不同耕作措施對土壤和水稻籽粒重金屬累積的影響

王 科，李 浩，任樹友，張 成，鐘文挺，何 斌，郎 梅

(成都市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，四川 成都 610041)

不同耕作措施對土壤和水稻籽粒重金屬累積的影響

王 科，李 浩，任樹友，張 成，鐘文挺，何 斌，郎 梅

(成都市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，四川 成都 610041)

通過在成都某耕層重金屬含量顯著高于亞耕層且具有輕度鎘污染農(nóng)田上開展的小區(qū)試驗，研究了5種耕作措施對土壤及水稻籽粒重金屬積累的影響。結(jié)果表明：耕作措施對耕層土壤及水稻籽粒鉛、鎘含量影響顯著；水稻籽粒鉛、鎘含量與土壤耕層的鉛、鎘含量顯著正相關(guān)，土壤pH與水稻籽粒鉛、鎘含量顯著負(fù)相關(guān)；深翻土壤+施用有機肥(T5)的耕作措施可以顯著高土壤pH，對降低土壤及水稻籽粒鉛、鎘含量的效果最佳。因此，建議在成都平原地區(qū)具有輕度鎘污染農(nóng)田使用深翻土壤+施用有機肥的耕作措施種植水稻。

水稻；耕作措施；重金屬

成都處于四川盆地的核心地帶，經(jīng)濟發(fā)展迅速，長期的人類活動給土壤環(huán)境質(zhì)量帶來了不可小視的影響，尤其是工業(yè)“三廢”的排放、農(nóng)藥和化肥的施用、不合理的耕作制度等，使土壤重金屬污染風(fēng)險逐漸增大[1]。重金屬通過土壤和大氣進(jìn)入農(nóng)作物，再經(jīng)食物鏈進(jìn)入人體，給人體健康帶來潛在威脅[2]，這使得土壤重金屬污染越來越被人們關(guān)注和重視。重金屬在土壤中的含量不僅與成土母質(zhì)有關(guān)，還受施肥、灌溉、耕作方式等農(nóng)業(yè)管理措施的影響[3]。其中，耕作方式是影響土壤重金屬含量的重要因素之一[4-5]。另一方面，我國稻田重金屬污染問題日趨嚴(yán)重,稻米中重金屬積累有增加的趨勢[6]。因此，研究不同耕作措施對稻田土壤及水稻籽粒重金屬積累的影響具有重要意義。我站根據(jù)成都市耕地質(zhì)量普查結(jié)果[7]，選取了成都具有代表性的鎘污染農(nóng)田，設(shè)計不同耕作措施對土壤及水稻籽粒重金屬的影響試驗，以期為水稻種植選用合理耕作方式提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗時間與地點

試驗地點位于成都市某地，該地地勢平坦、灌排水方便、土壤肥力均勻、土壤總鎘含量輕度超標(biāo)(根據(jù)2006～2009年成都市耕地質(zhì)量普查結(jié)果選擇)。土壤類型為水稻土類沖積黃泥田土。試驗前土壤重金屬含量如表1所示，土壤鎘含量呈現(xiàn)輕度污染(鎘含量高于0.3mg/kg)，砷、汞、鉛含量均不超標(biāo)。本試驗于2016年5月大春開始至2016年9月完成，水稻生育期內(nèi)按照當(dāng)?shù)厣a(chǎn)習(xí)慣進(jìn)行管理并及時防治病蟲害。

表1 試驗前土壤pH及重金屬總量

1.2 供試作物

本試驗水稻品種為成都平原播種面積較大的F優(yōu)498。

1.3 供試肥料

本試驗供試肥料有硫鉀型三元復(fù)合肥(15-15-15)及雞糞為主要原料的商品有機肥(N∶1.4% 、P2O5∶3.5%、K2O∶1.8%)，肥料質(zhì)量均符合國家重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 試驗設(shè)計

試驗隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積20m2，設(shè)置5個處理，3次重復(fù)(具體情況見表2)，其中T1處理為當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)(CK)耕作方式。秸稈及有機肥均在試驗前一次性施用，各處理在水稻播種前均一次性施用50kg/667m2硫鉀型三元復(fù)合肥。

