CN103125280A - 稻米中Cd的安全性监测预警方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种稻米中Cd的安全性监测预警方法，其先建立如下数学预测模型：成熟期稻米中镉含量Y与分蘖期水稻植株茎中镉积累量X的关系：Y=0.588X1.158；然后在水稻的分蘖期采集水稻植株样品，检测水稻植株茎中镉的积累量X,根据上述的数学预测模型，预测成熟期稻米中镉含量Y，判断其安全性并进行预警。本发明对农田稻米生产进行安全性监测时，可以在水稻生长前期（分蘖期，距水稻成熟收获尚有60天左右）就能预警其稻米中Cd的安全性，提早发现问题，为政府及相关部门采取措施干预赢得时间，减少有Cd毒大米的危害，降低Cd污染给人民带来的健康危害，保障人们的食物安全和身体健康。

Description

稻米中Cd的安全性监测预警方法
技术领域
本发明涉及一种用于稻米中重金属的安全性监测预警方法，具体是指一种用于农田种植水稻的稻米中Cd的安全性监测预警方法。 
背景技术
近年来，我国有关食品中的重金属如镉含量超标问题频频发生，食品中的重金属对人体的健康有着严重的影响。况且，总是在有严重中毒事件之后才发现，没有预警性，致使政府干预策略不及时、不到位，清除毒源困难，严重地影响到人们的身体健康和社会的稳定。 
上述论述内容目的在于向读者介绍可能与下面将被描述和/或主张的本发明的各个方面相关的技术的各个方面，相信该论述内容有助于为读者提供背景信息，以有利于更好地理解本发明的各个方面，因此，应了解是以这个角度来阅读这些论述，而不是承认现有技术。 
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足而提供一种稻米中Cd的安全性监测预警方法，其针对水稻生产的特点，在水稻生产的前期（分蘖期），根据当时农田土壤中Cd的含量、Cd的4种赋存态量或水稻器官茎中Cd的含量状况，输入该模型的相应计算公式，预测到其将来稻米中Cd含量，并以国家粮食卫生标准（GB2715—2005，Cd含量为<0.2mg·kg-1）计算出预警值（稻米预警值J=稻米镉含量预测值Y/粮食卫生控制标准），J＜0.7为无风险、0.7≤ J ＜1.0为警戒、1.0≤ J ＜2.0为低风险、2≤ J ＜3.0为中风险、3.0≤ J为高风险,即可预警稻米中Cd含量的安全性。 
本发明的目的通过以下技术方案实现： 
提供一种稻米中Cd的安全性监测预警方法，先建立如下数学预测模型：成熟期稻米中镉含量Y与分蘖期水稻植株茎中镉积累量X的关系：Y=0.588X 1.158 ；然后在水稻的分蘖期采集水稻植株样品，检测水稻植株镉积累量X,根据上述的数学预测模型，预测成熟期稻米中镉含量Y，判断其安全性并进行预警。
其中，所述水稻植株样品中镉积累量X采用HNO3-HClO4湿消化法测定。 
本发明的目的还通过以下技术方案实现： 
提供一种稻米中Cd的安全性监测预警方法，先建立如下数学预测模型：成熟期稻米中镉含量Y与分蘖期土壤中总镉量X的关系：Y=0.207X 0.946 ；然后在水稻的分蘖期采集土壤，检测分蘖期土壤中总镉量X,根据上述的数学预测模型，预测成熟期稻米中镉含量Y，判断其安全性并进行预警。
其中，所述土壤中总镉量X采用HF-HCLO4-HNO3方法测定。 
本发明的目的还通过以下技术方案实现： 
提供一种稻米中Cd的安全性监测预警方法，先建立如下数学预测模型：成熟期稻米中镉含量Y与分蘖期土壤中镉的4种赋存态的其中三种态量（X1弱酸提取态、X2铁锰氧化物结合态、X3有机物络合态、X4残渣态）的显著性关系为：Y=0.0256+0.0837X 4 +0.3077X 2 2 -3.008X 3 2 -0.4063X 2 X 4 +2.8571X 3 X 4 ；然后在水稻的分蘖期采集土壤，检测分蘖期土壤中镉的3种态量,根据上述的数学预测模型，预测成熟期稻米中镉含量Y，判断其安全性并进行预警。
