广西南流江流域土壤-水稻系统Cd生物有效性及影响因素

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2021.03.04

现代地质 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (03): 625-636.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2021.03.04

广西南流江流域土壤-水稻系统Cd生物有效性及影响因素

邵玉祥¹^,²(), 杨忠芳¹(), 王磊³, 卓小雄³, 张起钻³

1.中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院,北京 100083
2.中国地质调查局应用地质研究中心,四川成都 610036
3.广西壮族自治区地质矿产勘查开发局,广西南宁 530023

收稿日期:2020-05-22 修回日期:2020-06-20 出版日期:2021-06-23 发布日期:2021-06-24
通讯作者: 杨忠芳
作者简介:杨忠芳,女,教授,1961年出生,地球化学专业,主要从事环境地球化学教学和科研工作。Email: yangzf@cugb.edu.cn。
邵玉祥,男,硕士研究生,1993 年出生,地球化学专业,主要从事环境地球化学研究。Email: 127961917@139.com。
基金资助:
广西壮族自治区国土资源厅项目“广西土壤Se、Ge、Cd等元素异常成因与生态效应研究”(桂国土资函[2017]2686号)

Cadmium Bioavailability and Influencing Factors of Soil-rice System in Nanliujiang Catchment of Guangxi

SHAO Yuxiang¹^,²(), YANG Zhongfang¹(), WANG Lei³, ZHUO Xiaoxiong³, ZHANG Qizuan³

1. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083,China
2. Geological Research Center of China Geological Survey,Chengdu,Sichuan 610036,China
3. Guangxi Bureau of Geology and Mineral Prospecting and Exploitation,Nanning,Guangxi 530023,China

Received:2020-05-22 Revised:2020-06-20 Online:2021-06-23 Published:2021-06-24
Contact: YANG Zhongfang

摘要/Abstract

摘要：

广西南流江流域第四系发育形成的土壤中Cd等重金属含量较低,但水稻籽实Cd超标率很高。为了查清Cd在南流江流域土壤-水稻系统中的分布和迁移规律及其生物有效性的影响因素,按照不同成土母质物源分区,系统采集了水稻及其对应的根系土样品,测试了水稻籽实Cd、土壤Cd、pH、Corg、N、S、Mn及氧化物等指标,部分土壤样品进行了七步顺序提取法实验。结果表明,不同母质根系土Cd总量大小顺序为碳酸盐岩区>水系上游第四系区>水系中游第四系区>水系下游第四系区>碎屑岩区,而水稻籽实中Cd含量顺序却基本相反,两者之间不具有明显相关性(r=-0.030,p=0.84 )。形态数据显示,水溶态Cd与籽实Cd相关性较好,能够较好指示研究区Cd的生物有效性,同时,土壤水溶态Cd占比受土壤pH、土壤CaO、Mn、有机碳(Corg)等土壤指标的控制。

关键词: 南流江流域, 土壤-水稻系统, 镉, 生物有效性

Abstract:

The alluvium soil in the Nanliujiang Catchment had the characteristics with low Cd contents in soils but high Cd contents in the rice seeds grown in there. In order to understand the distribution and transfer of Cd in the soil-rice system of the Nanliujiang Catchment, We collected rice and soil samples from different parent material in this region and analyzed the rice Cd and soil Cd, pH, Corg, N, S, Mn and oxides. Meanwhile, seven-step sequential extraction experiments were performed on some of the soil samples to find the representative bioavailability of Cd in soil-rice system. The results showed that compared with different parent soils, the Cd contents of the soils in order for the limestone soils>the upstream alluvium soils>the midstream alluvium soils>the downstream alluvium soils>the clasolite-produced soils, which was contrary to the order of Cd contents in rice seeds grown in these areas, and no significant correlation was observed between Cd contents in rice seeds and in cultivated soils (r=-0.030,p=0.84). It was revealed that total soil Cd content cannot represent bioavailable Cd content absorbed by rice. Water-soluble Cd in the soil was thought to be the main species in Cd translocation from soil to seed, according to its significant correlations between them. With the increase of soil pH, CaO, Mn, and soil organic carbon (Corg), the proportion of water-soluble Cd decreased significantly(r=0.12-0.45). This information may be of great significance for proposing effective measures to reduce the Cd contents of rice in the Nanliujiang Catchment.

