全 文 ：绿色食品生产中土壤作物系统铅的
积累与迁移研究 3
李丽光1 3 3 　何兴元1 　曹志强2 　陈　玮1
(1 中国科学院沈阳应用生态研究所 ,沈阳 110016 ;2 沈阳农业大学 ,沈阳 110161)
【摘要】　研究了 Pb 在土壤2作物生态系统中的积累和迁移 ,并结合水稻绿色食品生产 ,进行了无机肥、有
机肥和生物菌肥及其配比试验. 结果表明 ,土壤全 Pb 含量随土层的加深而逐渐递减 ,收获后土壤全 Pb 含
量在 0～15 和 15～30 cm 分别为 11114 和 9137 mg·kg - 1 . 水稻根从土壤中吸收 Pb ,并向茎、叶和籽粒中迁
移.在同一生长期 ,水稻植株不同部位全 Pb 累积态势为 :根 > 茎叶 > 籽粒. 在不同生长期 ,随水稻生长发
育 ,全 Pb 含量缓慢增加 ,至收获时 ,606214 和辽粳 294 籽粒中全 Pb 含量分别为 01008 和 01007 mg·kg - 1 ,
均低于绿色食品标准. 方差分析表明 ,品种间产量差异显著 ;不同处理间产量差异不显著. 试验结果表明 ,
可以用有机肥或生物菌肥来代替无机肥进行水稻生产.
关键词 　绿色食品 　水稻 　土壤 　Pb 　积累与迁移
文章编号 　1001 - 9332 (2004) 05 - 0891 - 04 　中图分类号 　X171 　文献标识码 　A
Accumulation and translocation of lead in soil2crop system of green food production. L I Liguang1 , HE
Xingyuan1 ,CAO Zhiqiang2 ,CHEN Wei1 (1 Institute of A pplied Ecology , Chinese Academy of Sciences , S henyang
110016 , China ;2 S henyang A gricultural U niversity , S henyang 110161 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2004 ,
15 (5) :891～894.
In this paper ,the accumulation and translocation of lead in soil2crop ecosystems were studied through fertilization
with chemical fertilizer ,manure and bio2fertilizer. The results showed that the soil total Pb content was decreased
with soil depth. It was 11. 14 and 9. 37 mg·kg - 1 in 0～15 and 15～30 cm after harvest ,respectively. Rice root
absorbed lead from soil ,and transferred it to stem2leaf and grain. The Pb content in rice plant was root > stem and
leaf > grain ,which was increased with rice growth. The grains of 606214 and Liao 294 contained 0. 008 and
01007 mg·kg - 1 of Pb ,respectively ,which is under the standard of green food. Variance analysis indicated that
the grain yield of different varieties had a significant variance ,but no significant variance was found among differ2
ent treatments. It could be summarized that manure or bio2fertilizer could be the substitute of chemical fertilizer
in producing rice.
Key words 　Green food , Rice , Soil , Lead , Accumulation and translocation.3 国家重点基金研究发展规划资助项目 (2002CB111506) .3 3 通讯联系人.
2002 - 10 - 12 收稿 ,2003 - 02 - 28 接受.
1 　引 　　言
　　随着农业化学物质源源不断地输入土壤 ,有害
物质在土壤中逐渐富集 ,并通过食物链直接威胁人
类的身体健康. 因此 ,自 20 世纪 70 年代初 ,很多国
家鼓励本国无污染食品的生产和发展. 1990 年我国
决定开发无污染、安全、优质的营养食品 ,并将其定
名为“绿色食品”. 我国绿色食品分为 A 级和 AA
级[15 ] .
绿色食品生产基地的环境标准 ,按其介质不同 ,
可分为空气、水、土壤 3 部分. 其中土壤环境质量是
影响绿色食品质量的最重要因素. 在众多影响土壤
质量的因子中 ,最常见的就是重金属. 重金属在土壤
和作物中的含量是绿色食品能否达到标准的一个关
键指标. 在危害农田的重金属中 , 以 Pb 最为常
见[4 ] .
