(一)建立响应关系模型
大量研究证实，农作物籽实中重金属元素含量与其在土壤中的含量具有正相关的趋势，即随土壤中元素含量的增高籽实中含量也增高。这是建立土壤-籽实响应关系模型的重要依据之一。
1.土壤Cd与籽实Cd的关系
廖自基根据近百组样本的统计分析(表4-6、表4-7)发现，稻米、小麦、玉米中Cd的含量随土壤Cd含量的增加而升高，且根部最为富集，茎杆次之，籽实中含量最少。
土壤环境容量研究组的大量研究(表4-8)说明，水稻、冬小麦、春小麦、玉米、大豆等作物籽实、茎叶中Cd含量均因土壤Cd含量增加而增加，而且所试验的褐土、黑土、棕壤、红壤、赤红壤、砖红壤等土壤类型均是如此。
表4-6 土壤中Cd含量与谷粮中Cd含量的相关性 Table 4-6 The relativity of Cd content in soil and grain
(据廖自基，1989)
表4-7 Cd在水稻各部位的含量分布 Table 4-7 The content distribution of Cd in each part of rice (mg/kg)
(据廖自基，1989)
2.土壤Hg与籽实Hg的关系
根据土壤环境容量研究组的研究(表4-9)，在草甸褐土和草甸棕壤上，水稻、小麦、大豆三种作物籽实、茎叶中Hg含量均因土壤Hg含量的增加而增加，但变化的程度不同。土壤中Hg增加0.5mg/kg，小麦籽实、茎叶中Hg含量增加得最多，其次是水稻，大豆的籽实、茎叶中Hg增加最少。这说明，小麦对土壤Hg含量反映最敏感，大豆对Hg不敏感，水稻居中。姜向阳等的研究也表明，稻米Hg含量与土壤Hg含量间存在正相关关系(图4-4)。
表4-8 土壤、籽实和茎叶含镉浓度 Table 4-8 The concentration of Cd in soil，seeds，stems and leaves (mg/kg)
续表
注：资料来源于土壤环境容量研究组，1996；下划横线者表示超过饲料卫生标准；ck表示对照。
表4-9 土壤、籽实和茎叶含Hg浓度 Table 4-9 The concentration of Hg in soil，seeds，stems and leaves (mg/kg)
注：资料来源于土壤环境容量研究组，1996。
图4-4 土壤Hg含量与稻米Hg含量关系图
Fig.4-4 Relationship between Hg in soil and Hg in rice
3.土壤Pb与籽实Pb的关系
土壤环境容量研究组的大量研究(表4-10)说明，水稻、冬小麦、玉米、大豆等作物籽实、茎叶中Pb含量均因土壤Pb含量增加而增加，而且所试验的褐土、灰钙土、黑土、棕壤、红壤、赤红壤、砖红壤等土壤类型均有同样的规律。不同之处在于，与对照土壤相比，试验土壤的籽实Pb含量虽未超标，但部分茎叶Pb含量已表现为超标。
表4-10 土壤、籽实和茎叶含Pb浓度 Table 4-10 The concentration of Pb in soil，seeds，stems and leaves (mg/kg)
注：资料来源于土壤环境容量研究组，1996；下划横线者表示超过饲料卫生标准；ck表示对照。
4.土壤As与籽实As的关系
土壤环境容量研究组的大量研究(表4-11)说明，水稻、冬小麦、春小麦、玉米、大豆等作物籽实、茎叶中As含量均因土壤As含量的增加而增加，而且所试验的褐土、灰钙土、黑土、棕壤、红壤、赤红壤、砖红壤等土壤类型均有同样的规律。与土壤Pb和作物Pb的关系相同，As在茎叶中累积大于其在籽实中累积，即表现为在籽实Pb含量均不超标的情况下，部分茎叶As含量已经超标。
5.土壤Cr与籽实Cr的关系
