湖南省典型母質(zhì)水稻土剖面砷的含量及空間分布

施 強(qiáng)，王翠紅，卜思怡，曾 瑩，李曉鏡，歐陽寧相

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.新疆維吾爾自治區(qū)民政廳 社會(huì)組織管理局，新疆 烏魯木齊 830002）

對于稻作區(qū)重金屬元素的毒性和污染程度，砷是除鎘元素外土壤中的主要污染物之一。已有研究表明，水稻等農(nóng)作物吸收的砷主要來自土壤，而土壤中的砷含量及其有效性與土壤母質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、游離氧化鐵、質(zhì)地及外源污染等因素有關(guān)[1-16]。潘佑民等[1]研究表明，湖南土壤砷元素背景值大小因母質(zhì)而異，總體以石灰?guī)r風(fēng)化物母質(zhì)較高，以花崗巖或紫色砂頁巖風(fēng)化物母質(zhì)較低，其他母質(zhì)含量高低不等，各母質(zhì)剖面層次間砷含量變化較小。周偉軍[2]、石敏等[3]研究認(rèn)為，土壤總砷和土壤游離氧化鐵、黏粒（＜0.002 mm）和粉粒（0.002～0.05 mm）呈極顯著正相關(guān)，而和砂粒（0.05～2 mm）呈極顯著負(fù)相關(guān)，土壤全鐵和有機(jī)質(zhì)含量分別是影響土壤對砷的最大吸附量和最大緩沖容量的主要土壤因子。人類一些不合理的礦物資源開發(fā)和工業(yè)廢物排放[4]以及含砷污泥和牲畜糞便施用[5-7]等活動(dòng)導(dǎo)致土壤砷的不斷富集，對土壤-作物系統(tǒng)質(zhì)量安全，甚至是農(nóng)田周邊水體安全構(gòu)成一定威脅[8]。湖南是水稻生產(chǎn)大省，也是有色金屬之鄉(xiāng)，稻作區(qū)砷等重金屬污染問題相對突出[9-11]。李蓮芳等[9]對湖南石門雄黃礦區(qū)周邊0～20 cm土壤砷含量的研究發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)水田表層土壤砷含量達(dá)43.51 mg/kg，稻米砷含量高達(dá)0.84 mg/kg，土壤和稻米樣本超標(biāo)率達(dá)62.5%。湖南境內(nèi)母巖母質(zhì)豐富，水稻土面積較大且類型復(fù)雜[17]。因此，弄清和了解水稻土砷的含量變化及空間分布，對揭示土壤中的地球化學(xué)信息以及判明土壤環(huán)境質(zhì)量好壞等具有重要意義。以往重金屬砷含量及空間分布研究多側(cè)重于0～20 cm耕層或表層土壤[18-19]，涉及研究區(qū)域范圍小且多為某工礦區(qū)或某流域周邊農(nóng)田研究[20-21]，對土壤剖面研究的剖面數(shù)量不多或母質(zhì)典型性不強(qiáng)等，而最早關(guān)于湖南省土壤砷元素背景值研究的資料[1]中尚缺乏地理信息資料描述和表達(dá)，以省域范圍為單元，采用系統(tǒng)分類原則采集典型母質(zhì)剖面，并結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)研究探討剖面土壤中砷的含量及分布特征的研究尚未見報(bào)道。為此，以湖南省土系調(diào)查與土系志編制（2014FY110200）項(xiàng)目組所采集的湖南省6種典型母質(zhì)共計(jì)59個(gè)水稻土剖面土樣為依托，測定土壤砷總量和有效態(tài)含量以及土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、游離氧化鐵、顆粒分級(jí)組成等，研究水稻土中砷元素的含量和剖面分布特征及其與土壤理化性質(zhì)之間的關(guān)系，旨在為完善南方不同母質(zhì)稻田土壤砷基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫及指導(dǎo)砷污染防控等提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

