有机肥用量对土壤性质及水稻重金属含量的影响试验

邵代兴，罗元琼*，吴正肖，赵旋池，杨小双，苟世新，左明玉，周开芳

（1.遵义市农村发展服务中心，贵州遵义 563000；2.遵义市汇川区农业农村局，贵州遵义 563000）

民以食为天，食以安为先，粮食质量安全直接关系到广大人民群众的身体健康。由于工业化发展和土壤背景值等原因，我国约有1/4 的耕地都受到重金属污染[1-2]，其中贵州省就存在不少耕地土壤重金属含量超过国家土壤环境质量标准中的污染风险筛选值的问题[3-4]。土壤重金属污染会严重影响耕地质量、农产品质量安全及人们的身体健康[5-6]，是社会大众关注的热点，也是亟需解决的重要问题。中华人民共和国土壤污染防治法和土壤污染防治行动计划要求对耕地进行分类管理和安全利用，保障农产品质量安全，让老百姓吃的放心。目前，受污染耕地安全利用措施主要有深耕翻土、优化施肥、品种调整、结构调整等[7]。施用有机肥能增加土壤有机质含量，由于土壤有机质与重金属离子的吸附、固定、螯合、络合等作用，能降低土壤中交换态重金属的含量，减少农作物对重金属的吸收，增加农作物产量[8-9]。也有研究表明，增施有机肥能增加重金属的活性，促进作物对重金属的吸收[10-11]。不同研究表明有机肥对水稻重金属吸收的影响不同，有的研究认为有机肥施用会增加水稻重金属含量，也有研究表明会减少水稻对重金属的吸收。本试验设计不同有机肥施用量处理，探索有机肥施用对土壤性质及水稻产量、重金属含量的影响，为受污染耕地安全利用提供技术依据，有助于保障农产品质量安全。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021年在遵义市汇川区松林镇松林居委会农户漆××承包的水田内实施，试验田位于东经106°43'18″，北纬27°42'40″，田块面积1 485 m2，海拔991 m，种植制度为水稻-油菜。土壤类型为渗育型水稻土亚类，渗育黄砂泥田土属，黄砂泥田土种。

1.2 试验材料

供试水稻品种：宜香优5979。

供试肥料：商品有机肥，遵义长丰肥业有限公司生产；氮肥，四川玖源农资化工有限公司生产的尿素；钾肥，国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司生产的农业用罗布泊硫酸钾。

1.3 试验设计

根据有机肥施用量不同，试验设6个处理：处理1（CK），每667 m2施用有机肥0 kg；处理2，每667 m2施用有机肥100 kg；处理3，每667 m2施用有机肥200 kg；处理4，每667 m2施用有机肥300 kg；处理5，667 m2施用有机肥400 kg；处理6，每667 m2施用有机肥500 kg。小区面积32 m2，采用随机排列，水稻移栽密度40 cm×20 cm，小区间作梗隔离，单排单灌。基肥：有机肥一次性施入，每667 m2施尿素5 kg、普钙30 kg、硫酸钾17 kg。分蘖肥：水稻移栽后返青施用，每667 m2施尿素7 kg。穗肥：在水稻幼穗分化期开始施用，每667 m2施尿素5 kg、硫酸钾8 kg。

1.4 栽培管理

2021 年4 月20 日，选择试验地，采集试验地块耕层土壤样品进行理化性质检测，5 月31 日划分试验小区，6月1日按照试验设计施基肥，6月2日移栽。6月19 日第一次追肥，7 月20 日第二次追肥，9 月24 日进行水稻理论测产，并采集土壤样品测定pH 值、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、容重等指标，采集水稻样品测定Cr、As、Cd、Hg、Pb 含量。9 月29 日收割水稻，测定实际产量。

2 结果与分析

2.1 试验地初始土壤性质

试验实施前采集土壤样品进行理化性质检测，结果见表1。根据全国第二次土壤普查养分分级标准及贵州省第二次土壤普查分级标准[12-13]，试验地土壤pH属于弱酸性，有机质、有效磷、速效钾含量中等，全氮含量丰富，碱解氮含量缺乏。按照《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618—2018），土壤重金属含量除Cd 含量介于风险值与管制值之间，其余4 个重金属含量低于农用地土壤污染风险筛选值。

2.2 不同有机肥用量对水稻产量的影响

由表2 可见，不同有机肥用量对水稻产量的影响不同，随着有机肥用量增加，水稻产量也逐渐增加，其中处理5 的水稻产量最高，667 m2产量为678.4 kg，比处理1（CK）增加188.7 kg，增产38.69%；但当有机肥用量达到500 kg/667 m2时，水稻产量反而开始减少。

