恩施富硒区土壤及碎米荠硒镉关系研究

秦邦，黄光昱，陈永波，胡百顺，熊倩，陈娥，张朝阳

（恩施土家族苗族自治州农业科学院，湖北 恩施 445000）

摘要：以恩施富硒区土壤和碎米荠为试验材料，测定土壤和碎米荠中硒镉含量并分析其相关性。结果表明，土壤和碎米荠中硒镉具有不同程度正相关性。该研究对于下一步试验及农业生产具有参考意义。

关键词：土壤；碎米荠；硒；镉

中图分类号：                    文献标识码：A                  文章编号：

Study on the Relationship between Selenium and Cadmium in Soil and Cardamine hirsuta in the Rich Selenium Areas of Enshi

QIN Bang, HUANG Guang-yu, CHEN Yong-bo, HU Bai-shun, XIONG Qian, CHEN E, ZHANG Chao-yang

(Enshi Autonomous Prefecture Academy of Agricultural Sciences, Enshi 445000, Hubei, China)

Abstract: Using soil and Cardamine hirsuta as experimental material in the rich selenium areas of Enshi, the contents of selenium and cadmium were measured, and their correlation was analyzed. The results showed that there was a positive correlation between selenium and cadmium in soil and Cardamine hirsuta. This research is of reference significance for the next experiment and agricultural production.

Key words: soil; Cardamine hirsuta; selenium; cadmium

1973年联合国世界卫生组织宣布，硒是人和动物生命必需的微量元素。大量研究表明，硒具有提高人体免疫力、清除自由基、化解重金属对人体的毒害等广泛的生物学作用，特别是对肺癌、肠癌、前列腺癌和肝癌等有较好的预防和治疗效果。缺硒对人体健康危害较大，可能引起心脏病、老年性疾病、肝和胰脏疾病、不孕症、高血压、糖尿病、白内障、克山病以及贫血等四十多种疾病。1980年中国农科院组织开展全国土壤、作物中硒含量调查，结果表明，我国有2/3地区属于缺硒地区，其中1/3为严重缺硒地区^[1]。

镉是具显著生物毒性的重金属，在人体中的毒性仅比汞低而位居第二，和汞、砷、铬、铅一起被称为土壤中的“五毒元素”。镉进入人体后损害肾脏、生殖腺和中枢神经，导致人体骨骼生长代谢受阻，从而引发骨骼的各种病变，并可导致肺水肿、高血压、贫血、骨软化症和臭觉减退甚致丧失等病症。

恩施是世界硒都，境内具有迄今为止“全球唯一探明独立硒矿床”，硒矿蕴藏量居世界第一，是世界天然生物硒资源最富集的地区，被誉为“世界第一天然富硒生物圈”。近年来，在政府的大力引导和支持下，恩施的硒产业得到了较快的发展，逐步形成“硒+X”的局面。本研究立足于恩施州富硒资源，着力研究富硒区土壤及碎米荠硒镉关系，以期促进恩施州硒产业的发展。

1 材料与检测

1.1 试验材料

土壤样品10个，碎米荠样品4个，多随机采集于恩施富硒区新塘乡双河社区一带（样品来源见表1）。

1.2 检测项目

对样品硒含量、镉含量进行记载检测。硒含量采用原子荧光光谱法，按照GB 5009.93-2017进行测定；镉含量采用原子吸收光谱法，按照GB 5009.15-2014进行测定。

2 结果与分析

2.1 试验结果

由表1可知，所测土壤样品中，硒含量最高为2.70mg/kg、最低为0.36mg/kg，镉含量最高为1.94mg/kg、最低为0.32mg/kg；所测碎米荠样品中，硒含量最高为110.69mg/kg、最低为0.68mg/kg，镉含量最高为326.00mg/kg、最低为1.76mg/kg。

表1 硒镉含量检测结果

2.2 土壤样品硒镉关系

对土壤样品硒镉含量数据做折线图（见图1），计算协方差和相关系数，研究其相关性。

图1 土壤样品硒镉含量折线图

利用公式Cov(X,Y)=E[(X-E[X])(Y-E[Y])]计算土壤样品硒镉含量协方差，其中X、Y分别代表硒、镉含量测定值，[X]、[Y]分别代表硒、镉含量平均值，经计算知Cov(X,Y)=0.1916。

