設(shè)施黑土Zn分布特征及影響因素探析

于志民，呂　品

（黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所濕地與生態(tài)保育國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱150040）

設(shè)施黑土Zn分布特征及影響因素探析

于志民，呂品*

（黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所濕地與生態(tài)保育國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱150040）

對(duì)黑龍江省綏化市北林區(qū)設(shè)施型黑土土壤中Zn含量分布及來源進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，隨溫室種植年限的增加，土壤總Zn、交換態(tài)Zn、碳酸結(jié)合態(tài)Zn、鐵錳氧化態(tài)Zn及有機(jī)態(tài)Zn含量呈逐年增加積累的趨勢(shì)，其中總Zn含量與種植年限呈極顯著正相關(guān)，交換態(tài)Zn、碳酸結(jié)合態(tài)Zn、鐵錳氧化態(tài)Zn及有機(jī)態(tài)Zn含量與種植年限呈顯著正相關(guān)，殘?jiān)鼞B(tài)Zn含量與種植年限不相關(guān)；0-80cm剖面含量分析，總Zn、交換態(tài)Zn、碳酸結(jié)合態(tài)Zn、鐵錳氧化態(tài)Zn及有機(jī)態(tài)Zn含量均呈逐層下降的趨勢(shì)，0-60cm降幅較大，60-80cm降幅變緩，殘?jiān)鼞B(tài)Zn含量變化不顯著；同時(shí)對(duì)設(shè)施黑土Zn來源進(jìn)行探索分析，發(fā)現(xiàn)大量施用豬糞、雞糞等有機(jī)肥是Zn的主要來源。

設(shè)施型黑土；Zn；分布特征；影響因子

地處世界三大黑土區(qū)之一的黑龍江省位于我國(guó)的東北部，是全國(guó)重要的商品糧生產(chǎn)基地。耕地土壤中黑土達(dá)到全省總耕地面積的31.23%，其土壤環(huán)境的安全也倍受重視。經(jīng)過多年的過渡耕種和不當(dāng)肥藥使用，造成黑土資源的嚴(yán)重退化、污染等一系列問題［1］。近年來，學(xué)者們針對(duì)黑土有機(jī)質(zhì)含量、養(yǎng)分環(huán)境特征及重金屬污染狀況等展開了卓有成效的研究［2-4］，尤其在東北黑土區(qū)土壤重金屬污染研究方面取得了較大進(jìn)展［5-9］；Zn屬于中等毒性重金屬，既是植物生長(zhǎng)的必需營(yíng)養(yǎng)元素又是有害元素，土壤中過量積累Zn易造成污染［10］。研究表明［11，12］，長(zhǎng)期過量施肥會(huì)導(dǎo)致Zn元素在土壤中積累，當(dāng)積累達(dá)到一定程度時(shí)，重金屬便會(huì)隨農(nóng)作物進(jìn)入食物鏈，最終對(duì)人體健康造成威脅。筆者針對(duì)東北典型黑土區(qū)域，以黑龍江省綏化市北林區(qū)設(shè)施型黑土重金屬Zn為研究對(duì)象，通過分年限采樣、檢測(cè)分析，研究其分布特征及來源，旨在揭示設(shè)施型黑土的健康狀況，為黑土生態(tài)系統(tǒng)的科學(xué)管理提供理論依據(jù)。

l　材料與方法

試驗(yàn)于2015年4-10月在綏化市北林區(qū)永安鎮(zhèn)永安村取具有代表性的4年、7年、12年、18年及23年溫室土壤剖面土樣，取樣深度分別為0-20cm、20-40cm、40-60cm和60-80cm，每個(gè)種植年限溫室土壤取3戶，測(cè)定0-80cm土體中總Zn及不同形態(tài)Zn含量?；诳茖W(xué)性、代表性和準(zhǔn)確性的調(diào)查原則，選取綏化市北林區(qū)、慶安縣、明水縣、海倫縣、望奎縣及青岡縣具有規(guī)模的設(shè)施蔬菜種植基地，于2016年3月對(duì)這些地區(qū)10個(gè)村共計(jì)60個(gè)農(nóng)戶的設(shè)施蔬菜大棚進(jìn)行調(diào)查。為了使調(diào)查信息全面、準(zhǔn)確和易于操作，采用問卷調(diào)查的方法，調(diào)查內(nèi)容包括2015年蔬菜種植模式、肥料種類、肥料養(yǎng)分含量、施肥量、施肥時(shí)期、大棚面積、蔬菜產(chǎn)量、灌溉水源等多項(xiàng)指標(biāo)，同時(shí)對(duì)其所施用的糞便有機(jī)肥、農(nóng)藥樣品進(jìn)行采集分析。試驗(yàn)在15個(gè)大棚中進(jìn)行，每個(gè)大棚采用“S”形取樣法用土鉆取5點(diǎn)0-80cm分層土樣制成混合土壤樣品，裝入塑料袋中標(biāo)記密封，帶回實(shí)驗(yàn)室，并用GPS定位標(biāo)記。土樣采回后風(fēng)干，磨細(xì)過篩，消煮處理，用于測(cè)定土壤Zn含量。

