资源部武汉矿产资源监督检测中心)承担, 岩石、土壤和水稻籽实中各指标的分析测试方法和检出限见表 1, 分析过程执行DZ/T 0258-2014[17]和DD 2005-03[18]技术标准, 采用国家一级标准物质控制分析测试结果的准确度和精确度, 其中土壤样品使用5件标准物质(GSS-1、GSS-2、GSS-3、GSS-5和GSS-8); 岩石样品使用3件标准物质(GSR-1、GSR-2和GSR-7), 水稻籽实样品使用2件一级标准物质(GBW10014和GBW10015), 采用重复样监控分析精密度, 所有元素标准物质合格率为100%, 合格率符合文献[17]中的样品分析质量控制要求, 分析数据质量可靠.

表 1 样品分析测试方法和检出限 Table 1 Instrumental methods and detection limits for samples

为分析土壤硒的生物有效性, 参照文献[19]分析了土壤有效硒含量, 分析过程中采用加标回收控制准确率, 标样回收率介于93.8% ~107.3%, 符合文献[17]质量要求.

1.4 数据处理

本文采用Excel 2016和SPSS 19.0对数据进行统计和相关系数统计, 散点图所用数据按平均值±3倍离差方法先剔除异常值, 使用ArcGIS 10.2和CorelDRAW X3绘制相关图件.

2 结果与讨论 2.1 根系土理化性质

193件水稻根系土的理化性质统计结果见表 2.正态分布检验显示, 研究区水稻根系土Cd、Cr、Pb、Zn、SiO2、Al2O3和有机碳(TOC)等含量数据既不符合正态分布, 也不符合对数正态分布, 因此以中位值代表整体含量状况.统计结果显示研究区水稻根系土pH范围4.47~7.83, 中位值为5.03, 整体呈酸性-强酸性, 中性和碱性样品比例极低.氮和有机碳含量显著高于全国平均含量, 磷含量略高于全国平均值, 但钾含量缺乏; 有机碳和土壤黏粒(粒径＜0.002 mm)占比均低于广西平均水平, 表明该地区水田土壤保肥能力有限, 是影响土壤养分的重要因素; 硅含量与全国平均水平接近; 铝铁氧化物含量显著高于全国含量水平, 而钙、镁、钠和钾含量明显低于全国含量水平, 反映了湿热条件下研究区土壤经历了明显的富铝铁化过程.

表 2 研究区水稻根系土理化性质(n=193) Table 2 Descriptive statistics of physicochemical properties of rice root-zone soil

2.2 根系土硒与重金属

研究区水稻根系土硒含量均值为(0.46±0.11)mg ·kg-1, 低于广西土壤背景值, 但明显高于全国土壤背景值(0.290 mg ·kg-1)[4], 也显著高于全国水稻土硒含量水平(0.201 mg ·kg-1)[20], 依据标准DD 2019-10[21]评价, 研究区水稻根系土有130件达到富硒标准, 富硒率67.4%, 具有较高的富硒潜力.根系土有效硒含量为(13.06±5.94)mg ·kg-1, 有效硒占全量硒的比例均值为2.8%, 在相同提取方法下, 高于广西池州市硒地质高背景区茶园土壤有效硒的占比[22], 但低于桂林富硒区土壤有效硒的占比[23].

研究区8种重金属元素平均含量均高于全国背景基准值, 除砷外其余7种重金属含量均高于广西背景值(表 3); 依据GB 15618-2018[24]评价, 有84件样品镉含量超风险筛选值低于风险管制值, 占43.5%, 5件样品超风险管制值, 占总样品数的2.6%, 其他重金属超标(高于风险筛选值)率较低, 砷、铜、汞、铅和锌的安全利用类比例分别为4.1%、4.1%、1.6%、5.2%和2.6%, 仅有1件样品铅含量超过风险管制值, 生态风险较低, 因此, 镉含量较高是影响百旺镇水田土壤环境的主要问题.

表 3 研究区水稻根系土Se和重金属含量(n=193) Table 3 Descriptive statistics of contents of selenium and heavy metals of rice root-zone soil

对130件富硒水稻根系土进行统计发现, 镉含量均值为0.46 mg ·kg-1, 显著高于63件非富硒水稻根系土均值0.25 mg ·kg-1, 全区镉含量超管制值的5件根系土样品均富硒, 因此研究区水稻根系土整体富硒的同时还伴有一定程度的镉生态风险, 是发展绿色富硒农业面临的主要地球化学问题.