湖南省位于我國長江中下游地區(qū)，為中亞熱帶季風(fēng)氣候，氣溫暖和，雨水充沛，日照時(shí)間較長。地貌呈三面環(huán)山向北開口的馬蹄形盆地，境內(nèi)山地、丘陵、平原地貌交錯(cuò)分布，巖石礦物及成土母質(zhì)種類繁多，如境內(nèi)典型成土母質(zhì)有紫色砂頁巖風(fēng)化物、第四紀(jì)紅色黏土、石灰?guī)r風(fēng)化物、河湖沉積物、板頁巖風(fēng)化物和花崗巖風(fēng)化物等六大類。特殊的地形地貌和氣候條件以及種類繁多的成土母質(zhì)（巖）共同作用使得形成的土壤類型復(fù)雜多樣，其中農(nóng)業(yè)土壤中以水稻土分布面積最廣，因母質(zhì)和水源等差異，水稻土類型各不相同，如潴育水稻土有紫泥田、紅黃泥、灰泥田、河沙泥、黃泥田和麻沙泥等，是湖南省雙季稻生產(chǎn)的主要生長基地[17]。

1.2 供試剖面土樣采集

選取湖南省6種典型母質(zhì)發(fā)育的潴育型水稻土為研究對象，即紫色砂頁巖風(fēng)化物發(fā)育的紫（沙）泥田、第四紀(jì)紅色黏土發(fā)育的紅黃泥、石灰?guī)r風(fēng)化物發(fā)育的灰泥田、河湖沉積物母質(zhì)發(fā)育的河沙泥、板頁巖風(fēng)化物發(fā)育的黃泥田以及花崗巖風(fēng)化物發(fā)育的麻沙泥。根據(jù)不同典型母質(zhì)類型的分布范圍，各種母質(zhì)取7～12個(gè)剖面不等，共計(jì)59個(gè)剖面，樣品采集范圍涉及湖南省各地市（州），其中湘東地區(qū)25個(gè)（包括長沙、株洲和湘潭）；湘中地區(qū)7個(gè)（包括婁底、邵陽和衡陽）；湘北地區(qū)13個(gè)（包括常德、益陽和岳陽）；湘西地區(qū)9個(gè)（包括湘西自治州和張家界、懷化）；湘南地區(qū)5個(gè)（包括永州、郴州等）。利用全球定位系統(tǒng)（GPS）儀確定土壤剖面的地理位置。剖面采集情況及采樣點(diǎn)分布分別見表1、圖1。

圖1 剖面采樣點(diǎn)分布Fig.1 Profile sampling point distribution

于2015年11月至2018年5月采集雙季稻冬季農(nóng)閑時(shí)期土樣。按照土壤系統(tǒng)分類方法對剖面進(jìn)行土層劃分（各剖面具體層次根據(jù)實(shí)際情況而定，一般取至B層或C層止，實(shí)際剖面土樣數(shù)見表1，總計(jì)332個(gè)），挖掘深度0～140 cm，并填寫剖面記載表。土樣采回后于室內(nèi)自然通風(fēng)處風(fēng)干，除去砂礫及動(dòng)、植物殘?bào)w，分別磨碎過2 mm、0.25 mm和0.149 mm尼龍篩，用于分析測定土壤總砷和有效態(tài)砷含量以及土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、游離氧化鐵、各級(jí)土粒（0.05～2 mm、0.002～0.05 mm、＜0.002 mm）含量等指標(biāo)。

表1 不同母質(zhì)水稻土剖面樣品采集情況Tab.1 Collection of profile samples of paddy soil with different parent materials

1.3 測定項(xiàng)目與方法

采用1∶1王水消化—ICP（等離子光譜儀）法測定土壤總砷含量，采用10∶1液土比0.5 mol/L NaHCO3溶液提取—ICP法測定土壤有效態(tài)砷含量。測定結(jié)果用原子熒光法比對，質(zhì)控在誤差范圍內(nèi)。

參考文獻(xiàn)[27]的方法，采用水土比2.5∶1浸提電位法測定土壤pH值；采用硫酸重鉻酸鉀外加熱-容量法測定土壤有機(jī)質(zhì)含量；采用連二亞硫酸鈉-檸檬酸鈉-重碳酸鈉（DCB法）浸提—鄰菲羅啉比色法測定土壤游離氧化鐵含量；采用環(huán)刀法測定土壤容重；采用吸管法測定土壤顆粒組成。