表2 不同有机肥用量对水稻产量及相关性状的影响

2.3 不同有机肥用量对土壤性质的影响

由表3 可见，不同有机肥用量对土壤pH 影响不大，最大值与最小值之间相差0.25，除处理4 外，其余处理的pH 值都比对照略有增加；所有处理的有机质、有效磷、速效钾、碱解氮含量都高于对照，增加幅度分别为 10.74%～28.10%、1.02%～77.55%、1.85%～11.11%、11.72%～23.27%；土壤容重随着有机肥用量增加而不断减少，处理6 的土壤容重比对照减少0.10 g·cm-3，降低7.35%。

表3 不同有机肥用量对土壤性质的影响

2.4 不同有机肥用量对水稻重金属含量的影响

由表4 可见，不同有机肥用量对水稻重金属含量的影响不同，所有处理的水稻Pb、As、Cr、Hg 含量均未超标，且各处理之间相差不大，其Pb、As、Cr、Hg 含量最大值与最小值之差分别为0.088、0.039、0.011、0.005 mg·kg-1；所有处理的水稻Cd 含量均超标，最大值与最小值之间相差0.35 mg·kg-1，随着有机肥施用量增加，水稻Cd含量先增加后逐渐减少，处理6 的水稻Cd 含量比对照减少0.08 mg·kg-1，降 低20.51%。

表4 不同有机肥用量对水稻重金属含量的影响 单位：mg·kg-1

3 讨论与结论

3.1 讨论

有机肥中含有大量营养物质，包括氮、磷、钾在内的大量营养元素及中微量元素。增加和更新土壤有机质，可有效改善土壤的理化性质和生物活性，有利于形成良好的土壤结构，协调土壤的松紧度、通透性，降低土壤容重，增强土壤的保肥能力和缓冲能力，熟化土壤，提高土壤肥力，增加农产品产量。与不施有机肥相比，施用有机肥能提高水稻产量，但要科学确定合理的施用量，667 m2施用500 kg有机肥的水稻产量比施用400 kg 有机肥的产量低48.1 kg/667 m2。

本试验结果表明，施用有机肥能改善土壤性质，增加土壤pH，提高有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量，降低土壤容重。土壤pH值增加不大，当667 m2施用500 kg 有机肥时，pH 值仅比不施有机肥的提高0.18个单位，表明增施有机肥对提高土壤pH的作用不大。土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量都随着有机肥施用量增加而增加，667 m2施用有机肥500 kg 时，土壤有机质和碱解氮含量达到丰富水平，有效磷和速效钾属于最适宜水平。不施有机肥处理的土壤有机质含量比初始含量降低了2.89%，表明农业生产中不施有机肥的话，土壤有机质含量会逐渐下降。

农产品重金属含量与作物类型、土壤性质等相关，尤其是与土壤重金属含量、pH、有机质含量密切相关，当土壤重金属含量高于筛选值时，农产品重金属含量存在超标风险。当土壤Pb、As、Cr、Hg 含量低于筛选值时，水稻中Pb、As、Cr、Hg 含量均未超标；而土壤Cd 含量超过了筛选值，水稻中Cd 含量也超标。

施用有机肥对农作物重金属含量的影响，不同研究的结论不同，有的认为由于土壤有机质与重金属离子的吸附、固定、螯合和络合等作用，降低了土壤中交换态重金属含量，减少农作物对重金属的吸收；也有研究表明，增施有机肥能增加重金属的活性，促进作物对重金属的吸收。本试验结果表明，随着有机肥用量的增加，水稻Pb、Hg 含量有增加趋势，水稻As 含量有缓慢降低趋势，水稻Cd 含量有先增后减的趋势，当667 m2施用有机肥300 kg 时，水稻Cd 含量最高，比不施有机肥的水稻Cd 含量提高了69.23%；当有机肥用量为500 kg 时，水稻Cd 含量比对照降低20.51%。

3.2 结论

1）试验地土壤重金属Cd 含量高于GB15618—2018 中筛选值，水稻中Cd 含量也会超标，一旦土壤中重金属元素含量超过筛选值，必须因地制宜采取安全利用措施。

2）施用有机肥可以增加水稻产量，但必须根据土壤性质科学合理确定有机肥用量，过量施用反而会降低水稻产量。

3）施用有机肥对土壤pH 影响不大，但能提高有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量，降低土壤容重。

4）有机肥用量对水稻Pb、As、Cr、Hg 含量的影响不大；水稻Cd含量随着有机肥施用量增加呈先增加后减少的趋势。当667 m2有机肥用量大于500 kg 时，其对水稻Cd吸收的抑制作用有待进一步研究论证。