农田中 Pb 的研究已有很多 ,大多以人工控制
为主 ,结合盆栽试验得出结论. 南忠仁等[3 ]认为 ,人
工控制下重金属元素 Pb 的迁移规律 ,不能反映大
田条件下重金属的迁移规律. 因此 ,在大田条件下对
Pb 的积累与迁移规律进行研究就显得十分重要. 本
试验着重研究了大田条件下 Pb 在土壤2作物生态系
统中的积累和迁移情况 ,结合水稻绿色食品生产 ,进
行化肥、有机肥、生物菌肥及其配比试验 ,通过对 Pb
在土壤、作物和肥料中的含量监测 ,了解土壤和作物
受 Pb 污染的程度 ,为科学施肥 ,提供可靠依据. 在
保证产品安全、营养、无污染的前提下 ,保证土壤的
质量不下降 ,从而使绿色食品生产可持续发展.
应 用 生 态 学 报 　2004 年 5 月 　第 15 卷 　第 5 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,May 2004 ,15 (5)∶891～894
2 　材料与方法
211 　供试材料
供试土壤为台安县新华农场水稻土 ,基本性质见表 1.
供试品种为辽粳 294 和 606214. 辽粳 294 为当地主栽品种 ,
606214 为沈阳农业大学提供. 供试肥料为无机肥 (尿素与磷
酸二铵) 、有机肥 (鸡粪肥)和生物菌肥 (沈阳农业大学提供) .
5 个肥力处理依次为 :处理 1 ,无机肥 ;处理 2 ,无机肥∶有机
肥 = 1∶1 ;处理 3 ,无机肥∶生物菌肥 = 1∶1 ;处理 4 ,无机肥∶
生物菌肥 = 1∶2 ;处理 5 ,无机肥∶生物菌肥 = 2∶1.
表 1 　供试土壤的基本性质
Table 1 Physical and chemical properties of tested soil
土层深度
Soil depth
(cm)
全氮
Total N
(g·kg - 1)
全磷
Total P
(g·kg - 1)
全钾
Total K
(g·kg - 1)
有机质
Organic matter
( %)
0～15 0187 0188 2217 1154
15～30 0164 0139 2118 1129
212 　试验方法
试验于 2001 年在辽宁省鞍山市台安县新华农场进行 ,
采用裂区设计 ,2 个品种 ,5 个处理 ,3 次重复 ,计 30 个小区.
各小区之间用厚塑料布隔开 ,塑料布入土 15 cm ,上面用曲
别针固定在竹杆上. 定期调查取样 ,收获后考种 ,测产.
213 　分析方法
土壤样品全氮采用开氏消煮2蒸馏法测定 ;全磷采用硫
酸2高氯酸消煮2钼锑抗比色法测定 ;全钾采用氢氧化钠熔融
原子吸收分光光度法测定 ;有机质采用开氏消煮2重铬酸钾
法测定 ;重金属 Pb 采用火焰原子吸收分光光度法测定 ;根、
茎叶及籽粒中的 Pb 均采用氢化物原子荧光光谱法测定.
3 　结果与分析
311 　土壤和肥料中的 Pb
土壤全 Pb 含量见图 1. 全 Pb 含量的背景值为
912 mg·kg - 1 (0～15 cm) 和 716 mg·kg - 1 (15～30
cm) ,低于绿色食品所要求的标准 (66164～50116
mg·kg - 1) ,表明该地适合生产绿色食品.
图 1 　土壤全 Pb 含量
Fig. 1 Contents of lead in soil1
Ⅰ1 背景值 Background value , Ⅱ1 收获后 After harvest1
　　在生产过程中施用肥料 ,有可能造成 Pb 污染.
