成都油-稻轮作模式下油菜籽重金属含量与土壤的关系

陈媛媛，肖欣娟，张 成，李 根，刘思汐，钟文挺，李 浩

(成都市农业技术推广总站，成都610041)

油菜(BrassicanapusL.)别称油白菜、苦菜，十字花科芸薹属植物[1]，是具有传统优势的重要油料作物，是我国第一大植物油来源[2]。四川省是长江上游油菜优势发展区，2017年四川油菜籽单产2387.97kg/hm2，总产288.03万t[3]。四川油菜种植面积占全国的18.1%，总产量占全国的21.7%，2020年四川省油菜种植面积达126.67万hm2。成都市位于四川中部，四川盆地西部，成都平原土层深厚，土壤肥沃，地势平坦，雨量充沛，年平均气温16℃，年均日照时数1042～1412h，年均降水量952.2mm，非常有利于油菜生长发育[4]。油菜产业是成都市重点发展的十大优势产业之一，油菜占全市油料作物种植90%以上，占全市植物油消费量65%左右，常年种植面积10万hm2左右，占四川省油菜种植面积的10%以上，约占全省总产量的12%[5]。

工业化的快速发展以及农业生产中农药、化肥的过量使用，频发农产品重金属超标现象，农田重金属污染成为人类健康的一大威胁。在土壤重金属污染中，镉被列为五大毒物(Cd、Pb、Cr、As、Hg)之首，我国受镉污染的耕地面积超过28万hm2[6-7]。前人研究了油菜生长期内的土壤理化性质及重金属含量变化[1]，我国长江流域油菜种植区土壤养分现状[8]，四川油菜对NPK的吸收利用规律[9]等，油菜重金属富集情况与土壤性质的关系研究目前尚少。成都市油菜种植区多为油菜—水稻轮作，因此，本文研究了常年油—稻轮作模式下的油菜籽重金属富集状况及其与土壤基础养分、土壤重金属含量的关系，以期为油菜重金属防控、土壤重金属污染治理提供依据，推进农产品质量安全保障工作。

1 材料与方法

1.1 样品采集

2019年油菜收获期在成都市10个油菜种植区(市)县(简阳市、邛崃市、崇州市、都江堰市、金堂县、新津区、郫都区、新都区、双流区、高新区)选择常年油—稻轮作的田块分别采集土壤及油菜籽粒样品。采样以随机、多点混合为原则，棋盘法采样。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，油菜样品采集后带回实验室脱壳、烘干、磨粉、过筛备用。

1.2 测定指标及方法

1.2.1 土壤样品 土壤样品测定指标为：pH、有机质、全氮、有效磷、速效钾、镉、铅、铬、砷、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；重金属用原子吸收分光光度法(镉、铅、铬)、原子荧光分光光度法(砷、汞)测定。

1.2.2 油菜籽样品 油菜籽样品测定指标为镉、铅、铬、砷、汞含量，测定方法参照土壤样品。

1.3 数据处理

采用Excel 2010、SPSS 20.0软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 土壤养分及重金属含量

成都市常年油—稻轮作模式下的各油菜种植区耕层土壤的基础养分及重金属含量平均值如表1所示。土壤pH在5.70～8.13范围内波动，变异系数相对较小，平均为7.19，参照土壤酸碱度分级标准，土壤呈中性(6.5～7.5)。土壤基础养分含量分别为有机质28.03g/kg、全氮1.86g/kg、有效磷26.46mg/kg、速效钾126.13mg/kg，参照全国第2次土壤普查养分分级标准，有机质为适量(20～30g/kg)，全氮为丰富(1.5～2.0g/kg)，有效磷为丰富(20～40mg/kg)，速效钾为适量(100～150mg/kg)。10个区(市)县中，有机质丰富及以上占比30%、适量占比60%。全氮丰富及以上占比80%、适量占比20%。有效磷丰富及以上占比60%、适量占比40%。速效钾丰富及以上占比20%、适量占比60%。因此，成都市各油菜种植区的土壤较肥沃，全氮、有效磷含量丰富，土壤养分含量整体处于中偏上的水平。

由表1可知，各油菜种植区耕层土壤的汞含量差异较大，在0.02～0.42mg/kg范围内波动。铬、铅含量变异系数相对较小，重金属含量平均值为镉0.3334mg/kg、铅32.3731mg/kg、铬73.1526mg/kg、砷11.2069mg/kg、汞0.1206mg/kg。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，各地区土壤中镉、铅、铬、砷、汞含量平均值均低于农用地土壤污染风险筛选值，对农产品质量安全、农作物生长及土壤生态环境污染的风险低。