1.5 樣品采集與測定

2016 年9月水稻收獲期時，在各小區(qū)采集耕層土壤(0～20 cm)樣品，每個處理取 3 次重復(fù)，在相應(yīng)的小區(qū)采集水稻籽粒樣品。土壤樣品風(fēng)干后，過 0.15mm塑料篩，保存于廣口瓶中備用，籽粒樣品用不銹鋼粉碎機粉碎后保存?zhèn)溆谩２捎觅惗嗬?PB-10型)pH測量計測定樣品的pH值；雙道原子熒光光度計(AFS-230E型)測定樣品中砷、汞總量；耶拿火焰-石墨爐原子吸收光譜儀(jena-ZEEnit700P型)測定樣品中鉛、鎘總量和有效態(tài)鉛、鎘含量。

表2 不同耕作措施試驗設(shè)計

1.6 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)用統(tǒng)計軟件DPS進(jìn)行方差分析和LSD多重比較，檢驗不同處理間的差異顯著性。用Microsoft Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)的圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作措施對水稻籽粒重金屬含量的影響

由表3可以看出，不同耕作方式對水稻重金屬含量影響因元素的不同而異。在不同耕作措施下水稻籽粒砷、汞含量差異不顯著，而鉛、鎘含量差異顯著。水稻籽粒鉛、鎘含量均以T1(CK)處理最高；深翻處理(T2、T3、T5)的水稻籽粒鉛、鎘含量均顯著低于不深翻處理(T1、T4)；T5處理水稻籽粒鎘含量最低，比T1～T4處理分別低56.4%、35.4%、24.7%、56.1%，上述差異均達(dá)顯著水平(P<0.05)；T2與T3處理水稻籽粒各重金屬含量均不顯著，T1與T4處理水稻籽粒重金屬含量差異也不顯著，說明是否秸稈還田對水稻籽粒重金屬含量影響較小；水稻籽粒對重金屬的吸收整體表現(xiàn)為：鎘>鉛>砷>汞。以國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)來看，不同耕作措施下，水稻籽粒的汞、鉛含量均遠(yuǎn)低于水稻籽粒限量指標(biāo)(砷暫無限量標(biāo)準(zhǔn))；試驗點耕層土壤具有輕度鎘污染(表1)，T1、T2、T4處理下水稻籽粒鎘含量超標(biāo)(≥0.2mg/kg)，在T3及T5處理下水稻籽粒鎘含量未超標(biāo)(<0.2mg/kg)。綜上所述，深翻土壤及施用有機肥的耕作措施可以顯著降低水稻籽粒鉛、鎘含量，減輕土壤鎘對水稻污染。

表3 不同耕作措施對水稻籽粒重金屬含量(mg/kg)

2.2 不同耕作措施對耕層土壤重金屬總量的影響

由表4可知，耕作措施對土壤pH及重金屬鉛、鎘含量的影響顯著。T5處理下，耕層土壤pH、總鉛含量及總鎘含量發(fā)生顯著變化，與T1(CK)處理相比，T5處理pH升高14.9%，鉛含量降低21.6%，鎘含量降低54.5%，差異顯著(P<0.05)，而且與其他處理(T1～T4)相比，T5處理的鉛、鎘含量均最低，說明深翻土壤+施用有機肥對降低土壤鉛、鎘含量效果顯著；深翻處理(T2、T3、T5)的土壤鉛、鎘含量均顯著高于不深翻處理(T1、T4)，而不同耕作措施下土壤的砷、汞含量無顯著差異，這說明深翻土壤鉛、鎘含量影響顯著，對砷、汞含量影響較小;以我國土壤環(huán)境質(zhì)量(GB15618-1995)二級標(biāo)準(zhǔn)來看，所有處理土壤的砷、汞、鉛含量均遠(yuǎn)低于該標(biāo)準(zhǔn)，處于安全等級，T1、T4處理的土壤鎘含量高于該標(biāo)準(zhǔn)，T2、T3、T5處理土壤鎘含量低于該標(biāo)準(zhǔn)。綜上所述，深翻土壤及施用有機肥的耕作可以降低土壤鎘污染水平，使土壤重金屬含量處于安全等級內(nèi)。

表4 耕作措施對土壤pH及重金屬總量的影響(mg/kg)

注：“*”表示重金屬含量超過我國土壤環(huán)境質(zhì)量(GB 15618-1995)二級標(biāo)準(zhǔn).

