連續(xù)施用有機肥后重金屬在土壤-作物系統(tǒng)中的積累與遷移特征

茹淑華，徐萬強，侯利敏，孫世友，張國印，王凌，蘇德純

1. 河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所/河北省肥料技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 石家莊 050051；

2. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/農(nóng)田土壤污染防控與修復(fù)北京市重點實驗室，北京 100193

集約化養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展隨之產(chǎn)生的大量畜禽糞便，已成為目前中國農(nóng)村主要面源污染之一。把畜禽糞便制成有機肥施用于農(nóng)田是治理畜禽糞便污染、提高農(nóng)田肥力的主要途徑（馬永喜，2010）。在集約化養(yǎng)殖過程中，飼料中廣泛使用含有重金屬的添加劑，而且由于其生物利用率比較低，大部分重金屬隨著糞便排出體外（Sarmah et al.，2006；Nasiru et al.，2013），致使畜禽糞便中重金屬含量超標(biāo)。長期大量施用畜禽糞便會對農(nóng)田土壤產(chǎn)生污染風(fēng)險。農(nóng)田中土壤重金屬的來源主要包括有肥料施用、大氣降塵和污水灌溉（Mortvedt，1996；Cheng，2003；Chen et al.，2007）。有研究表明，農(nóng)田土壤重金屬更多來源于肥料的長期施用（曹志洪等，2008）。調(diào)查表明以雞糞、豬糞和牛糞等為原料的有機肥已成為土壤重金屬污染的主要來源（賈武霞等，2016；黃紹文等，2017）。

有關(guān)畜禽糞便中重金屬在土壤中遷移轉(zhuǎn)化的大部分研究集中于室內(nèi)培養(yǎng)模擬研究，存在試驗時間短、長期效應(yīng)跟蹤不夠或有機肥類型單一等問題。董同喜等（2014）等通過文獻(xiàn)查閱和采樣分析，表明華北農(nóng)田小麥-玉米輪作體系下，Cu、Zn、Cd、Ni、Pb、Cr 6種重金屬元素的主要輸入源為畜禽糞便有機肥，其占總輸入量的比例分別是 86.1%、83.8%、76.6%、72.5%、64.3%和 46.3%。吳東濤（2012）等研究表明施肥12年條件下，表層土壤中Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 15618—1995）中的二級土（Zn＜250 mg·kg-1）。商和平等（2015）土壤培養(yǎng)試驗結(jié)果表明，通過畜禽糞便有機肥進(jìn)入土壤中的Cu和Zn在土壤中主要以交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)以及有機結(jié)合態(tài)的形式存在，且畜禽糞便有機肥的來源不同，各形態(tài)Cu和Zn在不同土壤中所占比例不同。楊子儀等（2014）研究表明在黑土中施用化肥和畜禽糞便有機肥3年后，土壤中Zn含量均表現(xiàn)出一致變化：豬糞＞雞糞＞CK和單施化肥處理。王美等（2014）研究表明在黑土和紅壤上，有機肥與化肥配施與對照不施肥相比顯著提高土壤Cu、Zn和Cd含量。調(diào)查表明不同畜禽糞便農(nóng)用區(qū)小麥中的Cr、Ni、Cd、As均存在不同程度超標(biāo)情況，其中雞糞農(nóng)用區(qū)Cr的超標(biāo)率達(dá)66.67%（葉必雄等，2013）。而有關(guān)連續(xù)多年定量施用不同畜禽糞便有機肥后重金屬在土壤—農(nóng)作物體系中遷移轉(zhuǎn)化的研究還相對較少。