研究区94.3%的根系土pH低于5.5, 将pH划分为pH≤5.0(n=82)、5.0＜pH≤5.2(n=67)和pH>5.2(n=44)3个区间分别统计镉超标率和富硒率.结果显示pH≤5.0区间镉超标率最高, pH>5.2区间次之, 5.0＜pH≤5.2区间最低(图 2), 大致呈现镉超标率与pH呈负相关的趋势, 且土壤富硒率与镉超标率呈现同步变化趋势.进一步相关分析显示水稻根系土硒含量与镉、砷、铬、汞、铅和锌等重金属含量存在显著正相关, 各重金属含量之间也有明显的正相关性(表 4).研究区无污染型企业, 因此可以推断硒与重金属具有相同的来源, 即主要来源于母岩, 这与恩施等地质背景成因的富硒土壤同时富集重金属的特征相一致[25, 26].

图 2 水稻根系土分pH区间富硒率和镉超标率对比 Fig. 2 Histogram of the ratio of selenium-rich and exceeding- standard rate of Cd by pH ranges

表 4 水稻根系土硒元素与重金属元素间相关系数1)(n=193) Table 4 Correlation coefficients between selenium and heavy metals in rice root-zone soil

为便于各区不同数量级元素含量可对比, 以全区元素含量中位数为本底, 将A、B和C区根系土主要元素含量中位数做归一化处理, 结果显示3个区根系土pH无明显差异; 各区硒含量有较大差异, B区水稻根系土全硒含量最高, C区次之, A区最低; 有效硒C区最高, B区次之, A区最低; 各区镉含量差异明显, A区最高, C区最低; 养分元素各区差异不显著, A区钾含量最高, 但氮、磷和有机碳含量均最低, B区磷含量略高, 钾元素缺乏明显, C区氮和有机碳含量最高, 但钾含量有所不足(图 3), 综合判断A区发展富硒水稻不利因素最多, C区相对优势明显, 需对水稻籽实数据做进一步判断.

纵坐标为各分区样品元素相对含量中位数与研究区全部样品元素相对含量中位数的比值 图 3 各区水稻根系土主要元素相对含量对比 Fig. 3 Comparison of the relative contents of main elements in the rice root-zone soil in different regions

2.3 水稻籽实元素含量特征

研究区193件水稻籽实硒和8种重金属检出率及含量见表 5.水稻籽实硒全部检出, 硒含量范围0.015~0.339 mg ·kg-1, 均值0.076 mg ·kg-1, 中位值0.055 mg ·kg-1, 远高于GB/T 22499-2008[27]的大米富硒标准(0.04 mg ·kg-1), 总体富硒率64.8%.依据GB 2672-2017[28]和NY 861-2004[29]重金属限量值, 研究区水稻籽实镉和铬超标率分别为6.7%和1.6%, 其他重金属无超标, 镉是影响该区水稻籽实的首要污染物, 整体上水稻籽实镉超标率低于全国主要产粮区和广西石灰岩地区[30~32].调查区125件富硒水稻包含了全部14件重金属含量超标水稻(其中1件镉和铬同时超标), 显然受根系土硒和重金属伴生的影响.剔除水稻籽实重金属含量超标样品, 研究区无污染富硒水稻占全部样品的57.5%, 仍然高于全国和广西水稻富硒率[33, 34], 具有很好的市场价值.

表 5 水稻籽实元素含量(n=193)/mg ·kg-1 Table 5 Descriptive statistics of the elemental content of rice/mg ·kg-1

3个水稻集中种植区水稻籽实富硒率对比显示, B区水稻籽实富硒率81.4%, 虽然高于A区(55.0%)和C区(61.1%), 但同时B区水稻籽实镉超标率15.3%, 显著高于全国主要产粮区镉超标率[30], 食用安全风险较高; C区水稻虽然存在镉和铬超标样品, 但镉和铬含量略高于限量标准(3件超标样品含量分别为: 镉0.23 mg ·kg-1, 铬1.04 mg ·kg-1和1.06 mg ·kg-1), 整体上安全风险可控, A区水稻籽实富硒率相对较低, 镉含量均值高于C区; 综合土壤对比结果, C区是百旺镇发展无污染富硒水稻种植的理想区域.

2.4 影响土壤硒元素含量的因素

土壤是母岩在生物、气候和地形等综合作用下形成的, 成土过程直接影响各元素在土壤中的含量水平.有研究表明, 成土母岩[35, 36]、风化过程[13, 37]和土壤理化性质[7, 13, 38]等都可能影响土壤硒含量.

研究区有21个协同调查采样点周边采集到了岩石样品, 均为粉砂质泥岩或泥页岩, 造岩元素标准差均较低, 表明研究区成岩环境和时代相同.岩石硒含量0.037~0.305 mg ·kg-1, 均值0.123 mg ·kg-1(表 6), 低于我国东部泥(页)岩的硒含量0.17 mg ·kg-1[39], 但高于桂林土壤富硒区岩石硒含量[23]. 8种重金属除砷和铬外, 其余6种重金属均高于我国东部泥(页)岩, 反映重金属地质高背景区特征.岩石同点位的21件水稻根系土硒含量均值为0.43 mg ·kg-1, 接近研究区193件水稻根系土的硒含量水平, 同点位根系土硒含量与岩石硒含量无明显相关性[图 4(a)], 与武鸣和桂林研究区结论相同[13, 23], 表明有其他主导因素掩盖了母岩和土壤硒含量的继承关系.

