深耕技術對土壤-莧菜系統(tǒng)中遷移與再分配的影響

諸彩霞，錢煒櫻，孫葉芳，聞秀娟

(1.紹興市越城區(qū)皋埠街道事業(yè)綜合服務中心，浙江 紹興 312000； 2.紹興市農(nóng)業(yè)科學研究院，浙江 紹興 312000)

1 引言

2014年環(huán)境保護部和國土資源部發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》指出，全國土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀，部分地區(qū)土壤污染嚴重，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂。耕地土壤點位超標率為19.4%，主要污染物為鎘、鎳、銅、砷、汞、鉛、滴滴涕和多環(huán)芳烴[1]。土壤重金屬污染問題亟待多措并舉，進行有效緩解。

近年來，國內(nèi)許多學者認為污染農(nóng)田治理可采用安全利用的措施，且可通過農(nóng)藝措施在一定程度上控制農(nóng)產(chǎn)品中重金屬的積累[2，3]，如低重金屬吸收品種的種植、灌溉管理、科學施肥、調(diào)節(jié)土壤酸堿度和深耕等農(nóng)藝措施[4～9]。有研究報道，采用翻耕稀釋方法治理污染土壤，并獲得了一定的效果[10],但深耕之后重金屬在植株中的遷移與分配的研究仍較少報道。鑒于此，本試驗通過不同翻耕深度處理，在浙江一鉛、砷污染地進行了耕作深度對莧菜-土壤系統(tǒng)中遷移與再分配的影響，探究了深耕對于修復重金屬污染土壤的作用。

2 材料與方法

2.1 供試材料

供試土壤：試驗在浙江某地污染農(nóng)田上進行，試驗地基本土壤理化性質(zhì)見表1。

表1 試驗地土壤基本理化性質(zhì)

2.2 試驗設計

試驗設3個處理，分別為CK(即常規(guī)處理，翻耕深度20 cm)、翻耕深度30 cm和翻耕深度40 cm。小區(qū)面積長為2 m，寬為1.5 m，每個小區(qū)之間用30 cm寬，40 cm深的溝作分隔，每個處理3個重復，按隨機區(qū)組排列。莧菜按常規(guī)密度播種，并按常規(guī)管理進行管理。以發(fā)酵后的羊糞作為有機肥在耕作前作基肥施用。為達到較為全面混勻的目的，每一小區(qū)按照試驗設置的耕作深度連續(xù)耕翻 2 遍。莧菜播種 20 d 后，追肥化肥，N、P 施用量分別為 250、30 kg/hm2，施用的化肥氮為尿素，化肥磷為鈣鎂磷肥。

2.3 樣品采集與測定

2.3.1 樣品采集

莧菜生長75 d后，分別采集表層土樣和莧菜樣品用于分析。每一混合土樣由各小區(qū)內(nèi) 5 個分樣混合而成。采集的土壤樣品經(jīng)風干后分別過2 mm 和 0．15 mm 塑料土篩，用于土壤養(yǎng)分和重金屬測定。莧菜樣依次用含少量洗潔精、自來水沖洗 2 ～ 3 次，去除附著的灰塵及其污染物質(zhì)，之后繼續(xù)用去離子水沖洗 2 ～ 3 次。將清洗后的莧菜樣切碎、混勻，用于重金屬分析。

2.3.2 樣品測定

莧菜樣品用高氯酸消化，用石墨爐-原子吸收光譜法測定 Pb，用熒光原子吸收法測定As。土壤重金屬采用標準方法測定，其中As采用鹽酸-硝酸-高氯酸消解，熒光原子吸收法測定；Pb 用鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸消解，用石墨爐原子吸收分光光度法測定。分析過程中采用質(zhì)量控制，各重金屬測試誤差控制在 5% 以內(nèi)，重復樣間相對誤差控制在10%以下。土壤中有機質(zhì)、全 N、全 P 等養(yǎng)分和 pH值采用常規(guī)方法測定。

3 結果與分析

3.1 耕作深度對土壤中重金屬的影響

表2是耕作深度對供試土壤中Pb、As的影響。由表2中測得數(shù)據(jù)可知，隨著耕作深度的增加，土壤中全鉛、有效態(tài)鉛、全砷、有效態(tài)砷的含量均呈現(xiàn)下降趨勢。當耕作深度為40 cm時，與常規(guī)處理耕作深度20 cm時相比，耕作層有效態(tài)Pb含量下降16.84%，有效態(tài)As含量下降22.86%。由此得出，深耕可以減少耕作層土壤有效態(tài)Pb、As的含量，從而減少重金屬Pb、As向莧菜植株中遷移。

