成都油-稻輪作模式下油菜籽重金屬含量與土壤的關系

陳媛媛，肖欣娟，張 成，李 根，劉思汐，鐘文挺，李 浩

(成都市農業技術推廣總站，成都610041)

油菜(BrassicanapusL.)別稱油白菜、苦菜，十字花科蕓薹屬植物[1]，是具有傳統優勢的重要油料作物，是我國第一大植物油來源[2]。四川省是長江上游油菜優勢發展區，2017年四川油菜籽單產2387.97kg/hm2，總產288.03萬t[3]。四川油菜種植面積占全國的18.1%，總產量占全國的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1042～1412h，年均降水量952.2mm，非常有利于油菜生長發育[4]。油菜產業是成都市重點發展的十大優勢產業之一，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，約占全省總產量的12%[5]。

工業化的快速發展以及農業生產中農藥、化肥的過量使用，頻發農產品重金屬超標現象，農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的土壤理化性質及重金屬含量變化[1]，我國長江流域油菜種植區土壤養分現狀[8]，四川油菜對NPK的吸收利用規律[9]等，油菜重金屬富集情況與土壤性質的關系研究目前尚少。成都市油菜種植區多為油菜—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養分、土壤重金屬含量的關系，以期為油菜重金屬防控、土壤重金屬污染治理提供依據，推進農產品質量安全保障工作。

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(市)縣(簡陽市、邛崍市、崇州市、都江堰市、金堂縣、新津區、郫都區、新都區、雙流區、高新區)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《農田土壤環境質量監測技術規范(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、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 數據處理

采用Excel 2010、SPSS 20.0軟件對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 土壤養分及重金屬含量

成都市常年油—稻輪作模式下的各油菜種植區耕層土壤的基礎養分及重金屬含量平均值如表1所示。土壤pH在5.70～8.13范圍內波動，變異系數相對較小，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)。土壤基礎養分含量分別為有機質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次土壤普查養分分級標準，有機質為適量(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(市)縣中，有機質豐富及以上占比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的土壤較肥沃，全氮、有效磷含量豐富，土壤養分含量整體處于中偏上的水平。

由表1可知，各油菜種植區耕層土壤的汞含量差異較大，在0.02～0.42mg/kg范圍內波動。鉻、鉛含量變異系數相對較小，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。根據土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準(GB15618-2018)，基于各地區的土壤pH和土壤利用類型，各地區土壤中鎘、鉛、鉻、砷、汞含量平均值均低于農用地土壤污染風險篩選值，對農產品質量安全、農作物生長及土壤生態環境污染的風險低。

2.2 土壤養分含量與重金屬含量的相關性分析

由表2可得，土壤中砷含量與汞含量呈顯著負相關，相關系數為-0.734。土壤pH與鉻、汞含量呈顯著負相關，與鉛含量有負相關趨勢，說明土壤pH越低，鉛、鉻、汞含量越高。土壤有機質含量與鉛含量呈顯著正相關，與鉻、砷含量有正相關趨勢，全氮含量與鉛、鉻、砷均呈正相關趨勢，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，與鉛、鉻、汞有正相關趨勢，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，與汞含量呈顯著負相關。因此，土壤pH越低，養分含量越豐富，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0.2393，對汞的富集能力次之，平均富集系數0.02697，富集能力為鎘>汞>鉛>鉻>砷。

表1 土壤養分及重金屬含量

表2 土壤養分含量與重金屬含量的Pearson相關性

油菜籽對不同重金屬離子的富集作用表現出明顯的地域性差異，各區(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最大，對砷、汞的富集能力差異較大，變異系數超過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，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。鎘、鉛、汞含量與土壤中的鎘、鉛、汞含量有正相關趨勢。油菜籽中汞含量與砷含量呈極顯著正相關，與鉻含量呈顯著正相關。鎘含量與鉛、鉻、砷、汞含量以及鉛含量與鉻、砷、汞含量均呈負相關趨勢。鉻含量與砷含量呈正相關趨勢。

表3 油菜籽重金屬富集系數

表4 油菜籽重金屬含量與各項指標的Pearson相關性

3 討論與結論

3.1 土壤基礎養分及重金屬含量

成都市常年油-稻輪作模式下各油菜種植區的耕層土壤較肥沃，全氮、有效磷含量豐富，土壤pH、有機質、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耕層土壤養分含量[8]差異不大，有機質、氮含量略高，磷、鉀含量略低。

各區(市)縣油菜種植區耕層土壤中的鎘、鉛、鉻、砷、汞含量平均值均低于農用地土壤污染風險篩選值，對農產品質量安全、農作物生長及土壤生態環境污染的風險低，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，說明砷離子與汞離子在土壤中可能存在負協同作用。土壤pH與鉻、汞含量呈顯著負相關，與鉛含量有負相關趨勢。有機質含量與鉛含量呈顯著正相關，與鉻、砷含量有正相關趨勢。全氮含量與鉛、鉻、砷均呈正相關趨勢。有效磷含量與鎘含量呈顯著正相關，與鉛、鉻、汞有正相關趨勢。速效鉀含量與砷含量呈極顯著正相關。因此，土壤pH越小，養分含量越豐富，土壤重金屬超標的風險越高。與前人研究結果(土壤鉛含量與pH極顯著負相關，與有機質、全氮顯著正相關[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，鎘、鉛、汞含量與土壤中的鎘、鉛、汞含量均有正相關趨勢。而油菜籽中砷含量與汞含量呈極顯著正相關，這與土壤中砷與汞的相關性恰好相反。油菜籽中鉻含量與汞含量呈顯著正相關，與砷含量呈正相關趨勢；鎘含量與鉛、鉻、砷、汞含量以及鉛含量與鉻、砷、汞含量均呈負相關趨勢。因此，油菜籽重金屬積累不僅與土壤養分含量及重金屬含量有關，還與重金屬離子在油菜中的轉運、相互作用等有關。進一步研究重金屬離子在油菜中的互作、轉運規律有利于更好的降低油菜籽重金屬含量，保障農產品安全。