不同施肥措施對重金屬污染農(nóng)田土壤-水稻重金屬含量的影響

李曉梅，馮廷顯，王科舉，劉潤梅，胡興鋼，宋瑞瑚，黎桂英，沈 麗

(文山州農(nóng)業(yè)環(huán)境保護監(jiān)測站,云南文山 663099)

0 引言

中國耕地土壤重金屬污染發(fā)生概率為16.7%，受污染的土壤約2 000萬hm2，占耕地總面積的1/6左右[1]。農(nóng)業(yè)部調(diào)查表明，我國污水灌溉區(qū)面積約140萬hm2，遭受重金屬污染土地面積占污染總面積的64.8%，其中輕度污染面積占46.7%、中度污染占9.7%、嚴重污染占8.4%，以Hg和Cd的污染面積最大[1，2]。如何修復治理重金屬污染的土壤，降低重金屬污染帶來的危害，已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)環(huán)保領域的重要研究內(nèi)容。在實際生產(chǎn)中，選擇堆肥施用到重金屬污染土壤中，影響土壤中重金屬形態(tài)及生物化學性質(zhì)，從而可以降低植物對重金屬的吸收是切實可行的，隨著堆肥施用量的增加，在非根際土中水溶態(tài)和交換態(tài)Cd含量顯著降低，有機結合態(tài)Cd含量顯著升高[3]。作物在土壤中吸收重金屬不僅取決于土壤中的含量，而且也受土壤性質(zhì)、水分條件、施肥的種類和數(shù)量、栽培的植物種類、栽培方式以及耕作制度等農(nóng)藝措施的影響。重金屬有效形態(tài)降低是改良劑修復重金屬污染土壤的主要作用機理，張青[4]研究表明，在鎘、鋅污染土壤上施用石灰、有機肥和海泡石3種改良劑能降低小油菜對鎘和鋅的吸收、增加生物量，從而有效地緩解重金屬毒害，作用效果是石灰＞有機肥＞海泡石，石灰和有機肥配施是最優(yōu)的選擇，既能顯著修復重金屬污染，又能保持長久的效果。由于不同污染元素性質(zhì)不同，要選擇某一合適的方法來達到全面改良重金屬污染土壤并非易事。本文為了探索在不改變種植習慣的條件下，尋找最簡便的農(nóng)藝操作，研究種植季前后土壤重金屬含量的變化，以及對水稻籽粒重金屬含量的影響，尋找不同農(nóng)藝措施的修復治理效果，為探索適合當?shù)氐闹亟饘傥廴巨r(nóng)田土壤修復治理技術提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點和供試土壤

試驗于2017年4～12月在云南省文山州馬關縣，供試土壤為水稻土，前茬空閑，供試土壤主要農(nóng)化性狀見表1。供試農(nóng)田總面積2畝，基礎土樣鎘、汞、砷、鉛和鉻5種重金屬含量見表2。供試田塊近三年水稻籽粒鎘、汞、砷、鉛和鉻5種重金屬平均含量見表3。

表1 供試土壤理化性狀

供試土壤重金屬含量值見表2，對比《全國農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬安全評估技術規(guī)定》[5]中對農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤安全評估參比值，供試土壤鎘含量是參比值（0.3mg/kg）的10倍，汞含量未超過參比值0.3mg/kg，砷含量超過參比值（25mg/kg）的3倍，鉛含量未超過參比值100mg/kg，鉻含量未超過參比值200mg/kg。

表2 供試土壤重金屬含量單位：mg/kg

表3 供試田塊近三年水稻籽粒重金屬平均含量單位：mg/kg

供試田塊近三年水稻籽粒重金屬含量值見表3，參考我國現(xiàn)行有效的《食品中污染物限量》（GB2762）中重金屬限量標準[6]，水稻籽粒鎘含量是標準限量（0.2mg/kg）的5.78倍，鉻含量剛超過標準限量（1.0mg/kg），汞含量未超過標準限量0.02mg/kg，無機砷含量未超過標準限量0.2mg/kg，鉛含量未超過標準限量0.2mg/kg。

1.2 供試作物及肥料

供試作物為水稻，品種為內(nèi)香8518。供試肥料品種為復合肥（10-5-5）、尿素、硫酸鋅、生石灰、葉林牌商品有機肥。

1.3 試驗設計

試驗設單施化肥、化肥和有機肥配施、化肥加生石灰、化肥有機肥生石灰配施4種農(nóng)藝措施。水稻人工栽秧，株距行距15cm×21cm，畝栽種1.9萬穴，每穴2～3株。小區(qū)面積為30m2，每個處理3次重復，共12個小區(qū)，進行隨機區(qū)組排列。

化肥施用量為181.5kg/hm2，37.5kgP2O5/hm2，37.5kgK2O/hm2，22.5kgZiSO4/hm2。氮肥2/3作基肥，1/3作追肥分別于分蘗期和拔節(jié)孕穗期追施，磷鉀肥全部作基肥施用，硫酸鋅、有機肥作基肥一次施用。有機肥處理施用商品有機肥22 500kg/hm2，石灰處理施用生石灰1 125kg/hm2。供試肥料品種為復合肥（10-5-5）、尿素、硫酸鋅、生石灰、葉林牌商品有機肥。石灰和有機肥處理在翻耕之前均勻撒入并隨機翻耕，基肥在移栽之前施入，追肥在分蘗期和拔節(jié)孕穗期分別施入，按時中耕管理和病害防治。

