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        成都油-稻輪作模式下油菜籽重金屬含量與土壤的關(guān)系

        2022-04-19 01:26:08陳媛媛肖欣娟劉思汐鐘文挺
        四川農(nóng)業(yè)科技 2022年3期

        陳媛媛,肖欣娟,張 成,李 根,劉思汐,鐘文挺,李 浩

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

        油菜(BrassicanapusL.)別稱油白菜、苦菜,十字花科蕓薹屬植物[1],是具有傳統(tǒng)優(yōu)勢的重要油料作物,是我國第一大植物油來源[2]。四川省是長江上游油菜優(yōu)勢發(fā)展區(qū),2017年四川油菜籽單產(chǎn)2387.97kg/hm2,總產(chǎn)288.03萬t[3]。四川油菜種植面積占全國的18.1%,總產(chǎn)量占全國的21.7%,2020年四川省油菜種植面積達126.67萬hm2。成都市位于四川中部,四川盆地西部,成都平原土層深厚,土壤肥沃,地勢平坦,雨量充沛,年平均氣溫16℃,年均日照時數(shù)1042~1412h,年均降水量952.2mm,非常有利于油菜生長發(fā)育[4]。油菜產(chǎn)業(yè)是成都市重點發(fā)展的十大優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)之一,油菜占全市油料作物種植90%以上,占全市植物油消費量65%左右,常年種植面積10萬hm2左右,占四川省油菜種植面積的10%以上,約占全省總產(chǎn)量的12%[5]。

        工業(yè)化的快速發(fā)展以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥、化肥的過量使用,頻發(fā)農(nóng)產(chǎn)品重金屬超標現(xiàn)象,農(nóng)田重金屬污染成為人類健康的一大威脅。在土壤重金屬污染中,鎘被列為五大毒物(Cd、Pb、Cr、As、Hg)之首,我國受鎘污染的耕地面積超過28萬hm2[6-7]。前人研究了油菜生長期內(nèi)的土壤理化性質(zhì)及重金屬含量變化[1],我國長江流域油菜種植區(qū)土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀[8],四川油菜對NPK的吸收利用規(guī)律[9]等,油菜重金屬富集情況與土壤性質(zhì)的關(guān)系研究目前尚少。成都市油菜種植區(qū)多為油菜—水稻輪作,因此,本文研究了常年油—稻輪作模式下的油菜籽重金屬富集狀況及其與土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分、土壤重金屬含量的關(guān)系,以期為油菜重金屬防控、土壤重金屬污染治理提供依據(jù),推進農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全保障工作。

        1 材料與方法

        1.1 樣品采集

        2019年油菜收獲期在成都市10個油菜種植區(qū)(市)縣(簡陽市、邛崍市、崇州市、都江堰市、金堂縣、新津區(qū)、郫都區(qū)、新都區(qū)、雙流區(qū)、高新區(qū))選擇常年油—稻輪作的田塊分別采集土壤及油菜籽粒樣品。采樣以隨機、多點混合為原則,棋盤法采樣。土壤樣品采集與制備按照《農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(NY/T 395-2012)》進行,采樣深度0~30cm,四分法保留1kg混合樣,油菜樣品采集后帶回實驗室脫殼、烘干、磨粉、過篩備用。

        1.2 測定指標及方法

        1.2.1 土壤樣品 土壤樣品測定指標為:pH、有機質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、鎘、鉛、鉻、砷、汞。pH用pH計測定,水土比2.5∶1;有機質(zhì)用重鉻酸鉀氧化法測定;全氮用凱氏定氮法測定;有效磷用鉬銻抗比色法測定;速效鉀用火焰光度法測定;重金屬用原子吸收分光光度法(鎘、鉛、鉻)、原子熒光分光光度法(砷、汞)測定。

        1.2.2 油菜籽樣品 油菜籽樣品測定指標為鎘、鉛、鉻、砷、汞含量,測定方法參照土壤樣品。

        1.3 數(shù)據(jù)處理

        采用Excel 2010、SPSS 20.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 土壤養(yǎng)分及重金屬含量