Key words: Nanliujiang Catchment, soil-rice system, cadmium, bioavailability

中图分类号:

P595
X142

邵玉祥, 杨忠芳, 王磊, 卓小雄, 张起钻. 广西南流江流域土壤-水稻系统Cd生物有效性及影响因素[J]. 现代地质, 2021, 35(03): 625-636.

SHAO Yuxiang, YANG Zhongfang, WANG Lei, ZHUO Xiaoxiong, ZHANG Qizuan. Cadmium Bioavailability and Influencing Factors of Soil-rice System in Nanliujiang Catchment of Guangxi[J]. Geoscience, 2021, 35(03): 625-636.

图/表 15

参考文献 62

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指标	分析方法	检出限	指标	分析方法	检出限	指标	分析方法	检出限
N	VOL	15	Corg	VOL	0.05	离子交换态	ICP-OES	0.02
P	XRF	8	CaO	ICP-AES	0.02	碳酸盐结合态	ICP-OES	0.02
S	XRF	20	K₂O	ICP-AES	0.01	腐殖酸结合态	ICP-OES	0.02
Mn	ICP-AES	5	MgO	ICP-AES	0.02	铁锰氧化态	ICP-OES	0.02
Cd	ICP-MS	0.02	pH	ISE	0.01	强有机结合态	ICP-OES	0.02
籽实Cd	ICP-MS	0.0001	水溶态	ICP-OES	0.005	残渣态	ICP-OES	0.03

指标	分析方法	检出限	指标	分析方法	检出限	指标	分析方法	检出限
N	VOL	15	Corg	VOL	0.05	离子交换态	ICP-OES	0.02
P	XRF	8	CaO	ICP-AES	0.02	碳酸盐结合态	ICP-OES	0.02
S	XRF	20	K₂O	ICP-AES	0.01	腐殖酸结合态	ICP-OES	0.02
Mn	ICP-AES	5	MgO	ICP-AES	0.02	铁锰氧化态	ICP-OES	0.02
Cd	ICP-MS	0.02	pH	ISE	0.01	强有机结合态	ICP-OES	0.02
籽实Cd	ICP-MS	0.0001	水溶态	ICP-OES	0.005	残渣态	ICP-OES	0.03

指标	精密度/%	准确度/%	指标	精密度/%	准确度/%
N	18.22	9.13	Corg	14.94	4.14
P	11.88	8.11	CaO	13.02	3.43
S	12.64	9.21	K₂O	15.38	3.35
Mn	14.20	7.68	MgO	15.38	4.32
Cd	16.19	9.39	籽实Cd	0.45	6.30
pH	1.81	—

指标	精密度/%	准确度/%	指标	精密度/%	准确度/%
N	18.22	9.13	Corg	14.94	4.14
P	11.88	8.11	CaO	13.02	3.43
S	12.64	9.21	K₂O	15.38	3.35
Mn	14.20	7.68	MgO	15.38	4.32
Cd	16.19	9.39	籽实Cd	0.45	6.30
pH	1.81	—

分区		N		P		S		K₂O		CaO		MgO		Corg		pH		Mn		Cd		籽实Cd
碳酸盐区 (n = 20)	平均值	1 657		807		317		0.74		0.32		0.28		1.61		6.15		225		0.39		0.15
	中位数	1 633		812		319		0.57		0.30		0.26		1.60		6.02		180		0.29		0.12
	变异系数	0.32		0.32		0.27		0.64		0.55		0.49		0.30		—		0.68		1.06		0.91
水系上游第四系 (n = 44)	平均值	1 462		879		333		1.46		0.27		0.32		1.46		5.89		214		0.22		0.14
	中位数	1 418		843		340		1.14		0.23		0.29		1.44		5.79		111		0.18		0.11
	变异系数	0.28		0.43		0.29		0.76		0.63		0.54		0.28		—		1.47		0.71		0.68
水系中游第四系 (n = 50)	平均值	1 444		731		300		1.36		0.25		0.43		1.45		5.74		86		0.13		0.17
	中位数	1 418		661		296		1.21		0.17		0.38		1.40		5.58		72		0.12		0.15
	变异系数	0.25		0.41		0.22		0.57		1.00		0.46		0.26		—		0.60		0.41		0.53
水系下游第四系 (n = 69)	平均值	1 234		821		302		1.63		0.15		0.36		1.30		5.48		91		0.14		0.27
	中位数	1 079		776		268		1.96		0.14		0.36		1.01		5.40		86		0.13		0.25
	变异系数	0.44		0.33		0.47		0.50		0.33		0.43		0.59		—		0.42		0.43		0.59
碎屑岩区 (n = 51)	平均值	1 372		642		284		0.94		0.16		0.32		1.36		5.43		87		0.12		0.12
	中位数	1 303		591		273		0.78		0.14		0.29		1.21		5.40		67		0.10		0.10
	变异系数	0.27		0.38		0.19		0.62		0.54		0.40		0.25		—		0.87		0.43		0.62
总计 (n = 234)	平均值	1 388		772		305		1.31		0.21		0.35		1.40		5.60		124		0.17		0.18
	中位数	1 361		724		294		1.09		0.16		0.33		1.34		5.52		86		0.13		0.15
	变异系数	0.33		0.39		0.33		0.65		0.78		0.47		0.38		—		1.30		0.97		0.72
全国土壤背景^[22]			640		520		150		2.5		3.2		1.8		0.35		—		600		0.09		—
长江流域^[22]			—		650		170		2.2		4.0		2.2		0.47		—		810		0.25		—