1.4 土壤砷污染評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

土壤砷污染評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參照2018年頒布的《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)》（GB 15618—2018）中土壤砷元素污染篩選值，即土壤pH值≤6.5，總砷為30 mg/kg；6.5＜土壤pH≤7.5，總砷為25 mg/kg；土壤pH＞7.5，總砷為20 mg/kg。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)分析以及作圖采用Microsoft Excel 2010、SPSS19.0、Arcgis10.0進(jìn)行。

為方便比較，將系統(tǒng)分類方法劃分的多個(gè)土壤剖面層次歸結(jié)為2層，即水耕表層和底土層，水耕表層對應(yīng)原系統(tǒng)分類中的耕作層（Ap1）和犁底層（Ap2）；將犁底層之下的所有土層（包括水耕氧化還原層和母質(zhì)層）歸結(jié)為底土層。底土層砷加權(quán)平均含量計(jì)算方法是將各層土壤容重、厚度以及砷元素含量相乘再加權(quán)統(tǒng)計(jì)求得，即加權(quán)平均含量=Σ(Ci×Hi×Ri)／Σ(Hi×Ri)。其中，Ci指i土層砷含量數(shù)據(jù)，Hi指對應(yīng)i土層深度數(shù)據(jù)，Ri指對應(yīng)i土層容重?cái)?shù)據(jù)。剖面全層砷的加權(quán)平均含量計(jì)算方法同底土層加權(quán)平均含量計(jì)算方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同母質(zhì)水稻土砷的含量及其差異

2.1.1 總砷 59個(gè)不同母質(zhì)水稻土剖面全層總砷含量空間分布如圖2所示。從圖2可以看出，不同母質(zhì)水稻土剖面全層總砷含量及分布均存在較大差異。總砷含量變幅較大，在2.03～31.16 mg/kg（平均12.30 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差6.77 mg/kg，變異系數(shù)55%），其中85%的樣本集中在2.00～18.00 mg/kg，呈偏態(tài)分布，其中紫泥田、麻沙泥和紅黃泥樣本總砷含量均在此范圍，河沙泥和灰沙泥等個(gè)別水稻土樣本總砷含量稍高。地區(qū)分布比較，樣本總砷含量整體以湘北、湘中、湘西地區(qū)相對較低，以湘東地區(qū)和少數(shù)湘南、湘西地區(qū)母質(zhì)樣本相對較高。不同母質(zhì)水稻土剖面全層總砷含量及其變異系數(shù)差異較大（圖3）。其含量表現(xiàn)為河沙泥（16.78 mg/kg）＞灰泥田（15.01 mg/kg）＞黃泥田（13.86 mg/kg）＞紅黃泥（12.24 mg/kg）＞紫 泥 田（8.44 mg/kg）＞麻 沙 泥（7.40 mg/kg），河沙泥總砷含量為紫泥田和麻沙泥的2～3倍?？偵楹孔儺愊禂?shù)在20%～68%，除紅黃泥較小外，其他水稻土均在40%以上。總砷含量變異系數(shù)較大，表明影響土壤總砷含量的因素較為復(fù)雜。

圖2 不同母質(zhì)水稻土剖面全層總砷含量分布Fig.2 Distribution of total arsenic content in whole layer of paddy soil profile with different parent materials

圖3 不同母質(zhì)水稻土剖面全層總砷含量Fig.3 The total arsenic content in whole layer of paddy soil profile with different parent materials

