沼肥替代化肥對設(shè)施蔬菜產(chǎn)量和土壤養(yǎng)分及重金屬累積的影響

高杰云，康凌云，嚴(yán)正娟，曲明山，劉自飛，張翠珍，陳 清

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沼肥替代化肥對設(shè)施蔬菜產(chǎn)量和土壤養(yǎng)分及重金屬累積的影響

高杰云1，康凌云1，嚴(yán)正娟1，曲明山2，劉自飛2，張翠珍3，陳 清1※

（1. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193； 2. 北京市土肥工作站，北京 100029；3. 河北省承德市土壤肥料工作站，承德 067000）

針對盲目施用沼肥可能帶來的土壤環(huán)境問題，該研究采用5年8茬的設(shè)施番茄-甜椒田間輪作試驗(yàn)，研究不同沼肥和化肥配比對蔬菜產(chǎn)量、設(shè)施土壤氮磷養(yǎng)分及重金屬累積的影響。結(jié)果表明：在等氮鉀養(yǎng)分投入下，沼肥和化肥以不同比例配施的各處理沒有影響蔬菜產(chǎn)量；氮素盈余和0～180 cm土層土壤全氮含量隨沼肥施用比例增加沒有顯著差異；磷素盈余隨沼肥施用比例增加顯著增加，完全沼肥處理0～30 cm土層土壤Olsen-P及CaCl2-P含量分別達(dá)到151和8.0 mg/kg，高于其他2個(gè)處理，且明顯超出環(huán)境閾值。與完全沼肥處理相比，減量沼肥施用（3/5沼肥處理）明顯降低了土壤氮素淋洗風(fēng)險(xiǎn)和磷素累積。與不施肥處理相比，施用沼肥后30～60、60～90、150～180 cm土層土壤全Hg含量均低于不施肥處理；除30～60 cm土層使用沼肥處理土壤中全As含量顯著高于不施肥處理，其他土層各處理間均沒有顯著差異，而完全沼肥處理全Cr、全Cd、全Pb含量有所下降，且全Pb含量下降最為顯著，但均沒有出現(xiàn)重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)。沼肥替代化肥施用可有效實(shí)現(xiàn)廢棄物中的養(yǎng)分資源循環(huán)利用，但增加菜田土壤磷素累積和淋失風(fēng)險(xiǎn)，本研究為設(shè)施菜田合理施用沼肥提供技術(shù)支持，為實(shí)現(xiàn)沼肥資源的循環(huán)利用和化肥替代模式提供理論參考。

糞肥；氮；重金屬；設(shè)施菜田；土壤養(yǎng)分

0 引 言

中國規(guī)?；竽翗I(yè)的快速發(fā)展產(chǎn)生大量的畜禽糞便，合理循環(huán)利用這些有機(jī)廢物中的養(yǎng)分資源不僅可節(jié)約大量化肥，而且可以有效提高養(yǎng)分利用，避免產(chǎn)生農(nóng)田面源污染[1-2]。目前大多數(shù)養(yǎng)殖場主要采用糞肥直接施用還田或經(jīng)過堆肥化處理后變?yōu)樯唐酚袡C(jī)肥還田[3-4]，而對于一些采用水沖糞等固液分離技術(shù)的養(yǎng)殖場則主要通過發(fā)展沼氣工程處理養(yǎng)殖廢棄物，較為經(jīng)濟(jì)的施用方法是通過種養(yǎng)循環(huán)的方式還田[5-6]。最近幾年，隨著養(yǎng)殖場沼氣工程的大力發(fā)展，產(chǎn)生的沼渣沼液廢棄物越來越多并且已經(jīng)給養(yǎng)殖場周邊環(huán)境帶來巨大的壓力。研究發(fā)現(xiàn)，沼肥不僅能顯著提高土壤質(zhì)量，補(bǔ)充土壤養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)[7-11]，有效地調(diào)節(jié)土壤中的水、肥、氣、熱，改善土壤生態(tài)環(huán)境，而且可以提高作物產(chǎn)量，改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)[12-17]。施用一定量的沼肥或沼肥與化肥配施均比單施化肥提高土壤全氮、全磷和有機(jī)質(zhì)含量效果好[18-22]，改善土壤生物學(xué)特性[23]，但是液體的沼肥不同于普通的固體糞肥或者商品有機(jī)肥[24]，由于缺少合理的技術(shù)指導(dǎo)，沼肥盲目施用的現(xiàn)象普遍存在[25]，由此可能導(dǎo)致土壤中養(yǎng)分大量積累、重金屬含量超標(biāo)等環(huán)境問題或者造成燒苗等農(nóng)學(xué)栽培問題[26-29]。