1.4 樣品采集與測定

試驗種植前采集基礎土樣，于成熟期采集土壤樣品，同時測產(chǎn)。測定土壤pH值及其鎘、汞、砷、鉛和鉻5種重金屬元素含量。于水稻成熟期采集水稻籽粒，測定其鎘、汞、砷、鉛和鉻5種重金屬元素含量。

對試驗結果進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥措施對土壤重金屬含量的影響

表4 試驗不同處理的土壤重金屬平均含量（mg/kg）

試驗不同處理3次重復的測定結果（表4）顯示，土壤鎘、砷、鉛和鉻含量都有所降低，其中土壤汞、鉛、鉻含量未超過參比值。對試驗檢測結果進行統(tǒng)計分析，以上五種重金屬含量中只有土壤鉛含量比基礎土樣鉛含量降低值達到F0.05顯著水平，說明試驗后土壤鉛含量顯著降低，其中化肥+有機肥+石灰處理比試驗前降低47.4%，其次是化肥+石灰處理比試驗前降低43.6%，化肥+有機肥處理比試驗前降低34.6%，單施化肥降低29.7%。超標的土壤鎘和砷含量也有一定程度的降低，施用化肥單施、化肥和石灰、化肥和有機肥以及化肥有機肥和石灰配施四種農(nóng)藝措施使當季土壤鎘含量降低0.22～0.31mg/kg，使當季土壤砷含量降低7.6～13.8mg/kg。說明合理的農(nóng)藝操作可以降低土壤鎘、砷等重金屬含量，施用石灰通過調(diào)節(jié)土壤酸堿度可以使土壤中重金屬有效態(tài)養(yǎng)分含量有所降低，從而減少向地上部植株的供給。

2.2 不同施肥措施對水稻籽粒重金屬含量的影響

表5 試驗不同處理的水稻重金屬平均含量（mg/kg）

試驗不同處理3次重復的測定結果（表5）顯示，土壤鎘和砷含量分別超過參比值的10倍和3倍的污染農(nóng)田上，采用以上四種施肥措施顯著降低水稻籽粒無機砷含量，差異達到F0.01顯著水平。水稻籽粒鎘含量雖未達到方差分析的顯著水平，但從水稻籽粒超過標準限量的近6倍降低為超過標準限量的2～3倍，水稻籽粒鉻含量由標準限量值降低到標準限量值的1/4到1/3，未超過標準限量值。水稻籽粒鉛含量分別降低0.023～0.061mg/kg，汞含量分別降低0.001～0.002mg/kg。

3 結論

土壤重金屬鎘和砷含量超標的污染農(nóng)田中，種植水稻后采用化肥單施、化肥+有機肥、化肥+石灰、化肥+機肥+石灰四種施肥配用措施可以使當季土壤鎘和砷含量分別降低0.22～0.31mg/kg和7.6～13.8 mg/kg，當季土壤鉛含量降低15.17～24.23 mg/kg，達到F0.05顯著水平，當季土壤鉻含量降低1.53～5.93 mg/kg。該農(nóng)田土壤條件下，以近三年的水稻籽粒重金屬檢測值平均含量為基礎，當季水稻籽粒重金屬含量的變化作為四種不同施肥組合配用措施的修復效果，結果可以看出，近三年，該農(nóng)田土壤上種植的水稻籽粒中重金屬鎘和鉻超過國家現(xiàn)行有效的《食品中污染物限量》（GB2762）的污染限量值，水稻籽粒鎘含量的污染限量值的近6倍，通過當季作物水稻不同施肥組合措施后，成熟期水稻籽粒重金屬鎘含量下降0.539～0.816 mg/kg，由超過限量值的約6倍降低到超過限量的2～3倍。水稻籽粒鉻含量由超過標準限量降到限量值的約1/4。其他重金屬元素汞、砷和鉛分別降低0.001～0.002 mg/kg、0.021～0.032 mg/kg和0.022～0.061 mg/kg，其中水稻砷含量降低效果達到F0.01顯著水平。

4 討論

本試驗研究進一步說明了土壤重金屬污染和水稻重金屬污染元素不一定一一對應，土壤重金屬元素不超過參比值不代表水稻中該種重金屬元素含量不超過污染限量值，而土壤重金屬元素超過參比值的水稻中對應重金屬元素可能超過污染限量也可能不超過污染限量，也在一定程度上說明了水稻重金屬污染可能與當季大氣環(huán)境、水環(huán)境和不同的農(nóng)藝操作有關，而本試驗灌溉用水的重金屬含量未檢測出超標情況，因此，影響水稻籽粒中重金屬元素含量高低的原因不僅受土壤重金屬污染狀況影響，還受農(nóng)藝操作、大氣等環(huán)境因素的多重影響，試驗在不改變現(xiàn)有種植制度和種植習慣的基礎上，對施肥措施進行優(yōu)化配施石灰調(diào)節(jié)酸性土壤pH值的方式，對重金屬污染農(nóng)田土壤-水稻系統(tǒng)的重金屬有效態(tài)含量有一定的降低效果，雖然土壤中重金屬含量多少不是影響水稻重金屬含量的直接的唯一原因，但是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全角度考慮，土壤重金屬含量較高是具有潛在危險性，通過降低土壤中重金屬有效態(tài)的方式減少對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)上的威脅又便于農(nóng)戶操作的農(nóng)藝方式值得進一步研究評價，進而推廣應用，為耕地土壤重金屬污染修復治理提供實踐依據(jù)。