任樹友，王 科，張 成，謝 勇

(成都市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，四川 成都 610041)

隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，農(nóng)田和作物重金屬污染日趨嚴(yán)重，土壤污染導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品重金屬超標(biāo)威脅到人類健康[1]。2014年環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》中顯示，砷污染物點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)到 2.7%，在所有無(wú)機(jī)污染物中超標(biāo)率僅次于重金屬鎘的7.0%[2]。國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)早已確認(rèn)砷為一類致癌物質(zhì)。研究表明，三價(jià)和五價(jià)砷化合物都是高毒性的物質(zhì)[3-4]，可導(dǎo)致人體皮膚、心肌、呼吸、消化、神經(jīng)、造血以及免疫系統(tǒng)不同程度的損傷，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致多器官及組織的癌變。砷對(duì)植物的危害主要是阻礙植株內(nèi)水分的運(yùn)行，影響植物對(duì)水分和營(yíng)養(yǎng)的吸收，使作物生長(zhǎng)發(fā)育受到抑制，同時(shí)造成葉綠素的破壞[5]。例如對(duì)水稻的影響較為嚴(yán)重，影響產(chǎn)量并造成水稻含砷高[6]。由于多數(shù)情況下, 砷在土壤中以砷酸根的形式存在, 與其他金屬離子呈正價(jià)態(tài)不同。當(dāng)土壤呈酸性時(shí), 砷大多以H2AsO42-的形式存在;當(dāng)土壤呈堿性時(shí),砷在土壤中大多以H2AsO42-的形式存在。這是因?yàn)橥寥纏H比較低時(shí), 土壤膠體中吸附的正電荷增加, 為了使膠體電荷平衡, 會(huì)吸附更多的砷離子[7]。成都平原土壤砷污染物點(diǎn)位超標(biāo)率遠(yuǎn)低于全國(guó)平均水平，并未對(duì)人體健康構(gòu)成直接危害，但我們采用不同農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)提高土壤pH，降低土壤重金屬鎘生物有效性的同時(shí)，可能對(duì)土壤中類金屬砷的存在形式及生物有效性帶來(lái)影響，增加農(nóng)產(chǎn)品中砷的含量，增加農(nóng)產(chǎn)品安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，本研究以大田小區(qū)試驗(yàn)的方式，設(shè)置五種不同的農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)處理來(lái)種植水稻，研究不同農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)對(duì)土壤pH、稻米砷富集和產(chǎn)量差異的影響，為成都耕地安全利用與治理示范提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地處于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，岷江中上游川西平原西北部。土壤類型為滲育型灰棕潮田。試驗(yàn)前采集0～20cm耕層土樣，土壤化驗(yàn)結(jié)果：有機(jī)質(zhì)40.5g/kg、全氮2.11g/kg、有效磷17.6mg/kg、速效鉀210mg/kg、陽(yáng)離子交換量10.6cmol/kg、pH值5.63、總鎘0.49mg/kg、總鉛46.6mg/kg、總汞0.19mg/kg、總鉻43.1mg/kg、總砷21.4mg/kg和總銅30.1mg/kg。根據(jù)《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)(試行)》(GB15618-2018)，試驗(yàn)地土壤僅有重金屬鎘輕度超標(biāo)，其他重(類)金屬指標(biāo)均低于風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)值。

1.2 供試水稻品種

本試驗(yàn)水稻品種為成都平原播種面積較大的宜香優(yōu)2115。

1.3 供試肥料

本試驗(yàn)施用的肥料：尿素、過(guò)磷酸鈣、氯化鉀、氯鉀型三元復(fù)合肥、土壤調(diào)理劑、石灰和生物有機(jī)肥。肥料重金屬檢測(cè)結(jié)果均符合國(guó)家肥料中砷、砷、鉛、汞生態(tài)指標(biāo)要求(表2、表3)。

表1 試驗(yàn)地土壤砷鎘化驗(yàn)結(jié)果

表 2 供試肥料化驗(yàn)結(jié)果(g/kg、mg/kg)

表3 GB/T23349-2009肥料中砷、鎘、鉛、汞、鉻生態(tài)指標(biāo) (mg/kg)

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采取完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置6個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)。每個(gè)小區(qū)面積20m2；小區(qū)間筑30cm寬、25cm高隔離土埂，重復(fù)間筑30cm寬、25cm高隔離雙土埂，雙土埂間開30cm寬、25cm深與田間進(jìn)排水口相連的灌排溝，用塑料薄膜覆蓋土埂防止小區(qū)間肥水滲串，每個(gè)小區(qū)均設(shè)置灌排制口。試驗(yàn)地塊周圍留足200cm以上保護(hù)行。