2.1.2 有效態(tài)砷 供試水稻土剖面全層有效態(tài)砷含量頻數(shù)分布及有效態(tài)砷含量分別見圖4和圖5。從圖4可以看出，水稻土剖面全層有效態(tài)砷含量變幅較大，為0.04～0.69 mg/kg（均值0.19 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差0.14 mg/kg，變異系數(shù)74%），其中82%的樣本集中在0.04～0.29 mg/kg，與總砷相似,呈偏態(tài)分布。6種水稻土有效態(tài)砷含量比較，僅麻沙泥、紅黃泥和黃泥田所有樣本在此范圍內(nèi)，而其他水稻土有少數(shù)樣本超出此范圍。由圖5可知，不同母質(zhì)水稻土剖面全層有效態(tài)砷平均含量及其變異系數(shù)差異較大。其含量表現(xiàn)為灰泥田（0.33 mg/kg）＞紫泥田（0.20 mg/kg）＞河沙泥（0.18 mg/kg）＞黃泥田（0.14 mg/kg）＞紅黃泥（0.13 mg/kg）＞麻沙泥（0.08 mg/kg），灰泥田有效態(tài)砷含量最高，為其他水稻土的1.7～4.1倍。有效態(tài)砷含量的變異系數(shù)在31%～61%，除河沙泥的較大外，其他水稻土均低于50%，表明有效態(tài)砷的含量可能與土壤理化性質(zhì)等因素有關(guān)。表層土壤有效態(tài)砷提取率（即有效態(tài)砷含量占總砷含量百分比）在0.49%～15.46%（平均3.04%），不同母質(zhì)水稻土有效態(tài)砷提取率表現(xiàn)為紫泥田（4.59%）＞灰泥田（4.03%）＞黃泥田（3.55%）＞紅黃泥（2.12%）＞麻沙泥（1.69%）＞河沙泥（1.30%）。

圖4 不同母質(zhì)水稻土剖面全層有效態(tài)砷含量頻率分布Fig.4 Frequency distribution of available arsenic content in whole layer of paddy soil profile with different parent materials

圖5 不同母質(zhì)水稻土剖面全層有效態(tài)砷含量Fig.5 The available arsenic content in whole layer of paddy soil profile with different parent materials

2.2 不同母質(zhì)水稻土砷的剖面分布

2.2.1 總砷 供試水稻土不同剖面土層中總砷的含量如圖6所示。從圖6可以看出，整體上各剖面層次總砷含量大小表現(xiàn)為底土層大于水耕表層，表明水稻土總砷含量隨剖面層次加深遞增，即呈底聚型分布趨勢。對剖面層次總砷含量進(jìn)行分析，59個(gè)剖面水耕表層和底土層總砷含量分別為2.43～36.60 mg/kg（平均12.09 mg/kg，變異系數(shù)59.1%）、1.94～31.83 mg/kg（平均12.34 mg/kg，變異系數(shù)56.2%）。由表2可以看出，不同母質(zhì)水稻土剖面之間存在一定差異，而同一水稻土水耕表層與底土層之間相差較小。剖面各層土壤總砷含量整體上均呈現(xiàn)河沙泥＞灰泥田＞黃泥田＞紅黃泥＞紫泥田＞麻沙泥趨勢，與剖面全層分布規(guī)律一致。從變異系數(shù)大小看，整體上，除紅黃泥較小外，其他水稻土介于39.1%～72.2%，表明影響土壤總砷含量的因素較為復(fù)雜。從各母質(zhì)最高含量看，對于變異系數(shù)較高的如黃泥田、灰泥田和河沙泥，應(yīng)警惕其個(gè)別樣本出現(xiàn)高值的問題，而對于麻沙泥和紫泥田，雖其變異系數(shù)較大，但其高值均低于19 mg/kg，處于安全水平。剖面土壤總砷含量之間相關(guān)分析表明，水耕表層與底土層以及各層與全層總砷含量之間均呈顯著及以上正相關(guān)，其中各母質(zhì)水稻土的底土層與全層砷含量之間均達(dá)極顯著正相關(guān)，表明母質(zhì)砷對土壤底土層總砷以及剖面全層總砷的影響更大。

表2 不同母質(zhì)水稻土剖面層次土壤總砷含量Tab.2 The total arsenic content in profile layer of paddy soil with different parent materials

圖6 不同母質(zhì)水稻土剖面層次土壤總砷含量變化Fig.6 The variation of total arsenic content in profile layer of paddy soil with different parent materials