其中，所述土壤中镉的4种赋存态量采用修正的BCR连续提取法，待测液中镉含量用原子吸收分光光度法测定。 
本发明基本摸清了稻米中Cd的积累量与其土壤中Cd的含量、水稻生长前期（分蘖期）的茎叶的积累量的相互关系及其机理，在此基础上分别以土壤中Cd的含量、土壤中Cd的赋存态量、分蘖期水稻植株茎叶Cd为变量，成熟期稻米中Cd含量为因变量，建立的相关函数预测模型体系，当预测稻米中Cd的含量后，即以国家粮食卫生标准（GB2715—2005，Cd含量为<0.2mg·kg-1）计算出预警值（稻米预警值J=稻米镉含量预测值Y/粮食卫生控制标准），J＜0.7为无风险、0.7≤ J ＜1.0为警戒、1.0≤ J ＜2.0为低风险、2≤ J ＜3.0为中风险、3.0≤ J为高风险,据此，判定其安全性。本发明对农田稻米生产进行安全性监测时，可以在种植前或水稻生长前期（分蘖期，距水稻成熟收获尚有60天左右）就能预警其稻米中Cd的安全性，提早发现问题，为政府及相关部门采取措施干预赢得时间，减少有Cd毒大米的危害，降低Cd污染给人民带来的健康危害，保障人们的食物安全和身体健康。 
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的描述。 
本发明的核心在于提供一种稻米中Cd的安全性监测预警方法，其针对水稻生产的特点，在水稻生产的前期（分蘖期），根据当时农田土壤中Cd的含量、赋存的形态或水稻器官中Cd的含量状况，输入该模型的相应计算公式，即可预警到其将来稻米中Cd含量的安全性。 
本发明的数学预测模型公式是经过多次实验得出，具体如下： 
试验材料
2009年早稻试验品种为：优优128，粳籼89，湛优226和粤香占；
2009年晚稻试验品种为：博Ⅱ优312、天优122、特籼占25、五丰优615；
2010年早稻试验品种为：优优128，粳籼89，湛优226和粤香占；
2010年晚稻试验品种为：博Ⅱ优312、天优122、特籼占25、五丰优615。
试验的土壤为田泥，经风干、磨碎、过5mm孔径筛后，均匀混合,用于桶栽试验。混合后的土壤基本理化性质分别为:pH=6.79，有机质含量2.43%，碱解氮含量131.5mg/kg，速效磷含量68.5mg/kg，速效钾含量183.5mg/kg，土壤背景含镉量为0.1364mg/kg。 
试验设计
（1）2009年早稻的试验设计：采用桶栽试验的方法，桶规格为40×50cm2。每桶装土22.0kg；Cd胁迫处理为施用CdCl2溶液,于2009年3月28日按0、1、2、3、4mg/kg等5个处理水平施用相应的CdCl2溶液。试验在广东海洋大学兴农楼的玻璃温室中进行，选取健康饱满的种子经去离子水反复冲洗干净，然后播于湿润的滤纸上并保持28℃恒温培养，24 h后选择露白的种子于2009年4月4日浅播于装有土壤的塑料桶中，按每桶种植60粒，5个处理水平，3个重复，共有60桶，编号，随机区组排列。按保持桶中的水面高于土面3cm进行培育，管理按大田生产规程。待幼苗长出第一片叶子时，进行选苗，拔掉弱苗，留下强壮苗15棵。
