成都市岷江流域水稻重金属含量与土壤性质的关系研究

王 科，李 浩，张 成，谢丽红，林小兰，李纪堂，朱文杰

(成都市农业技术推广总站，四川 成都 610041)

岷江作为成都市最重要的水资源，其流域内分布着大量的优质耕地(以水田为主)。近年来，随着城市的快速发展，工矿业“三废”的排放和农药、化肥等农用物质的大量使用等导致成都平原耕地重金属污染加剧[1-2]。重金属被植物体吸收已成为其危害人体健康最重要的途径。然而，农作物对土壤重金属的吸收不仅与其总量有关，还与土壤理化性质有密切关系[3-4]。因此，本研究通过对成都市岷江流域种植水稻及其对应的土壤进行采样分析，探讨该区域内水稻重金属含量与土壤理化性质及土壤重金属含量的关联规律，以期为成都市水稻重金属污染防控提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 样品采集

为保证对成都市岷江流域水稻重金属含量与土壤性质的关系研究具有科学性与代表性，选择成都市内岷江流域的上、中、下游进行采样。上游选取都江堰市，中游选取崇州市，下游选取新津县。2017年8～9月，水稻收获期间，在上、中、下游的水稻种植区各采集20个土壤样品及对应水稻籽粒样品，总共60个土样及60个水稻籽粒样。采样为梅花点采样法，土壤采样深度为0～20cm，多点混匀，四分法保留混合样1kg备用，水稻籽粒样品混合后保留250g备用。

1.2 样品的处理与测定

按照《农田土壤环境质量监测技术规范(NY/T 395-2012)》进行土壤样品的制备；水稻籽粒晾干后粉碎过0.15mm备用。具体检测项目及方法见表1。

1.3 数据分析

用统计软件SPSS17.0进行统计分析，用Microsoft Excel 2010进行图表制作。

2 结果与分析

2.1 稻谷重金属含量与土壤理化性质的关联规律

利用统计软件对土壤样品理化性质与稻谷重金属含量进行相关分析，结果见表2。稻谷中Cd含量与土壤pH和全氮含量存在极显著负相关性，相关系数分别为-0.554和-0.337；与土壤有机质和砂粒含量存在显著负相关性，相关系数分别为-0.256和-0.317；与土壤粘粒含量存在极显著正相性，相关系数为0.427。稻谷中Pb含量与土壤粘粒含量存在极显著正相性，相关系数为0.371；与砂粒含量呈显著负相关性，相关系数为-0.326。稻谷中Cu含量与土壤有机质和全氮含量存在极显著负相关性，相关系数分别为-0.382和0.344。稻谷中As与土壤有机质与全氮含量存在极显著负相关性，相关系数为-0.354和-0.348。稻谷中Cr和Hg含量与土壤理化性质间无显著相关性。由此，初步得出，研究区稻谷重金属含量受土壤pH、有机质、全氮的影响比较明显；土壤砂粒和粘粒含量也显著影响稻谷对Cd和Pb的吸收，并且粘粒的作用要比砂粒强烈，粉砂粒对稻谷吸收重金属的影响不明显；稻谷中Cr和Hg含量受土壤理化性质的影响均不明显。

表2 稻谷重金属含量与土壤理化性质之间的Pearson相关分析(n=60)

注：表中“*”为0.05水平上的显著相关，“**”为0.01水平上的极显著相关；下同。

2.2 稻谷重金属含量与土壤重金属全量的关系

由表3可知，6种重金属与稻谷中对应重金属含量相关性达到极显著水平的元素为土壤Hg，相关系数为0.373；达到显著水平的元素为土壤Cd，相关系数为0.263。土壤Pb、Cr、Cu、As与稻谷中对应重金属含量无显著相关性。同时稻谷中Cu含量与土壤Pb和Cr呈显著负相关关系。以上分析表明，稻谷中重金属受土壤重金属总量的影响较小，仅土壤Cd与土壤Hg对稻谷重金属积累有明显影响，而土壤Pb可以抑制水稻对Cu、Hg的吸收，这可能与作物吸收重金属元素过程中的拮抗作用有关。

