成都市水稻种植土壤重金属污染状况及基础理化性质

陈媛媛，张 成，肖欣娟，刘思汐，李 根，王 科，徐张义

(成都市农业技术推广总站，四川 成都 610041)

土壤是人类赖以生存的重要资源，近年来土壤重金属污染状况不容乐观。中华人民共和国国土资源部全国土壤污染状况调查公报显示：我国耕地土壤超标率为19.4%，无机污染物超标点位占全部超标点位的82.8%，镉(Cd)污染最严重，达7.0%[1]。重金属元素不随水淋滤，不能被降解，难挥发、易积累、毒性大、隐蔽性强，被农作物吸收后，会沿着食物链直接或间接进入人体，产生毒害作用[2-3]。镉迁移性强、易被作物富集，具有很强的毒性，被列为全球主要关注的无机污染元素之一[4]。水稻是主要的粮食作物，保障土壤安全才能保障农产品安全，进而保障人类健康。成都市位于四川盆地西部，龙门山以东，龙泉山一山连两翼，岷江、沱江水系环绕，气候温和，雨量充沛。龙门山以东、龙泉山以西是成都平原传统精耕细作农耕区，耕地坡度低，灌溉方便，水稻土发育良好，耕地质量较高。东侧山丘起伏，旱地零星散布，多为紫色土壤，耕地质量相对较低。

关于水稻重金属污染已有大量相关研究，考虑到以往的研究大多为在特定区域开展盆栽或田间试验，由于土壤-水稻之间具有复杂性和异质性，在自然水稻田生态系统开展实地调查更具有现实意义。通过研究了成都市常年种植水稻的耕层土壤的重金属污染情况及基础理化性质，采用内梅罗单因子污染指数法和综合污染指数法对土壤重金属污染情况进行了初步评价，以期为全市耕地土壤质量监测、重金属污染治理及水稻重金属防控提供依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

2019年小春收获后，水稻种植前，在成都市的17涉农个区(市)县选择常年种植水稻的田块以随机、多点混合为原则采集土壤样品。土壤样品采集与制备按照《农田土壤环境质量监测技术规范(NY/T 395-2012)》进行，采样深度0～30cm，四分法保留1kg混合样，带回实验室晾干、过筛备用。

1.2 测定指标及方法

土壤样品测定指标为：pH、有机质、全氮、有效磷、速效钾、阳离子交换量、镉、铅、砷、铬、汞。pH用pH计测定，水土比2.5:1；有机质用重铬酸钾氧化法测定；全氮用凯氏定氮法测定；有效磷用钼锑抗比色法测定；速效钾用火焰光度法测定；镉、铅、铬用原子吸收分光光度法测定；砷、汞用原子荧光分光光度法测定。测定方法参照全国农业技术推广服务中心编《土壤分析技术规范》第二版。

1.3 数据处理及评价标准

用Excel2010、SPSS20.0软件对数据进行统计分析，采用内梅罗单因子污染指数法和综合污染指数法对土壤重金属污染情况进行初步评价。

单因子污染指数法：Pi=Ci/Si，其中，Pi为土壤中污染物i的污染指数，Pi≤1表示未受污染，13表示受重度污染；Ci为污染物i的测定值(mg/kg)；Si为污染物i的评价标准值(mg/kg)，标准值参照土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(GB15618-2018)中的风险筛选值，如表1所示。

表1 农用地土壤污染风险筛选值(mg/kg)

2 结果与分析

2.1 土壤重金属污染情况

根据土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(GB15618-2018)，基于各地区的土壤pH和土壤利用类型，所采集的土壤样品中铅、铬、砷均未污染，单因子污染指数均小于1，说明土壤铅、铬、砷含量均低于农用地土壤污染风险筛选值，对作物生长、农产品质量安全及土壤生态环境污染的风险低。所采集的土壤样品中镉、汞存在不同程度的污染，对作物生长、农产品质量安全及土壤生态环境存在潜在风险。由表2可得，镉的单因子污染指数平均值为0.65，最大值为2.24，镉污染率达10.61%，仅1个点位属于中度污染，其余均为轻度污染。汞的单因子污染指数平均值为0.18，最大值为1.36，汞污染率为1.52%，属于轻度污染。重金属镉、铅、铬、砷、汞的综合污染指数的平均值为0.57，最大值为1.65，所采集的土壤样品中无重金属污染风险的占83.33%(P综≤0.7)；目前尚未受污染，但可能存在污染风险，应当引起重视的占12.12%(0.7

