不同施肥處理對(duì)土壤重金屬的影響

陳楠

摘? 要：本文以甘肅省武山縣某典型區(qū)域農(nóng)田土壤為研究對(duì)象，研究不同施肥處理（高施肥（GS，400kg/667m2）、正常施肥（ZS，320kg/667m2）、低施肥（DS，240kg/667m2）和未施肥（WS，0kg/667m2））對(duì)土壤重金屬銅（Cu）、鉻（Cr）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、汞（Hg）含量的影響，以期為今后土壤修復(fù)和治理提供理論依據(jù)。結(jié)果表明施用生物有機(jī)肥顯著影響了土壤金屬的含量，隨著施肥量增加，土壤中銅（Cu）、鉛（Pb）的含量顯著降低，而鉻（Cr）、鎘（Cd）、汞（Hg）的含量現(xiàn)將后增，說明施肥可有效降低土壤中重金屬含量，而隨著施肥量的增加，土壤中鉻（Cr）、鎘（Cd）、汞（Hg）的含量又有不同程度的增加。土壤重金屬之間存在不同的相關(guān)性，土壤金屬銅（Cu）與鉛（Pb）、鉻（Cr）呈極顯著的正相關(guān)，汞（Hg）與鉛（Pb）呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明施肥處理影響了土壤中金屬離子之間的相互作用。

關(guān)鍵詞：土壤重金屬;生物有機(jī)肥;降解

中圖分類號(hào)：S-3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.11974/nyyjs.20181131005

前言

土壤作為地理環(huán)境的重要組成要素，位于自然生態(tài)系統(tǒng)的中心位置，不僅是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，而且還提供人類生存所需的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是人類環(huán)境的重要組成部分[1]。近年來，我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展更新的同時(shí)，也帶來了諸多新問題和挑戰(zhàn)，土壤重金屬污染便是其中的重要問題之一。土壤重金屬主要來源于土壤母質(zhì)、工業(yè)產(chǎn)生的廢棄廢渣、交通排放以及農(nóng)業(yè)施肥等[2-4]，其中農(nóng)業(yè)化肥的大量使用對(duì)土壤重金屬累積量產(chǎn)生了直接的影響[5]。雖然大量使用化肥能夠增加農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)[6]，但其在補(bǔ)充作物生長(zhǎng)必需營(yíng)養(yǎng)元素的同時(shí)，不可避免地會(huì)使土壤中重金屬含量增加，土壤受到污染。研究表明重金屬污染阻礙了土壤有機(jī)質(zhì)的降解和氮循環(huán)，使得土壤酶活性和微生物的代謝活性下降[7]，直接或間接地破壞了土壤的結(jié)構(gòu)，通過土壤一植物系統(tǒng)遷移累積，進(jìn)而影響農(nóng)產(chǎn)品安全乃至人體健康[8]。

土壤重金屬污染研究主要集中在森林土壤[9-11]、東部經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的農(nóng)田土壤[12-14]和城市土壤[15-17]中，而對(duì)黃土高原耕地土壤污染研究較少，尤其是高原夏菜種植區(qū)與土壤污染相關(guān)的研究更少。因此，開展武山縣重點(diǎn)蔬菜種植區(qū)土壤重金屬生態(tài)危害防治技術(shù)研究與示范，對(duì)提高高原夏菜生產(chǎn)質(zhì)量、保證居民食品安全和身體健康具有重要意義，同時(shí)可以彌補(bǔ)該區(qū)域土壤重金屬危害防治技術(shù)研究與示范的空白。

1? ? ?材料與方法

1.1? ? ?研究區(qū)概況

武山縣位于甘肅省東南部，天水市西端的渭河上游，地處秦嶺山地北坡西段與隴中黃土高原西南邊緣復(fù)合地帶（N104?34'25''～105?8'30''，E 34?25'10''～34?57'16''），海拔在1365～3120m之間，屬溫帶大陸性半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)。年平均氣溫10.3℃，無霜期195d，年均日照2331h，降水量500mm，總耕地4.13萬hm2，其中山地面積3.6萬hm2，蔬菜種植面積達(dá)到2.6萬hm2。

1.2? ? ?供試肥料

供試肥料為“通濟(jì)”牌生物有機(jī)肥由武山通濟(jì)生物有機(jī)肥科技有限責(zé)任公司生產(chǎn)提供，生物有機(jī)肥的理化指標(biāo)分別為有機(jī)質(zhì)48.0%，腐殖酸23%，pH7.1，N2.2%，P2050.6%，K202.5%。

1.3? ? ?樣地選取與土壤采集測(cè)定

試驗(yàn)于2017年3月在天水市武山縣渭河上游選擇地勢(shì)相對(duì)平緩并且坡向一致、種植作物相同的田地4塊，根據(jù)當(dāng)?shù)仄毡槭褂没柿繛橐罁?jù)把4塊田地依次分為高施肥（GS，400kg/667m2）、正常施肥（ZS，320kg/667m2）、低施肥（DS，240kg/667m2）和未施肥（WS，0kg/667m2）。每塊田地劃分成5m×5m的小區(qū)（重復(fù)3次），并與當(dāng)月對(duì)12個(gè)劃分小區(qū)進(jìn)行相應(yīng)的施肥處理，同時(shí)每塊田地各小區(qū)設(shè)置邊行0.5 m的保護(hù)行，每個(gè)小區(qū)間隔5m上。