本研究基于京郊連續(xù)進(jìn)行的5 a蔬菜生產(chǎn)定位試驗(yàn)，研究在等氮鉀量控制條件下沼肥替代肥對蔬菜生長和土壤養(yǎng)分及重金屬積累的影響，分別從農(nóng)學(xué)及環(huán)境角度進(jìn)行分析，以期為設(shè)施菜田合理施用沼肥提供技術(shù)支持，為實(shí)現(xiàn)沼肥資源的循環(huán)利用和化肥替代模式提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及作物選擇

試驗(yàn)地點(diǎn)為北京市順義區(qū)趙家峪蔬菜基地，所選用的溫室為典型鋼架結(jié)構(gòu)，長60 m，寬8 m。2009年試驗(yàn)開始時(shí)測定0～30 cm土壤的理化性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)12.7 g/kg，全氮0.84 g/kg，堿解氮71.0 mg/kg，有效磷75.7 mg/kg，速效鉀72.0 mg/kg，土壤質(zhì)地為黏壤土。在2009年秋冬茬開始進(jìn)行蔬菜生產(chǎn)，種植方式為一年兩季，即2月－6月冬春茬種植甜椒，8月－來年1月秋冬茬種植番茄，7月份為休閑期。試驗(yàn)周期為5年8茬，包括2009年秋冬茬番茄、2010年冬春茬甜椒和秋冬茬番茄、2011年冬春茬甜椒和秋冬茬番茄，2012年冬春茬甜椒和秋冬茬番茄、2013年冬春茬甜椒。為了在一定程度上克服設(shè)施土壤連作障礙等問題，供試作物采用嫁接苗，番茄品種為秋展16號，砧木為果砧1號；甜椒品種為京甜3號，砧木為富根衛(wèi)士。番茄每畦1行，株距25 cm，行距100 cm，密度為每平方米4株；甜椒每畦雙行，株距40 cm，寬行距60 cm，窄行距40 cm，密度為每平方米5株。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)處理方式，其中沼肥與化肥配施的處理按照與完全沼肥處理等氮鉀（NK）投入量的原則進(jìn)行比例設(shè)置，分別為：1）完全沼肥處理；2）3/5沼肥+2/5化肥處理；3）2/5沼肥+3/5化肥處理；4）3/5沼肥處理；5）不施肥處理。其中完全沼肥處理每季沼肥施用量為150 t/hm2，不施用化肥；3/5沼肥+2/5化肥處理每季沼肥施用量為90 t/hm2，化學(xué)氮肥施用量（以N質(zhì)量計(jì)）為180 kg/hm2，鉀肥施用量（以K質(zhì)量計(jì)）為140 kg/hm2，不施用化學(xué)磷肥；2/5沼肥+3/5化肥處理每季沼肥施用量為60 t/hm2，化學(xué)氮肥施用量（以N質(zhì)量計(jì)）為270 kg/hm2，鉀肥施用量（以K質(zhì)量計(jì)）為210 kg/hm2，不施用化學(xué)磷肥；3/5沼肥處理每季沼肥施用量為90 t/hm2；不施肥處理即不施用任何肥料。