2.2.2 有效態(tài)砷 從圖7可以看出，有效態(tài)砷含量的剖面變化均一致表現(xiàn)為水耕表層大于底土層，表明土壤有效態(tài)砷含量隨剖面加深遞減，即呈表聚型分布。55個(gè)剖面水稻土水耕表層和底土層有效態(tài)砷含量分別 為0.05～0.64 mg/kg（平 均0.26 mg/kg，變 異 系 數(shù)61.5%）、0.04～0.68 mg/kg（平均0.17 mg/kg，變異系數(shù)70.6%）。不同水稻土比較，以灰泥田、黃泥田和紅黃泥差異較大，其他水稻土差異較小。水耕表層和底土層有效態(tài)砷平均含量均以灰泥田最高，分別為0.49 mg/kg和0.33 mg/kg，以麻沙泥最低，分別為0.09 mg/kg和0.08 mg/kg，其他水稻土水耕表層含量接近，平均為0.23 mg/kg，河沙泥和紫泥田表、底含量接近，平均為0.22 mg/kg，紅黃泥和黃泥田表層含量為對應(yīng)底層的2倍。表、底層有效態(tài)砷的變異系數(shù)在22.2%～55.0%，不同水稻土之間表現(xiàn)各有不同。表土層變異系數(shù)表現(xiàn)為黃泥田（50.0%）＞紅黃泥（45.5%）＞紫泥田（40.0%）＞河沙泥（38.1%）＞灰泥田（24.5%）＞麻沙泥（22.2%）。底土層變異系數(shù)以紫泥田最大，為55.0%，河沙泥和麻沙泥兩者等同，均為50.0%，其他水稻土較接近，平均為40.2%。表明有效態(tài)砷的含量可能與其理化性質(zhì)等因素有關(guān)。

圖7 不同母質(zhì)水稻土剖面層次有效態(tài)砷含量Fig.7 The available arsenic content in profile layer of paddy soil with different parent materials

2.3 母質(zhì)砷對表層土壤砷含量的影響

相關(guān)性分析結(jié)果表明，水稻土剖面表、底層總砷含量之間以及表、底層有效態(tài)砷含量之間均呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)：總砷r=0.819 6**（n=59），有效態(tài)砷r=0.778 9**（n=55）。

以剖面底土層砷含量與對應(yīng)表層砷含量之比（簡稱底表比）反映母質(zhì)砷對表層土壤砷含量的影響，不同母質(zhì)水稻土總砷和有效態(tài)砷底表比均有所不同。

59個(gè)供試水稻土剖面總砷含量底表比為42.5%～251.4%（平均值107.0%，標(biāo)準(zhǔn)差34.8%，變異系數(shù)32.5%），整體上總砷底表比較高，在80%～130%。不同母質(zhì)間有一定差異（圖8a），總砷平均底表比表現(xiàn)為黃泥 田（129.6%）＞麻 沙 泥（107.8%）＞灰 泥 田（104.8%）＞紅黃泥（102.0%）＞紫泥田（99.8%）＞河沙泥（93.1%），變異系數(shù)在18.6%～45.7%。可見，底表比除河沙泥和紫泥田略小于100%外，其余母質(zhì)均大于100%。

55個(gè)供試水稻土剖面有效態(tài)砷含量底表比為22.6%～180.3%（平均值71.4%，標(biāo)準(zhǔn)差33.5%，變異系數(shù)46.9%），整體上有效態(tài)砷底表比處于中等偏上，在49%～95%。不同母質(zhì)比較（圖8b），有效態(tài)砷平均底表比表現(xiàn)為河沙泥（96.9%）＞麻沙泥（90.6%）＞紫泥田（77.7%）＞灰泥田（66.4%）＞黃泥田（57.7%）＞紅黃泥（55.8%）。

圖8 不同母質(zhì)水稻土剖面總砷含量（a）與有效態(tài)砷含量（b）底表比Fig.8 The ratio in bottom to in surface layer of total arsenic content（a）and available arsenic content（b）in soil profile