華北平原是中國的小麥、玉米重要主產(chǎn)區(qū)之一，2018年華北地區(qū)糧食產(chǎn)量約占全國糧食總產(chǎn)量的35.84%，其在中國糧食生產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全方面占有舉足輕重的地位。冬小麥-夏玉米輪作體系是華北平原主要的糧食作物輪作方式。為防止農(nóng)田土壤重金屬污染，保障食品安全，明確畜禽糞便有機肥安全施用的重金屬負(fù)荷，研究連續(xù)定量施用畜禽糞便有機肥后不同重金屬在小麥-玉米輪作系統(tǒng)農(nóng)田土壤和農(nóng)產(chǎn)品中的積累特征，分析不同有機肥施用量與土壤和農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量間的定量關(guān)系，對科學(xué)合理利用有機肥，確保農(nóng)產(chǎn)品安全具有重要意義?；诖耍疚耐ㄟ^連續(xù)的田間小區(qū)試驗，定量研究連續(xù)施用不同有機肥后 Cu、Zn、Cd、Cr、Pb、As和Hg在土壤和小麥-玉米中的積累與遷移特征，為從源頭上控制農(nóng)田土壤重金屬污染提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

田間試驗地位于河北省農(nóng)林科學(xué)院大河試驗站（38°07′32″N，114°23′00″E）。土壤母質(zhì)為洪沖積物，土壤類型為黏壤質(zhì)洪沖積石灰性褐土。土壤基本理化性質(zhì)：pH值為7.93、有機質(zhì)1.81%、全氮 1.11 g·kg-1、土壤硝態(tài)氮 25.8 mg·kg-1、全磷0.08%、有效磷 14.5 mg·kg-1、全鉀 1.79%、速效鉀96.3 mg·kg-1。本次研究選用的試驗田基礎(chǔ)土重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（GB15618—2018）（Cu≤100、Zn≤300、Cd≤0.6、Cr≤250、Pb≤170、As≤25 和 Hg≤3.4），土壤未被重金屬污染。供試雞糞有機肥（2010—2013）選用正定縣希星有機肥廠生產(chǎn)的成品有機肥，豬糞有機肥（2010—2013）選用正定縣農(nóng)富有機肥廠生產(chǎn)的半成品有機肥。雞糞和豬糞有機肥（2014—2016）均選用正定縣農(nóng)富有機肥廠生產(chǎn)的半成品有機肥（表1）。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗共設(shè)9個處理，包括1個常規(guī)施化肥處理（CK：N 300 kg·hm-2、P2O5150 kg·hm-2、K2O 90 k·hm-2）、4 個豬糞用量梯度處理（ZF1：15 t·hm-2、ZF2：30 t·hm-2、ZF3：45 t·hm-2、ZF4：60 t·hm-2），4 個雞糞用量梯度處理（JF1：15 t·hm-2、JF2：30 t·hm-2、JF3：45 t·hm-2、JF4：60 t·hm-2）。每個處理設(shè)置3個重復(fù)，共27個小區(qū)，每個小區(qū)面積為12 m2（長3 m，寬4 m），均隨機排列，小區(qū)南北向用田埂隔開，東西向用塑料板隔開。為了控制施肥方式一致，所有雞、豬廢棄物堆肥和化肥均采用小麥播種前一次性基肥施用，施肥后與耕層土壤（0—15 cm）用小型懸耕機充分混勻。本研究于2010年10月開始，到2017年6月結(jié)束，試驗期共7年，種植類型包括小麥單作、小麥-小白菜輪作、小麥-玉米輪作。為使各小區(qū)產(chǎn)量基本保持一致，有機肥中的N和P含量按相當(dāng)于化肥的70%折算，養(yǎng)分不足的用化肥補充，氮肥采用尿素（N46%），磷肥采用普通過磷酸鈣（P2O516%）。田間管理方式參照當(dāng)?shù)亓?xí)慣管理。

1.3 樣品采集

于 2011—2017年在小麥成熟期時采集土壤樣品，每小區(qū)取0—15 cm和15—30 cm土壤樣品，土樣經(jīng)自然風(fēng)干后研磨先過1 mm尼龍篩，然后取部分土樣過0.149 mm尼龍篩，供土壤重金屬全量分析。于 2017年在小麥和玉米成熟期時采集小麥和玉米植株樣品，每個小區(qū)隨機取20株小麥樣品，隨機取2株玉米樣品，分別混勻為1個植物樣品，分為秸稈和籽粒兩部分，放置于烘箱于70 ℃烘干，秸稈和籽粒分別用高速粉碎機粉碎。

