濾泥有機(jī)肥對(duì)鎘砷復(fù)合污染農(nóng)田玉米吸收重金屬的影響

王學(xué)禮++黃小青++杜芮萍++何冰++顧明華

摘要：通過(guò)大田試驗(yàn)評(píng)估濾泥有機(jī)肥在促進(jìn)玉米增產(chǎn)和消減玉米籽粒累積重金屬的影響。研究結(jié)果表明，施加濾泥有機(jī)肥后玉米籽粒產(chǎn)量達(dá)到7137kg/hm2，明顯高于對(duì)照的5649kg/hm2；同時(shí)也降低了玉米籽粒中鎘砷含量，鎘由對(duì)照的0.038mg/kg下降到0.031mg/kg，差異不顯著；砷含量由對(duì)照的0.35mg/kg下降到0.21mg/kg，降低率達(dá)40%。研究結(jié)果將為濾泥有機(jī)肥的推廣應(yīng)用及在保證農(nóng)產(chǎn)品安全方面提供依據(jù)，為受到鎘砷復(fù)合污染的農(nóng)田土壤的修復(fù)提供材料支持。

關(guān)鍵詞：濾泥有機(jī)肥；鎘砷；復(fù)合污染；玉米；吸收

中圖分類(lèi)號(hào)：X131.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-4374（2015 ）03-0024-04

Effects of filtered mud organic fertilizer on heavy metal accumulation in maize planted atCd/As combined polluted farmland

Wang Xue-li et al

Abstract：Effects of filtered mud organic fertilizer on maize yield increase and heavy metal accumulationin maize planted at Cd/As combined polluted farmland has been studied in a field experiment. The resultsshowed that the grain yield of filtered mud organic fertilizer treatment reached 7137 kg/hm2，which signifi-cantly higher than the control group （5649 kg/hm2）. Meanwhile， the Cd/As content in maize grain was de-creased in the filtered mud organic fertilizer applied treatment ， and the Cd content decreased from 0.038mg/kg in control group t0 0.031 mg/kg， in which the difference is not obvious， while the As content decreasedfrom 0.35 mg/kg in control group t0 0.21 mg/kg in the filtered mud organic fertilizer aplilied treatment ， with40% decreased. The research results will provide a basis in the filtered mud organic fertilizer application andin ensuring the safety of agricultural products， also provide material support to remediation of soil with Cd/Ascombined pollution.

Key words： Filtered mud organic fertilizer； Cd/As； combined pollution； maize； accumulation

環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部2014年4月17日聯(lián)合發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示全國(guó)土壤總點(diǎn)位超標(biāo)率為16.1%，耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率更高達(dá)19.4%。其中在8種調(diào)查的無(wú)機(jī)污染物中，鎘、砷的點(diǎn)位超標(biāo)率分別列第1和3位，是需要重點(diǎn)關(guān)注的重金屬污染物。鎘、砷均為極具生物毒性的環(huán)境污染元素，其在土壤中的累積不僅影響土壤的生態(tài)功能，還可通過(guò)土壤一植物系統(tǒng)危害作物生長(zhǎng)以及通過(guò)食物鏈途徑最終危害人類(lèi)健康。同時(shí)廣西又是有色金屬之鄉(xiāng)，長(zhǎng)年累月的開(kāi)采冶煉給礦區(qū)和冶煉廠(chǎng)周邊的農(nóng)田帶來(lái)了嚴(yán)重的重金屬污梨。如何保證這些區(qū)域的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全成為重要的課題。

廣西是國(guó)內(nèi)最大的甘蔗產(chǎn)區(qū)，甘蔗制糖每年約產(chǎn)生鮮濕濾泥240萬(wàn)-400萬(wàn)t。蔗糖濾泥中70%為有機(jī)質(zhì)，30%為灰分，含有糖分、蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素等，是一種很好的制備有機(jī)肥和土壤物理性狀改良劑的原料。研究表明，有機(jī)質(zhì)不僅影響土壤重金屬的積累，而且能與重金屬元素形成絡(luò)合物，影響各形態(tài)重金屬的遷移轉(zhuǎn)化，進(jìn)而影響土壤重金屬的有效性。因此文章通過(guò)研究施用蔗糖濾泥對(duì)玉米生長(zhǎng)和重金屬累積的影響，探索濾泥農(nóng)用在保障農(nóng)產(chǎn)品安全性方面的作用，為受重金屬污染農(nóng)田的安全利用提供材料支持。