本次试验无机肥中全 Pb 含量未检出 ,有机肥中全
Pb 含量为 3111 mg·kg - 1 ,生物菌肥中为 2182 mg·
kg - 1 . 肥料中的 Pb 在土壤中经过一个生长季的累
积后 ,土壤全 Pb 含量分别为 11114 (0～15 cm) 和
9137 mg·kg - 1 (15～30 cm) ,仍低于绿色食品标准 ,
说明土壤环境未被破坏 ,该地可持续进行绿色食品
生产. 由图 1 可知 ,随着土层的加深 ,全 Pb 含量逐渐
递减 ,大部分 Pb 累积于 0～15 cm 表土层内 ,这与文
献报道是一致的[7 ] . 根据全年土壤全 Pb 含量的累
积 ,在目前这种施肥状况下 ,种植 606214 和辽粳 294
的土壤全 Pb 含量大约分别经过 26～33 和 32～36
年可能超过绿色食品标准.
312 　Pb 在水稻植株中的分布
31211 植株各个部分全 Pb 的积累 　从图 2 可以看
出 ,随着水稻的生长发育 ,根中全 Pb 含量逐渐增
加. 两个品种相比 ,606214 根中全 Pb 含量高于辽粳
294.不同处理相比 ,606214 在抽穗期、灌浆期、成熟
期均表现为处理 3 全 Pb 含量最低 ;辽粳 294 在抽穗
期和成熟期表现为处理 3 全 Pb 含量最低 ,灌浆期处
理 2 全 Pb 含量最低.
图 2 　根中全 Pb 含量
Fig. 2 Contents of Pb in roots of 606214 and Liao 2941
a) 606214 ,b)辽粳 294 Liao 294 , Ⅰ1 抽穗期 Heading stage , Ⅱ1 灌浆期
Filling stage , Ⅲ1 成熟期 Ripening stage1 下同 The same below1
　　由图 3 可知 ,茎叶中全 Pb 含量规律与根中基本
一致 ,即两个品种比较 ,辽粳 294 茎叶中全 Pb 含量
较低 ;5 个处理比较 ,处理 2 和处理 3 中茎叶全 Pb
含量较低.
水稻发育的不同时期两个品种籽粒中的全 Pb
含量见图4 . 抽穗期籽粒中全Pb未检出 ,这可能与
298 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷
图 3 　茎叶中全 Pb 含量
Fig. 3 Contents of Pb in stems and leaves of 606214 and Liao 2941
在刚刚抽穗时就取样有关. 有文献报道 ,籽粒中的
Pb 主要是抽穗以后才被吸收的[9 ] . 在不同品种、不
同处理中 ,籽粒中全 Pb 含量均较低 ,未超过绿色食
品标准 (012 mg·kg - 1) . 从不同品种来看 ,辽粳 294
含量更低一些. 在不同处理中 ,以处理 2 和处理 3 籽
粒全 Pb 含量较低. 据报道 ,世界稻米 Pb 含量一般
为 0107～0114 mg·kg - 1 ,例如北京水稻糙米中 Pb
含量为 0107～0120 mg·kg - 1 ,陕南稻米 Pb 含量为
01007～01145 mg·kg - 1 [1 ] .
图 4 　籽粒中全 Pb 含量
Fig. 4 Contents of Pb in grains of 606214 and Liao 2941
Ⅰ1 灌浆期 Filling stage , Ⅱ1 成熟期 Ripening stage.
　　从图 2～4 可以看出 ,无机肥与有机肥配比为 1
∶1 和无机肥与生物菌肥配比为 1∶1 两种处理植株
全 Pb 含量较低 ,处理 4 和处理 5 全 Pb 含量不稳定.
从不同时期各部分全 Pb 含量来看 ,该试验地的环
境状况十分适合生产绿色食品.