上述結(jié)果表明，表層總砷含量受母質(zhì)砷的影響較大，黃泥田、灰泥田和河沙泥表層總砷含量普遍高于其他水稻土，與這些母質(zhì)總砷含量較高有關(guān)。河沙泥表層總砷含量較高，除母質(zhì)有一定影響外，還可能與該水稻土常年接觸周邊各種地表水源有關(guān)。表層有效態(tài)砷含量除受底層母質(zhì)的一定影響外，可能主要與其表層理化性質(zhì)有關(guān)?？傮w來看，各母質(zhì)水稻土底表比總砷大于有效態(tài)砷，不同母質(zhì)中底表比整體以花崗巖風(fēng)化物、河湖沉積物較大，總砷和有效態(tài)砷平均底表比達(dá)93%以上。

2.4 土壤砷含量的相關(guān)性分析

2.4.1 剖面土壤砷含量之間的相關(guān)分析 相關(guān)性分析結(jié)果表明，所有供試水稻土以及剖面層次土壤有效態(tài)砷含量與其對應(yīng)總砷含量之間均呈顯著或極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)：所有水稻土r=0.325**（n=110），表層r=0.281*（n=55），底層r=0.441**（n=55）。表明土壤有效態(tài)砷含量隨土壤總砷含量的增加而增加。

2.4.2 土壤砷含量與理化性質(zhì)之間的相關(guān)分析供試水稻土剖面土樣中總砷和有效態(tài)砷含量與其對應(yīng)土壤理化性質(zhì)間的相關(guān)分析結(jié)果（表3）顯示，土壤砷含量與對應(yīng)土壤理化性質(zhì)之間呈現(xiàn)不同程度相關(guān)。土壤總砷含量與有機(jī)質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.126*，n=332），與游離氧化鐵含量呈極顯著正相關(guān)（r=0.506**，n=332），與土壤pH值和各級(jí)土粒含量無顯著相關(guān)性。土壤有效態(tài)砷含量除與土壤游離氧化鐵無顯著相關(guān)性外，與其他理化指標(biāo)均呈極顯著相關(guān)，其中除與砂粒含量呈負(fù)相關(guān)外，其他均呈正相關(guān)。上述結(jié)果表明，土壤游離氧化鐵和有機(jī)質(zhì)含量是影響土壤總砷含量的主要因子，土壤pH值、有機(jī)質(zhì)及粉、砂粒、黏粒含量是影響土壤有效態(tài)砷含量的主要因子。對比不同母質(zhì)水稻土理化性質(zhì)（表4）發(fā)現(xiàn)，河沙泥、黃泥田、灰泥田3種水稻土有機(jī)質(zhì)、游離氧化鐵、pH值和粉粒含量均高于其他3種水稻土，而砂粒含量剛好相反，以麻沙泥最高。由此說明，不同母質(zhì)水稻土總砷整體上以河沙泥、灰泥田、黃泥田較高，而紫泥田和紅黃泥居中低水平，麻沙泥雖有機(jī)質(zhì)稍高于紫泥田和紅黃泥，但由于其游離氧化鐵含量較低以及砂粒含量高等原因使得其總砷含量最低。不同母質(zhì)水稻土有效態(tài)砷含量的變化規(guī)律與總砷大體相似。

表3 水稻土砷含量與土壤理化指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)Tab.3 Correlation coefficients of total arsenic，available arsenic content and physical and chemical indexes in paddy soil

表4 不同母質(zhì)水稻土剖面土壤理化性質(zhì)Tab.4 Physical and chemical properties of paddy soil profile from different parent materials