表1 試驗用土壤和肥料中的重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table1 Heavy metal content of soil and manures for testing

1.4 樣品分析、質(zhì)量控制

土壤樣品重金屬全量的測定 稱取過0.149 mm篩的土壤樣品約0.2500 g于50 mL聚四氟乙烯坩堝中，加入HNO35 mL、HF 5 mL和HClO43 mL，在電熱板上消解，用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICAP-Q ICP-MS）測定As、Cd、Pb和Hg含量，用等離子發(fā)射光譜儀（ICP-OES Optima 7000DV）測定Cu、Zn、Cr含量。每一批樣品均加入土壤標(biāo)樣（GBW07410）做質(zhì)量控制，在標(biāo)樣符合推薦值范圍內(nèi)，其結(jié)果可采用。

小麥樣品重金屬的測定：分別稱取秸稈和籽粒樣品約0.5000 g于50 mL三角燒瓶中，加入8 mL硝酸（優(yōu)級純）和2 mL高氯酸（優(yōu)級純），經(jīng)電熱板消煮，用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICAP-Q ICP-MS）測定Cr、As、Cd、Pb含量，用等離子發(fā)射光譜儀（ICP-OES Optima 7000DV）測定Cu、Zn含量。每一批樣品均加入植株標(biāo)樣（GBW08503C）做質(zhì)量控制，在標(biāo)樣符合推薦值范圍內(nèi)，其結(jié)果可采用。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)圖表采用Microsoft Office Excel 2007繪制，顯著性差異采用SPSS 18.0分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 連續(xù)7年施用有機肥對土壤重金屬含量的影響

由表2連續(xù)7年施用豬糞有機肥對土壤重金屬積累的影響可以看出，連續(xù)7年施用豬糞有機肥處理 0—15 cm 土壤重金屬 Cu、Zn、Cd、Cr、Pb、As和 Hg質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高分別到達(dá) 82.34、175.83、0.210、67.47、22.27、12.12、0.116 mg·kg-1。隨著豬糞施用量的增加，0—15 cm土壤Cu、Zn、Cd和As含量均呈顯著增加的趨勢，而Cr、Pb和Hg的含量沒有顯著的變化。與施化肥的處理相比，連續(xù)7年施用豬糞的處理15—60 t·hm-2）均顯著增加了0—15 cm 土壤 Cu、Zn和 As含量，增幅分別在77.57%—261.46%、40.41%—145.68%、41.74%—46.19%。與施化肥的處理相比，連續(xù)7年施用豬糞的處理（45—60 t·hm-2）也顯著增加了0－15 cm土壤Cd含量，增幅為14.53%—22.09%。這與試驗用豬糞有機肥本身Cu、Zn、As和Cd元素含量高有關(guān)。通過分別對連續(xù) 7年不同豬糞施用量與土壤Cu、Zn、Cd含量之間的關(guān)系用數(shù)學(xué)模型模擬，發(fā)現(xiàn)二者分別均符合線性相關(guān)關(guān)系，且達(dá)到極顯著相關(guān)（Cu：y=0.137x+25.934，R2=0.9248；Zn：y=0.248x+76.033，R2=0.981；Cd：y=0.0001x+0.154，R2=0.8851）。根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》（GB 15618—2018）規(guī)定的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值（pH＞7.5，Cu≤100 mg·kg-1、Zn≤300 mg·kg-1、Cd≤0.6 mg·kg-1），推算出豬糞有機肥的安全施用量分別為540.63、903.09、4460 t·hm-2。如果豬糞有機肥每年施用量為 15 t·hm-2，以土壤 Cu、Zn、Cd含量的限值計，可以分別安全施用36年、60年和297年。本試驗條件下，所有施豬糞有機肥處理土壤重金屬含量均未超過《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》規(guī)定的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值。

