2014年4月全国土壤污染状况调查公报报道，全国土壤中污染物总超标率为16.1%，耕地污染点位超标率达到19.4%，重金属是主要污染物。耕地土壤的重金属污染不仅影响农作物生长、粮食产量和质量，还通过食物链严重威胁人体健康^[1]。

在重金属污染物中，汞作为一种毒性极强的元素备受关注，已被许多国际组织列为优先污染物^[2]。我国由于土壤汞污染而引起的农产品汞污染比较严重，在贵州汞矿区，稻谷中汞浓度高达569 μg·kg^-1[3]，食用大米已成为当地居民汞暴露的主要途径^[4]，严重威胁着当地的农田生态安全及居民健康。水稻是我国第一大粮食作物，稻米质量安全问题直接维系消费者的健康。郭翠花等^[5]研究重工业城市农田生态系统中汞污染时发现，几种农作物籽粒（玉米、高粱、水稻、小麦、谷子）中水稻对汞的吸收富集最强。籼稻是我国南方主要的口粮品种，产量占我国稻谷总产量的一半以上^[6]，仲维功等^[7]报道籼稻对汞的富集能力高于粳稻。目前已有不少关于稻米籽粒汞的研究^{[4, 8, 9, 10]}，但关于不同籼稻品种对汞的吸收富集研究较少。因此，开展不同籼稻品种对汞吸收富集的研究，明确不同籼稻品种糙米对土壤汞吸收富集规律，对于合理安排水稻种植、保障农产品的质量安全具有重要意义。

1 材料与方法 1.1 材料

供试的19个籼稻品种（Ⅱ优3301、Ⅱ优673、东联5号、丰Ⅱ优1号、佳福占、内2优6号、纳科1号、培杂泰丰、泉珍10号、深两优5814、特优009、特优175、天优998、扬两优6号、宜香2292、宜优115、宜优673、宜优99、岳优9113）采自福建省9个地（市）（福州、福清、泉州、莆田、漳州、三明、宁德、南平、龙岩），是福建省普遍栽培的水稻品种。 1.2 样品采集及处理

在水稻成熟期，选择采样单元，在采样单元内选取籽粒成熟饱满的稻穗多点采集约0.5 kg，同时多点采集水稻植株下的表层土壤（0～15 cm），共采集283对样品。稻米样品自然风干后去壳，将糙米磨碎置于自封袋中于-20 ℃冰箱中冷藏。土样经风干研磨后，过2 mm尼龙筛，取其中部分继续研磨后全部过100目（<0.149 mm）尼龙筛，置于自封袋中保存在干燥通风处。 1.3 测定方法

土壤基本理化性状用常规方法^{[11, 12]}测定，供试土壤的基本理化性质见表 1。土壤总汞采用NY/T 1121.10—2006方法测定^[13]，土壤样品每5个做1次重复，同步做3个空白，同时插入土壤标准物质GSS-2[总汞含量（0.015±0.002） mg·kg^-1]以保证试验的准确性及可靠性。标准物质实测值为（0.016±0.002） mg·kg^-1（n=24），该标准物质的总汞回收率介于93%～110%之间，说明采用以上方法测定的总汞数据可靠。土壤有效汞用0.03%TGA-1/15 mol·L-1 Na₂HPO₂浸提^[14]。

糙米汞测定方法如下：称取糙米试样1 g左右（精确至0.000 1 g）置于50 mL三角瓶中，加入10 mL混合酸（硝酸∶高氯酸＝4∶1），加盖小漏斗浸泡过夜，于通风橱内电热板上低温消解，使试样消化液保持微沸；观察消化情况，若试样消化液颜色仍较深（棕黑色），取下稍冷，再加3～5 mL混合酸，加热至消化液呈无色透明或略带黄色，继续加热至将高氯酸的白烟赶尽，当消化液剩1 mL左右取下，冷却；将试样消化液全部洗入25 mL容量瓶中，加入1.25 mL盐酸，定容，摇匀，放置澄清。糙米样品每5个做1次重复，同步做3个空白，同时插入大米标准物质GBW10044（GSD-22）[四川大米，总汞含量（0.002 2±0.000 5）mg·kg^-1]以保证试验的准确性及可靠性。标准物质实测值为（0.002 5±0.000 4）mg·kg^-1（n=21），该标准物质的汞回收率介于90%～105%之间，说明采用以上方法测定的有效汞数据是可靠的。用原子荧光分光光度计（AF－610B 北分瑞利）测定Hg含量。