本試驗(yàn)于2020年4月7日開始育苗，5月25日移栽，9月15日采樣收獲。栽培規(guī)格、種植密度、病蟲防治、灌溉、曬田均按當(dāng)?shù)亓?xí)慣與水稻生長(zhǎng)實(shí)際需求進(jìn)行常規(guī)田間管理。

T1常規(guī)處理(N 10.31+P2O57.50+K2O 14.25)kg/667m2：底肥：施用三元復(fù)合肥(15∶15∶15)35kg/667m2，過(guò)磷酸鈣18.75kg/667m2；追肥：返青期施用尿素6kg/667m2；拔節(jié)期施用尿素5kg/667m2，氯化鉀15kg/667m2。

T2土壤調(diào)理劑處理(N 10.31+P2O57.50+K2O 14.25)kg/667m2：水稻移栽前一周，淹水施用土壤調(diào)理劑100kg/667m2與耕層土壤混合均勻。底肥：施用三元復(fù)合肥(15∶15∶15)35kg/667m2，過(guò)磷酸鈣18.05kg/667m2；追肥：返青期施用尿素6kg/667m2；拔節(jié)期施用尿素5kg/667m2，氯化鉀15kg/667m2。

T3石灰處理(N 10.31+P2O57.50+K2O 14.25)kg/667m2：水稻移栽前一周，淹水施用石灰100kg/667m2與耕層土壤混合均勻。底肥：施用三元復(fù)合肥(15∶15∶15)35kg/667m2，過(guò)磷酸鈣18.75kg/667m2；追肥：返青期施用尿素6kg/667m2；拔節(jié)期施用尿素5kg/667m2，氯化鉀15kg/667m2。

T4生物有機(jī)肥處理(N 10.31+P2O57.50+K2O 14.25)kg/667m2：底肥：施用生物有機(jī)肥200kg/667m2、三元復(fù)合肥(15∶15∶15)35kg/667m2，過(guò)磷酸鈣18.75kg/667m2；追肥：返青期施用尿素6kg/667m2；拔節(jié)期施用尿素5kg/667m2，氯化鉀15kg/667m2。

T5土壤調(diào)理劑+生物有機(jī)肥處理(N 10.31+P2O57.50+K2O 14.25)kg/667m2：水稻移栽前1周，淹水施用土壤調(diào)理劑100kg/667m2與耕層土壤混合均勻。底肥：施用生物有機(jī)肥200kg/667m2、三元復(fù)合肥(15∶15∶15)35kg/667m2，過(guò)磷酸鈣18.05kg/667m2；追肥：返青期施用尿素6kg/667m2；拔節(jié)期施用尿素5kg/667m2，氯化鉀15kg/667m2。

T6石灰+生物有機(jī)肥處理(N 10.31+P2O57.50+K2O 14.25)kg/667m2：水稻移栽前1周，淹水施用石灰100kg/667m2與耕層土壤混合均勻。底肥：施用生物有機(jī)肥200kg/667m2、三元復(fù)合肥(15∶15∶15)35kg/667m2，過(guò)磷酸鈣18.05kg/667m2；追肥：返青期施用尿素6kg/667m2；拔節(jié)期施用尿素5kg/667m2，氯化鉀15kg/667m2。

1.5 樣品采集及小區(qū)測(cè)產(chǎn)

2020年9月15日，采用S形布點(diǎn)采樣各小區(qū)水稻籽粒12穴(不取邊行)裝網(wǎng)袋編號(hào)晾曬，自然風(fēng)干；并采集每個(gè)小區(qū)土壤樣品。待籽粒取樣后，各小區(qū)單獨(dú)進(jìn)行收割，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定每小區(qū)產(chǎn)量(濕重)，水分檢測(cè)儀現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)水稻籽粒水分含量，折算成標(biāo)準(zhǔn)水分含量后進(jìn)行產(chǎn)量換算。

1.6 測(cè)定指標(biāo)及方法

測(cè)定指標(biāo)包括稻米砷含量、土壤pH值、土壤總砷。稻米砷的測(cè)定按照《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中總砷及無(wú)機(jī)砷的測(cè)定》(GB/ 5009.11-2014)，土壤總砷的測(cè)定按照《土壤質(zhì)量 總汞、總砷、總鉛的測(cè)定原子熒光法第2部分：土壤中總砷的測(cè)定》(GB/T22105.2-2008)，儀器使用原子熒光分光光度計(jì)(AFS-930)。采用賽多利斯(PB-10型)pH測(cè)量計(jì)測(cè)定土壤pH值(水土比為1∶2.5)。

1.7 稻米類金屬砷富集指數(shù)及質(zhì)量安全水平評(píng)價(jià)方法

稻米砷富集指數(shù)=稻米砷含量/土壤全砷含量[8]