（2）2009年晚稻的试验设计：采用桶栽试验的方法，桶规格为40×50cm2。每桶装土22.0kg；Cd胁迫处理为施用CdCl2溶液,于2009年5月10日按0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4mg/kg等9个处理水平施用相应的CdCl2溶液。试验在广东海洋大学兴农楼的玻璃温室中进行，选取健康饱满的种子经去离子水反复冲洗干净，然后播于湿润的滤纸上并保持28℃恒温培养，24 h后选择露白的种子于2009年7月10日浅播于装有土壤的塑料桶中，按每桶种植60粒，5个处理水平，3个重复，共有108桶，编号，随机区组排列。按保持桶中的水面高于土面1-3cm进行培育，管理按大田生产规程。待幼苗长出第一片叶子时，进行选苗，拔掉弱苗，留下强壮苗15棵。 
（3）2010年早稻试验的试验设计：采用桶栽试验的方法，桶规格为40×50cm2。每桶装土22.0kg；Cd胁迫处理为施用CdCl2溶液,于2010年2月2日按0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4mg/kg等9个处理水平施用相应的CdCl2溶液。试验在广东海洋大学兴农楼的玻璃温室中进行，选取健康饱满的种子经去离子水反复冲洗干净，然后播于湿润的滤纸上并保持28℃恒温培养，24 h后选择露白的种子于2010年4月2日浅播于装有土壤的塑料桶中，按每桶种植60粒，5个处理水平，3个重复，共有108桶，编号，随机区组排列。按保持桶中的水面高于土面1-3cm进行培育，管理按大田生产规程。待幼苗长出第一片叶子时，进行选苗，拔掉弱苗，留下强壮苗15棵。 
（4）2010年晚稻试验的试验设计：采用桶栽试验的方法，桶规格为40×50cm2。每桶装土22.0kg；Cd胁迫处理为施用CdCl2溶液,于2010年5月8日按0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4mg/kg等9个处理水平施用相应的CdCl2溶液。试验在广东海洋大学兴农楼的玻璃温室中进行，选取健康饱满的种子经去离子水反复冲洗干净，然后播于湿润的滤纸上并保持28℃恒温培养，24 h后选择露白的种子于2010年7月8日浅播于装有土壤的塑料桶中，按每桶种植60粒，5个处理水平，3个重复，共有108桶，编号，随机区组排列。按保持桶中的水面高于土面1-3cm进行培育，管理按大田生产规程。待幼苗长出第一片叶子时，进行选苗，拔掉弱苗，留下强壮苗15棵。 
分别在水稻的分蘖期、开花期、成熟期整株采集水稻植株样品（5株），先用自来水小心清洗水稻植株的根系及其茎、叶，然后用蒸馏水再清洗干净,自然风干，粉碎过100目筛，装入瓶中袋备用；水稻成熟时收获稻谷，风干去壳，粉碎，过100目筛装入瓶中袋备用；对于土壤样品，每个生育期各个处理分三个点用采土器采取土壤样品，采样深度定为0-20cm。采集的样品分别放置在样品室内自然风干，风干土样除去石块及残根等杂物，然后置于研钵内，研磨成粉末状，过100目筛子后装入信封袋备用。 
水稻植株样品中镉元素采用HNO3-HClO4湿消化法,土壤中总镉的提取方法选用陈怀满的HF-HCLO4-HNO3方法，土壤镉的赋存形态选用修正的BCR连续提取法，待测液中镉含量用原子吸收分光光度法测定。以国家标准物质GBW07604(GSV-3)为内标控制分析质量，在日立Z2300型原子吸收分光光度计上测定读数。 
测定的项目指标
分蘖期：土壤中总镉及其各赋存态的镉：总镉（XT）、酸溶态镉（X1）、可还原态镉(X2)、可氧化态镉(X3)、残渣态镉(X4)；水稻植株器官（部位）的含镉量：根（Y1）、茎（Y2）、叶（Y3）、糙米（Y4）。
开花期：土壤中总镉及其各赋存态的镉：总镉（XT）、酸溶态镉（X1）、可还原态镉(X2)、可氧化态镉(X3)、残渣态镉(X4)；水稻植株器官（部位）的含镉量：根（Y1）、茎（Y2）、叶（Y3）、糙米（Y4）。 