2017年9月進(jìn)行土壤采樣時(shí)，每個(gè)小區(qū)用土鉆按照“對(duì)角線”法取0～20cm層土壤，相同小區(qū)土壤組合成一個(gè)混合土樣，除去枯落物和可見作物根系，帶回實(shí)驗(yàn)室待測(cè)。采集的土壤樣品置于室內(nèi)陰涼、干燥、通風(fēng)處自然分干，嚴(yán)禁暴曬，并防止酸、堿等氣體和灰塵的污染。風(fēng)干后用木棍碾碎，全部過2mm孔徑的土壤篩，將風(fēng)干土壤樣品裝袋送到甘肅省蘭州市農(nóng)科院進(jìn)行土壤重金屬（銅（Cu）、鉻（Cr）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、汞（Hg））的測(cè)定，并記錄檢測(cè)報(bào)告。

1.4? ? ?數(shù)據(jù)處理

重金屬剖面分布圖和不同施肥量下土壤重金屬的累積特征圖采用Excel 2010進(jìn)行擬合作圖，在SPSS19.0軟件環(huán)境下用單因素方差分析和LSD多重比較法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，采用person相關(guān)法計(jì)算各土壤重金屬間的相關(guān)系數(shù)。

2? ? ?結(jié)果分析

2.1? ? ? 4種施肥量下土壤重金屬的變化

農(nóng)田所施肥料中含有一定量的重金屬，長(zhǎng)期施用可導(dǎo)致土壤中重金屬含量發(fā)生變化[18]。隨著施肥量的增加，土壤金屬銅含量顯著降低（圖1a），不同施肥量的3個(gè)小區(qū)土壤銅含量顯著小于未施肥小區(qū)（p<0.05），3塊施肥小區(qū)土壤銅含量差異不顯著（p>0.05）。其中WS區(qū)土壤銅含量比DS、ZS、GS區(qū)高出了7.75%、8.14%、5.75%。土壤重金屬鉻含量隨著施肥量的增加顯著降低（p<0.05），DS區(qū)土壤鉻含量比ZS、GS、WS區(qū)分別高出了55.66%、58.60%、10.25%（圖1 b）。土壤重金屬鎘含量在4種施肥量下差異不顯著（p>0.05）（圖1 c），土壤重金屬鎘含量在正常施肥情況下最低（0.22mg/kg），DS、GS、WS區(qū)分別比ZS區(qū)高出了4.55%、9.09%、9.09%。而土壤鉛含量則表現(xiàn)為WS>GS>ZS>DS（圖1），且差異顯著（p<0.05）。而土壤金屬汞含量在低施肥條件下含量最高（圖1 e），在高施肥條件下汞含量最低，且差異顯著（p<0.05），DS區(qū)土壤金屬汞含量比ZS、GS、WS區(qū)分別高出了11.79%、27.01%、21.06%。

2.2? ? ?土壤重金屬之間的相關(guān)性

土壤重金屬之間存在不同的相關(guān)性（表1），土壤金屬銅與鉛呈極顯著的正相關(guān)（p<0.01），相關(guān)系數(shù)為0.933;土壤金屬汞與鉻呈顯著正相關(guān)關(guān)系（p<0.05），與鉛呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（p<0.05），相關(guān)系數(shù)分別為0.603和0.616;土壤金屬汞與銅、鎘呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，其他土壤金屬之間相關(guān)性不顯著。

3? ? ?討論與結(jié)論

本研究表明，試驗(yàn)地重金屬含量大小為：鉻（Cr）>鉛（Pb）>銅（Cu）>鎘（Cd）>汞（Hg）含量，但含量均委超標(biāo)[19]，說明該區(qū)域土壤目前未收到重金屬污染，但是鉻（Cr）、鉛（Pb）、銅（Cu）的含量較高，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)地附近有養(yǎng)雞場(chǎng)，試驗(yàn)地長(zhǎng)期施用雞糞增加了土壤重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)，建議在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中要加強(qiáng)養(yǎng)殖場(chǎng)周邊土壤重金屬的監(jiān)測(cè)。

本試驗(yàn)表明，施用生物有機(jī)肥影響了土壤中鉻（Cr）、鉛（Pb）、銅（Cu）、鎘（Cd）、汞（Hg）含量，隨著施肥量的增加，土壤中銅（Cu）、鉛（Pb）的含量顯著降低，而鉻（Cr）和汞（Hg）的含量顯著降低后增加，鎘（Cd）含量降低程度也較為明顯，說明生物有機(jī)肥可有效降解土壤重金屬，而這種降解作用與施肥量有關(guān)，本試驗(yàn)條件下正常施肥（ZS，320kg/667m2）處理的降解作用效果最佳。本試驗(yàn)條件下，施用生物肥對(duì)土壤重金屬離子產(chǎn)生了一定有效，施肥后土壤金屬銅（Cu）與鉛（Pb）、鉻（Cr）呈極顯著的正相關(guān)，汞（Hg）與鉛（Pb）呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明施用生物有機(jī)肥影響了土壤中金屬離子之間的相互作用，而產(chǎn)生這種作用的原因和原理需進(jìn)一步研究。

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