广西南流江流域土壤-水稻系统Cd生物有效性及影响因素

Cadmium Bioavailability and Influencing Factors of Soil-rice System in Nanliujiang Catchment of Guangxi

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	N	P	S	K₂O	CaO	MgO	Corg	pH	Mn
Cd总量	0.425^**	0.282^**	0.258^**	-0.087	0.483^**	0.143^*	0.338^**	0.400^**	0.573^**
水溶态	-0.311^*	-0.065	-0.132	-0.040	-0.393^**	-0.226	-0.219	-0.167	-0.424^**
离子交换态	0.463^**	0.140	0.150	0.027	0.287^*	-0.158	0.316^*	0.279	0.023
碳酸盐结合态	-0.058	-0.067	0.072	0.000	-0.105	-0.058	-0.056	-0.056	-0.289^*
腐殖酸态	0.054	0.099	0.094	-0.154	-0.033	-0.099	0.094	-0.161	-0.201
铁锰氧化态	-0.001	-0.114	-0.227	0.154	0.355^*	0.464^**	-0.065	0.268	0.598^**
强有机态	-0.247	-0.170	0.040	0.124	-0.419^**	-0.090	-0.119	-0.352^*	-0.318^*
残渣态	-0.294^*	-0.004	-0.129	-0.082	-0.104	0.097	-0.225	-0.067	0.180

分区		水溶态	离子交换态	碳酸盐结合态	腐殖酸态	铁锰氧化态	强有机态	残渣态	RAC
碳酸盐岩区 (n=9)	平均值	0.46	35.71	11.46	15.64	11.96	6.65	18.13	47.62
	中位数	0.39	36.87	12.07	14.78	11.28	5.60	16.17	49.33
	变异系数	0.62	0.27	0.33	0.28	0.41	0.48	0.59	0.29
水系上游第四系 (n=10)	平均值	0.59	32.59	10.47	15.20	14.10	6.75	20.30	43.65
	中位数	0.64	38.44	9.86	16.37	11.77	6.66	14.86	48.94
	变异系数	0.40	0.48	0.38	0.38	0.64	0.25	0.82	0.46
水系中游第四系 (n=6)	平均值	1.20	27.37	11.80	20.26	13.63	6.17	17.57	42.37
	中位数	1.15	25.78	13.35	16.34	12.73	6.54	13.92	45.11
	变异系数	0.45	0.42	0.35	0.59	0.42	0.27	0.74	0.14
水系下游第四系 (n=21)	平均值	3.88	20.64	15.00	13.02	9.61	15.13	22.72	39.52
	中位数	3.79	20.86	13.37	12.50	8.78	13.37	23.23	36.89
	变异系数	0.50	0.18	0.34	0.37	0.51	0.50	0.32	0.20
碎屑岩区 (n=4)	平均值	1.41	28.20	9.78	26.16	10.40	8.52	15.52	39.39
	中位数	1.44	24.47	10.96	25.40	8.93	8.96	11.62	36.95
	变异系数	1.15	0.60	0.36	0.47	0.36	0.40	0.80	0.10
总计 (n=50)	平均值	2.09	27.16	12.89	15.85	11.48	10.33	20.21	42.14
	中位数	1.29	22.92	12.67	15.05	10.60	8.93	18.27	42.65
	变异系数	0.13	0.54	0.41	0.33	0.42	0.47	0.35	0.29

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