不同耕作措施对土壤和水稻籽粒重金属累积的影响

王 科，李 浩，任树友，张 成，钟文挺，何 斌，郎 梅

(成都市农业技术推广总站，四川 成都 610041)

不同耕作措施对土壤和水稻籽粒重金属累积的影响

王 科，李 浩，任树友，张 成，钟文挺，何 斌，郎 梅

(成都市农业技术推广总站，四川 成都 610041)

通过在成都某耕层重金属含量显著高于亚耕层且具有轻度镉污染农田上开展的小区试验，研究了5种耕作措施对土壤及水稻籽粒重金属积累的影响。结果表明：耕作措施对耕层土壤及水稻籽粒铅、镉含量影响显著；水稻籽粒铅、镉含量与土壤耕层的铅、镉含量显著正相关，土壤pH与水稻籽粒铅、镉含量显著负相关；深翻土壤+施用有机肥(T5)的耕作措施可以显著高土壤pH，对降低土壤及水稻籽粒铅、镉含量的效果最佳。因此，建议在成都平原地区具有轻度镉污染农田使用深翻土壤+施用有机肥的耕作措施种植水稻。

水稻；耕作措施；重金属

成都处于四川盆地的核心地带，经济发展迅速，长期的人类活动给土壤环境质量带来了不可小视的影响，尤其是工业“三废”的排放、农药和化肥的施用、不合理的耕作制度等，使土壤重金属污染风险逐渐增大[1]。重金属通过土壤和大气进入农作物，再经食物链进入人体，给人体健康带来潜在威胁[2]，这使得土壤重金属污染越来越被人们关注和重视。重金属在土壤中的含量不仅与成土母质有关，还受施肥、灌溉、耕作方式等农业管理措施的影响[3]。其中，耕作方式是影响土壤重金属含量的重要因素之一[4-5]。另一方面，我国稻田重金属污染问题日趋严重,稻米中重金属积累有增加的趋势[6]。因此，研究不同耕作措施对稻田土壤及水稻籽粒重金属积累的影响具有重要意义。我站根据成都市耕地质量普查结果[7]，选取了成都具有代表性的镉污染农田，设计不同耕作措施对土壤及水稻籽粒重金属的影响试验，以期为水稻种植选用合理耕作方式提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验时间与地点

试验地点位于成都市某地，该地地势平坦、灌排水方便、土壤肥力均匀、土壤总镉含量轻度超标(根据2006～2009年成都市耕地质量普查结果选择)。土壤类型为水稻土类冲积黄泥田土。试验前土壤重金属含量如表1所示，土壤镉含量呈现轻度污染(镉含量高于0.3mg/kg)，砷、汞、铅含量均不超标。本试验于2016年5月大春开始至2016年9月完成，水稻生育期内按照当地生产习惯进行管理并及时防治病虫害。

表1 试验前土壤pH及重金属总量

1.2 供试作物

本试验水稻品种为成都平原播种面积较大的F优498。

1.3 供试肥料

本试验供试肥料有硫钾型三元复合肥(15-15-15)及鸡粪为主要原料的商品有机肥(N∶1.4% 、P2O5∶3.5%、K2O∶1.8%)，肥料质量均符合国家重金属限量标准。

1.4 试验设计

试验随机区组排列，小区面积20m2，设置5个处理，3次重复(具体情况见表2)，其中T1处理为当地常规(CK)耕作方式。秸秆及有机肥均在试验前一次性施用，各处理在水稻播种前均一次性施用50kg/667m2硫钾型三元复合肥。

1.5 样品采集与测定

2016 年9月水稻收获期时，在各小区采集耕层土壤(0～20 cm)样品，每个处理取 3 次重复，在相应的小区采集水稻籽粒样品。土壤样品风干后，过 0.15mm塑料筛，保存于广口瓶中备用，籽粒样品用不锈钢粉碎机粉碎后保存备用。采用赛多利斯(PB-10型)pH测量计测定样品的pH值；双道原子荧光光度计(AFS-230E型)测定样品中砷、汞总量；耶拿火焰-石墨炉原子吸收光谱仪(jena-ZEEnit700P型)测定样品中铅、镉总量和有效态铅、镉含量。

表2 不同耕作措施试验设计

1.6 数据分析

试验数据用统计软件DPS进行方差分析和LSD多重比较，检验不同处理间的差异显著性。用Microsoft Excel 2010 进行数据的图表制作。

2 结果与分析

2.1 不同耕作措施对水稻籽粒重金属含量的影响

由表3可以看出，不同耕作方式对水稻重金属含量影响因元素的不同而异。在不同耕作措施下水稻籽粒砷、汞含量差异不显著，而铅、镉含量差异显著。水稻籽粒铅、镉含量均以T1(CK)处理最高；深翻处理(T2、T3、T5)的水稻籽粒铅、镉含量均显著低于不深翻处理(T1、T4)；T5处理水稻籽粒镉含量最低，比T1～T4处理分别低56.4%、35.4%、24.7%、56.1%，上述差异均达显著水平(P<0.05)；T2与T3处理水稻籽粒各重金属含量均不显著，T1与T4处理水稻籽粒重金属含量差异也不显著，说明是否秸秆还田对水稻籽粒重金属含量影响较小；水稻籽粒对重金属的吸收整体表现为：镉>铅>砷>汞。以国家食品卫生标准来看，不同耕作措施下，水稻籽粒的汞、铅含量均远低于水稻籽粒限量指标(砷暂无限量标准)；试验点耕层土壤具有轻度镉污染(表1)，T1、T2、T4处理下水稻籽粒镉含量超标(≥0.2mg/kg)，在T3及T5处理下水稻籽粒镉含量未超标(<0.2mg/kg)。综上所述，深翻土壤及施用有机肥的耕作措施可以显著降低水稻籽粒铅、镉含量，减轻土壤镉对水稻污染。