每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，每個(gè)小區(qū)包括3個(gè)種植畦，每個(gè)小區(qū)面積為27 m2。各處理2009－2013每季平均養(yǎng)分投入量及施用方式見表1。供試沼肥來自北京市順義區(qū)大孫各莊沼氣站，原料為豬糞，全年成分相對穩(wěn)定，沼肥為沼渣沼液混合物，沼肥含N 0.03 g/kg，P 0.04 g/kg，K 0.03 g/kg，Hg 0.03mg/kg，As 0.22 mg/kg，Pb 0.41mg/kg，Cd 0.03 mg/kg，Cr 1.60 mg/kg，pH為7.33，EC為7.50 mS/cm。供試化學(xué)氮肥為尿素（含N 46%），鉀肥為硫酸鉀（含K2O 54%）。

表1　每茬養(yǎng)分投入量及施用方式

1.3 田間管理

采用常規(guī)田間管理，灌溉方式為溝灌，沼肥開淺溝施入。定植時(shí)，灌溉量控制在450～600 m3/hm2；定植后一周左右及時(shí)澆水，促進(jìn)緩苗，一般為225 m3/hm2；番茄每季灌溉水總量控制在2 500～2 700 m3/hm2，甜椒每季灌溉水總量控制在2 190～2 805 m3/hm2；追肥期間灌溉次數(shù)平均控制在12～15次[30]。

1.4 樣品采集與分析

2009年8月試驗(yàn)開始前，按“S”形采集0～30 cm土壤樣品，2013年冬春茬試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，各小區(qū)分別采集0～180 cm土壤樣品，分為6層，0～30，30～60，60～90，90～120，120～150，150～180 cm。取樣位置為中間小區(qū)的兩株植株中間，每個(gè)小區(qū)按“S”形各取4鉆，然后分層混為1個(gè)土樣，分裝在袋子中，最后放入冰盒中，帶回實(shí)驗(yàn)室。經(jīng)避光自然風(fēng)干（風(fēng)干樣品含水量在1%左右），研磨過篩0.25 mm、2 mm后保存于封口袋中備用[31]。在每季收獲期，各小區(qū)分次收獲并全部測產(chǎn)，得出不同處理果實(shí)產(chǎn)量；在每季拉秧期，各小區(qū)根據(jù)植株大小多點(diǎn)取樣，分別均勻取有代表性的植株6～8株，烘干粉碎后待測[31]。

測定項(xiàng)目及方法：植物全氮、全磷和全鉀采用H2SO4-H2O2法消煮后，分別用凱氏定氮法、鉬銻抗分光光度法和火焰光度法測定。土壤全氮采用凱氏定氮法測定；土壤Olsen-P采用0.5 mol/LNaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定；土壤CaCl2-P采用0.01 mol/L CaCl2浸提-鉬銻抗比色法測定；土壤重金屬采用高氯酸消煮-電感耦合等離子光譜儀測定[31]。

surplus=input?removal

式中surplusinput和removal分別為土壤養(yǎng)分盈余量，養(yǎng)分投入量（沼肥+化肥）和作物養(yǎng)分帶走量，作物帶走量按地上部莖葉果干重和相應(yīng)的養(yǎng)分含量計(jì)算。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行一般計(jì)算及畫圖，利用SAS軟件進(jìn)行方差分析，5%顯著水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 蔬菜產(chǎn)量

沼肥和化肥的不同配施比例處理對5年8季的作物產(chǎn)量影響如表2所示。與不施肥處理相比，沼肥完全施用及部分替代化肥施用顯著提高了作物產(chǎn)量。前5季作物產(chǎn)量在不同施肥處理之間存在明顯差異，表現(xiàn)為沼肥和化肥配施處理的產(chǎn)量更高，且以2/5沼肥+3/5化肥處理最高，顯著高于3/5沼肥處理；而各處理作物產(chǎn)量在后3季差異不明顯。與沼肥和化肥配施處理相比，完全沼肥處理對作物產(chǎn)量沒有顯著影響（除2010年秋冬茬），說明沼肥可以作為主要肥源，替代化肥；同時(shí)3/5沼肥處理盡管在前5季降低了產(chǎn)量，但是在后3季對產(chǎn)量并沒有顯著影響，因此從中長期看，沼肥施用的產(chǎn)量效應(yīng)可能優(yōu)于化肥效果，且具有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。