利用下列公式计算土壤样品硒镉含量相关系数，其中Cov(X,Y)为X，Y的协方差，D(X)、D(Y)分别为X、Y的方差，经计算知ρ=0.44。

    由图1可知，土壤样品硒镉含量升高或降低趋势具有一定相关性；其协方差Cov(X,Y)＞0，说明硒镉含量为正相关；其相关系数0.3＜ρ＜0.5，说明硒镉含量为中等相关。综上，土壤样品中硒镉含量为中等正相关关系。

2.3 碎米荠样品硒镉关系

对碎米荠样品硒镉含量数据做折线图（见图2），计算协方差和相关系数，研究其相关性。

图2 碎米荠样品硒镉含量折线图

利用公式Cov(X,Y)=E[(X-E[X])(Y-E[Y])]计算碎米荠样品硒镉含量协方差，其中X、Y分别代表硒、镉含量测定值，[X]、[Y]分别代表硒、镉含量平均值，经计算知Cov(X,Y)=3034.46。

利用下列公式计算碎米荠样品硒镉含量相关系数，其中Cov(X,Y)为X，Y的协方差，D(X)、D(Y)分别为X、Y的方差，经计算知ρ=0.55。

    由图2可知，碎米荠样品硒镉含量升高或降低趋势具有一定相关性；其协方差Cov(X,Y)＞0，说明硒镉含量为正相关；其相关系数0.5＜ρ＜1.0，说明硒镉含量为强相关。综上，碎米荠样品中硒镉含量为强正相关关系。

3 小结与讨论

通过测定土壤和碎米荠中硒镉含量并分析其相关性，发现土壤和碎米荠中硒镉呈现出不同程度的正相关性，这与相关研究的结论具有较好的一致性。袁知洋等^[2]研究表明各个农作物基本都出现了根系土壤中硒和镉协同的关系，而农作物体内的硒镉关系有所差异，水稻和白菜、萝卜及其根系土的硒镉相比其他农作物之间协同关系较为显著，其他农作物及其根系土硒镉含量也有不同程度的关联。宋明义等^[3]通过对浙西富硒土壤中硒镉含量、存在形态和在稻米中的含量，发现成土母岩中高背景导致农产品富硒和镉含量超标。

由于硒镉含量自然条件下的协同关系，为合理利用硒资源，避免重金属镉的污染，发展增硒降镉技术显得尤为重要。目前土壤镉污染治理方法以改土法、化学钝化法和植物修复法为主。其中改土法成本高，实施难度大^[4]；植物修复法虽实施方便、经济、环保，但治理周期长，不适合我国国情，难以大面积推广应用^[5]；化学钝化法，通过增施石灰调节土壤pH起到释放硒元素、固定镉金属的作用，见效快、效果明显，是目前适合我国实际情况的方法^[6-8]。此外，全生育期淹水灌溉、降镉剂等在作物降镉方面也有一些应用^[9-10]。

参考文献：

[1]  李家熙, 张光弟, 葛晓立，等. 人体硒缺乏与过剩的地球化学环境特征及其预测[D]. 北京:地质出版社, 2000.

[2]  袁知洋, 项剑桥, 吴冬妹，等. 恩施富硒土壤区主要农作物硒镉特征以及和根系土硒镉关系研究[J]. 资源环境与工程，2017, (6).

[3]  宋明义, 岑静, 黄春雷，等. 高镉地质环境富硒土壤特征及其生态效应[J]. 地球与环境，2012, 40(3):354-360.

[4]  黄益宗, 郝晓伟, 雷　鸣，等. 重金属污染土壤修复技术及其修复实践[J]. 农业环境科学学报，2013, 32(3):409-417.

[5]  王卫华, 雷龙海, 杨启良，等. 重金属污染土壤植物修复研究进展[J]. 昆明理工大学学报（自然科学版），2015, 40(2):114-122.

[6]  周相玉, 冯文强, 秦鱼生，等. 镁、锰、活性炭和石灰及其交互作用对小麦镉吸收的影响[J]. 生态学报，2013, 33(14):4289-4296.

[7]  倪中应, 沈　倩, 章明奎. 秸秆还田配施石灰对水田土壤铜、锌、铅、镉活性的影响[J]. 农业资源与环境学报，2017, (3):215-225.

[8]  颜送贵, 敖亚平, 蔡学勇，等. 湘米增硒降镐研究总结报告. 农业开发与装备，2013, (1):35-37.

[9]  纪雄辉, 梁永超, 鲁艳红，等. 污染稻田水分管理对水稻吸收积累镉的影响及其作用机理[J]. 生态学报，2007, 27(9):3930-3939.

[10]  龚浩如.  降镉剂和水分管理对早稻产量及稻米镉污染的阻控效果[J]. .湖南农业科学，2017, (8):24-26.