表 1 采样区土壤的基本理化性质 Table 1 Basic physical and chemical properties of soils in investigated areas

表选项

试验数据采用Excel和Sigmaplot 12.0软件进行处理，并采用SPSS19.0软件Turkey多重比较法分析各水稻品种糙米汞含量的差异性以及两系杂交籼稻、三系杂交籼稻、常规籼稻富集系数之间的差异性。 2 结果与讨论 2.1 土壤汞含量及其影响因素 2.1.1 土壤总汞含量

田间采集的土样总汞含量范围为0.02～1.81 mg·kg^-1，平均值为0.34 mg·kg^-1，是我国土壤汞背景值（0.04 mg·kg^-1）的8.55倍，福建省土壤汞背景值（0.081 mg·kg^-1）的4.22倍，远高于西藏（0.026 mg·kg^-1）、深圳（0.07 mg·kg^-1）而低于广州（0.614 mg·kg^-1）等土壤中汞的含量^{[15, 16, 17]}。我国《土壤环境质量标准》中规定土壤汞一级标准为0.15 mg·kg^-1，在pH＜6.5的酸性土壤中二级标准为0.3 mg·kg^-1。土壤样品总汞量超过二级标准的占37%，超过一级标准的占77%，说明部分地区水稻土已经遭受了一定程度的汞污染。采样农田周围无大型燃煤、有色金属冶炼、水泥厂等对大气汞排放量较高的企业，且福建省原煤汞含量以及有色金属汞含量远低于全国平均含量^[18]，故认为大气汞沉降对采样区的影响较小，因此本文不考虑大气沉降对稻米汞含量的影响。 2.1.2 土壤总汞与土壤理化性质的关系

土壤CEC的范围在1.12～30.18 cmol·kg^-1之间，平均值为9.96 cmol·kg^-1。土壤总汞含量与CEC之间呈显著线性相关（P＜0.01），说明阳离子交换量越高，在一定范围内土壤累积汞的能力越强（图 1）。阳离子交换量高的土壤，吸持游离态汞的能力强，从而减少了汞的挥发损失，有利于汞在土壤中的富集。

图 1 土壤总汞与土壤CEC 的关系 Figure 1 Correlation between total soil mercury and soil CEC

图选项

从图 2可见，土壤总汞量与土壤粘粒含量之间呈显著正相关（P＜0.01），说明土壤中汞的累积随着粘粒含量的增加而增加，粘质土壤有利于土壤中汞的富集，细小土粒对汞的吸附固定能力较强，有利于土壤中汞的富集。其他研究也发现，土壤汞含量与粘粒呈极显著相关关系^[19]。

图 2 土壤总汞与土壤粘粒（约0.002 mm）含量的关系 Figure 2 Correlation between total soil mercury and soil clay （<0.002 mm）content

图选项

其他土壤理化性质（pH、有机质、游离铁）与土壤总汞含量的相关性不明显，说明土壤粘粒含量和CEC是影响汞在土壤中富集的主要因素。 2.1.3 土壤汞的有效性及其影响因素

植物主要吸收土壤中元素态汞、溶解态无机汞和小分子有机质结合的汞，对其他形态的汞不吸收^{[20, 21]}。因此，研究土壤有效态汞对评价土壤汞的生物有效性及其环境风险有重要意义。供试土壤有效汞的含量范围为0.001～0.05 mg·kg^-1，平均值为0.015 mg·kg^-1。土壤汞有效度是土壤有效汞与土壤总汞的百分比，供试土壤汞有效度介于0.3%～23.2%之间，平均值为6.4%。

由表 2可知，供试土壤有效汞与土壤总汞呈显著正相关，表明随着土壤总汞含量的增高，土壤有效汞的含量也增高。土壤汞有效度和土壤总汞含量之间呈极显著负相关，说明随土壤总汞含量的增加，有效态汞占总汞的比例降低。除粘粒（<0.002 mm）含量外，其余土壤性质均与有效汞含量无显著相关性。土壤有机质含量与有效度呈显著负相关，这是由于有机质中的腐殖质含有大量的功能基团，能与汞络合或螯合形成稳定的腐殖质汞盐^[22]，从而降低了土壤汞的有效度。CEC与土壤汞的有效度呈显著负相关，说明土壤汞有效度随CEC的升高而降低。粘粒（<0.002 mm）与土壤汞有效度呈显著负相关，说明质地越粘重，对汞的吸附固定能力越强，从而降低了汞的有效度。pH、游离铁与土壤汞有效度无明显相关关系。 　 　