        成都市常年油—稻輪作模式下的各油菜種植區(qū)耕層土壤的基礎(chǔ)養(yǎng)分及重金屬含量平均值如表1所示。土壤pH在5.70~8.13范圍內(nèi)波動,變異系數(shù)相對較小,平均為7.19,參照土壤酸堿度分級標準,土壤呈中性(6.5~7.5)。土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量分別為有機質(zhì)28.03g/kg、全氮1.86g/kg、有效磷26.46mg/kg、速效鉀126.13mg/kg,參照全國第2次土壤普查養(yǎng)分分級標準,有機質(zhì)為適量(20~30g/kg),全氮為豐富(1.5~2.0g/kg),有效磷為豐富(20~40mg/kg),速效鉀為適量(100~150mg/kg)。10個區(qū)(市)縣中,有機質(zhì)豐富及以上占比30%、適量占比60%。全氮豐富及以上占比80%、適量占比20%。有效磷豐富及以上占比60%、適量占比40%。速效鉀豐富及以上占比20%、適量占比60%。因此,成都市各油菜種植區(qū)的土壤較肥沃,全氮、有效磷含量豐富,土壤養(yǎng)分含量整體處于中偏上的水平。

        由表1可知,各油菜種植區(qū)耕層土壤的汞含量差異較大,在0.02~0.42mg/kg范圍內(nèi)波動。鉻、鉛含量變異系數(shù)相對較小,重金屬含量平均值為鎘0.3334mg/kg、鉛32.3731mg/kg、鉻73.1526mg/kg、砷11.2069mg/kg、汞0.1206mg/kg。根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風險管控標準(GB15618-2018),基于各地區(qū)的土壤pH和土壤利用類型,各地區(qū)土壤中鎘、鉛、鉻、砷、汞含量平均值均低于農(nóng)用地土壤污染風險篩選值,對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、農(nóng)作物生長及土壤生態(tài)環(huán)境污染的風險低。

        2.2 土壤養(yǎng)分含量與重金屬含量的相關(guān)性分析

        由表2可得,土壤中砷含量與汞含量呈顯著負相關(guān),相關(guān)系數(shù)為-0.734。土壤pH與鉻、汞含量呈顯著負相關(guān),與鉛含量有負相關(guān)趨勢,說明土壤pH越低,鉛、鉻、汞含量越高。土壤有機質(zhì)含量與鉛含量呈顯著正相關(guān),與鉻、砷含量有正相關(guān)趨勢,全氮含量與鉛、鉻、砷均呈正相關(guān)趨勢,說明土壤氮素越豐富,鉛、鉻、砷含量越高。土壤有效磷含量與鎘含量呈顯著正相關(guān),與鉛、鉻、汞有正相關(guān)趨勢,說明土壤有效磷含量越高,鎘、鉛、鉻、汞含量越高。土壤速效鉀含量與砷含量呈極顯著正相關(guān),與汞含量呈顯著負相關(guān)。因此,土壤pH越低,養(yǎng)分含量越豐富,土壤重金屬超標的風險越高。

        2.3 油菜籽重金屬富集狀況

        由表3可得,油菜籽對鎘的富集能力最強,平均富集系數(shù)0.2393,對汞的富集能力次之,平均富集系數(shù)0.02697,富集能力為鎘>汞>鉛>鉻>砷。

        表1 土壤養(yǎng)分及重金屬含量

        表2 土壤養(yǎng)分含量與重金屬含量的Pearson相關(guān)性

        油菜籽對不同重金屬離子的富集作用表現(xiàn)出明顯的地域性差異,各區(qū)(市)縣中,油菜籽對鎘、砷的富集能力金堂縣最大,對鉛的富集能力崇州市最大,對鉻的富集能力簡陽市最大,對汞的富集能力高新區(qū)最大,對砷、汞的富集能力差異較大,變異系數(shù)超過100%。