3 結(jié)論與討論

許多研究表明[1-4,11-12,19,28-32,33-39]，土壤中的砷含量與母巖母質(zhì)、土壤理化性質(zhì)和人類活動(dòng)等因素有關(guān)，砷元素在土壤中具有累積性、殘留期長等特點(diǎn)。本研究結(jié)果表明，湖南省59個(gè)不同母質(zhì)發(fā)育水稻土剖面全層以及水耕表層、底土層總砷平均含量分別為12.30 mg/kg和12.09、12.34 mg/kg，水耕表層總砷高于中國土壤A層總砷（11.2 mg/kg）和水稻土A層總砷（10.0 mg/kg）[32]，各層總砷均稍高于湖南水稻土各層總砷（均為12mg/kg）[1]。其平均含量均在周九州[28]、王昌宇[29]報(bào)道的湖南省不同地區(qū)水稻土砷元素含量范圍內(nèi)。本研究中，黃泥田、灰泥田和河沙泥個(gè)別樣本水耕表層總砷含量較高，其原因可能是剖面犁地層總砷含量均高于耕作層，從而提高了加權(quán)平均值。地區(qū)分布比較，樣本總砷含量整體以湘東地區(qū)及少數(shù)湘南、湘西地區(qū)母質(zhì)樣本相對較高，以湘北、湘中、湘西地區(qū)相對較低。

各母質(zhì)水稻土之間總砷含量存在一定差異，河沙泥、灰泥田及黃泥田偏高（13.05～16.78 mg/kg），紅黃泥中 等（12.19～12.24 mg/kg），紫 泥 田 和 麻 沙 泥 偏 低（7.40～8.77 mg/kg），其中含量最高的河沙泥為含量最低的麻沙泥的2.27倍?？傮w上，除河沙泥外，各母質(zhì)水稻土之間砷含量差異與潘佑民等[1]報(bào)道的大體一致。河沙泥、黃泥田、灰泥田總砷含量偏高可能與這些土壤中有極少數(shù)樣本含量較高有關(guān)。

與各類水稻土表層總砷背景值[1]（河沙泥11 mg/kg、麻沙泥6.8 mg/kg、黃泥田13 mg/kg、紅黃泥15 mg/kg、灰泥田18 mg/kg、紫泥田10 mg/kg）比較，河沙泥水耕表層總砷平均含量明顯大于背景值，為其背景值的1.59倍，麻沙泥和黃泥田與其背景值相當(dāng)，其他水稻土均低于其背景值?？傮w來看，近40 a間土壤總砷含量除河沙泥和麻沙泥有所增加外，其余母質(zhì)水稻土變化不大，表明目前湖南省大多數(shù)水稻土表層總砷未出現(xiàn)明顯的累積變化。

對比土壤砷元素污染篩選值，供試水稻土總砷平均含量均低于污染篩選值，表明目前湖南地區(qū)絕大多數(shù)水稻土砷環(huán)境質(zhì)量處于安全水平。

水稻土有效態(tài)砷平均含量剖面全層、水耕表層、底土層分別為0.19、0.26、0.17 mg/kg，不同水稻土比較，均以灰泥田最高，平均0.38 mg/kg，麻沙泥最低，平均0.08 mg/kg，其他水稻土有效態(tài)砷較為相近。水稻土之間有效態(tài)砷含量差異大體與總砷含量變化相似，土壤有效態(tài)砷含量與對應(yīng)總砷含量呈顯著或極顯著正相關(guān)，與朱雁鳴等[33]、POGGIO等[34]報(bào)道一致。

剖面底/表總砷含量之比可用以說明母質(zhì)對表層土壤砷的影響[12]。本研究結(jié)果表明，整體上總砷底表比較高，平均為107.0%。表明總砷含量受成土母質(zhì)因素影響較大，這與溫鵬翀等[31]、張慧等[35]的研究報(bào)道一致。不同母質(zhì)中，底表比整體以花崗巖風(fēng)化物、河流（湖）沉積物較大，與6種母質(zhì)水稻土中總砷含量以河沙泥最高、麻沙泥最低等結(jié)果相符。河沙泥總砷含量是麻沙泥的2.27倍，說明這2種母質(zhì)對其土壤總砷含量影響較大，與魏大成[36]、趙述華等[37]的結(jié)論相似。