表3 不同耕作措施对水稻籽粒重金属含量(mg/kg)

2.2 不同耕作措施对耕层土壤重金属总量的影响

由表4可知，耕作措施对土壤pH及重金属铅、镉含量的影响显著。T5处理下，耕层土壤pH、总铅含量及总镉含量发生显著变化，与T1(CK)处理相比，T5处理pH升高14.9%，铅含量降低21.6%，镉含量降低54.5%，差异显著(P<0.05)，而且与其他处理(T1～T4)相比，T5处理的铅、镉含量均最低，说明深翻土壤+施用有机肥对降低土壤铅、镉含量效果显著；深翻处理(T2、T3、T5)的土壤铅、镉含量均显著高于不深翻处理(T1、T4)，而不同耕作措施下土壤的砷、汞含量无显著差异，这说明深翻土壤铅、镉含量影响显著，对砷、汞含量影响较小;以我国土壤环境质量(GB15618-1995)二级标准来看，所有处理土壤的砷、汞、铅含量均远低于该标准，处于安全等级，T1、T4处理的土壤镉含量高于该标准，T2、T3、T5处理土壤镉含量低于该标准。综上所述，深翻土壤及施用有机肥的耕作可以降低土壤镉污染水平，使土壤重金属含量处于安全等级内。

表4 耕作措施对土壤pH及重金属总量的影响(mg/kg)

注：“*”表示重金属含量超过我国土壤环境质量(GB 15618-1995)二级标准.

2.3 水稻籽粒重金属含量与土壤pH及重金属总量的相关关系分析

将水稻籽粒重金属含量与土壤pH、重金属总量进行相关分析，结果表明，水稻籽粒铅含量及土壤总铅含量与pH呈显著负相关关系，水稻籽粒镉含量及土壤总镉含量与pH呈现极显著负相关关系；籽粒铅含量与土壤铅含量相关系数为0.540，呈现显著正相关关系，籽粒镉含量与土壤总镉含量相关系数达到0.897，呈现极显著正相关关系；而水稻籽粒砷、汞含量与土壤pH、土壤总砷、汞含量无显著相关性。

表5 水稻籽粒重金属含量与土壤pH及重金属总量的相关关系(n=15)

注：*表示在P<0.05水平上显著相关;**表示在P<0.01水平上显著相关。

3 结论与讨论

(1)水稻籽粒铅、镉含量与土壤pH呈显著负相关关系。水稻籽粒砷、汞含量与耕层土壤砷、汞含量及土壤pH无显著相关性。因此在农业生产上应注意调节土壤pH，降低耕层土壤铅、镉含量，进而减少水稻籽粒对重金属铅、镉的吸收，保证水稻品质。

(2)与不深翻土壤的耕作措施相比，深翻土壤可以显著降低耕层土壤及水稻籽粒中的铅、镉含量。在本试验中，是否秸秆还田对耕层土壤及水稻籽粒铅、镉含量影响不大。秸秆还田可以增加土壤有机质含量，有研究表明有机质可以络合土壤重金属[8]，降低重金属有效性，生产上可以在深翻土壤的基础上配合秸秆还田。

(3)在本实验中深翻土壤+施用有机肥处理(T5)，显著提了高土壤pH，深翻土壤将亚耕层(20～40cm)低重金属含量的土壤与耕层(0～20cm)高重金属含量的土壤混合从而降低耕层土壤重金属含量，缓解土壤镉对水稻的毒害，降低水稻籽粒铅、镉含量效果最佳。因此，建议在成都平原地区具有轻度镉污染农田使用深翻土壤+施用有机肥的耕作措施种植水稻，保证水稻品质。

[1]李富华.成都平原农用土壤重金属污染现状及防治对策[J].四川环境,2009,28(4):60-64.

[2]汤文光,唐海明,罗尊长,等.不同种植模式对稻田土壤重金属含量及晚稻稻米品质的影响[J].作物学报,2011,37(8):1457-1464．

[3]周利强,尹斌,吴龙华,等.有机物料对污染土壤上水稻重金属吸收的调控效应[J].土壤,2013,45(2):227-232．

[4]钟文挺,孙娟,谢丽红,等.不同农耕措施下耕层土壤重金属镉含量状况分析[J].四川农业科技,2016(11):37-39.

[5]常同举,崔孝强,阮震,等.长期不同耕作方式对紫色水稻土重金属含量及有效性的影响[J].环境科学,2014,6(35):2382-2391.

[6]范中亮,季辉,杨菲,等.不同土壤类耶下和在水稻籽粒中累积特征及其环境安全临界值[J],生态环境学报,2010,19(4):669-674.

[7]曾必荣,李浩.成都耕地[M].成都:四川科学技术出版社,2009．

[8]鲁洪娟,孔文杰,张晓玲,等.有机无机肥配施对稻油系统中重金属污染风险和产品质量的影响[J].浙江大学学报,2009,35(1),111-118.

2016-12-16

成都市本级第七批次科技项目(八大科技产业化工程重大项目成科计〔2013〕45号)

王 科(1990-)，男，四川乐山人，植物营养学硕士，农艺师，主要从事土壤与植株方面的检测与研究工作。E-mail:1173704119@qq.com。