表 2土壤有效汞、有效度与土壤总汞及理化性质的相关性 Table 2 Correlation of soil available mercury and mercury availability factor with soil total mercury，soil physical and chemical properties

表选项

由表 3可知，糙米汞含量范围为0.13～41.78 μg·kg^-1，平均含量为7.85 μg·kg^-1，高于江西（3.70 μg·kg^-1）、湖南（2.10 μg·kg^-1）、广东（2.40 μg·kg^-1）、四川（3.10 μg·kg^-1）的糙米平均汞含量，而低于湖北（12.30 μg·kg^-1）和广西（11.30 μg·kg^-1）糙米平均汞含量^[23]。各品种糙米汞平均含量依次为培杂泰丰＜深两优5814＜岳优9113＜佳辐占＜Ⅱ优673＜宜香2292＜扬两优6号＜东联5号＜宜优115＜宜优99＜内2优6号＜宜优673＜Ⅱ优3301＜丰Ⅱ优1号＜特优627＜天优998＜泉珍10号＜纳科1号＜特优009，糙米汞含量最高的特优009比汞含量最低的培杂泰丰高5.5倍。我国食品污染物限量标准中糙米汞的限量标准为0.02 mg·kg^-1（GB 2762—2012），糙米样品超标率仅3.2%，说明采样区糙米的汞含量总体上是安全的。糙米汞超标率仅为土壤汞超标率（超过二级标准）约1/10，说明土壤汞向稻米的转移比较困难。周俊等^[24]在研究中也发现，水稻根对汞具有极强的束缚力和耐受力，根部积累大量的汞但只有极少部分运输到地上部。

表 3 各水稻品种糙米汞平均含量（采用TukeyHSD 多重比较法） Table 3 Average content of mercury in brown rice of different indica rice varieties

表选项

统计结果表明，只有纳科1号、宜优115、佳辐占糙米汞含量与土壤总汞之间存在显著正相关关系（表 4）。大部分糙米样品汞含量随着土壤总汞量的增加而升高，但相关性不显著。大部分糙米样品汞含量与土壤有效汞含量之间没有显著相关性，只有特优009、东联5号与土壤有效汞呈显著正相关（表 4）。其可能原因：一是水稻样品采自不同的地区，环境条件、农艺管理措施以及土壤性质等方面均存在差异；二是部分水稻品种的样本偏少；三是汞从根系向籽粒的转移难度较大。这些因素均可能影响二者的相关性。宋雯等^[23]调查南方6省稻米总汞含量时就发现稻米汞含量存在地区间差异。也有研究发现，水稻籽粒汞含量与土壤总汞含量之间无显著相关性^[26]。大田条件下多种环境因子都会影响土壤中汞的生物有效性和作物对汞的吸收^[27]。 　

表 4 糙米汞含量与土壤总汞及有效汞的相关性 Table 4 Correlation between brown rice mercury content and soil total and available mercury

表选项

吸收富集系数（BCF）是指植物某一部位的元素含量与土壤中相应元素含量之比，能够反映植物吸收富集土壤重金属的能力。因此，可以用土壤-糙米汞的吸收富集系数比较不同品种水稻富集汞能力的差异。富集系数通常以土壤重金属总量为分母，这种算法存在的问题是富集系数的差异不仅包含了植物品种之间富集能力的差异，还包含了重金属在土壤中有效性的差异。为了更好地反映不同品种对土壤汞富集能力的差异，本文采用该方法，分别以土壤元素全量和有效量为基础进行探讨（表 5）^[28]。统计结果表明，BCF（全量基）与土壤总汞呈显著指数负相关关系，r=0.520（P＜0.01），BCF（有效量基）与土壤有效汞呈显著对数负相关关系，r=0.641（P＜0.01），而BCF全量基及有效量基均与土壤理化性质无明显相关关系。Wang等^[28]研究表明，如果采集的样品所对应的土壤重金属浓度范围是有限的，富集系数会随着相应土壤重金属浓度的变化而变化，因而简单利用富集系数的平均值或中位值来判断植物的吸收富集能力是不合理的，并提出利用富集系数与对应土壤重金属浓度建立回归模型的方法确定代表性的富集系数。本文在土壤总汞含量为0.2 mg·kg^-1和土壤有效汞含量为0.015 mg·kg^-1的点上分别计算了全量基富集系数（BCF0.2）和有效量基富集系数（BCF0.015），用于比较不同品种糙米的富集能力。各水稻糙米样品对土壤汞的富集系数的计算公式如下：