土壤總Zn及不同形態(tài)Zn含量使用CEM公司的MARS6微波消解儀，采用王水—?dú)浞帷呗人峄旌舷?，ICP-OES法測(cè)定。

采用SPSS16.0和Excel2007進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖表的繪制。

2　結(jié)果與分析

2.1設(shè)施型黑土土壤Zn含量分布特征

結(jié)果表明：綏化北林區(qū)設(shè)施黑土Zn含量隨種植年限增加而呈現(xiàn)明顯的積累特征。隨種植年限增加，0-20cm土層土壤總Zn含量逐年遞增，由4年的166.32mg/kg增至23年的304.31mg/kg，總Zn含量呈快速增加趨勢(shì)，在12年棚齡時(shí)含量達(dá)到污染臨界值（HJ 333-2006），18、23年棚齡土壤中均出現(xiàn)Zn污染現(xiàn)象，溫室土壤總Zn含量與種植年限呈極顯著正相關(guān)（r=0.9569**，n=50）；交換態(tài)Zn、碳酸結(jié)合態(tài)Zn、鐵錳氧化態(tài)Zn及有機(jī)態(tài)Zn含量隨種植年限的增加亦呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，18年以內(nèi)棚齡土壤含量增速較快，18年以上增速趨緩，不同形態(tài)Zn含量與種植年限呈顯著正相關(guān)（r=0.816*，n=50），而殘?jiān)鼞B(tài)Zn含量與種植年限關(guān)系不密切。

分析縱向剖面含量可知，總Zn含量由表及里呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，0-60cm下降速度較快，降幅超過51.44%，60cm以下降幅趨緩；交換態(tài)Zn、碳酸結(jié)合態(tài)Zn、鐵錳氧化態(tài)Zn及有機(jī)態(tài)Zn含量在0-60cm下降速度極快，降幅較大，下降幅度均超過71.05%，殘?jiān)鼞B(tài)Zn含量由上至下沒有規(guī)律性變化（見表1）。

2.2設(shè)施黑土Zn超標(biāo)來源分析

有研究表明，土壤Zn污染來源主要有礦產(chǎn)開采“三廢”排放帶來的污染，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的污染，城市化進(jìn)程帶來的污染，污水、污泥帶來的污染及交通運(yùn)輸帶來的污染［13］。通過試驗(yàn)實(shí)施過程觀察以及對(duì)當(dāng)?shù)胤N植管理方式進(jìn)行調(diào)查后得知，主要鋅來源為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的，并對(duì)使用的肥料、農(nóng)藥及灌溉水進(jìn)行了Zn含量測(cè)定：腐熟豬糞總Zn含量1697.6mg/kg，交換態(tài)Zn含量21.81mg/kg，腐熟雞糞總Zn含量1503.21mg/kg，交換態(tài)Zn含量20.5mg/kg，代森錳鋅Zn含量2.5%，灌溉水中未檢出。同時(shí)對(duì)相關(guān)性進(jìn)行分析，與豬糞、雞糞極顯著正相關(guān)（r=0.9906**，n=20，r=0.9889**，n=20），與代森錳鋅相關(guān)性一般（r= 0.5738，n=20），這與楊子怡研究結(jié)果一致［14］。

3　結(jié)論

3.1綏化北林區(qū)設(shè)施黑土Zn含量隨種植年限增加而呈現(xiàn)明顯的積累特征?？俍n、交換態(tài)Zn、碳酸結(jié)合態(tài)Zn、鐵錳氧化態(tài)Zn及有機(jī)態(tài)Zn含量隨種植年限增長(zhǎng)而逐漸增加，總Zn含量在12年時(shí)達(dá)到污染臨界值（HJ 333-2006），總Zn含量與種植年限呈極顯著正相關(guān)，不同形態(tài)Zn含量與種植年限呈顯著正相關(guān)，而殘?jiān)鼞B(tài)Zn含量與種植年限關(guān)系不密切。

3.2剖面含量分析表明，總Zn、交換態(tài)Zn、碳酸結(jié)合態(tài)Zn、鐵錳氧化態(tài)Zn及有機(jī)態(tài)Zn含量在0-60cm下降速度極快，降幅較大，60cm以下降幅趨緩，殘?jiān)鼞B(tài)Zn含量未表現(xiàn)規(guī)律性變化。

3.3通過試驗(yàn)實(shí)施過程觀察以及對(duì)當(dāng)?shù)胤N植管理方式進(jìn)行調(diào)查后得知，主要鋅來源為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過量施用禽畜糞便等有機(jī)肥造成的。

表1　設(shè)施黑土Zn含量分析

［1］王粟，孫彬，汪潮柱，等.東北典型黑土區(qū)土壤重金屬污染現(xiàn)狀評(píng)價(jià)與分析［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（10）：4350-4352.

