成都市水稻種植土壤重金屬污染狀況及基礎(chǔ)理化性質(zhì)

陳媛媛，張 成，肖欣娟，劉思汐，李 根，王 科，徐張義

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

土壤是人類(lèi)賴(lài)以生存的重要資源，近年來(lái)土壤重金屬污染狀況不容樂(lè)觀。中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)顯示：我國(guó)耕地土壤超標(biāo)率為19.4%，無(wú)機(jī)污染物超標(biāo)點(diǎn)位占全部超標(biāo)點(diǎn)位的82.8%，鎘(Cd)污染最嚴(yán)重，達(dá)7.0%[1]。重金屬元素不隨水淋濾，不能被降解，難揮發(fā)、易積累、毒性大、隱蔽性強(qiáng)，被農(nóng)作物吸收后，會(huì)沿著食物鏈直接或間接進(jìn)入人體，產(chǎn)生毒害作用[2-3]。鎘遷移性強(qiáng)、易被作物富集，具有很強(qiáng)的毒性，被列為全球主要關(guān)注的無(wú)機(jī)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(nóng)產(chǎn)品安全，進(jìn)而保障人類(lèi)健康。成都市位于四川盆地西部，龍門(mén)山以東，龍泉山一山連兩翼，岷江、沱江水系環(huán)繞，氣候溫和，雨量充沛。龍門(mén)山以東、龍泉山以西是成都平原傳統(tǒng)精耕細(xì)作農(nóng)耕區(qū)，耕地坡度低，灌溉方便，水稻土發(fā)育良好，耕地質(zhì)量較高。東側(cè)山丘起伏，旱地零星散布，多為紫色土壤，耕地質(zhì)量相對(duì)較低。

關(guān)于水稻重金屬污染已有大量相關(guān)研究，考慮到以往的研究大多為在特定區(qū)域開(kāi)展盆栽或田間試驗(yàn)，由于土壤-水稻之間具有復(fù)雜性和異質(zhì)性，在自然水稻田生態(tài)系統(tǒng)開(kāi)展實(shí)地調(diào)查更具有現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)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(chǔ)理化性質(zhì)，采用內(nèi)梅羅單因子污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法對(duì)土壤重金屬污染情況進(jìn)行了初步評(píng)價(jià)，以期為全市耕地土壤質(zhì)量監(jiān)測(cè)、重金屬污染治理及水稻重金屬防控提供依據(jù)。

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(nóng)個(gè)區(qū)(市)縣選擇常年種植水稻的田塊以隨機(jī)、多點(diǎn)混合為原則采集土壤樣品。土壤樣品采集與制備按照《農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范(NY/T 395-2012)》進(jìn)行，采樣深度0～30cm，四分法保留1kg混合樣，帶回實(shí)驗(yàn)室晾干、過(guò)篩備用。

1.2 測(cè)定指標(biāo)及方法

土壤樣品測(cè)定指標(biāo)為：pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、陽(yáng)離子交換量、鎘、鉛、砷、鉻、汞。pH用pH計(jì)測(cè)定，水土比2.5:1；有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定；全氮用凱氏定氮法測(cè)定；有效磷用鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀用火焰光度法測(cè)定；鎘、鉛、鉻用原子吸收分光光度法測(cè)定；砷、汞用原子熒光分光光度法測(cè)定。測(cè)定方法參照全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心編《土壤分析技術(shù)規(guī)范》第二版。

1.3 數(shù)據(jù)處理及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

用Excel2010、SPSS20.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用內(nèi)梅羅單因子污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法對(duì)土壤重金屬污染情況進(jìn)行初步評(píng)價(jià)。

單因子污染指數(shù)法：Pi=Ci/Si，其中，Pi為土壤中污染物i的污染指數(shù)，Pi≤1表示未受污染，13表示受重度污染；Ci為污染物i的測(cè)定值(mg/kg)；Si為污染物i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值(mg/kg)，標(biāo)準(zhǔn)值參照土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-2018)中的風(fēng)險(xiǎn)篩選值，如表1所示。

表1 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值(mg/kg)