表2 不同沼肥和化肥配施對設(shè)施蔬菜產(chǎn)量的影響

注：表中同行數(shù)據(jù)后不同字母表示相同茬口不同處理間差異顯著（P<0.05）。

Note: Different letters in the same line means significant differences among different treatments by LSD test (<0.05).

2.2 土壤養(yǎng)分盈余

不同處理?xiàng)l件下年均氮磷鉀養(yǎng)分盈余量如表3所示。結(jié)果表明，除不施肥處理外，其他處理土壤氮磷養(yǎng)分均有不同程度的盈余，表現(xiàn)為氮磷養(yǎng)分投入越高，盈余量越大；除3/5沼肥處理外，其他施肥處理均能滿足作物對鉀素的需求。沼肥施用顯著提高了磷素盈余量，完全沼肥處理下磷養(yǎng)分年平均盈余為1250 kg/hm2，分別為3/5沼肥+2/5化肥和2/5沼肥+3/5化肥處理下的1.7和2.8倍。

表3 不同沼肥和化肥配施下年平均氮磷鉀養(yǎng)分投入、作物帶走及表觀盈余狀況

2.3 土壤全氮含量

通過對2013年冬春季試驗(yàn)結(jié)束后0～180 cm土層土壤全氮含量進(jìn)行分析，結(jié)果表明（圖1），與不施肥處理相比，完全沼肥處理顯著增加了0～180 cm土層土壤全氮含量（除60～90 cm土層），而其它施肥處理僅顯著增加了0～30 cm土層土壤全氮含量（除3/5沼肥+2/5化肥處理）。各施肥處理間在0～120 cm土層土壤中，土壤全氮的差異不顯著；與3/5沼肥處理相比，完全沼肥處理顯著增加了120～180 cm土層土壤全氮含量；與2/5沼肥+3/5化肥處理相比，完全沼肥處理顯著增加了120～150 cm土層土壤全氮含量。由此，可以看出大量沼肥處理促進(jìn)了氮素向深層土壤的移動。

注：0~30、30~60、60~90、90~120、120~150、150~180 cm土層深度不同字母表示不同處理之間差異顯著（P<0.05），下同

2.4 土壤Olsen-P和CaCl2-P含量

2013年冬春季試驗(yàn)結(jié)束后0~180 cm土層土壤Olsen-P及CaCl2-P含量如圖2所示。與不施肥處理相比，完全沼肥處理顯著提高了0～60 cm土層土壤Olsen-P含量，0～30 cm土層土壤Olsen-P含量高達(dá)151 mg/kg, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于菜田土壤Olsen-P的農(nóng)學(xué)閾值（46～58 mg/kg）和環(huán)境閾值（50～80 mg/kg）[32]；施肥處理顯著提高了0～30 cm土層土壤CaCl2-P含量，完全沼肥處理、3/5沼肥+2/5化肥處理、2/5沼肥+3/5化肥處理和3/5沼肥處理分別為不施肥處理的5.4、2.6、2.8和3.1倍。各施肥處理間，Olsen-P含量差異不明顯；完全沼肥處理中0～30 cm土層土壤CaCl2-P含量達(dá)到8.0 mg/kg，顯著高于其他施肥處理。8季連續(xù)沼肥施用，由于沼肥帶入大量磷素盈余，導(dǎo)致了磷素在0～60 cm土層土壤累積明顯增加，極大的增加了磷素淋失風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 不同處理對0~180 cm土層土壤中Olsen-P和CaCl2-P含量的影響