相關(guān)分析表明，土壤游離氧化鐵、有機(jī)質(zhì)含量是影響土壤總砷含量的主要土壤因子。這與石敏等[3]、陳鳳等[38]研究報(bào)道的土壤總砷含量與土壤游離氧化鐵含量呈顯著正相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)一致。河沙泥、黃泥田、灰泥田3種水稻土有機(jī)質(zhì)和游離氧化鐵含量均高于其他水稻土，故3種水稻土總砷含量整體處于中高水平，而紫泥田和紅黃泥居中低水平，麻沙泥雖有機(jī)質(zhì)稍高于紫泥田和紅黃泥，但由于其游離氧化鐵含量較低以及砂粒含量最高，因而使得該類母質(zhì)水稻土總砷含量較低。

相關(guān)性分析表明，土壤有機(jī)質(zhì)含量是影響土壤有效態(tài)砷含量的主要土壤因子之一，與KIRKHAM[39]認(rèn)為有機(jī)質(zhì)是衡量土壤中重金屬有效性的重要指標(biāo)一致。對比各類母質(zhì)水稻土有機(jī)質(zhì)和砂粒、黏粒含量發(fā)現(xiàn)，灰泥田、黃泥田和河沙泥3種水稻土有機(jī)質(zhì)含量均高于其他水稻土，故3種水稻土整體有效態(tài)砷含量處于中等偏上水平，麻沙泥和紫泥田整體處中等偏低水平，紅黃泥雖有機(jī)質(zhì)含量較低，但由于其含有較高的砂粒和黏粒含量（土壤有效態(tài)砷含量與砂粒含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與粉粒和黏粒呈極顯著正相關(guān)），其有效態(tài)砷含量整體仍處中等偏上水平。

分析供試樣本含量較高值分布區(qū)域，發(fā)現(xiàn)除灰泥田外，多數(shù)樣本較集中于湘東地區(qū)，其他湘南、湘西也有部分灰泥田、黃泥田或紫泥田樣本分布，河沙泥樣本多集中于湘北地區(qū)。有資料顯示[17]，湖南省是我國著名的有色金屬之鄉(xiāng)，各類礦藏資源豐富，礦山開采以及冶煉等相關(guān)工業(yè)較發(fā)達(dá)，其中礦藏分布及開采、冶煉主要集中于湘南、湘東等地區(qū)，冶煉等相關(guān)工業(yè)甚至包括較大規(guī)模的水稻生產(chǎn)基地等均集中于湘東地區(qū)。農(nóng)業(yè)土壤由于耕作歷史悠久，期間不斷受到各種人類活動(dòng)因素的影響。此外，河沙泥、灰泥田、黃泥田總砷含量整體高于其他水稻土，除前述分析的母質(zhì)及土壤理化性質(zhì)差異等原因以外，還可能與本研究供試樣本來自湖南土系調(diào)查與土系志編制項(xiàng)目組，其剖面樣品采集僅從土壤分類角度，具有隨機(jī)性，可能出現(xiàn)其個(gè)別采樣點(diǎn)離工礦區(qū)較近或曾受過工礦活動(dòng)等的影響，再加之河沙泥母質(zhì)剖面數(shù)較少（僅7個(gè)），從而導(dǎo)致黃泥田、河沙泥和灰泥田個(gè)別樣本總砷含量以及河沙泥總砷平均含量較高。基于上述原因，本研究供試樣本總砷整體高于中國土壤或水稻土，也稍高于湖南本地水稻土背景值，整體上湘東及少數(shù)湘南等地區(qū)母質(zhì)樣本砷高于湖南其他地區(qū)。

綜上，整體來看，本研究基于土壤分類所采集的59個(gè)剖面水稻土樣的總砷含量處于安全水平，且表層總砷未出現(xiàn)明顯的累積變化。但從含砷較高或砷出現(xiàn)累積變化的少數(shù)母質(zhì)樣本來看，為防止農(nóng)田砷污染發(fā)生，應(yīng)加強(qiáng)湘東、湘南等地區(qū)的農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)監(jiān)管工作，特別注重河沙泥稻田生態(tài)系統(tǒng)中灌溉水源環(huán)境質(zhì)量管理，并監(jiān)控其總砷含量變化。