隨著豬糞有機肥施用量的增加，15—30 cm土壤Cu、Zn和Cd含量也均呈顯著增加的趨勢。與施化肥的處理相比，豬糞用量 30、45、60 t·hm-2的處理15—30 cm土壤Cu和Cd含量顯著升高；豬糞用量60 t·hm-2的處理15—30 cm土壤Zn含量也顯著升高，其他元素沒有顯著差異。這表明豬糞有機肥帶入的Cu、Zn和Cd從耕層向下發(fā)生了遷移并在15—30 cm土壤積累?？梢?，長期施用高量豬糞有機肥不僅會造成農(nóng)田耕層土壤 Cu、Zn和 Cd的積累，而且還會引起其向深層土壤的遷移。因此，長期施用高量有機肥時應(yīng)特別關(guān)注重金屬在土壤剖面中的遷移。

表2 連續(xù)7年施用豬糞有機肥對土壤重金屬積累的影響Table 2 Effects of continuous application for 7 years of pig manure on soil heavy metal content

由表3連續(xù)7年施用雞糞有機肥對土壤重金屬積累的影響可以看出，連續(xù)7年施用雞糞有機肥處理0—15 cm土層土壤重金屬Cu、Zn、Cd、Cr、Pb、As和 Hg質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高分別到達(dá) 31.60、383.42、0.200、100.53、22.40、12.37、0.119 mg·kg-1。隨著雞糞施用量的增加，0—15 cm 土壤 Cu、Zn、Cr含量均顯著增加，而Cd、Pb、As和Hg的含量沒有顯著的變化。與施化肥的處理相比，連續(xù)7年施用雞糞的處理（15—60 t·hm-2）均顯著增加了 0—15 cm土壤 Cu、Zn含量，增幅分別在 16.81%—38.72%、133.93%—435.73%。連續(xù)7年施用雞糞的處理（30—60 t·hm-2）均顯著增加了0—15 cm土壤Cr含量，增幅在33.45%—58.31%。這與本研究中前期施用雞糞本身的Cu、Zn、Cr含量較高有關(guān)。通過分別對連續(xù) 7年不同雞糞施用量與土壤 Cu、Zn、Cr含量之間的關(guān)系用數(shù)學(xué)模型模擬，發(fā)現(xiàn)二者符合線性相關(guān)關(guān)系，且達(dá)到極顯著相關(guān)（Cu：y=0.0217x+22.847，R2=0.8823；Zn：y=0.7926x+89.612，R2=0.9556；Cr：y=0.0834x+63.51，R2=0.9357）。根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》（GB 15618—2018）規(guī)定的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值（pH＞7.5，Cu≤100 mg·kg-1、Zn≤300 mg·kg-1、Cr≤250 mg·kg-1），推算出雞糞有機肥的安全施用量分別為 3555.44、265.44、2236.09 t·hm-2。如果雞糞有機肥每年施用量為15 t·hm-2，以土壤Cu、Zn、Cr含量的限值計，可以分別安全施用237年、18年和149年。除連續(xù)7年雞糞用量45、60 t·hm-2的處理土壤Zn含量已超過土壤污染風(fēng)險篩選值外，其他所有施雞糞有機肥處理均未超過農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值，表明長期施用Zn含量高的雞糞有機肥對土壤重金屬Zn累積影響很大。

隨著雞糞施用量的增加，15—30 cm土壤Cu、Zn、Cr含量也均呈顯著增加的趨勢。與施化肥的處理相比，雞糞用量45、60 t·hm-2的處理、雞糞用量30、45、60 t·hm-2的處理和雞糞用量 15、30、45、60 t·hm-2的處理土壤 Cu、Cr、Zn含量分別顯著升高，其他元素沒有顯著差異。這表明高用量雞糞有機肥帶入土壤的Cu、Zn、Cr均從耕層向下發(fā)生了遷移并在15－30 cm土壤積累。

