任树友，王 科，张 成，谢 勇

(成都市农业技术推广总站，四川 成都 610041)

随着我国工农业的快速发展，农田和作物重金属污染日趋严重，土壤污染导致农产品重金属超标威胁到人类健康[1]。2014年环境保护部和国土资源部发布的《全国土壤污染状况调查公报》中显示，砷污染物点位超标率达到 2.7%，在所有无机污染物中超标率仅次于重金属镉的7.0%[2]。国际癌症研究机构早已确认砷为一类致癌物质。研究表明，三价和五价砷化合物都是高毒性的物质[3-4]，可导致人体皮肤、心肌、呼吸、消化、神经、造血以及免疫系统不同程度的损伤，严重时导致多器官及组织的癌变。砷对植物的危害主要是阻碍植株内水分的运行，影响植物对水分和营养的吸收，使作物生长发育受到抑制，同时造成叶绿素的破坏[5]。例如对水稻的影响较为严重，影响产量并造成水稻含砷高[6]。由于多数情况下, 砷在土壤中以砷酸根的形式存在, 与其他金属离子呈正价态不同。当土壤呈酸性时, 砷大多以H2AsO42-的形式存在;当土壤呈碱性时,砷在土壤中大多以H2AsO42-的形式存在。这是因为土壤pH比较低时, 土壤胶体中吸附的正电荷增加, 为了使胶体电荷平衡, 会吸附更多的砷离子[7]。成都平原土壤砷污染物点位超标率远低于全国平均水平，并未对人体健康构成直接危害，但我们采用不同农艺调控技术提高土壤pH，降低土壤重金属镉生物有效性的同时，可能对土壤中类金属砷的存在形式及生物有效性带来影响，增加农产品中砷的含量，增加农产品安全风险。因此，本研究以大田小区试验的方式，设置五种不同的农艺调控技术处理来种植水稻，研究不同农艺调控技术对土壤pH、稻米砷富集和产量差异的影响，为成都耕地安全利用与治理示范提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地处于亚热带湿润季风气候区，岷江中上游川西平原西北部。土壤类型为渗育型灰棕潮田。试验前采集0～20cm耕层土样，土壤化验结果：有机质40.5g/kg、全氮2.11g/kg、有效磷17.6mg/kg、速效钾210mg/kg、阳离子交换量10.6cmol/kg、pH值5.63、总镉0.49mg/kg、总铅46.6mg/kg、总汞0.19mg/kg、总铬43.1mg/kg、总砷21.4mg/kg和总铜30.1mg/kg。根据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)，试验地土壤仅有重金属镉轻度超标，其他重(类)金属指标均低于风险管控标准值。

1.2 供试水稻品种

本试验水稻品种为成都平原播种面积较大的宜香优2115。

1.3 供试肥料

本试验施用的肥料：尿素、过磷酸钙、氯化钾、氯钾型三元复合肥、土壤调理剂、石灰和生物有机肥。肥料重金属检测结果均符合国家肥料中砷、砷、铅、汞生态指标要求(表2、表3)。

表1 试验地土壤砷镉化验结果

表 2 供试肥料化验结果(g/kg、mg/kg)

表3 GB/T23349-2009肥料中砷、镉、铅、汞、铬生态指标 (mg/kg)

1.4 试验设计

试验采取完全随机区组设计，设置6个处理，每个处理3次重复。每个小区面积20m2；小区间筑30cm宽、25cm高隔离土埂，重复间筑30cm宽、25cm高隔离双土埂，双土埂间开30cm宽、25cm深与田间进排水口相连的灌排沟，用塑料薄膜覆盖土埂防止小区间肥水渗串，每个小区均设置灌排制口。试验地块周围留足200cm以上保护行。

本试验于2020年4月7日开始育苗，5月25日移栽，9月15日采样收获。栽培规格、种植密度、病虫防治、灌溉、晒田均按当地习惯与水稻生长实际需求进行常规田间管理。

T1常规处理(N 10.31+P2O57.50+K2O 14.25)kg/667m2：底肥：施用三元复合肥(15∶15∶15)35kg/667m2，过磷酸钙18.75kg/667m2；追肥：返青期施用尿素6kg/667m2；拔节期施用尿素5kg/667m2，氯化钾15kg/667m2。

T2土壤调理剂处理(N 10.31+P2O57.50+K2O 14.25)kg/667m2：水稻移栽前一周，淹水施用土壤调理剂100kg/667m2与耕层土壤混合均匀。底肥：施用三元复合肥(15∶15∶15)35kg/667m2，过磷酸钙18.05kg/667m2；追肥：返青期施用尿素6kg/667m2；拔节期施用尿素5kg/667m2，氯化钾15kg/667m2。

T3石灰处理(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与耕层土壤混合均匀。底肥：施用三元复合肥(15∶15∶15)35kg/667m2，过磷酸钙18.75kg/667m2；追肥：返青期施用尿素6kg/667m2；拔节期施用尿素5kg/667m2，氯化钾15kg/667m2。

T4生物有机肥处理(N 10.31+P2O57.50+K2O 14.25)kg/667m2：底肥：施用生物有机肥200kg/667m2、三元复合肥(15∶15∶15)35kg/667m2，过磷酸钙18.75kg/667m2；追肥：返青期施用尿素6kg/667m2；拔节期施用尿素5kg/667m2，氯化钾15kg/667m2。