        從表4可知,油菜籽中的鉛含量與土壤中速效鉀含量呈顯著正相關(guān),故土壤速效鉀含量越高,油菜籽鉛含量越高。油菜籽中鉻含量與土壤中的鉛含量呈極顯著負相關(guān)。鎘、鉛、汞含量與土壤中的鎘、鉛、汞含量有正相關(guān)趨勢。油菜籽中汞含量與砷含量呈極顯著正相關(guān),與鉻含量呈顯著正相關(guān)。鎘含量與鉛、鉻、砷、汞含量以及鉛含量與鉻、砷、汞含量均呈負相關(guān)趨勢。鉻含量與砷含量呈正相關(guān)趨勢。

        表3 油菜籽重金屬富集系數(shù)

        表4 油菜籽重金屬含量與各項指標的Pearson相關(guān)性

        3 討論與結(jié)論

        3.1 土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分及重金屬含量

        成都市常年油-稻輪作模式下各油菜種植區(qū)的耕層土壤較肥沃,全氮、有效磷含量豐富,土壤pH、有機質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀平均值分別為7.19、28.03g/kg、1.86g/kg、26.46mg/kg、126.13mg/kg,土壤養(yǎng)分含量整體處于中偏上的水平。與我國長江流域冬油菜種植區(qū)耕層土壤養(yǎng)分含量[8]差異不大,有機質(zhì)、氮含量略高,磷、鉀含量略低。

        各區(qū)(市)縣油菜種植區(qū)耕層土壤中的鎘、鉛、鉻、砷、汞含量平均值均低于農(nóng)用地土壤污染風險篩選值,對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、農(nóng)作物生長及土壤生態(tài)環(huán)境污染的風險低,重金屬含量平均值為鎘0.3334mg/kg、鉛32.3731mg/kg、鉻73.1526mg/kg、砷11.2069mg/kg、汞0.1206mg/kg,其中,汞含量區(qū)域性差異最大,變幅為0.02~0.42mg/kg。

        土壤中砷含量與汞含量呈顯著負相關(guān),說明砷離子與汞離子在土壤中可能存在負協(xié)同作用。土壤pH與鉻、汞含量呈顯著負相關(guān),與鉛含量有負相關(guān)趨勢。有機質(zhì)含量與鉛含量呈顯著正相關(guān),與鉻、砷含量有正相關(guān)趨勢。全氮含量與鉛、鉻、砷均呈正相關(guān)趨勢。有效磷含量與鎘含量呈顯著正相關(guān),與鉛、鉻、汞有正相關(guān)趨勢。速效鉀含量與砷含量呈極顯著正相關(guān)。因此,土壤pH越小,養(yǎng)分含量越豐富,土壤重金屬超標的風險越高。與前人研究結(jié)果(土壤鉛含量與pH極顯著負相關(guān),與有機質(zhì)、全氮顯著正相關(guān)[10])趨勢一致。水分是影響土壤重金屬活性的重要因素,鉻、鉛活性在干濕交替狀態(tài)下變異程度最大,鎘活性在60%田間持水量下變異程度最大[11]。

        3.2 油菜籽重金屬富集情況

        油菜籽中鉻含量與土壤中的鉛含量呈極顯著負相關(guān),鎘、鉛、汞含量與土壤中的鎘、鉛、汞含量均有正相關(guān)趨勢。而油菜籽中砷含量與汞含量呈極顯著正相關(guān),這與土壤中砷與汞的相關(guān)性恰好相反。油菜籽中鉻含量與汞含量呈顯著正相關(guān),與砷含量呈正相關(guān)趨勢;鎘含量與鉛、鉻、砷、汞含量以及鉛含量與鉻、砷、汞含量均呈負相關(guān)趨勢。因此,油菜籽重金屬積累不僅與土壤養(yǎng)分含量及重金屬含量有關(guān),還與重金屬離子在油菜中的轉(zhuǎn)運、相互作用等有關(guān)。進一步研究重金屬離子在油菜中的互作、轉(zhuǎn)運規(guī)律有利于更好的降低油菜籽重金屬含量,保障農(nóng)產(chǎn)品安全。

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