2.2 連續(xù)7年施用有機肥對小麥重金屬含量的影響

由表4連續(xù)7年施用豬糞有機肥對小麥重金屬含量的影響可以看出，隨著豬糞施用量的增加，小麥籽粒Cu、Zn和As含量均呈明顯增加的趨勢，而Cd、Cr和Pb的含量沒有顯著的變化。與施化肥的處理相比，連續(xù) 7年施用豬糞的處理（15—60 t·hm-2）均顯著增加了小麥籽粒Cu、Zn含量，Cu、Zn含量增幅分別在 27.18%—49.87%、25.66%—98.81%。連續(xù)7年施用高量豬糞的處理（60 t·hm-2）小麥籽粒 Cu含量顯著高于施用低量豬糞的處理（15、30 t·hm-2）。連續(xù)7年施用高量豬糞的處理小麥籽粒 Zn含量顯著高于施用低量豬糞處理小麥籽粒Zn含量。與施化肥的處理相比，連續(xù)7年施用豬糞 30 t·hm-2和 45 t·hm-2的兩個處理均明顯增加了小麥籽粒As含量，其中施用豬糞45 t·hm-2的處理達(dá)到顯著水平。連續(xù) 7年施用豬糞的處理（45 t·hm-2和 60 t·hm-2）小麥籽粒 As 含量均顯著高于施用豬糞的處理（15 t·hm-2）。與相關(guān)的食品安全標(biāo)準(zhǔn)（NY 861—2004、GB2762—2017）對比，連續(xù)7年施用豬糞的處理（15—60 t·hm-2）小麥籽粒 Zn含量已超標(biāo)，這對中國糧食安全具有一定的潛在風(fēng)險。一方面，由于連續(xù)施用豬糞有機肥引起土壤Zn含量顯著升高，還可能由于不同重金屬對小麥生理功能影響不同，而導(dǎo)致Zn比Cu更容易在小麥體內(nèi)積累。L'Herroux et al.（1997）研究發(fā)現(xiàn)，豬糞中Zn的遷移性較強，而Cu則由于有機質(zhì)對其親和力較強，易形成有機結(jié)合態(tài)而降低其生物有效性。通過分別對連續(xù)7年不同豬糞施用量與小麥籽粒Cu、Zn、As含量之間的關(guān)系用數(shù)學(xué)模型模擬，發(fā)現(xiàn)二者分別均符合線性相關(guān)關(guān)系，且達(dá)到極顯著相關(guān)（Cu：y=0.0042x+4.0523，R2=0.7425；Zn：y=0.0961x+43.595，R2=0.9293；As：y=0.0004x+0.191，R2=0.6709）。根據(jù)于農(nóng)業(yè)部對糧食（含谷物、豆類、薯類）及制品中銅和鋅的限量值（NY 861—2004，Cu≤10 mg·kg-1、Zn≤50 mg·kg-1）和食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的食品中污染物限量（As≤0.5 mg·kg-1)，推算出豬糞廢棄物堆肥的安全施用量分別為1416.11、66.64、772.5 t·hm-2。如果豬糞有機肥每年施用量為15 t·hm-2，以食品Cu、Zn、As含量的限值計，可以分別安全施用94年、4年和51.5年。

表3 連續(xù)7年施用雞糞有機肥對土壤重金屬積累的影響Table 3 Effects of continuous application for 7 years of chicken manure on soil heavy metal content

表4 連續(xù)7年施用豬糞有機肥對小麥重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Table4 Effects of continuous application for 7 years of pig manure on heavy metal content in wheat

從表4還可以看出，隨著豬糞施用量的增加，小麥秸稈Cu、Zn含量均呈明顯增加的趨勢，而Cd、Cr、Pb和As的含量沒有顯著的變化。與施化肥的處理相比，連續(xù) 7 年施用豬糞的處理（45、60 t·hm-2）均顯著增加了小麥秸稈Cu含量，分別增加37.92%和43.62%。