31212 植株全 Pb 含量 　由图 5 可知 ,两个品种植株
全 Pb 含量大体按根、茎叶、籽粒顺序递减[5 ,10 ,13 ] ,
表现为金字塔型[2 ] . 一般来讲 ,人食用部分的 Pb 含
量最低. Zimdahl[14 ]研究发现 ,只有占根部总量 3 %
的 Pb 可以运至地上部分. 南忠仁等[3 ]也认为 ,重金
属主要累积于农作物的根部. 本试验得出相似结论 ,
但 Pb 在根、茎叶和籽粒中的迁移比例与文献中并
不完全一致 ,这可能是由于土壤母质条件和生长环
境不同的缘故. 茎叶和籽粒全 Pb 含量低于根 ,这与
稻根中活性较低的 Pb 形态占优势 , Pb 难以向上运
移有关[12 ] . 不同处理中以处理 2 和处理 3 全 Pb 含
量较低 ,说明化肥与有机肥或生物菌肥配合施用对
作物是有益的 , 这与 Sarkar [6 ] 的研究结果一致.
Sarkar [6 ]认为 ,要保持土壤生产力 ,必须在水稻田中
配合施用有机肥和化肥. Suzuki 等[8 ]连续 60 年施用
有机肥或无机肥的试验结果也证明了上述结论.
Zimdahl[14 ]也指出 ,施用有机肥料可降低植物对 Pb
的吸收量.
图 5 　植株中全 Pb 含量
Fig. 5 Contents of Pb in plant of 606214 and Liao 2941
313 　土壤作物系统中 Pb 的迁移
在土壤2作物系统中 ,从土壤、根、茎叶到籽粒 ,
全 Pb 含量逐渐减少 (图 6) . 研究发现 ,土壤中只有
01003 %～01005 %的 Pb 能被植物吸收[13 ] ,而在植
株体内以根系 Pb 富集最多 ,向籽粒迁移量极少. 王
3985 期 　　　　　　　　　　　李丽光等 :绿色食品生产中土壤作物系统 Pb 的积累与迁移研究 　　　　　　　　　　　
新等[11 ]对水稻的研究表明 ,根的吸收量占整个作物
体吸收量的 86 %～ 9916 % , 而籽粒吸收量只占
01097 %～2128 %. 本试验所得结论与上述文献基本
一致.
图 6 　土壤2作物系统中全 Pb 的迁移
Fig. 6 Migration of lead in soil2crop system.
a)土壤 Soil ,b)根 Root ,c)茎叶 Stem and leave ,d)籽粒 Grain.
4 　结 　　论
411 　水稻生产前后土壤全 Pb 含量均低于绿色食
品基地所要求的背景值 ,表明此生产基地适合发展
绿色食品. 土壤全 Pb 含量随土层加深而逐渐递减 ,
大部分 Pb 累积于 0～15 cm 表土层内.
412 　水稻根从土壤中吸收 Pb ,并向茎叶和籽粒中
迁移. 在同一生长期 ,水稻植株不同部位全 Pb 累积
态势为 :根 > 茎叶 > 籽粒. 在不同生长期 ,随着水稻
的生长发育 ,全 Pb 含量缓慢增加.
413 　产量方差分析表明 ,品种间产量差异显著 ,不
同处理间产量差异不显著. 由此可见 ,可以用有机肥
或生物菌肥来代替无机肥进行水稻生产.
414 　就目前土壤2作物系统污染状况的研究看 ,很
少有单一污染 ,多为复合污染. 土壤2作物系统是个
复杂的生态系统 ,其重金属的来源是多方面的. 本试
验从生态系统角度出发 ,对其中的土壤和肥料两项
来源研究较深入 ,在其它方面并未做出研究. 如果需
要全面评价绿色食品产地状况 ,必须对各个因素进
行分析、研究.
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作者简介 　李丽光 ,女 ,1973 年生 ,在读博士 ,主要从事土壤
生态学研究. E2mail :llg7308 @163. com
498 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