不同施肥措施对重金属污染农田土壤-水稻重金属含量的影响

李晓梅，冯廷显，王科举，刘润梅，胡兴钢，宋瑞瑚，黎桂英，沈 丽

(文山州农业环境保护监测站,云南文山 663099)

0 引言

中国耕地土壤重金属污染发生概率为16.7%，受污染的土壤约2 000万hm2，占耕地总面积的1/6左右[1]。农业部调查表明，我国污水灌溉区面积约140万hm2，遭受重金属污染土地面积占污染总面积的64.8%，其中轻度污染面积占46.7%、中度污染占9.7%、严重污染占8.4%，以Hg和Cd的污染面积最大[1，2]。如何修复治理重金属污染的土壤，降低重金属污染带来的危害，已经成为农业环保领域的重要研究内容。在实际生产中，选择堆肥施用到重金属污染土壤中，影响土壤中重金属形态及生物化学性质，从而可以降低植物对重金属的吸收是切实可行的，随着堆肥施用量的增加，在非根际土中水溶态和交换态Cd含量显著降低，有机结合态Cd含量显著升高[3]。作物在土壤中吸收重金属不仅取决于土壤中的含量，而且也受土壤性质、水分条件、施肥的种类和数量、栽培的植物种类、栽培方式以及耕作制度等农艺措施的影响。重金属有效形态降低是改良剂修复重金属污染土壤的主要作用机理，张青[4]研究表明，在镉、锌污染土壤上施用石灰、有机肥和海泡石3种改良剂能降低小油菜对镉和锌的吸收、增加生物量，从而有效地缓解重金属毒害，作用效果是石灰＞有机肥＞海泡石，石灰和有机肥配施是最优的选择，既能显著修复重金属污染，又能保持长久的效果。由于不同污染元素性质不同，要选择某一合适的方法来达到全面改良重金属污染土壤并非易事。本文为了探索在不改变种植习惯的条件下，寻找最简便的农艺操作，研究种植季前后土壤重金属含量的变化，以及对水稻籽粒重金属含量的影响，寻找不同农艺措施的修复治理效果，为探索适合当地的重金属污染农田土壤修复治理技术提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点和供试土壤

试验于2017年4～12月在云南省文山州马关县，供试土壤为水稻土，前茬空闲，供试土壤主要农化性状见表1。供试农田总面积2亩，基础土样镉、汞、砷、铅和铬5种重金属含量见表2。供试田块近三年水稻籽粒镉、汞、砷、铅和铬5种重金属平均含量见表3。

表1 供试土壤理化性状

供试土壤重金属含量值见表2，对比《全国农产品产地土壤重金属安全评估技术规定》[5]中对农产品产地土壤安全评估参比值，供试土壤镉含量是参比值（0.3mg/kg）的10倍，汞含量未超过参比值0.3mg/kg，砷含量超过参比值（25mg/kg）的3倍，铅含量未超过参比值100mg/kg，铬含量未超过参比值200mg/kg。

表2 供试土壤重金属含量单位：mg/kg

表3 供试田块近三年水稻籽粒重金属平均含量单位：mg/kg

供试田块近三年水稻籽粒重金属含量值见表3，参考我国现行有效的《食品中污染物限量》（GB2762）中重金属限量标准[6]，水稻籽粒镉含量是标准限量（0.2mg/kg）的5.78倍，铬含量刚超过标准限量（1.0mg/kg），汞含量未超过标准限量0.02mg/kg，无机砷含量未超过标准限量0.2mg/kg，铅含量未超过标准限量0.2mg/kg。

1.2 供试作物及肥料

供试作物为水稻，品种为内香8518。供试肥料品种为复合肥（10-5-5）、尿素、硫酸锌、生石灰、叶林牌商品有机肥。

1.3 试验设计

试验设单施化肥、化肥和有机肥配施、化肥加生石灰、化肥有机肥生石灰配施4种农艺措施。水稻人工栽秧，株距行距15cm×21cm，亩栽种1.9万穴，每穴2～3株。小区面积为30m2，每个处理3次重复，共12个小区，进行随机区组排列。

化肥施用量为181.5kg/hm2，37.5kgP2O5/hm2，37.5kgK2O/hm2，22.5kgZiSO4/hm2。氮肥2/3作基肥，1/3作追肥分别于分蘖期和拔节孕穗期追施，磷钾肥全部作基肥施用，硫酸锌、有机肥作基肥一次施用。有机肥处理施用商品有机肥22 500kg/hm2，石灰处理施用生石灰1 125kg/hm2。供试肥料品种为复合肥（10-5-5）、尿素、硫酸锌、生石灰、叶林牌商品有机肥。石灰和有机肥处理在翻耕之前均匀撒入并随机翻耕，基肥在移栽之前施入，追肥在分蘖期和拔节孕穗期分别施入，按时中耕管理和病害防治。