吸收富集系数（BCF）=糙米汞含量/土壤汞含量 　

表 5 糙米汞吸收富集系数统计 Table 5 Statistical results of bioconcentration factor（BCF）of mercury in brown rice

表选项

表 5统计结果显示，各水稻糙米样品对土壤总汞的富集系数存在较大差异，范围在0.001～0.557之间。以BCF（0.2）比较各供试水稻糙米富集系数（全量基）大小依次为：纳科1号＞泉珍10号＞特优627＞丰Ⅱ优1号＞内2优6号＞宜优673＞Ⅱ优3301＞天优998＞宜优99＞东联5号＞扬两优6号＞宜香2292＞Ⅱ优673＞岳优9113＞深两优5814＞佳辐占＞特优009＞宜优115＞培杂泰丰。不同品种糙米对土壤全汞的富集系数差异明显，其中纳科1号富集系数最大，是富集系数最小的培杂泰丰的22倍之多。培杂泰丰是供试两系杂交籼稻中富集系数最低的水稻品种，宜优99和特优009是三系杂交籼稻中富集系数相对较低的品种，佳辐占是常规籼稻中富集系数相对较低的品种。大体上看，两系杂交籼稻对土壤总汞的富集系数低于三系杂交籼稻，但没有显著差异（P＞0.05）。有盆栽试验发现^[7]，杂交籼稻稻谷吸收富集土壤汞的能力高于常规籼稻，而本研究常规籼稻的富集系数并不比杂交籼稻低，两者之间未表现出显著差异（P＞0.05）。

土壤重金属生物有效性及其风险主要决定于有效态的含量，因此以重金属有效量计算糙米对土壤汞的吸收富集系数具有重要意义。供试水稻糙米对土壤有效汞的富集系数范围介于0.01～8.44之间（表 5），明显高于全量基的富集系数。以BCF（0.015）比较各供试水稻糙米富集系数（有效量基）大小依次为：纳科1号＞泉珍10号＞特优009＞天优998＞宜优99＞宜优673＞内2优6号＞丰Ⅱ优1号＞宜优115＞Ⅱ优3301＞宜香2292＞东联5号＞扬两优6号＞岳优9113＞特优627＞Ⅱ优673＞佳辐占＞深两优5814＞培杂泰丰。结果表明，两系杂交籼稻中的低富集品种是培杂泰丰，三系杂交籼稻以及常规籼稻的吸收富集系数均较高。平均而言，两系杂交籼稻对土壤有效汞的富集系数低于三系杂交籼稻，但未表现出显著差异（P＞0.05）。整体上，无论BCF是0.2还是0.015，两系杂交籼稻的吸收富集系数都是较小的，即两系杂交籼稻对土壤汞的富集能力较弱，其中培杂泰丰是所有籼稻样品中对汞富集能力最低的品种，纳科1号对汞富集能力最强。

综合以上结果可知，两系杂交籼稻中的培杂泰丰品种的糙米汞含量、全量基BCF以及有效量基BCF均较低，属于汞的低积累水稻品种。 3 结论

（1）供试土壤中总汞超过土壤二级标准（0.3 mg·kg^-1）的占37%。土壤总汞与土壤CEC和粘粒含量之间呈显著正相关，高CEC和粘粒含量的土壤有利于汞的累积。土壤有效汞与土壤总汞及粘粒含量亦显著正相关，土壤有效度与土壤总汞、有机质、CEC和粘粒含量则显著负相关。

（2）大部分糙米汞含量与土壤总汞及有效汞含量之间均无显著相关。杂交籼稻与常规籼稻糙米汞含量没有明显差异，三系杂交籼稻糙米汞含量高于两系杂交籼稻，但未表现出显著差异。

（3）籼稻糙米对土壤汞的富集系数存在较大差异，两系杂交籼稻均低于三系杂交籼稻，而常规籼稻并不低于杂交籼稻。