表 6 岩石元素含量(n=21)/mg ·kg-1 Table 6 Descriptive statistics of the elemental content of rocks/mg ·kg-1

图 4 根系土硒含量与主要影响因素之间的相关关系 Fig. 4 Correlation diagrams between soil selenium content and influencing factors

风化作用是改变地表化学组成的重要过程, 也是岩石元素含量显著变化的过程, 通常采用土壤风化淋溶系数(ba)来表征土壤的风化程度[40], ba值是土壤钾、钠、钙和镁氧化物分子数之和与氧化铝分子数的比值, 计算见式(1):

(1)

ba值越小表明土壤风化程度越高, 图 4(b)显示研究区193件水稻根系土风化淋溶系数与硒含量呈显著负相关(R=-0.725, P＜0.01), 表明随着风化程度增加, 土壤硒含量增大, 因此次生富集是研究区土壤富硒的主要原因.这与重庆典型农业区研究结果相一致[35].研究区岩石风化成壤过程中, 母质对土壤硒浓度的影响逐渐降低, 而风化淋溶的作用趋于增加, 次生富集掩盖了母岩和土壤硒含量的继承关系[13, 41].

土壤酸碱度是土壤各种化学性质的综合反映, 它在很大程度上决定了硒存在的化学形态[35].图 4(c)显示研究区水稻根系土pH与硒含量呈弱负相关, 与其他研究的结论一致[12, 35, 42].土壤中的硒在酸性和中性条件下主要以亚硒酸盐形式存在, 易于和黏土矿物形成稳定的络合物; 随着pH升高, 易溶的硒酸盐比重增高[35, 43], 硒酸盐易被植物吸收, 但同时也易淋失, 从而使土壤中的硒减少, 因此水田土壤酸性条件下有利于硒的富集.

质地是土壤重要的物理性质之一, 图 4(d)显示, 根系土黏粒含量与硒含量呈正相关, 表明随着黏粒的增加, 土壤硒含量有增加的趋势, 这与广西其他研究结论相一致[23, 44].研究区水田根系土均呈酸性, 土壤硒以亚硒酸盐为主, 通常认为亚硒酸根离子易被黏粒矿物和倍半氧化物固定, 因此土壤中黏粒含量越多, 硒含量往往较高[45, 46].

2.5 影响水稻籽实硒含量的主要因素

土壤富硒仅代表了具备产出富硒农产品的可能, 水稻籽实是否富硒则直接影响了水稻营养价值, 在不考虑水稻品种的情况下, 水稻籽实硒的量主要取决于土壤供硒水平和pH等理化性质[26].

水稻根系土全硒和有效硒含量均与水稻籽实硒含量显示了显著的正相关关系[图 5(a)和图 5(b)], 与室内栽培试验和野外研究结论一致[47~49].反映了土壤营养元素对籽实的继承性.研究区水稻籽实硒含量随根系土pH升高而降低[图 5(c)], 与陈锦平等[50]在广西浔郁平原研究结论相近, 但与付中彪等[49]在赣南地区获得的研究结论相反.酸性条件下, 土壤硒主要以亚硒酸盐的形式存在, 易于和金属氧化物形成稳定结合态硒[51], 在碱性条件下, 硒主要以硒酸盐形式存在, 硒酸盐相对亚硒酸盐更易溶于水并被植物吸收, 因此, 随着pH的升高, 土壤硒的有效性应有所增高[3], 但另一方面研究区以梯田为主, 由于亚硒酸盐更易淋失[52], 可能导致土壤pH偏高的地区水稻根系土硒淋失率较高, 间接影响水稻籽实硒的含量, 这可能是不同文献土壤pH与水稻籽实硒含量相关性不一致的原因.

图 5 水稻籽实硒含量与主要影响因素之间的相关关系 Fig. 5 Correlation diagrams between seed selenium content and influencing factors

南方岩石风化成壤过程中随着富铝化作用的加强, 土壤中的Al2O3不断累积, 图 5(d)显示水稻籽实硒含量与土壤中的Al2O3呈显著负相关. Matos等[53]的研究表明铁铝氧化物对植物吸收硒起着重要的作用, 铁铝氧化物带有正电荷, 有较大的比表面积, 硒离子可以与铁铝氧化物形成较稳定的球表面复合体, 尤其酸性土壤中Al2O3对降低硒活性的影响更为明显.徐文坡等[54]对铁铝氧化物吸附硒的行为研究发现随着pH值的降低, 铁铝氧化物对硒氧阴离子团的吸附率显著增高, 在pH＜6.0时, Al2O3对亚硒酸盐的吸附率高达60%以上.因此研究区土壤呈酸性有利于Al2O3对硒的吸附.