由表5連續(xù)7年施用雞糞有機肥對小麥重金屬含量的影響可以看出，隨著雞糞施用量的增加，小麥籽粒Zn和Cd含量均呈明顯增加的趨勢，而Cu、Cr、Pb和As的含量沒有顯著的變化。與施化肥的處理相比，連續(xù) 7年施用高量雞糞的處理（45、60 t·hm-2）均顯著增加了小麥籽粒Zn含量，分別增加51.91%和64.74%。與施化肥的處理相比，連續(xù)7年施用高量雞糞60 t·hm-2的處理顯著增加了小麥籽粒Cd含量，增加了40.00%。與相關(guān)的食品安全標(biāo)準(zhǔn)（NY 861—2004、GB2762—2017）對比，連續(xù)7年施用雞糞的處理（30—60 t·hm-2）小麥籽粒Zn含量已超標(biāo)。通過對連續(xù)7年不同雞糞施用量與小麥籽粒Zn含量之間的關(guān)系用數(shù)學(xué)模型模擬，發(fā)現(xiàn)二者符合線性相關(guān)關(guān)系，且達(dá)到顯著相關(guān)（Zn：y=0.068x+41.919，R2=0.8092）。根據(jù)農(nóng)業(yè)部對糧食及制品中 Zn的限量值（NY 861—2004，Zn≤50 mg·kg-1)，推算出雞糞廢棄物堆肥的安全施用量為118.84 t·hm-2。如果雞糞有機肥每年施用量為15 t·hm-2，以食品Zn含量的限值計，可以安全施用8年。

表5 連續(xù)7年施用雞糞有機肥對小麥重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Table 5 Effects of continuous application for 7 years of chicken manure on heavy metal content in wheat

隨著雞糞施用量的增加，小麥秸稈Cu、Zn含量均呈明顯增加的趨勢，而Cd、Cr、Pb和As的含量沒有顯著的變化。與施化肥的處理相比，連續(xù)7年施用雞糞的處理（45、60 t·hm-2）均顯著增加了小麥秸稈Cu含量，分別增加32.21%和36.91%。與施化肥的處理相比，連續(xù)7年施用雞糞的處理（15—60 t·hm-2）均顯著增加了小麥秸稈Zn含量，增幅為46.77%—253.42%。

由表6連續(xù)7年施用豬糞有機肥對玉米重金屬含量的影響可以看出，玉米籽粒Cu、Zn、Cd、Cr、Pb和As質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍分別為1.82—2.46、23.53—26.90、0.004—0.014、0.51—0.60、0.031—0.038、0.039—0.047 mg·kg-1。隨著豬糞施用量的增加，玉米籽粒Cu、Zn等重金屬含量均沒有顯著的變化。與施化肥的處理相比，連續(xù)7年施用豬糞的處理（15—60 t·hm-2）玉米籽粒中重金屬 Cu、Zn、Cd、Cr、Pb和As含量均沒有顯著的變化。與相關(guān)的食品安全標(biāo)準(zhǔn)（NY 861—2004、GB2762—2017）對比，連續(xù)7年施用豬糞不同用量的所有處理玉米籽粒重金屬含量均不超標(biāo)。隨著豬糞施用量的增加，玉米秸稈Cu含量均呈明顯增加的趨勢，而Zn、Cd、Cr、Pb和As的含量沒有顯著的變化。與施化肥的處理相比，連續(xù)7年施用低量豬糞的處理（15 t·hm-2）均顯著降低了玉米秸稈Cu含量。連續(xù)7年施用高量豬糞的處理（45、60 t·hm-2）玉米秸稈 Cu含量均顯著高于施用低量豬糞的處理（15 t·hm-2）。玉米秸稈中重金屬Cu、Zn、Cd、Cr、Pb和As質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍分別為 7.10—9.49、24.36—27.36、0.053—0.066、2.73—4.17、1.32—1.75、1.12—2.70 mg·kg-1。可見豬糞帶入土壤中的重金屬從向玉米秸稈和籽粒的轉(zhuǎn)移能力明顯低于小麥。

