不同耕作措施對(duì)土壤和水稻籽粒重金屬累積的影響

王 科，李 浩，任樹(shù)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(duì)土壤和水稻籽粒重金屬累積的影響

王 科，李 浩，任樹(shù)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(guò)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(kāi)展的小區(qū)試驗(yàn)，研究了5種耕作措施對(duì)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(duì)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(jī)肥(T5)的耕作措施可以顯著高土壤pH，對(duì)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(jī)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(jì)發(fā)展迅速，長(zhǎng)期的人類活動(dòng)給土壤環(huán)境質(zhì)量帶來(lái)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(xiǎn)逐漸增大[1]。重金屬通過(guò)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(lái)潛在威脅[2]，這使得土壤重金屬污染越來(lái)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(guó)稻田重金屬污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重,稻米中重金屬積累有增加的趨勢(shì)[6]。因此，研究不同耕作措施對(duì)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(jì)不同耕作措施對(duì)土壤及水稻籽粒重金屬的影響試驗(yàn)，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(yàn)時(shí)間與地點(diǎn)

試驗(yàn)地點(diǎn)位于成都市某地，該地地勢(shì)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(yàn)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(yàn)于2016年5月大春開(kāi)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(shí)防治病蟲(chóng)害。

表1 試驗(yàn)前土壤pH及重金屬總量

1.2 供試作物

本試驗(yàn)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(yàn)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(jī)肥(N∶1.4% 、P2O5∶3.5%、K2O∶1.8%)，肥料質(zhì)量均符合國(guó)家重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積20m2，設(shè)置5個(gè)處理，3次重復(fù)(具體情況見(jiàn)表2)，其中T1處理為當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)(CK)耕作方式。秸稈及有機(jī)肥均在試驗(yàn)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(cè)定

2016 年9月水稻收獲期時(shí)，在各小區(qū)采集耕層土壤(0～20 cm)樣品，每個(gè)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(guò) 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(jī)粉碎后保存?zhèn)溆谩２捎觅惗嗬?PB-10型)pH測(cè)量計(jì)測(cè)定樣品的pH值；雙道原子熒光光度計(jì)(AFS-230E型)測(cè)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(cè)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(yàn)設(shè)計(jì)

1.6 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用統(tǒng)計(jì)軟件DPS進(jìn)行方差分析和LSD多重比較，檢驗(yàn)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(duì)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(duì)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(shuō)明是否秸稈還田對(duì)水稻籽粒重金屬含量影響較??；水稻籽粒對(duì)重金屬的吸收整體表現(xiàn)為：鎘>鉛>砷>汞。以國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)來(lái)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(wú)限量標(biāo)準(zhǔn))；試驗(yàn)點(diǎn)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(jī)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(duì)水稻污染。

表3 不同耕作措施對(duì)水稻籽粒重金屬含量(mg/kg)

2.2 不同耕作措施對(duì)耕層土壤重金屬總量的影響

由表4可知，耕作措施對(duì)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(shuō)明深翻土壤+施用有機(jī)肥對(duì)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(wú)顯著差異，這說(shuō)明深翻土壤鉛、鎘含量影響顯著，對(duì)砷、汞含量影響較小;以我國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量(GB15618-1995)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)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(jí)，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(jī)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(jí)內(nèi)。

表4 耕作措施對(duì)土壤pH及重金屬總量的影響(mg/kg)

注：“*”表示重金屬含量超過(guò)我國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量(GB 15618-1995)二級(jí)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(wú)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(wú)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(duì)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(yàn)中，是否秸稈還田對(duì)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(jī)質(zhì)含量，有研究表明有機(jī)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(shí)驗(yàn)中深翻土壤+施用有機(jī)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(duì)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(jī)肥的耕作措施種植水稻，保證水稻品質(zhì)。

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2016-12-16

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

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