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬污染情況

根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-2018)，基于各地區(qū)的土壤pH和土壤利用類(lèi)型，所采集的土壤樣品中鉛、鉻、砷均未污染，單因子污染指數(shù)均小于1，說(shuō)明土壤鉛、鉻、砷含量均低于農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，對(duì)作物生長(zhǎng)、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全及土壤生態(tài)環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)低。所采集的土壤樣品中鎘、汞存在不同程度的污染，對(duì)作物生長(zhǎng)、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全及土壤生態(tài)環(huán)境存在潛在風(fēng)險(xiǎn)。由表2可得，鎘的單因子污染指數(shù)平均值為0.65，最大值為2.24，鎘污染率達(dá)10.61%，僅1個(gè)點(diǎn)位屬于中度污染，其余均為輕度污染。汞的單因子污染指數(shù)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(shù)的平均值為0.57，最大值為1.65，所采集的土壤樣品中無(wú)重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)的占83.33%(P綜≤0.7)；目前尚未受污染，但可能存在污染風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)當(dāng)引起重視的占12.12%(0.7

表2 土壤重金屬污染指數(shù)

2.2 土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)

成都市水稻種植耕層土壤的基礎(chǔ)理化性質(zhì)如表3所示。土壤pH在4.93～8.62范圍內(nèi)波動(dòng)，變異系數(shù)相對(duì)較小，平均值7.06，參照土壤酸堿度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，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(chǔ)養(yǎng)分含量平均值分別為有機(jī)質(zhì)29.54g/kg、全氮1.97g/kg、有效磷22.85mg/kg、速效鉀131.74mg/kg，參照全國(guó)第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表4所示)，有機(jī)質(zhì)二、三級(jí)居多，各占36.36%，三級(jí)及以上占84.84%；全氮一級(jí)占比最多，達(dá)48.49%，三級(jí)及以上占98.49%；有效磷三級(jí)占比最多，為45.45%，其次為二級(jí)，占30.30%；速效鉀以二、三級(jí)居多，各占28.79%、34.85%。說(shuō)明成都水稻種植土壤較肥沃，有機(jī)質(zhì)、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(yáng)離子交換量在3.36～24.70cmol/kg范圍內(nèi)波動(dòng)，平均值為15.75cmol/kg，說(shuō)明土壤保肥能力適中。

表3 土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)

表4 土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及各級(jí)占比

2.3 土壤鎘、汞污染與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系

由表5可得，土壤中鎘含量與全氮、有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明土壤全氮、有機(jī)質(zhì)含量越高，鎘含量越高。汞含量與pH、速效鉀含量呈極顯著負(fù)相關(guān)；與有效磷含量呈顯著正相關(guān)，說(shuō)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(yǎng)分含量越豐富，重金屬超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)越高。

表5 土壤鎘、汞含量與理化性質(zhì)的Pearson相關(guān)性

3 結(jié)論與討論

3.1 重金屬污染現(xiàn)狀

根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(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(shù)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(qū)是成都市最主要的糧食生產(chǎn)區(qū)，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(biāo)現(xiàn)象，因此，需加強(qiáng)我市耕地土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)和農(nóng)產(chǎn)品協(xié)同監(jiān)測(cè)，以保障耕地土壤生態(tài)環(huán)境安全及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)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(gè)別地區(qū)存在土壤酸化較嚴(yán)重的現(xiàn)象，pH≤5.5的強(qiáng)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(jī)質(zhì)、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(jī)質(zhì)29.54g/kg、全氮1.97g/kg、有效磷22.85mg/kg、速效鉀131.74mg/kg，土壤陽(yáng)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(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)，汞含量與有效磷含量呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明土壤養(yǎng)分含量越豐富，重金屬超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)越高。前人研究表明：土壤 pH、陽(yáng)離子交換量與土壤有效鉛含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷與有效鉛含量呈顯著正相關(guān)[7]。

水稻種植切勿盲目大量施肥，應(yīng)充分考慮土壤養(yǎng)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(jī)肥即可提高土壤肥力，又可減少植物對(duì)重金屬的吸收[8-10]，全生育期淹水，施加硅肥和有機(jī)肥可降低稻米鎘含量[11]。需進(jìn)一步加強(qiáng)科學(xué)施肥相關(guān)研究，推廣測(cè)土配方施肥技術(shù)，因地制宜探索新的施肥方式，提高肥料利用率，減少施肥對(duì)土壤重金屬污染的不良影響。