由表7連續(xù)7年施用雞糞有機肥對玉米重金屬含量的影響可以看出，隨著雞糞施用量的增加，玉米籽粒Cu、Zn等重金屬含量均沒有顯著的變化。與施化肥的處理相比，連續(xù) 7年施用雞糞的處理（15、30、45、60 t·hm-2）玉米籽粒中重金屬 Cu、Zn、Cd、Cr、Pb和As含量均沒有顯著的變化。玉米籽粒中重金屬Cu、Zn、Cd、Cr、Pb和As質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍分別為 2.06—2.56、21.26—23.66、0.005—0.009、0.47—0.57、0.030—0.033、0.039—0.045 mg·kg-1。與相關(guān)的食品安全標(biāo)準(zhǔn)（NY 861—2004、GB 2762—2017）對比，連續(xù)7年施用雞糞不同用量的所有處理玉米籽粒重金屬含量均不超標(biāo)?？梢婋u糞中的重金屬從土壤向玉米秸稈和籽粒的遷移能力明顯低于小麥。隨著雞糞施用量的增加，玉米秸稈Zn含量呈明顯增加的趨勢，而Cu、Cd、Cr、Pb和As 的含量沒有顯著的變化。與施化肥的處理相比，連續(xù)7年施用雞糞的處理（15—60 t·hm-2）均顯著增加了玉米秸稈Zn含量，增幅為140.77%—286.18%。連續(xù) 7年施用高量雞糞的處理（60 t·hm-2）玉米秸稈 Zn含量均顯著高于施用低量雞糞的處理（15 t·hm-2）。玉米秸稈中重金屬Cu、Zn、Cd、Cr、Pb和As質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍分別為6.20—11.03、52.44—84.11、0.041—0.061、3.13—3.95、1.15—1.79、2.88—3.36 mg·kg-1。

表6 連續(xù)7年施用豬糞有機肥對玉米重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Table 6 Effects of continuous application for 7 years of pig manure on heavy metal content in corn

表7 連續(xù)7年施用雞糞有機肥對玉米重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Table 7 Effects of continuous application for 7 years of chicken manure on heavy metal content in corn

3 討論

畜禽養(yǎng)殖業(yè)配方飼料添加Zn等微量元素較為普遍，由于畜禽對添加劑中的微量元素吸收利用率通常較低，這些微量元素大部分隨糞便排出，故畜禽糞便有機肥料還田已成為農(nóng)田重金屬主要污染源之一（姜萍等，2010；Nicholson et al.，2003）。國內(nèi)外研究表明，施用畜禽糞便有機肥能夠增加土壤Cu和Zn等重金屬含量（李祖章等，2010；王美等，2014；孫國峰等，2017）。畜禽糞便種類和施用量是影響土壤中Cu、Zn等重金屬積累的重要因素。賈武霞等（2016）研究表明畜禽糞便施用對土壤重金屬累積的影響大小為：豬糞＞雞糞＞牛糞，表明豬糞施用的環(huán)境風(fēng)險更大。本試驗結(jié)果表明，與施化肥的處理相比，連續(xù)7年施用豬糞的處理均顯著增加了0—15 cm土壤Cu、Zn、As和Cd含量。連續(xù) 7年施用雞糞的處理均顯著增加了 0—15 cm土壤 Cu、Zn和 Cr含量。這與本試驗用豬糞和雞糞有機肥本身的重金屬元素含量較高有關(guān)。另外，隨著豬糞施用量的增加，0—15 cm土壤Cu、Zn、Cd和As含量均呈顯著增加的趨勢。隨著雞糞施用量的增加，0—15 cm土壤Cu、Zn、Cr含量均顯著增加?？梢婇L期施用不同種類有機肥和施用量不同帶來的重金屬污染風(fēng)險也是不同的。