综上所述, 水稻籽实硒含量主要受土壤全硒和有效硒含量的影响, 同时还受到pH和Al2O3的共同作用, pH影响土壤硒的形态的同时还影响Al2O3对硒的吸附.另外有报道显示不同品种的水稻吸收硒的能力差异很大[26, 55], 因此硒从土壤到水稻籽实的迁移过程十分复杂, 不同的研究可能会出现不同的结论.

2.6 稻谷中镉膳食暴露风险评估

有研究表明, 我国居民从大米及其制品中摄入的镉占总摄入量的贡献率最高[56], 研究区水稻镉含量较高, 特别是B区水稻籽实镉超标率高于全国平均水平, 存在食用安全风险, 有必要对稻谷镉膳食暴露进行评估.评估标准参照世界卫生组织(WTO)联合专家委员会(JECFA)制定的每月耐受摄入量(PTMI, 25μg ·kg-1)[57], 人群稻谷镉膳食暴露风险表达的计算见式(2):

(2)

式中, EMI为镉每月摄入量(μg ·kg-1); C为水稻籽实镉含量(mg ·kg-1); MI为每月稻谷消费量; BW为标准人均体重.研究区成人食物消费量数据和标准人均体重数据来自文献[58].以研究区水稻籽实镉含量中位值计算中位EMI值.计算结果表明, 研究区成年居民膳食稻谷镉中位EMI值为1.60μg ·kg-1, 是WHO规定PTMI值的6.4%, 说明整体上研究区稻谷镉含量处于安全水平, 但B区成年居民膳食稻谷镉中位EMI值为4.29μg ·kg-1, 是WHO规定PTMI值的17.2%, 膳食暴露风险明显高于其他区域, 特别是长期食用当地镉含量超标(>0.2 mg ·kg-1)的水稻籽实情况下, EMI将接近或高于WTO建议的PTMI值.研究区水稻籽实镉超标样品主要分布在B区.因此, B区稻谷镉膳食暴露风险相对较高, 有必要加强水稻籽实镉含量监测和治理, 从源头上降低居民膳食中镉暴露水平.

根据文献[59], GB 2762征求意见稿拟将食品加工用糙米的标准放宽到0.4 mg ·kg-1, 但食用糙米和大米(粉)依然维持在0.2 mg ·kg-1, 对镉轻度超标(0.2~0.4 mg ·kg-1)稻谷进入市场放宽了条件.根据现有研究资料, 高硒环境可降低镉的毒性, 生理学研究已证明硒对镉诱导的相关基因与蛋白的表达增高具有拮抗作用, 可有效减缓镉的毒性[60, 61], 例如富硒高镉稻米产区未见群体性镉膳食摄入中毒报告[62], 因此建议对富硒稻谷产区食用大米的镉摄入风险开展专题评估研究, 对富硒高镉稻谷设置行业标准, 缓解富硒稻谷产区镉超标稻谷的利用难题.

3 结论

(1) 百旺镇水田土壤富硒率67.4%, 具有较高的富硒水稻发展潜力, 镉含量较高是影响土壤质量的主要地球化学问题.

(2) 百旺镇水稻籽实整体富硒, 但镉含量较高, 无污染富硒水稻占全部样品的57.5%; 百旺镇南部板依屯周边水田相对于北部和中部发展无污染富硒水稻种植的优势更明显.

(3) 研究区水田土壤在成土过程中发生了强烈的硒的次生富集, 土壤风化淋溶掩盖了母岩与土壤硒元素的继承关系, 是影响土壤硒含量的主要因素; 土壤酸碱度和质地也是影响土壤硒含量的因素; 水稻籽实硒含量主要受根系土硒含量、有效硒含量、pH和Al2O3含量影响.

(4) 研究区整体上稻谷镉含量处于安全水平, 摄入暴露风险低于WHO规定PTMI值, 但B区水稻籽实镉超标样品相对集中, 长期食用摄入暴露风险较高, 建议采取措施降低该区居民稻谷镉的摄入水平.

(5) 本研究存在一定的不确定性, 受项目周期限制仅采集了早稻样品, 未采集晚稻, 未能反映多季作物的元素含量差异.另外, 未开展研究区降雨和径流对土壤硒影响的研究, 后续将进行补充相关工作, 量化降雨对土壤硒的贡献, 更全面地反映研究区硒迁移状况.

致谢: 广西地质调查院李杰高级工程师为本文提供了研究资料, 并为野外工作提供帮助, 在此表示感谢！

参考文献
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