2.5 土壤重金屬含量

2013年冬春季試驗(yàn)結(jié)束后0～180 cm土層土壤重金屬含量見圖3。從全汞的含量看出，各處理在0～30 cm土層沒有顯著差異，施用沼肥處理下30～60、60～90、150～180 cm土層土壤全汞含量均低于不施肥處理，每土層平均降低32.1%、15.3%、26.7%，且30～60 cm土層完全沼肥處理及3/5沼肥處理土壤全汞含量要顯著低于2/5沼肥+3/5化肥處理。

從全砷的含量看出，除30～60 cm土層施用沼肥處理土壤中全砷的含量顯著高于不施肥處理外，其他土層各處理間均沒有顯著差異。從全鉻的含量看出，0～30土層完全沼肥處理、3/5沼肥+2/5化肥處理土壤全鉻含量要顯著低于3/5沼肥處理；30～60 cm土層完全沼肥處理、3/5沼肥+2/5化肥處理土壤全鉻含量要顯著低于2/5沼肥+3/5化肥處理；90～120 cm土層3/5沼肥+2/5化肥處理土壤全鉻含量要顯著低于2/5沼肥+3/5化肥處理及3/5沼肥處理，其他土層各處理間沒有顯著差異。從全鎘的含量看出，0～30 cm土層完全沼肥處理土壤全鎘的含量要顯著低于2/5沼肥+3/5化肥處理，60～90 cm土層完全沼肥處理土壤全鎘的含量要顯著低于3/5沼肥處理，90～120 cm土層完全沼肥處理土壤全鎘的含量要顯著低于3/5沼肥+2/5化肥處理及不施肥處理，其他土層各處理間沒有顯著差異。與不施肥處理相比，不同土層施用沼肥處理均有降低土壤全鉛含量的趨勢，在0～120 cm和150～180 cm土層完全沼肥處理和3/5沼肥+2/5化肥處理顯著降低了全鉛含量，降幅分別為51.3%、49.1%、63.7%、46.8%、32.4%、50.4%、62.7%、50.2%和62.7%、45.6%，在120～150 cm土層完全沼肥處理顯著降低了全鉛含量。不同處理在不同土層的土壤重金屬含量均符合GB 15618－2009《國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)》，不會對土壤和植物造成污染風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 不同處理對0～180 cm土層土壤中全汞、砷、鉛、鉻、鎘含量的影響

3 討 論

本研究結(jié)果表明，過量施沼肥帶來大量的氮磷養(yǎng)分盈余。在等氮鉀養(yǎng)分投入條件下，4年連續(xù)施肥，隨沼肥施用比例提高，在第1年增加了氮素盈余，從第2年開始增加量降低，第3年開始完全沼肥處理下氮養(yǎng)分盈余則表現(xiàn)為最低，4年平均值差異不大；從土壤全氮來看，與2/5沼肥+3/5化肥處理相比，完全沼肥處理顯著增加了120～150 cm土層土壤全氮含量。由此可以看出，從中長期看，沼肥施用不會增加氮素盈余，甚至可能降低氮素盈余，但是在過量施肥情況下，沼肥施用可能促進(jìn)氮素向深層土壤的移動。沼肥施用顯著提高了磷素盈余量，且隨沼肥施用比例增加而增加，完全沼肥處理下磷養(yǎng)分年平均盈余為1 250 kg/hm2，分別為3/5沼肥+2/5化肥和2/5沼肥+3/5化肥處理下的1.7和2.8倍。大量磷素盈余導(dǎo)致了磷養(yǎng)分在土壤中的累積，4年連續(xù)沼肥，導(dǎo)致磷素0～60 cm土層土壤累積明顯增加，完全沼肥處理中0～30 cm土層土壤Olsen-P及CaCl2-P含量分別達(dá)到了151和8.0 mg/kg，土壤Olsen-P含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于菜田土壤Olsen-P的農(nóng)學(xué)閾值（46～58 mg/kg）和環(huán)境閾值（50～80 mg/kg）[32]，極大的增加了磷素淋失風(fēng)險(xiǎn)。