土壤中重金屬的行為會受到土壤pH、有機質(zhì)、CEC等理化性質(zhì)的影響，土壤有機碳含多種官能團(tuán)能夠吸附、絡(luò)合重金屬，進(jìn)而影響重金屬的遷移（毛志剛等，2014；Ren et al.，2015；段德超等，2016）。有研究發(fā)現(xiàn)，隨著畜禽糞便施用量的增加，重金屬Cu、Zn等含量在土壤剖面垂直分布中明顯增加（王成賢等，2011；李金峰等，2016）。本研究中，豬糞施用量較高時，Zn和Cd向15—30 cm土壤遷移并積累。雞糞用量較高時，Cu、Zn、Cr向15—30 cm土壤遷移并積累。這可能是因為施在表層的豬糞和雞糞有機肥分解后使土壤中的溶解性有機碳（DOC）含量增加，活性有機碳可以作為重金屬的有機配體，從而對重金屬的遷移產(chǎn)生影響（柳敏等，2006）。因此，長期施用高量有機肥時應(yīng)特別關(guān)注重金屬在土壤剖面中的累積和遷移。

已有研究表明，一方面有機肥中的腐殖質(zhì)通過螯合、絡(luò)合反應(yīng)固定重金屬，從而降低重金屬對植物的有效性（華珞等，2002；Chang et al.，1996）；另一方面，施用有機肥能顯著提高重金屬的有效性（王開峰等，2008；譚長銀等，2009；Lipoth et al.，2007）。本研究中，連續(xù)7年施用豬糞的處理均顯著增加了小麥籽粒Cu、Zn含量；施用高量豬糞的處理（45 t·hm-2和 60 t·hm-2）小麥籽粒 As含量均顯著高于低量豬糞的處理（15 t·hm-2）；連續(xù)7年施用高量雞糞的處理均顯著增加了小麥籽粒Zn和Cd含量。這是由于施用畜禽糞便有機肥顯著增加了土壤重金屬生物有效性所致。另外，本研究中總體上是施用相同用量雞糞有機肥處理土壤Zn含量、小麥和玉米秸稈中Zn含量均明顯高于豬糞有機肥處理，而籽粒中Zn含量卻差異不大，表明施用豬糞有機肥的處理Zn元素從小麥和玉米秸稈向籽粒的轉(zhuǎn)移能力高于雞糞有機肥處理。這可能是由于施用豬糞有機肥處理土壤 Cu含量明顯高于雞糞處理，而土壤中 Cu含量的增高可以促進(jìn)植物對 Zn的吸收的緣故（薛艷等，2005）。本研究中相同施肥條件下，除Cr外，小麥籽粒中Cu、Zn等重金屬含量明顯高于玉米，表明小麥籽粒對Cu、Zn等重金屬具有更高的吸收累積能力，這與陳虎等（2013）的研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

（1）連續(xù)7年施用豬糞的處理均顯著增加了0—15 cm土層土壤 的Cu、Zn、As和Cd含量。豬糞施用量高時，Zn和Cd已遷移到15－30 cm土層并積累。與施化肥處理相比，連續(xù)7年施用雞糞的處理均顯著增加了耕層土壤Cu、Zn和Cr含量，增幅分別在 16.81%—38.72%、133.93%—435.73%和33.45%—58.31%。雞糞用量較高時，Cu、Zn、Cr向15—30cm土壤遷移并積累?？梢?，施用有機肥種類不同帶來的重金屬污染風(fēng)險也不同，應(yīng)特別關(guān)注長期施用有機肥后重金屬在土壤剖面中的累積和遷移。

（2）與施化肥的處理相比，連續(xù)7年施用豬糞的處理均顯著增加了小麥籽粒Cu、Zn含量；連續(xù)7年施用高量雞糞的處理均顯著增加了小麥籽粒Zn和Cd含量。連續(xù)7年施用豬糞的處理和高量雞糞的處理小麥籽粒Zn含量超過相關(guān)的食品安全標(biāo)準(zhǔn)（NY 861—2004），小麥籽粒對Cu、Zn等重金屬具有更高的吸收累積能力。