材料與方法

試驗(yàn)材料

田間試驗(yàn)于2014年3月-8月在廣西刁江流域某示范基地區(qū)內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)土壤的基本理化性狀：pH為5.5，有機(jī)質(zhì)13.22 g/kg，全氮1.54 g/kg，全磷1.70 g/kg，全鉀5.95 g/kg，堿解氮79.9 mg/kg，速效磷18.25 mg/kg，速效鉀55.01 mg/kg，全鎘含量12.4 mg/kg，全砷含量669.6 mg/kg。土壤中Cd、As含量分別超出GB 15618-1995二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)41.3倍和22.3倍。

供試玉米品種為迪卡008，該品種為桂西北地區(qū)的主推品種之一。試驗(yàn)所用濾泥有機(jī)肥為甘蔗糖廠(chǎng)碳酸法濾泥，經(jīng)高溫堆制而成，pH值為7.9，有機(jī)質(zhì)含量為23.1%，其中鎘含量為1.48 mg/kg，砷含量為4.27 mg/kg，鎘、砷含量低于《有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)》（ NY525-2011）。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)2個(gè)處理，處理l為對(duì)照處理（CK），處理2為濾泥處理（L），濾泥有機(jī)肥的施用量為15t/hm2。每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，共6個(gè)小區(qū)。每小區(qū)4.5mx12m=54 m2。每小區(qū)種植玉米6行，每行41株。行距70cm，株距30cm。隨機(jī)區(qū)組排列。生育期全程肥料用量如下：尿素390 kg/hm2、過(guò)磷酸鈣750 kg/hm2、氯化鉀300 kg/hm2，其中尿素基施150 kg/hm2，苗期和拔節(jié)期結(jié)合培土分別追施120 kg/hm2，氯化鉀基施180 kg/hm2，苗期和拔節(jié)期分別追施60 kg/hm2。

測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤基本理化性質(zhì)的測(cè)定參見(jiàn)《土壤農(nóng)化分析》的方法：土壤、濾泥有機(jī)肥pH值采用1：2.5的土水比，用酸度計(jì)進(jìn)行測(cè)定；土壤、濾泥有機(jī)肥中有機(jī)質(zhì)采用H2S04-K2Cr207外加熱法測(cè)定；土壤全氮采用半微量開(kāi)氏法測(cè)定；全磷采用NaOH熔融一鉬銻抗比色法測(cè)定；全鉀采用NaOH熔融一火焰光度法測(cè)定；土壤速效磷采用0.05 mol/LH Cl-0.025mol/L（1/2H2S04）法測(cè)定。植株、土壤和濾泥有機(jī)肥樣品中鎘、砷采用微波消解，原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定鎘含量，原子熒光光度計(jì)測(cè)定砷含量。土壤有效態(tài)鎘采用DTPA浸提，原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定；有效態(tài)砷采用0.5mol/LNaH2P04浸提，原子熒光光度計(jì)測(cè)定。

為了保證消煮和測(cè)定過(guò)程的準(zhǔn)確性，加入了玉米標(biāo)準(zhǔn)物物質(zhì)GBW10012（GSB-3，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘察研究所）和土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07404（ GSS-4，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘察研究所）進(jìn)行質(zhì)量控制。實(shí)驗(yàn)所用所有器皿均事先在10% HN03中浸泡24h以上，并用去離子水洗凈晾干；所用試劑均為優(yōu)級(jí)純或分析純，試劑溶液均用去離子水配制。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算及統(tǒng)計(jì)方法

采用Microsoft Excel 2007軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、作圖，采用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan檢驗(yàn)法進(jìn)行多重比較檢驗(yàn)處理間的差異顯著性。

結(jié)果與分析

施用濾泥對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

由圖l可知，施用濾泥有機(jī)肥可顯著的提高玉米的產(chǎn)量。施用濾泥有機(jī)肥后玉米的產(chǎn)量（ 7137 kg/hm2）比對(duì)照（ 5649kg/hm2）顯著提高了26.3%。說(shuō)明施用濾泥有機(jī)肥有利于提高玉米的產(chǎn)量，這與濾泥有機(jī)肥的成分有關(guān)，濾泥中有機(jī)質(zhì)高達(dá)23.1%，除此之外，還含有大量N、P、K元素及微量元素，能改善土壤結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)土壤保水保肥能力，改善土壤微生物狀況。