T5土壤调理剂+生物有机肥处理(N 10.31+P2O57.50+K2O 14.25)kg/667m2：水稻移栽前1周，淹水施用土壤调理剂100kg/667m2与耕层土壤混合均匀。底肥：施用生物有机肥200kg/667m2、三元复合肥(15∶15∶15)35kg/667m2，过磷酸钙18.05kg/667m2；追肥：返青期施用尿素6kg/667m2；拔节期施用尿素5kg/667m2，氯化钾15kg/667m2。

T6石灰+生物有机肥处理(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与耕层土壤混合均匀。底肥：施用生物有机肥200kg/667m2、三元复合肥(15∶15∶15)35kg/667m2，过磷酸钙18.05kg/667m2；追肥：返青期施用尿素6kg/667m2；拔节期施用尿素5kg/667m2，氯化钾15kg/667m2。

1.5 样品采集及小区测产

2020年9月15日，采用S形布点采样各小区水稻籽粒12穴(不取边行)装网袋编号晾晒，自然风干；并采集每个小区土壤样品。待籽粒取样后，各小区单独进行收割，现场测定每小区产量(湿重)，水分检测仪现场检测水稻籽粒水分含量，折算成标准水分含量后进行产量换算。

1.6 测定指标及方法

测定指标包括稻米砷含量、土壤pH值、土壤总砷。稻米砷的测定按照《食品安全国家标准 食品中总砷及无机砷的测定》(GB/ 5009.11-2014)，土壤总砷的测定按照《土壤质量 总汞、总砷、总铅的测定原子荧光法第2部分：土壤中总砷的测定》(GB/T22105.2-2008)，仪器使用原子荧光分光光度计(AFS-930)。采用赛多利斯(PB-10型)pH测量计测定土壤pH值(水土比为1∶2.5)。

1.7 稻米类金属砷富集指数及质量安全水平评价方法

稻米砷富集指数=稻米砷含量/土壤全砷含量[8]

依据《食品安全国家标准》(GB2762-2017)和全国农产品产地土壤重金属安全评估技术规定，稻米砷质量安全水平采用单因子指数法计算得到，具体如下：

1.7.1 评价方法 评估方法采用农产品单因子指数法，农产品单因子指数计算公式如下：Ei=Ai/Si

式中：Ei为稻米中重金属i的单因子指数；Ai为农产品中重金属i的实测浓度；Si为农产品中重金属i的限量标准值。

1.7.2 等级划分 稻米砷质量安全水平等级划分为3个等级(见表4)。

表4 农产品质量等级划分依据

1.8 数据处理

所得数据用统计软件DPS15.1进行方差分析和LSD 多重比较，检验不同处理间差异的显著性，用Microsoft Excel 2010 进行表格制作。

2 结果与分析

2.1 不同农艺调控技术对土壤pH值的影响

不同农艺调控技术均可以显著提高土壤pH值，特别是施用石灰和土壤调理剂分别能使土壤pH值提升1.27和0.86，提高22.60%和15.30%，与对照相比，差异均达到极显著水平；施用生物有机肥使土壤pH值仅提升0.16，提高2.85%；施用石灰+生物有机肥组合和土壤调理剂+生物有机肥组合，分别能使土壤pH值提升0.77和0.73，提高13.7%和12.99%，与对照相比，差异同样均达到极显著水平，比单一施用石灰或土壤调理剂提升幅度有所降低，可能是生物有机肥起到了一定的缓冲作用(表5)。

2.2 不同农艺调控技术对稻米砷含量的影响

不同农艺调控技术均可以影响稻米砷含量，施用石灰、石灰+生物有机肥组合、土壤调理剂和土壤调理剂+生物有机肥组合，分别使稻米砷含量提高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%，与对照相比，差异均达到极显著水平；施用生物有机肥处理稻米砷含量降低0.002 mg/kg，降低1.57%，与对照相比，差异不显著。(表6)。

表6 不同农艺调控技术对稻米砷含量的影响

2.3 不同农艺调控技术对稻米类金属砷富集指数及质量安全水平的影响

不同农艺调控技术均可以影响稻米的类金属砷富集指数和稻米的类金属砷污染指数。与对照相比，施用石灰、土壤调理剂、石灰+生物有机肥组合和土壤调理剂+生物有机肥组合均提高了稻米的类金属砷富集指数和稻米的类金属砷污染指数，降低了农产品中砷的安全水平，施用生物有机肥处理无明显影响；五种处理稻米中类金属砷含量均低于《食品安全国家标准》(GB2762-2017)限量(表7)。

表7 不同农艺调控技术对稻米砷富集指数及质量安全水平的影响

2.4 不同农艺调控技术对水稻产量的影响

不同农艺调控技术均可以提高水稻单产，增产率1.20%～3.09%，与对照相比，差异均未达到显著水平(表8)。

表8 不同农艺调控技术对水稻产量的影响

3 结论

试验结果表明：在轻度镉污染，砷未污染的渗育型灰棕潮田上，采用施用土壤调理剂、石灰、土壤调理剂+生物有机肥组合和石灰+生物有机肥组合等不同农艺调控技术防控重金属镉污染时，提高土壤pH值0.15～1.27；但显著增加了稻米类金属砷含量9.45%～13.39%；显著增加稻米类金属砷富集指数和稻米类金属砷污染指数，降低了稻米中砷的质量安全水平；施用生物有机肥处理对稻米中类金属砷含量影响不显著。不同农艺调控技术的稻米类金属砷含量均低于《食品安全国家标准 食品中污染物限量》标准(GB 2762-2017)。处理间水稻单产差异均未达到显著水平。该研究成果可为镉污染土壤的耕地安全利用与治理示范时，监测农产品中类金属砷含量提供参考。