沼肥施入土壤中后，其反應(yīng)過程較為復(fù)雜，目前對于沼肥施用對土壤重金屬累積影響的研究結(jié)果不同，包括增加、降低或不變[33]。對沼肥中重金屬狀況研究發(fā)現(xiàn)，沼液中毒性重金屬平均含量為全As>Cr> Pb>Cd>Hg，沼渣中毒性重金屬含量為全Cr>As>Pb>Cd >Hg。沼液中全As平均含量為0.147 mg/L、全Cr為0.054 4 mg/L、全Cd為0.002 7 mg/L、全Pb為0.019 1 mg/L、全Hg為0.000 6 mg/L，As的超標(biāo)現(xiàn)象較嚴(yán)重，是沼液中主要污染重金屬，Cr、Cd、Hg其次，Pb不存在超標(biāo)現(xiàn)象。沼渣中全Cr平均含量為7.446 mg/kg、全As為4.16 mg/kg、全Pb為1.962 mg/kg、全Cd為0.489 mg/kg、全Hg為0.024 3 mg/kg。而配合飼料飼養(yǎng)法沼渣中As、Cd的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出規(guī)定的含量，Hg的含量也已接近限值；而青飼料飼養(yǎng)法沼渣中主要重金屬含量除Pb以外，其他重金屬含量基本沒有超過允許的范圍。沼肥中重金屬含量主要受發(fā)酵原料的影響，豬糞為原料發(fā)酵而成的沼肥，含Hg、Cd、Cr、Pb、As為主[26]。本文研究發(fā)現(xiàn)施用沼肥后土壤中全Cr、全Cd、全Pb含量有所下降，且全Pb含量下降最為顯著。可能是因?yàn)槭┯谜臃屎?，在一定程度上促進(jìn)了作物對該元素的吸收，同時(shí)也存在一定的淋洗作用。此外，沼肥作為一種有機(jī)肥，含有大量的腐殖質(zhì)，而腐殖質(zhì)是土壤重要的螯合或絡(luò)合劑，其中羧基（-COOH）、羥基（-OH）、羰基（-C=O）和氨基（-NH4）等能與重金屬發(fā)生絡(luò)合或螯合，使重金屬離子在土壤溶液中失去毒性。同時(shí)，施用沼肥可將土壤中的重金屬向鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化，從而降低重金屬的流動性[34]。將沼肥與化肥等其他肥料進(jìn)行合理配比后施入土壤，能夠?qū)φ臃手械闹亟饘倨鸬较♂屪饔?，從而降低進(jìn)入土壤中重金屬的濃度，減輕土壤污染及安全風(fēng)險(xiǎn)。因此控制沼肥的施用量和施肥方式，選擇最佳的配比施肥，既能夠保證產(chǎn)量，又能夠降低重金屬進(jìn)入土壤的濃度[35]。

4 結(jié) 論

1）與不施肥處理相比，沼肥完全施用及部分替代化肥施用顯著提高了作物產(chǎn)量。與沼肥和化肥配施處理相比，完全沼肥處理對作物產(chǎn)量沒有顯著影響（除2010年秋冬茬），說明沼肥可以作為主要肥源，替代化肥；因此從中長期看，沼肥施用的產(chǎn)量效應(yīng)可能優(yōu)于化肥效果，且具有進(jìn)一步優(yōu)化的空間，但需要注意鉀養(yǎng)分的補(bǔ)充。

2）在等氮鉀投入條件下，氮素盈余和0～180 cm土層土壤全氮含量隨沼肥施用比例增加沒有顯著差異；磷素盈余隨沼肥施用比例增加顯著增加，完全沼肥處理0～30 cm土層土壤Olsen-P及CaCl2-P含量分別達(dá)到了151和8.0 mg/kg，高于其他3個(gè)處理，且明顯超出環(huán)境閾值。