施用濾泥有機(jī)肥對(duì)玉米籽粒中鎘、砷含量的影響

圖2表示玉米籽粒中鎘砷含量?？梢钥闯?，施用濾泥有機(jī)肥對(duì)玉米籽粒中鎘砷累積的影響總體上趨勢(shì)一致，即都降低了籽粒對(duì)鎘和砷的累積，但又有所不同。其中施用濾泥的籽粒中鎘含量為0.031mg/kg，而對(duì)照處理籽粒中鎘含量為0.038mg/kg，顯然濾泥有機(jī)肥處理降低了籽粒中鎘的累積，但差異不顯著（p<0.01）。濾泥有機(jī)肥處理的玉米籽粒中砷含量為0.21mg/kg，明顯低于對(duì)照處理籽粒中的0.35mg/kg，降低率達(dá)到了40%。雖然籽粒中鎘砷含量均低于《食品中污染物限量》（ GB2762-2012），但施用濾泥有機(jī)肥可顯著降低玉米籽粒的安全風(fēng)險(xiǎn)，特別是針對(duì)砷，這對(duì)于在金屬礦區(qū)周邊和冶煉廠(chǎng)周邊地區(qū)農(nóng)田種植玉米提供了安全保障。

施用濾泥有機(jī)肥對(duì)土壤pH和有效態(tài)鎘、砷含量的影響

由表l可知，施用濾泥有機(jī)肥可顯著提高土壤pH，土壤pH值（5.84）比對(duì)照處理（5.41）提高了0.43個(gè)pH單位，pH值的提高對(duì)土壤中鎘、砷的生物有效性產(chǎn)生明顯影響，但這種影響對(duì)鎘和砷有所不同。對(duì)鎘來(lái)說(shuō)，pH值的提高使土壤中有效態(tài)鎘的含量降低，施用濾泥有機(jī)肥的土壤有效態(tài)鎘含量為6.18mg/kg，比對(duì)照處理土壤中的有效態(tài)鎘含量（7.40mg/kg）顯著降低，降低率達(dá)16.5%。這也反映在玉米籽粒中鎘的累積量上，濾泥處理的玉米籽粒中鎘含量低于對(duì)照處理。而土壤中砷的生物有效態(tài)含量則隨著土壤pH值的升高而有所增加，從對(duì)照土壤的49.37mg/kg顯著提高到了54.59mg/kg，升高率達(dá)到了10.57%。但大田試驗(yàn)的結(jié)果表明雖然施用濾泥有機(jī)肥處理下土壤中砷的生物有效態(tài)含量增加了，但籽粒中的砷含量卻比對(duì)照區(qū)有所降低。這可能跟玉米籽粒的產(chǎn)量增加有關(guān)。濾泥處理的玉米產(chǎn)量比對(duì)照處理增加26.3%，產(chǎn)量的增加客觀(guān)上稀釋了籽粒中砷的濃度。

結(jié)論

施用濾泥有機(jī)肥顯著提高了玉米籽粒產(chǎn)量

施加濾泥有機(jī)肥后其籽粒產(chǎn)量達(dá)到7137kg/hm2，與對(duì)照相比提高了26.3%。

施用濾泥有機(jī)肥明顯提高了土壤的pH值

施用濾泥有機(jī)肥后土壤pH值（5.84）比對(duì)照處理（5.41）提高了0.43個(gè)pH單位。

施用濾泥有機(jī)肥對(duì)土壤中鎘、砷有效態(tài)含量產(chǎn)生明顯影響

施用濾泥有機(jī)肥的土壤有效態(tài)鎘含量為6.18mg/kg，與對(duì)照相比降低率達(dá)16.5%。砷的生物有效態(tài)含量從對(duì)照土壤的49.37 mg/kg顯著提高到了54.59mg/kg。

施用濾泥有機(jī)肥降低了玉米籽粒對(duì)鎘、砷的吸收

籽粒中鎘含量由對(duì)照的0.038mg/kg下降到濾泥有機(jī)肥處理的0.031mg/kg，但差異不顯著。砷含量由對(duì)照的0.35mg/kg下降到0.21 mg/kg，降低率達(dá)400。