2.3 水稻籽粒重金屬含量與土壤pH及重金屬總量的相關(guān)關(guān)系分析

將水稻籽粒重金屬含量與土壤pH、重金屬總量進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果表明，水稻籽粒鉛含量及土壤總鉛含量與pH呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，水稻籽粒鎘含量及土壤總鎘含量與pH呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；籽粒鉛含量與土壤鉛含量相關(guān)系數(shù)為0.540，呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系，籽粒鎘含量與土壤總鎘含量相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.897，呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系；而水稻籽粒砷、汞含量與土壤pH、土壤總砷、汞含量無顯著相關(guān)性。

表5 水稻籽粒重金屬含量與土壤pH及重金屬總量的相關(guān)關(guān)系(n=15)

注：*表示在P<0.05水平上顯著相關(guān);**表示在P<0.01水平上顯著相關(guān)。

3 結(jié)論與討論

(1)水稻籽粒鉛、鎘含量與土壤pH呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。水稻籽粒砷、汞含量與耕層土壤砷、汞含量及土壤pH無顯著相關(guān)性。因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)注意調(diào)節(jié)土壤pH，降低耕層土壤鉛、鎘含量，進(jìn)而減少水稻籽粒對重金屬鉛、鎘的吸收，保證水稻品質(zhì)。

(2)與不深翻土壤的耕作措施相比，深翻土壤可以顯著降低耕層土壤及水稻籽粒中的鉛、鎘含量。在本試驗中，是否秸稈還田對耕層土壤及水稻籽粒鉛、鎘含量影響不大。秸稈還田可以增加土壤有機質(zhì)含量，有研究表明有機質(zhì)可以絡(luò)合土壤重金屬[8]，降低重金屬有效性，生產(chǎn)上可以在深翻土壤的基礎(chǔ)上配合秸稈還田。

(3)在本實驗中深翻土壤+施用有機肥處理(T5)，顯著提了高土壤pH，深翻土壤將亞耕層(20～40cm)低重金屬含量的土壤與耕層(0～20cm)高重金屬含量的土壤混合從而降低耕層土壤重金屬含量，緩解土壤鎘對水稻的毒害，降低水稻籽粒鉛、鎘含量效果最佳。因此，建議在成都平原地區(qū)具有輕度鎘污染農(nóng)田使用深翻土壤+施用有機肥的耕作措施種植水稻，保證水稻品質(zhì)。

[1]李富華.成都平原農(nóng)用土壤重金屬污染現(xiàn)狀及防治對策[J].四川環(huán)境,2009,28(4):60-64.

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[4]鐘文挺,孫娟,謝麗紅,等.不同農(nóng)耕措施下耕層土壤重金屬鎘含量狀況分析[J].四川農(nóng)業(yè)科技,2016(11):37-39.

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[6]范中亮,季輝,楊菲,等.不同土壤類耶下和在水稻籽粒中累積特征及其環(huán)境安全臨界值[J],生態(tài)環(huán)境學(xué)報,2010,19(4):669-674.

[7]曾必榮,李浩.成都耕地[M].成都:四川科學(xué)技術(shù)出版社,2009．

[8]魯洪娟,孔文杰,張曉玲,等.有機無機肥配施對稻油系統(tǒng)中重金屬污染風(fēng)險和產(chǎn)品質(zhì)量的影響[J].浙江大學(xué)學(xué)報,2009,35(1),111-118.

2016-12-16

成都市本級第七批次科技項目(八大科技產(chǎn)業(yè)化工程重大項目成科計〔2013〕45號)

王 科(1990-)，男，四川樂山人，植物營養(yǎng)學(xué)碩士，農(nóng)藝師，主要從事土壤與植株方面的檢測與研究工作。E-mail:1173704119@qq.com。