3）與不施肥處理相比，各處理在0～30 cm土層沒有顯著差異，施用沼肥后30～60、60～90、150～180 cm土層土壤全Hg含量均低于不施肥處理；除30～60 cm土層施用沼肥處理土壤中全As含量顯著高于不施肥處理外，其他土層各處理間均沒有顯著差異；而完全沼肥處理全Cr、全Cd、全Pb含量有所下降，且全Pb含量下降最為顯著，但均符合GB 15618-2009標(biāo)準(zhǔn)。

綜上所述，一定年限內(nèi)適量的沼肥施用能有效實(shí)現(xiàn)廢棄物資源化利用，同時(shí)不會影響作物產(chǎn)量和帶來氮鉀、重金屬累積問題，但是會極大的提高磷素累積和淋失風(fēng)險(xiǎn)。

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Effects of biogas manure replacing chemical fertilizer on accumulation of nutrient and heavy metal in greenhouse vegetable soil

Gao Jieyun1, Kang Lingyun1, Yan Zhengjuan1, Qu Mingshan2, Liu Zifei2, Zhang Cuizhen3, Chen Qing1※

(1.,,100193,;2,100029,; 3067000,)

Unreasonal application of biogas manure discharged from the biogas plants in livestock farms increased the environmental risk. In this study, a 5-year 8-season tomato-pepper rotating protected field experiment was conducted, and the effects of different applied proportions of biogas manures and chemical fertilizer (100% biogas manures, 3/5 biogas manures plus 2/5 chemical fertilizer, 2/5 biogas manures plus 3/5 chemical fertilizer, 3/5 biogas manures and unfertilized treatments) on vegetable yield and soil accumulation of nitrogen (N), phosphorus (P) and heavy metals were investigated, in order to support the possibility of biogas manure to replace chemical fertilizer. The results showed that there were no significant effects on vegetable yields under the treatments with 100% biogas manures, 3/5 biogas manures plus 2/5 chemical fertilizer, 2/5 biogas manures plus 3/5 chemical fertilizer treatments with the same N and potassium (K) input. No significant differences were observed in the N surplus and soil total N in 0-180 cm soil depth after 5-years experiment. However P surplus significantly increased with the applied proportion of biogas manures. The contents of Olsen-P and CaCl2-P in the surface soil layer (0-30 cm) reached 151 and 8.0 mg/kg in treatment with 100% biogas manures application, respectively, much higher than other treatments, which significantly exceeded environmental threshold. Compared with the treatment with 100% biogas manures application, reduced biogas wastes application (3/5 biogas wastes) significantly decreased the nitrate leaching risk and P surplus. Compared with unfertilized treatment, the contents of total Hg in surface soil layer (0-30 cm) and total As content in the soil layer (0-180 cm) slightly increased, whereas the contents of total Cr, Cd and Pb in soil decreased, especially Pb, in the treatments with biogas manures application. No heavy metal pollution risk was observed in all treatments. Biogas manure replacing chemical fertilizer can effectively achieve the waste recycling utilization, but increase the risk of soil P accumulation and leaching.

manures; nitrogen; heavy metals; greenhouse vegetable field; soil nutrient

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.17.027

S19

A

1002-6819(2017)-17-0200-08

2017-04-18

2017-08-29

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“京津冀設(shè)施農(nóng)業(yè)面源和重金屬污染防控技術(shù)示范”（2016YFD0801006）；國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位科學(xué)家項(xiàng)目（CARS-23-B16）

高杰云，現(xiàn)從事科研管理工作。北京 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，100193。Email：jieyunluck@sina.com

陳清，博士，教授，現(xiàn)從事廢棄物肥料化利用與面源污染控制方面研究。北京 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，100193。Email：qchen@cau.edu.cn