2.2 土壤养分含量与重金属含量的相关性分析

由表2可得，土壤中砷含量与汞含量呈显著负相关，相关系数为-0.734。土壤pH与铬、汞含量呈显著负相关，与铅含量有负相关趋势，说明土壤pH越低，铅、铬、汞含量越高。土壤有机质含量与铅含量呈显著正相关，与铬、砷含量有正相关趋势，全氮含量与铅、铬、砷均呈正相关趋势，说明土壤氮素越丰富，铅、铬、砷含量越高。土壤有效磷含量与镉含量呈显著正相关，与铅、铬、汞有正相关趋势，说明土壤有效磷含量越高，镉、铅、铬、汞含量越高。土壤速效钾含量与砷含量呈极显著正相关，与汞含量呈显著负相关。因此，土壤pH越低，养分含量越丰富，土壤重金属超标的风险越高。

2.3 油菜籽重金属富集状况

由表3可得，油菜籽对镉的富集能力最强，平均富集系数0.2393，对汞的富集能力次之，平均富集系数0.02697，富集能力为镉>汞>铅>铬>砷。

表1 土壤养分及重金属含量

表2 土壤养分含量与重金属含量的Pearson相关性

油菜籽对不同重金属离子的富集作用表现出明显的地域性差异，各区(市)县中，油菜籽对镉、砷的富集能力金堂县最大，对铅的富集能力崇州市最大，对铬的富集能力简阳市最大，对汞的富集能力高新区最大，对砷、汞的富集能力差异较大，变异系数超过100%。

从表4可知，油菜籽中的铅含量与土壤中速效钾含量呈显著正相关，故土壤速效钾含量越高，油菜籽铅含量越高。油菜籽中铬含量与土壤中的铅含量呈极显著负相关。镉、铅、汞含量与土壤中的镉、铅、汞含量有正相关趋势。油菜籽中汞含量与砷含量呈极显著正相关，与铬含量呈显著正相关。镉含量与铅、铬、砷、汞含量以及铅含量与铬、砷、汞含量均呈负相关趋势。铬含量与砷含量呈正相关趋势。

表3 油菜籽重金属富集系数

表4 油菜籽重金属含量与各项指标的Pearson相关性

3 讨论与结论

3.1 土壤基础养分及重金属含量

成都市常年油-稻轮作模式下各油菜种植区的耕层土壤较肥沃，全氮、有效磷含量丰富，土壤pH、有机质、全氮、有效磷、速效钾平均值分别为7.19、28.03g/kg、1.86g/kg、26.46mg/kg、126.13mg/kg，土壤养分含量整体处于中偏上的水平。与我国长江流域冬油菜种植区耕层土壤养分含量[8]差异不大，有机质、氮含量略高，磷、钾含量略低。

各区(市)县油菜种植区耕层土壤中的镉、铅、铬、砷、汞含量平均值均低于农用地土壤污染风险筛选值，对农产品质量安全、农作物生长及土壤生态环境污染的风险低，重金属含量平均值为镉0.3334mg/kg、铅32.3731mg/kg、铬73.1526mg/kg、砷11.2069mg/kg、汞0.1206mg/kg，其中，汞含量区域性差异最大，变幅为0.02～0.42mg/kg。

土壤中砷含量与汞含量呈显著负相关，说明砷离子与汞离子在土壤中可能存在负协同作用。土壤pH与铬、汞含量呈显著负相关，与铅含量有负相关趋势。有机质含量与铅含量呈显著正相关，与铬、砷含量有正相关趋势。全氮含量与铅、铬、砷均呈正相关趋势。有效磷含量与镉含量呈显著正相关，与铅、铬、汞有正相关趋势。速效钾含量与砷含量呈极显著正相关。因此，土壤pH越小，养分含量越丰富，土壤重金属超标的风险越高。与前人研究结果(土壤铅含量与pH极显著负相关，与有机质、全氮显著正相关[10])趋势一致。水分是影响土壤重金属活性的重要因素，铬、铅活性在干湿交替状态下变异程度最大，镉活性在60%田间持水量下变异程度最大[11]。

3.2 油菜籽重金属富集情况

油菜籽中铬含量与土壤中的铅含量呈极显著负相关，镉、铅、汞含量与土壤中的镉、铅、汞含量均有正相关趋势。而油菜籽中砷含量与汞含量呈极显著正相关，这与土壤中砷与汞的相关性恰好相反。油菜籽中铬含量与汞含量呈显著正相关，与砷含量呈正相关趋势；镉含量与铅、铬、砷、汞含量以及铅含量与铬、砷、汞含量均呈负相关趋势。因此，油菜籽重金属积累不仅与土壤养分含量及重金属含量有关，还与重金属离子在油菜中的转运、相互作用等有关。进一步研究重金属离子在油菜中的互作、转运规律有利于更好的降低油菜籽重金属含量，保障农产品安全。