依據(jù)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》(GB2762-2017)和全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬安全評(píng)估技術(shù)規(guī)定，稻米砷質(zhì)量安全水平采用單因子指數(shù)法計(jì)算得到，具體如下：

1.7.1 評(píng)價(jià)方法 評(píng)估方法采用農(nóng)產(chǎn)品單因子指數(shù)法，農(nóng)產(chǎn)品單因子指數(shù)計(jì)算公式如下：Ei=Ai/Si

式中：Ei為稻米中重金屬i的單因子指數(shù)；Ai為農(nóng)產(chǎn)品中重金屬i的實(shí)測(cè)濃度；Si為農(nóng)產(chǎn)品中重金屬i的限量標(biāo)準(zhǔn)值。

1.7.2 等級(jí)劃分 稻米砷質(zhì)量安全水平等級(jí)劃分為3個(gè)等級(jí)(見表4)。

表4 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí)劃分依據(jù)

1.8 數(shù)據(jù)處理

所得數(shù)據(jù)用統(tǒng)計(jì)軟件DPS15.1進(jìn)行方差分析和LSD 多重比較，檢驗(yàn)不同處理間差異的顯著性，用Microsoft Excel 2010 進(jìn)行表格制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)對(duì)土壤pH值的影響

不同農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)均可以顯著提高土壤pH值，特別是施用石灰和土壤調(diào)理劑分別能使土壤pH值提升1.27和0.86，提高22.60%和15.30%，與對(duì)照相比，差異均達(dá)到極顯著水平；施用生物有機(jī)肥使土壤pH值僅提升0.16，提高2.85%；施用石灰+生物有機(jī)肥組合和土壤調(diào)理劑+生物有機(jī)肥組合，分別能使土壤pH值提升0.77和0.73，提高13.7%和12.99%，與對(duì)照相比，差異同樣均達(dá)到極顯著水平，比單一施用石灰或土壤調(diào)理劑提升幅度有所降低，可能是生物有機(jī)肥起到了一定的緩沖作用(表5)。

2.2 不同農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)對(duì)稻米砷含量的影響

不同農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)均可以影響稻米砷含量，施用石灰、石灰+生物有機(jī)肥組合、土壤調(diào)理劑和土壤調(diào)理劑+生物有機(jī)肥組合，分別使稻米砷含量提高0.017 mg/kg、0.016 mg/kg、0.014 mg/kg和0.012 mg/kg，提高13.39%、12.60%、11.02%和9.45%，與對(duì)照相比，差異均達(dá)到極顯著水平；施用生物有機(jī)肥處理稻米砷含量降低0.002 mg/kg，降低1.57%，與對(duì)照相比，差異不顯著。(表6)。

表6 不同農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)對(duì)稻米砷含量的影響

2.3 不同農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)對(duì)稻米類金屬砷富集指數(shù)及質(zhì)量安全水平的影響

不同農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)均可以影響稻米的類金屬砷富集指數(shù)和稻米的類金屬砷污染指數(shù)。與對(duì)照相比，施用石灰、土壤調(diào)理劑、石灰+生物有機(jī)肥組合和土壤調(diào)理劑+生物有機(jī)肥組合均提高了稻米的類金屬砷富集指數(shù)和稻米的類金屬砷污染指數(shù)，降低了農(nóng)產(chǎn)品中砷的安全水平，施用生物有機(jī)肥處理無(wú)明顯影響；五種處理稻米中類金屬砷含量均低于《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》(GB2762-2017)限量(表7)。

表7 不同農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)對(duì)稻米砷富集指數(shù)及質(zhì)量安全水平的影響

2.4 不同農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

不同農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)均可以提高水稻單產(chǎn)，增產(chǎn)率1.20%～3.09%，與對(duì)照相比，差異均未達(dá)到顯著水平(表8)。

表8 不同農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

3 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明：在輕度鎘污染，砷未污染的滲育型灰棕潮田上，采用施用土壤調(diào)理劑、石灰、土壤調(diào)理劑+生物有機(jī)肥組合和石灰+生物有機(jī)肥組合等不同農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)防控重金屬鎘污染時(shí)，提高土壤pH值0.15～1.27；但顯著增加了稻米類金屬砷含量9.45%～13.39%；顯著增加稻米類金屬砷富集指數(shù)和稻米類金屬砷污染指數(shù)，降低了稻米中砷的質(zhì)量安全水平；施用生物有機(jī)肥處理對(duì)稻米中類金屬砷含量影響不顯著。不同農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)的稻米類金屬砷含量均低于《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》標(biāo)準(zhǔn)(GB 2762-2017)。處理間水稻單產(chǎn)差異均未達(dá)到顯著水平。該研究成果可為鎘污染土壤的耕地安全利用與治理示范時(shí)，監(jiān)測(cè)農(nóng)產(chǎn)品中類金屬砷含量提供參考。