表2 土壤重金属污染指数

2.2 土壤基础理化性质

成都市水稻种植耕层土壤的基础理化性质如表3所示。土壤pH在4.93～8.62范围内波动，变异系数相对较小，平均值7.06，参照土壤酸碱度分级标准，酸性土壤(5.5～6.5)占16.67%，中性土壤(6.5～7.5)占51.51%，碱性土壤(7.5～8.5)占25.76%。土壤基础养分含量平均值分别为有机质29.54g/kg、全氮1.97g/kg、有效磷22.85mg/kg、速效钾131.74mg/kg，参照全国第二次土壤普查养分分级标准(表4所示)，有机质二、三级居多，各占36.36%，三级及以上占84.84%；全氮一级占比最多，达48.49%，三级及以上占98.49%；有效磷三级占比最多，为45.45%，其次为二级，占30.30%；速效钾以二、三级居多，各占28.79%、34.85%。说明成都水稻种植土壤较肥沃，有机质、全氮含量较丰富，有效磷、速效钾含量处于中偏上水平。土壤阳离子交换量在3.36～24.70cmol/kg范围内波动，平均值为15.75cmol/kg，说明土壤保肥能力适中。

表3 土壤基础理化性质

表4 土壤养分分级标准及各级占比

2.3 土壤镉、汞污染与土壤理化性质的关系

由表5可得，土壤中镉含量与全氮、有机质含量呈显著正相关，说明土壤全氮、有机质含量越高，镉含量越高。汞含量与pH、速效钾含量呈极显著负相关；与有效磷含量呈显著正相关，说明土壤pH、速效钾含量越低，有效磷含量越高，汞含量越高。因此，土壤pH越小，养分含量越丰富，重金属超标的风险越高。

表5 土壤镉、汞含量与理化性质的Pearson相关性

3 结论与讨论

3.1 重金属污染现状

根据土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(GB15618-2018)，成都市水稻种植耕层土壤重金属(镉、铅、铬、砷、汞)的综合污染指数平均值为0.57，最大值为1.65，其中4.55%的土壤属于重金属轻度污染，镉污染率为10.61%，汞污染率为1.52%。崇-邛-大平坝及东部丘陵粮油功能区是成都市最主要的粮食生产区，邛崃市、崇州市、大邑县水稻种植耕层土壤均存在不同程度的镉超标现象，因此，需加强我市耕地土壤环境质量监测和农产品协同监测，以保障耕地土壤生态环境安全及农产品质量安全。

3.2 土壤酸碱度与重金属污染

成都市水稻种植耕层土壤pH平均值7.06，多为中性或偏碱性，个别地区存在土壤酸化较严重的现象，pH≤5.5的强酸性土壤占3.03%，位于彭州市、邛崃市两地，5.5

3.3 土壤肥力与重金属污染

成都市水稻种植耕层土壤的有机质、全氮含量较丰富，有效磷、速效钾含量处于中偏上水平，平均值分别为有机质29.54g/kg、全氮1.97g/kg、有效磷22.85mg/kg、速效钾131.74mg/kg，土壤阳离子交换量平均值为15.75cmol/kg，保肥能力适中。土壤中镉含量与全氮、有机质含量呈显著正相关，汞含量与有效磷含量呈显著正相关，说明土壤养分含量越丰富，重金属超标的风险越高。前人研究表明：土壤 pH、阳离子交换量与土壤有效铅含量呈极显著负相关，有机质、全氮、碱解氮、有效磷与有效铅含量呈显著正相关[7]。

水稻种植切勿盲目大量施肥，应充分考虑土壤养分含量及植物吸收利用率等因素合理施肥。有研究指出，施用有机肥即可提高土壤肥力，又可减少植物对重金属的吸收[8-10]，全生育期淹水，施加硅肥和有机肥可降低稻米镉含量[11]。需进一步加强科学施肥相关研究，推广测土配方施肥技术，因地制宜探索新的施肥方式，提高肥料利用率，减少施肥对土壤重金属污染的不良影响。