根据土壤环境容量研究组的研究(表4-12)，水稻籽实、茎叶中Cr含量也因土壤Cr含量的增加而增加，而且茎叶Cr增加幅度比籽实增加幅度大。王玮的研究表明，蔬菜和稻谷中Cr含量均因土壤Cr含量增加而增高。另据韩爱民等研究，糙米Cr含量与相应土壤中的Cr含量成明显的正相关关系，回归方程为y=0.087 x-0.373(y为糙米Cr含量，x为土壤Cr含量；样本数为16)。
表4-11 土壤、籽实和茎叶含As浓度 Table 4-11 The concentration of As in soil，seeds，stems and leaves (mg/kg)
注：资料来源于土壤环境容量研究组，1996；下划横线者表示超过饲料卫生标准；ck表示对照。
表4-12 土壤、籽实和茎叶含Cr浓度 Table 4-12 The concentration of Cr in soil，seeds，stems and leaves (mg/kg)
注：资料来源于土壤环境容量研究组，1996；ck表示对照。
上述5种指标元素的土壤-籽实含量的统计特征，以及浙江平原盆地地区的土壤籽实的实测数据统计结果(见第五章)说明，土壤-籽实间的含量响应关系并不是简单的线性函数关系，而是正相关统计分布趋势，这是建立土壤-籽实响应关系模型的依据之一。另外，由于土壤物理化学性质的差异性和农作物吸收机制的复杂性，即使对同一品种的同种农作物而言，土壤-籽实间的元素含量关系统计也显示出带状分布特征(亦见第五章)。这种带状分布特征说明，籽实中元素含量对土壤中该元素含量的响应关系具有总体趋势的必然性和单组样本的偶然性。也就是说，当土壤-籽实元素数据组较小时，存在于土壤-籽实间元素含量的关系特征可能被偶然性所掩盖。因此，土壤-籽实元素含量间的带状统计分布特征，是建立土壤-籽实响应关系模型(图4-5)的又一重要依据。
(二)确定评价标准值的方法
土壤-籽实响应关系模型说明，利用土壤中某指标元素含量预报其上生长的农作物籽实中该元素的含量，二者不是确定性函数关系，而是统计概率关系。即已知土壤中某指标元素含量，可以预报其上生长的农作物籽实中该元素含量的变化范围或含量水平的保障程度。通过实际数据分析(见第五章)，采用95%置信区间可以较好地刻画土壤-籽实元素响应关系模型(图4-5)。
图4-5 用回归分析法确定评价标准值
Fig.4-5 Determination of evaluation criteria through regression analysis
为了简便起见，暂采用线性回归方程及其95%置信区间。对每一项评价指标分别作其籽实(y)-根系土(x)的统计相关图，求出回归方程y=ax+b和95%置信度下由y=ax+b+2σ和y=ax+b-2σ构造的带状分布区域(图4-5)。再利用国家食品卫生标准值(Y0)(如Cd为0.2mg/kg)反算回归值X0-2σ/a、X0和X0+2σ/a，即y=Y0与方程y=αx+b+2σ、y=ax+b和y=ax+b-2σ的交点。
在95%置信度下，当土壤中某指标元素含量小于回归值X0-2σ/a时，其上生产的农作物籽实的指标元素含量低于国家食品卫生标准(Y0)；当土壤中指标元素含量介于回归值X0-2σ/a与X0之间时，其上生产的农作物籽实中指标元素含量大部分(75%可能性)低于国家食品卫生标准(Y0)；当土壤指标元素含量介于回归值X0与X0+2σ/a之间时，其上生产的农作物籽实指标元素含量大部分(75%可能性)高于国家食品卫生标准(Y0)；当土壤指标元素含量大于回归值X0+2σ/a时，其上生产的农作物籽实指标元素含量高于国家食品卫生标准(Y0)。据此，可以把回归值X0-2σ/α、X0和X0+2σ/α分别定义为该指标的安全界限值、基本安全界限值和危险界限值。
根据上述评价标准值，可以把土地分为四级。安全土地是指土壤中指标元素含量低于安全界限值的土地；基本安全土地是指土壤中指标元素含量介于安全界限值与基本安全界限值之间的土地；警戒土地是指土壤中指标元素含量介于基本安全界限值与危险界限值之间的土地；危险土地是指土壤中指标元素含量高于危险界限值的土地。