成都市水稻種植土壤重金屬污染狀況及基礎理化性質

陳媛媛，張 成，肖欣娟，劉思汐，李 根，王 科，徐張義

(成都市農業技術推廣總站，四川 成都 610041)

土壤是人類賴以生存的重要資源，近年來土壤重金屬污染狀況不容樂觀。中華人民共和國國土資源部全國土壤污染狀況調查公報顯示：我國耕地土壤超標率為19.4%，無機污染物超標點位占全部超標點位的82.8%，鎘(Cd)污染最嚴重，達7.0%[1]。重金屬元素不隨水淋濾，不能被降解，難揮發、易積累、毒性大、隱蔽性強，被農作物吸收后，會沿著食物鏈直接或間接進入人體，產生毒害作用[2-3]。鎘遷移性強、易被作物富集，具有很強的毒性，被列為全球主要關注的無機污染元素之一[4]。水稻是主要的糧食作物，保障土壤安全才能保障農產品安全，進而保障人類健康。成都市位于四川盆地西部，龍門山以東，龍泉山一山連兩翼，岷江、沱江水系環繞，氣候溫和，雨量充沛。龍門山以東、龍泉山以西是成都平原傳統精耕細作農耕區，耕地坡度低，灌溉方便，水稻土發育良好，耕地質量較高。東側山丘起伏，旱地零星散布，多為紫色土壤，耕地質量相對較低。

關于水稻重金屬污染已有大量相關研究，考慮到以往的研究大多為在特定區域開展盆栽或田間試驗，由于土壤-水稻之間具有復雜性和異質性，在自然水稻田生態系統開展實地調查更具有現實意義。通過研究了成都市常年種植水稻的耕層土壤的重金屬污染情況及基礎理化性質，采用內梅羅單因子污染指數法和綜合污染指數法對土壤重金屬污染情況進行了初步評價，以期為全市耕地土壤質量監測、重金屬污染治理及水稻重金屬防控提供依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2019年小春收獲后，水稻種植前，在成都市的17涉農個區(市)縣選擇常年種植水稻的田塊以隨機、多點混合為原則采集土壤樣品。土壤樣品采集與制備按照《農田土壤環境質量監測技術規范(NY/T 395-2012)》進行，采樣深度0～30cm，四分法保留1kg混合樣，帶回實驗室晾干、過篩備用。

1.2 測定指標及方法

土壤樣品測定指標為：pH、有機質、全氮、有效磷、速效鉀、陽離子交換量、鎘、鉛、砷、鉻、汞。pH用pH計測定，水土比2.5:1；有機質用重鉻酸鉀氧化法測定；全氮用凱氏定氮法測定；有效磷用鉬銻抗比色法測定；速效鉀用火焰光度法測定；鎘、鉛、鉻用原子吸收分光光度法測定；砷、汞用原子熒光分光光度法測定。測定方法參照全國農業技術推廣服務中心編《土壤分析技術規范》第二版。

1.3 數據處理及評價標準

用Excel2010、SPSS20.0軟件對數據進行統計分析，采用內梅羅單因子污染指數法和綜合污染指數法對土壤重金屬污染情況進行初步評價。

單因子污染指數法：Pi=Ci/Si，其中，Pi為土壤中污染物i的污染指數，Pi≤1表示未受污染，13表示受重度污染；Ci為污染物i的測定值(mg/kg)；Si為污染物i的評價標準值(mg/kg)，標準值參照土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準(GB15618-2018)中的風險篩選值，如表1所示。

表1 農用地土壤污染風險篩選值(mg/kg)

2 結果與分析

2.1 土壤重金屬污染情況

根據土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準(GB15618-2018)，基于各地區的土壤pH和土壤利用類型，所采集的土壤樣品中鉛、鉻、砷均未污染，單因子污染指數均小于1，說明土壤鉛、鉻、砷含量均低于農用地土壤污染風險篩選值，對作物生長、農產品質量安全及土壤生態環境污染的風險低。所采集的土壤樣品中鎘、汞存在不同程度的污染，對作物生長、農產品質量安全及土壤生態環境存在潛在風險。由表2可得，鎘的單因子污染指數平均值為0.65，最大值為2.24，鎘污染率達10.61%，僅1個點位屬于中度污染，其余均為輕度污染。汞的單因子污染指數平均值為0.18，最大值為1.36，汞污染率為1.52%，屬于輕度污染。重金屬鎘、鉛、鉻、砷、汞的綜合污染指數的平均值為0.57，最大值為1.65，所采集的土壤樣品中無重金屬污染風險的占83.33%(P綜≤0.7)；目前尚未受污染，但可能存在污染風險，應當引起重視的占12.12%(0.7