［2］隋躍宇，張興義，張少良，等.黑龍江典型縣域農(nóng)田黑土土壤有機(jī)質(zhì)現(xiàn)狀分析［J］.土壤通報(bào)，2008，39（1）：186-188.

［3］繆馳遠(yuǎn)，汪亞峰，魏欣，等.黑土表層土壤顆粒的分形特征田［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，9（18）：1987-1993.

［4］陳玉東，王火焰，周健民，等.黑龍江省海倫市農(nóng)田土壤重金屬分布特征及污染評(píng)價(jià)田［J］.土壤，2012，44（4）：613-620.

［5］高璐，沙迪，張雪萍.松嫩平原耕作黑土Cu、Pb、Zn的污染現(xiàn)狀分析［J］.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，27（6）：261-265.

［6］趙永存，汪景寬，王鐵宇，等.吉林公主嶺土壤中砷、鉻和鋅含量的空間變異性及分布規(guī)律研究［J］.土壤通報(bào)，2002，33（5）：372-376.

［7］汪景寬，趙永存，張旭東，等.海倫縣土壤重金屬含量的空間變異研究［J］.土壤通報(bào)，2003，34（5）：398-403.

［8］郭觀林，周啟星.中國(guó)東北北部黑土重金屬污染趨勢(shì)分析［J］.中國(guó)科學(xué)院研究生院學(xué)報(bào)，2004，21（3）：386-392.

［9］曹會(huì)聰，王金達(dá)，張學(xué)林.BCR法在污染農(nóng)田黑土重金屬形態(tài)分布研究中的應(yīng)用［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2006，20（6）：163-166.

［10］黃昌勇，李保國(guó)，潘根興，等.土壤學(xué)［M］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版，2000.

［11］楊子儀，等.不同類型有機(jī)物料對(duì)黑上中Cu、Zn含量及有效性的影響［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2015，29（5）：314-319.

［12］李影，吳景貴，陳猛.不同有機(jī)物料與化肥配施對(duì)黑土重金屬各形態(tài)的影響［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2013，27（2）：178-182.

［13］陳玉真，王峰，王果，等.土壤鋅污染及其修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展［J］.福建農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2012，27（8）：901-908.

［14］楊子儀，吳景貴，馮娜娜，陳闖.不同畜禽糞肥與化肥配施下黑土中Zn含量及形態(tài)變化特征［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2014，33（9）：1728-1735.

（2016-06-28收稿劉曉佳編輯）

Distribution Characteristics Analysis of Zn Element and Its Im pact Factors in Black Soil of Facilities

YU Zhi-m in et al
（Institute of Natural Resources and Ecology，HAS.National and Provincial Joint Engineering Laboratory of Wetlands and Ecological Conservation，Harbin 150040，China）

We studied content，distribution and sources of Zn element in black soil of facilities in forests of Suihua city，Heilongjiang province.Results indicated that as service life of warm-house increased，contents of total，exchangeable，carbonic acid bound，F(xiàn)e-Mn oxides bound and organic Zn increased too. Total Zn content were highly significantly positive related to service life，and contents of exchangeable，carbonic acid bound，F(xiàn)e-Mn oxides bound and organic Zn were significantly positive related to service life.Residual Zn was not related to service life. Analysis results of Zn content of soils from 0-80cm profile indicated that contents of total，exchangeable，carbonic acidbound，F(xiàn)e-Mn oxides bound and organic Zn decreased as depth increased，with bigger decrease amplitude between 0-60cm，and smaller decrease amplitude between 60-80cm.Residual Zn content changed little.Analysis results of Zn sources indicated that pig and chicken manure were the main sources of Zn element.

Black soil of facility；Zn；Distribution characteristics；Impact factor

S153

A

1003-7853（2016）04-0063-03

黑龍江省院所基本應(yīng)用技術(shù)研究專項(xiàng)項(xiàng)目（STJB2015-4）；黑龍江省科學(xué)院基金項(xiàng)目“設(shè)施黑土—蔬菜系統(tǒng)中Cd、Zn遷移轉(zhuǎn)化過程研究”；黑龍江省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（GC12C205）

于志民（1974-），男，副研究員，主要從事植物營(yíng)養(yǎng)與土壤環(huán)境安全研究。

呂品，女，副研究員。