1.4 样品采集与测定

试验种植前采集基础土样，于成熟期采集土壤样品，同时测产。测定土壤pH值及其镉、汞、砷、铅和铬5种重金属元素含量。于水稻成熟期采集水稻籽粒，测定其镉、汞、砷、铅和铬5种重金属元素含量。

对试验结果进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥措施对土壤重金属含量的影响

表4 试验不同处理的土壤重金属平均含量（mg/kg）

试验不同处理3次重复的测定结果（表4）显示，土壤镉、砷、铅和铬含量都有所降低，其中土壤汞、铅、铬含量未超过参比值。对试验检测结果进行统计分析，以上五种重金属含量中只有土壤铅含量比基础土样铅含量降低值达到F0.05显著水平，说明试验后土壤铅含量显著降低，其中化肥+有机肥+石灰处理比试验前降低47.4%，其次是化肥+石灰处理比试验前降低43.6%，化肥+有机肥处理比试验前降低34.6%，单施化肥降低29.7%。超标的土壤镉和砷含量也有一定程度的降低，施用化肥单施、化肥和石灰、化肥和有机肥以及化肥有机肥和石灰配施四种农艺措施使当季土壤镉含量降低0.22～0.31mg/kg，使当季土壤砷含量降低7.6～13.8mg/kg。说明合理的农艺操作可以降低土壤镉、砷等重金属含量，施用石灰通过调节土壤酸碱度可以使土壤中重金属有效态养分含量有所降低，从而减少向地上部植株的供给。

2.2 不同施肥措施对水稻籽粒重金属含量的影响

表5 试验不同处理的水稻重金属平均含量（mg/kg）

试验不同处理3次重复的测定结果（表5）显示，土壤镉和砷含量分别超过参比值的10倍和3倍的污染农田上，采用以上四种施肥措施显著降低水稻籽粒无机砷含量，差异达到F0.01显著水平。水稻籽粒镉含量虽未达到方差分析的显著水平，但从水稻籽粒超过标准限量的近6倍降低为超过标准限量的2～3倍，水稻籽粒铬含量由标准限量值降低到标准限量值的1/4到1/3，未超过标准限量值。水稻籽粒铅含量分别降低0.023～0.061mg/kg，汞含量分别降低0.001～0.002mg/kg。

3 结论

土壤重金属镉和砷含量超标的污染农田中，种植水稻后采用化肥单施、化肥+有机肥、化肥+石灰、化肥+机肥+石灰四种施肥配用措施可以使当季土壤镉和砷含量分别降低0.22～0.31mg/kg和7.6～13.8 mg/kg，当季土壤铅含量降低15.17～24.23 mg/kg，达到F0.05显著水平，当季土壤铬含量降低1.53～5.93 mg/kg。该农田土壤条件下，以近三年的水稻籽粒重金属检测值平均含量为基础，当季水稻籽粒重金属含量的变化作为四种不同施肥组合配用措施的修复效果，结果可以看出，近三年，该农田土壤上种植的水稻籽粒中重金属镉和铬超过国家现行有效的《食品中污染物限量》（GB2762）的污染限量值，水稻籽粒镉含量的污染限量值的近6倍，通过当季作物水稻不同施肥组合措施后，成熟期水稻籽粒重金属镉含量下降0.539～0.816 mg/kg，由超过限量值的约6倍降低到超过限量的2～3倍。水稻籽粒铬含量由超过标准限量降到限量值的约1/4。其他重金属元素汞、砷和铅分别降低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达到F0.01显著水平。

4 讨论

本试验研究进一步说明了土壤重金属污染和水稻重金属污染元素不一定一一对应，土壤重金属元素不超过参比值不代表水稻中该种重金属元素含量不超过污染限量值，而土壤重金属元素超过参比值的水稻中对应重金属元素可能超过污染限量也可能不超过污染限量，也在一定程度上说明了水稻重金属污染可能与当季大气环境、水环境和不同的农艺操作有关，而本试验灌溉用水的重金属含量未检测出超标情况，因此，影响水稻籽粒中重金属元素含量高低的原因不仅受土壤重金属污染状况影响，还受农艺操作、大气等环境因素的多重影响，试验在不改变现有种植制度和种植习惯的基础上，对施肥措施进行优化配施石灰调节酸性土壤pH值的方式，对重金属污染农田土壤-水稻系统的重金属有效态含量有一定的降低效果，虽然土壤中重金属含量多少不是影响水稻重金属含量的直接的唯一原因，但是在农业生产和农产品质量安全角度考虑，土壤重金属含量较高是具有潜在危险性，通过降低土壤中重金属有效态的方式减少对农产品生产上的威胁又便于农户操作的农艺方式值得进一步研究评价，进而推广应用，为耕地土壤重金属污染修复治理提供实践依据。