表2 土壤重金屬污染指數

2.2 土壤基礎理化性質

成都市水稻種植耕層土壤的基礎理化性質如表3所示。土壤pH在4.93～8.62范圍內波動，變異系數相對較小，平均值7.06，參照土壤酸堿度分級標準，酸性土壤(5.5～6.5)占16.67%，中性土壤(6.5～7.5)占51.51%，堿性土壤(7.5～8.5)占25.76%。土壤基礎養分含量平均值分別為有機質29.54g/kg、全氮1.97g/kg、有效磷22.85mg/kg、速效鉀131.74mg/kg，參照全國第二次土壤普查養分分級標準(表4所示)，有機質二、三級居多，各占36.36%，三級及以上占84.84%；全氮一級占比最多，達48.49%，三級及以上占98.49%；有效磷三級占比最多，為45.45%，其次為二級，占30.30%；速效鉀以二、三級居多，各占28.79%、34.85%。說明成都水稻種植土壤較肥沃，有機質、全氮含量較豐富，有效磷、速效鉀含量處于中偏上水平。土壤陽離子交換量在3.36～24.70cmol/kg范圍內波動，平均值為15.75cmol/kg，說明土壤保肥能力適中。

表3 土壤基礎理化性質

表4 土壤養分分級標準及各級占比

2.3 土壤鎘、汞污染與土壤理化性質的關系

由表5可得，土壤中鎘含量與全氮、有機質含量呈顯著正相關，說明土壤全氮、有機質含量越高，鎘含量越高。汞含量與pH、速效鉀含量呈極顯著負相關；與有效磷含量呈顯著正相關，說明土壤pH、速效鉀含量越低，有效磷含量越高，汞含量越高。因此，土壤pH越小，養分含量越豐富，重金屬超標的風險越高。

表5 土壤鎘、汞含量與理化性質的Pearson相關性

3 結論與討論

3.1 重金屬污染現狀

根據土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準(GB15618-2018)，成都市水稻種植耕層土壤重金屬(鎘、鉛、鉻、砷、汞)的綜合污染指數平均值為0.57，最大值為1.65，其中4.55%的土壤屬于重金屬輕度污染，鎘污染率為10.61%，汞污染率為1.52%。崇-邛-大平壩及東部丘陵糧油功能區是成都市最主要的糧食生產區，邛崍市、崇州市、大邑縣水稻種植耕層土壤均存在不同程度的鎘超標現象，因此，需加強我市耕地土壤環境質量監測和農產品協同監測，以保障耕地土壤生態環境安全及農產品質量安全。

3.2 土壤酸堿度與重金屬污染

成都市水稻種植耕層土壤pH平均值7.06，多為中性或偏堿性，個別地區存在土壤酸化較嚴重的現象，pH≤5.5的強酸性土壤占3.03%，位于彭州市、邛崍市兩地，5.5

3.3 土壤肥力與重金屬污染

成都市水稻種植耕層土壤的有機質、全氮含量較豐富，有效磷、速效鉀含量處于中偏上水平，平均值分別為有機質29.54g/kg、全氮1.97g/kg、有效磷22.85mg/kg、速效鉀131.74mg/kg，土壤陽離子交換量平均值為15.75cmol/kg，保肥能力適中。土壤中鎘含量與全氮、有機質含量呈顯著正相關，汞含量與有效磷含量呈顯著正相關，說明土壤養分含量越豐富，重金屬超標的風險越高。前人研究表明：土壤 pH、陽離子交換量與土壤有效鉛含量呈極顯著負相關，有機質、全氮、堿解氮、有效磷與有效鉛含量呈顯著正相關[7]。

水稻種植切勿盲目大量施肥，應充分考慮土壤養分含量及植物吸收利用率等因素合理施肥。有研究指出，施用有機肥即可提高土壤肥力，又可減少植物對重金屬的吸收[8-10]，全生育期淹水，施加硅肥和有機肥可降低稻米鎘含量[11]。需進一步加強科學施肥相關研究，推廣測土配方施肥技術，因地制宜探索新的施肥方式，提高肥料利用率，減少施肥對土壤重金屬污染的不良影響。