3.2 耕作深度對莧菜中重金屬的影響

3.2.1 耕作深度對莧菜中各器官中Pb的影響

表3是耕作深度對莧菜植株各部位鉛含量的影響。由表3中測得數(shù)據(jù)可知，在不同耕作深度時，根中的Pb含量均明顯高于莖、葉中的Pb含量，這說明莧菜對Pb的吸收積累主要集中在根部，且莧菜各部位中重金屬Pb的積累量排序為根>莖>葉。另外，隨著耕作深度的增加，莧菜中各器官中Pb含量隨之下降。當耕作深度為40 cm時，與常規(guī)處理耕作深度20 cm時相比，莧菜根、莖、葉中Pb的含量分別下降了19.28%、42.30%、2.16%。由此可知，深耕可以有效減少重金屬Pb在莧菜各器官中的積累。

表2 耕作深度對土壤中重金屬Pb、As的影響

表3 耕作深度對莧菜中各器官Pb的影響

3.2.2 耕作深度對莧菜中各器官中As的影響

表4是耕作深度對莧菜植株各部位砷含量的影響。由表4可知，在不同耕作深度時，根中重金屬As的含量大于莖、葉中重金屬As的含量，這說明莧菜對重金屬As的積累主要集中在根部，且莧菜各部位中重金屬As的積累量排序均為根>葉>莖。同時，由表3可知，莧菜各器官中As含量均隨著耕作深度的增加而下降。當耕作深度為40 cm時，與常規(guī)處理耕作深度20 cm相比，莧菜根、莖、葉中As的含量下降了3.28%、3.70%、25.7%。由此可知，深耕可以有效減少重金屬As在莧菜各器官中的積累。

表4 耕作深度對莧菜中各器官As的影響

3.3 深耕對重金屬Pb、As在莧菜各器官中富集的影響

吸收富集系數(shù)不僅可以用來表征土壤-莧菜體系中重金屬元素遷移的難易程度，而且也能較清楚地比較莧菜不同器官對重金屬元素的吸收積累能力[11]。通過計算莧菜根、莖、葉中Pb、As含量與土壤有效態(tài)Pb、As含量比值，得出莧菜各器官對土壤重金屬Pb、As的富集系數(shù)，結果如表5所示。在不同耕作深度時，根對Pb、As的富集系數(shù)均明顯大于莖、葉的富集系數(shù)，這說明莧菜根對Pb、As的富集起了最明顯的作用。另外，莧菜根、葉對As的吸收富集能力明顯大于對Pb的富集能力，莧菜莖對Pb的吸收富集能力稍大于對As的吸收富集能力。

3.4 深耕對莧菜植株體內(nèi)重金屬Pb、As轉(zhuǎn)運的影響

重金屬在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運系數(shù)是用來表征植物由某種器官或組織向另一種器官或組織運輸重金屬的能力。分別計算成熟期莖與根、葉與莖中的重金屬Pb、As含量比值得出莧菜的轉(zhuǎn)運系數(shù)，結果見表6。隨著耕作深度的增加，莧菜莖對根中重金屬Pb的轉(zhuǎn)運系數(shù)下降，葉對莖中重金屬As的轉(zhuǎn)運系數(shù)下降，而葉對莖中Pb的轉(zhuǎn)運系數(shù)有所上升，莖對根中As的轉(zhuǎn)運系數(shù)基本保持。由此可知，耕作深度的增加，可以有效降低重金屬Pb由根向莖中轉(zhuǎn)移，As由莖向葉轉(zhuǎn)移，降低重金屬Pb、As在食用部分莖、葉中的積累。

表5 耕作深度對莧菜富集系數(shù)的影響

表6 耕作深度對莧菜轉(zhuǎn)運系數(shù)的影響

4 結論

(1)隨著耕作深度的增加，耕作層土壤中全鉛、有效態(tài)鉛、全砷、有效態(tài)砷的含量均呈現(xiàn)下降趨勢。

(2)莧菜中重金屬Pb、As主要積累在根部。各部位中Pb積累量順序為根>莖>葉，As積累量順序為根>葉>莖。

(2)隨著耕作深度的增加，莧菜根、莖、葉中的重金屬Pb、As含量均呈現(xiàn)下降趨勢。

(3)莧菜根、葉對As的吸收富集能力明顯大于對Pb的富集能力，莧菜莖對Pb的吸收富集能力稍大于對As的吸收富集能力。

(4)隨著耕作深度的增加，莧菜莖對根中重金屬Pb的轉(zhuǎn)運系數(shù)下降，葉對莖中重金屬As的轉(zhuǎn)運系數(shù)下降，而葉對莖中Pb的轉(zhuǎn)運系數(shù)有所上升，莖對根中As的轉(zhuǎn)運系數(shù)基本保持。由此可知，耕作深度的增加，可以有效降低重金屬Pb由根向莖中轉(zhuǎn)移，As由莖向葉轉(zhuǎn)移，降低重金屬Pb、As在食用部分莖、葉中的積累。

因此，在中輕度污染地區(qū)深耕能有效降低土壤耕作層重金屬含量，從而降低植株中重金屬含量，因此可考慮采用深耕進行污染治理。