成熟期：土壤中总镉及其各赋存态的镉：总镉（XT）、酸溶态镉（X1）、可还原态镉(X2)、可氧化态镉(X3)、残渣态镉(X4)；水稻植株器官（部位）的含镉量：根（Y1）、茎（Y2）、叶（Y3）、糙米（Y4）。 
数学预测模型
（1）以水稻分蘖期土壤中总镉量预测其稻米中镉含量的数学模型：
Y=0.588X 1.158 ；
（2）以水稻分蘖期植株茎中镉积累量预测其稻米中镉含量的数学模型：
Y=0.207X 0.946 ；
（3）以水稻分蘖期土壤中镉的4种赋存态量预测其稻米中镉含量的数学模型（X1弱酸提取态、X2铁锰氧化物结合态、X3有机物络合态、X4残渣态）：   
Y=0.0256+0.0837X 4 +0.3077X 2 2 -3.008X 3 2 -0.4063X 2 X 4 +2.8571X 3 X 4 ；
根据上述的数学预测模型，在水稻的分蘖期采集水稻植株样品，检测水稻植株镉积累量X；或者，在水稻的分蘖期采集土壤，检测分蘖期土壤中总镉量X；或者，在水稻的分蘖期采集土壤，检测分蘖期土壤中镉的4种赋存态量，根据上述相应的数学预测模型，即可预测成熟期稻米中镉含量Y。然后，依据国家土壤环境质量标准（GB 15618—1995）和粮食卫生控制标准（GB 2715—2005），确立预警级别标准（稻米预警值J=稻米镉含量预测值Y/粮食卫生控制标准（0.2mg·kg-1），J＜0.7为无风险、0.7≤ J ＜1.0为警戒、1.0≤ J ＜2.0为低风险、2≤ J ＜3.0为中风险、3.0≤ J为高风险）,判断其安全性并进行预警。
上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，不能理解为对本发明保护范围的限制。 
总之，本发明虽然例举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。 

Claims (9)

1.一种稻米中Cd的安全性监测预警方法，其特征在于，
建立如下数学预测模型：
成熟期稻米中镉含量Y与分蘖期水稻植株中镉积累量X的关系：
1. 1.158 ；
在水稻的分蘖期采集水稻植株样品，检测水稻植株镉积累量X,根据上述的数学预测模型，预测成熟期稻米中镉含量Y，判断其安全性并进行预警。
2.根据权利要求1所述的稻米中Cd的安全性监测预警方法，其特征在于：所述水稻植株样品中镉积累量X采用HNO3-HClO4湿消化法测定。
3.一种稻米中Cd的安全性监测预警方法，其特征在于，
建立如下数学预测模型：
成熟期稻米中镉含量Y与分蘖期土壤中总镉量X的关系：
0. 0.946 ；
在水稻的分蘖期采集土壤，检测分蘖期土壤中总镉量X,根据上述的数学预测模型，预测成熟期稻米中镉含量Y，判断其安全性并进行预警。
4.根据权利要求3所述的稻米中Cd的安全性监测预警方法，其特征在于：所述土壤中总镉量X采用HF-HCLO4-HNO3方法测定。
5.一种稻米中Cd的安全性监测预警方法，其特征在于，
建立如下数学预测模型：
成熟期稻米中镉含量Y与分蘖期土壤中镉的4种赋存态的其中三种态量（X2铁锰氧化物结合态、X3有机物络合态、X4残渣态）的显著性关系为：
4. 42 2 3 2 2434 ；
在水稻的分蘖期采集土壤，检测分蘖期土壤中镉的三种态量,根据上述的数学预测模型，预测成熟期稻米中镉含量Y，判断其安全性并进行预警。
6.根据权利要求5所述的稻米中Cd的安全性监测预警方法，其特征在于：所述土壤中镉的4种赋存态量采用修正的BCR连续提取法，待测液中镉含量用原子吸收分光光度法测定。
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