表3 稻谷重金属含量与土壤重金属全量的Pearson相关性

2.3 稻谷的重金属富集特征

许多研究证明，土壤pH是影响农作物吸收富集重金属的重要原因。大多数重金属在土壤中的有效性随土壤酸性的增大而增大，农作物的重金属富集率随之增加。本文对成都市岷江流域水稻重金属富集指数(稻谷中重金属含量与土壤重金属含量的比值)进行统计分析，结果见表4。整体来看，稻谷重金属富集指数Cd>Cu>Hg>As>Pb>Cr；稻谷的Cd、Pb富集指数与土壤pH关系密切，随着的土壤pH 值的增加，稻谷的Cd、Pb富集指数呈明显下降趋势；稻谷Cr 、Cu、 As 、Hg与土壤pH的关系不明显。

3 结论与讨论

3.1 整体看土壤有机质对稻谷吸收重金属都有较强抑制作用，有机质对土壤重金属的络合固定作用有关[5]

土壤砂粒及粘粒含量对水稻Cd、Pb吸收关系密切。本研究中稻谷重金属富集指数Cd>Cu>Hg>As>Pb>Cr，这也表明水稻是Cd富集作物，且土壤pH对稻谷的Cd富集率具有明显影响。具体来看，稻谷中Cd含量与土壤pH、有机质、全氮、砂粒、粘粒及土壤总Cd含量有显著或极显著相关性，其中土壤pH与粘粒含量为主要影响因子；稻谷中Pb含量与土壤砂粒及粘粒含量呈显著或极显著相关性，且粘粒的影响强于砂粒；稻谷中Cu、As含量与有机质与全氮含量呈极显著负相关性；稻谷中Cr、Hg含量与土壤理化指标相关均不显著，但稻谷中Hg含量与土壤总Hg呈极显著正相关性。

表4 稻谷重金属富集指数与pH值的关系

3.2 研究表明成都市农田主要重金属污染为Cd、Hg[6]

为保证成都市水稻的品质安全，结合本文的研究，建议通过调节土壤性质进行防控治理，如施用土壤调理剂以适当提高土壤pH[7]、施用有机肥固定土壤中的重金属[8]，选择低镉富集水稻品种减少水稻对镉的吸收、控制污染源以防止土壤重金属含量进一步提高等措施，实现对水稻重金属污染的防控。

参考文献：

[1]李富华.成都平原农用土壤重金属污染现状及防治对策[J].四川环境,2009,28 (4) : 60 -64．

[2] 林瑜凡.成都平原土壤重金属分布研究[J].北方环境.2011,23(7):46.

[3] 刘兰英,黄薇,吕新,等. 田间环境下土壤-水稻系统重金属的迁移特征[J].2018,33(1):66-72.

[4] 赵科理,傅伟军,戴巍.浙江省典型水稻产区土壤-水稻系统重金属迁移特征及定量模型[J].中国生态农业学报,2016,24(02):226-234.

[5] 吴文成,陈显斌,刘晓文,等.有机及无机肥料修复重金属污染水稻土效果差异研究[J].农业环境科学学报, 2015, 34(10):1928-1935.

[6] 秦鱼生,喻华,冯文强,等.成都平原北部水稻土重金属含量状况及其潜在生态风险评价[J].生态学报, 2013, 33 (19) : 6335-6344．

[7] 王科,李浩，张成,等.不同改良剂对水稻镉吸收及土壤有效镉含量的影响[J].2017(7):44-46.

[8] 方雅瑜,邹慧玲,尹晓辉,等.赤泥和有机肥对镉、铅在水稻中吸收分布的影响[J].2016,33(5):466-476.