不同施肥處理對土壤質(zhì)量及小麥吸收鎘的影響

曹丹　白耀博　李文紅

摘要? ? 本文通過田間試驗(yàn)法研究生物有機(jī)肥、腐植酸有機(jī)肥及水溶性有機(jī)肥3種施肥處理對土壤pH值、有機(jī)質(zhì)及小麥對鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)及富集規(guī)律的影響。結(jié)果表明，3種施肥處理均可以降低堿性土壤小麥不同生育期土壤pH值、有效提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，且腐植酸有機(jī)肥處理土壤pH值與空白對照相比在拔節(jié)期達(dá)極顯著水平;生物有機(jī)肥、腐植酸有機(jī)肥處理可降低小麥根到籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)及根部鎘的富集。

關(guān)鍵詞? ? 小麥;施肥處理;土壤質(zhì)量;鎘;富集系數(shù)

中圖分類號(hào)? ? S512.1;S147.5? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ? A

文章編號(hào)? ?1007-5739（2020）09-0001-02? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

Abstract? ? Field experiments were conducted to study the effects of three fertilization treatments（bio-organic fertilizer，humic acid organic fertilizer and water-soluble organic fertilizer）on the pH value and organic matter of soil，cadmium transport and accumulation. The results showed that three treatments could reduce the soil pH value and increase the soil organic matter content at different growth stages of wheat. The pH value of soil treated with humic acid organic fertilizer was significantly higher than that of CK at jointing stage. Bio-organic fertilizer and humic acid organic fertilizer treatment could reduce root-to-grain transport coefficient and cadmium accumulation in wheat.

Key words? ? wheat;fertilization treatment;soil quality;cadmium;enrichment coefficient

2014年中國環(huán)境保護(hù)部和國土資源部官方發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，國內(nèi)土壤污染物的總超標(biāo)率超過16%，耕地土壤的位點(diǎn)超標(biāo)率為19.4%，主要的污染物鎘的點(diǎn)位超標(biāo)率為7%。對多個(gè)城市的土壤樣品中重金屬含量進(jìn)行測定，各樣品中重金屬的平均含量全都超出土壤環(huán)境的背景值，其中以鎘的污染最為嚴(yán)重。徐州地區(qū)小麥籽實(shí)中的Cd含量是國家食品安全限量標(biāo)準(zhǔn)的2.2倍[1]。實(shí)踐也表明，重金屬在土壤中的污染過程具有長期性、隱蔽性和難降解性的特點(diǎn)，因而如何有效地控制和治理土壤中的鎘污染，已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急[2-3]。生物肥不僅具有速效、長效、抗病、改良土壤和抗板結(jié)等作用，而且其中的微生物還可以不斷將土壤中難以被作物吸收的無效養(yǎng)分分解轉(zhuǎn)化為易吸收的形態(tài)，提高養(yǎng)分供應(yīng)速率，從而提高農(nóng)作物產(chǎn)量、改善產(chǎn)品品質(zhì)[4]。本文主要探討不同的生物肥對重金屬Cd的調(diào)控作用，以期篩選出能夠提高土壤質(zhì)量及小麥產(chǎn)量且能有效控制小麥籽粒Cd含量的生物肥，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1? ? 材料與方法

1.1? ? 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在江蘇省徐州市徐州生物工程學(xué)院試驗(yàn)田（東經(jīng)117°07′，北緯34°15′），屬于暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均降水量800～930 mm，年均無霜期200～220 d，年日照時(shí)數(shù)為2 282～2 496 h，日照率53%～57%，年平均氣溫14.3 ℃。

田間試驗(yàn)于2017年10月至2018年6月進(jìn)行，前茬作物為玉米，該地土壤為潮黃土，質(zhì)地為砂壤土。0～20 cm耕層土壤pH值為7.98，土壤有機(jī)質(zhì)含量為18.3 g/kg，堿解氮83.9 mg/kg，速效磷23.1 mg/kg，速效鉀97.8 mg/kg，土壤CaCl2提取態(tài)鎘為0.65 mg/kg。

1.2? ? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理，分別為空白對照（CK）、生物有機(jī)肥300 kg/hm2（S）、腐植酸有機(jī)肥600 kg/hm2（F）、水溶性有機(jī)肥15 L/hm2（W），前茬秸稈全量還田。采用大區(qū)對比試驗(yàn)，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積為25 m2（5 m×5 m）。各區(qū)化肥用量一致，底施磷酸二銨600 kg/hm2、尿素375 kg/hm2，水溶性有機(jī)肥稀釋后澆灌入土。供試小麥品種為徐麥33。于2017年10月15日播種，播種量210 kg/hm2，按小麥成熟日期收獲測產(chǎn)。

1.3? ? 測定內(nèi)容與方法

1.3.1? ? 土壤理化指標(biāo)測定。土壤pH值采用氯化鉀浸提-pH計(jì)法測定[5]（土、水質(zhì)量比為1.0∶2.5）。土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量-外加熱油浴法測定[6]（mg/kg）。

1.3.2? ? 重金屬含量測定。土壤樣品自然風(fēng)干后碾碎過60目篩，采用HNO3-H2O2-HCl浸泡，用微波消解儀消解;小麥植株樣品洗凈105 ℃殺青，然后置于80 ℃烘至恒重，用微型粉碎機(jī)（RT-02A型）進(jìn)行粉碎，過100目篩，HNO3-HCl消解，各待測溶液均用電感耦合等離子質(zhì)譜儀測定。

1.4? ? 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2007處理和SPSS 13.0的統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和差異性檢驗(yàn)。

2? ? 結(jié)果與分析

2.1? ? 對土壤理化特性的影響

2.1.1? ? 對土壤pH的影響。土壤pH值直接影響土壤中重金屬的有效性及小麥的健康生長。由圖1可知，不同處理對土壤pH值的影響不同，各處理的土壤pH值均隨著生育進(jìn)程呈現(xiàn)上升趨勢，且不同生物肥處理的土壤pH值在小麥各生育時(shí)期均低于CK。小麥不同生育期，處理F土壤pH值均顯著低于CK，且在小麥拔節(jié)期差異達(dá)極顯著水平（P<0.01）;處理W土壤pH值除小麥越冬期與CK差異顯著外，其他各生長期均與CK無顯著差異;處理S土壤pH值除小麥拔節(jié)期與CK無顯著差異外，其他時(shí)期均與CK差異顯著。可見，3種施肥處理均可以降低土壤pH值，但由于各種肥料本身的特性不同，對pH值的影響水平存在著一定的差異。

2.1.2? ? 對土壤有機(jī)質(zhì)的影響。不同生物肥處理影響土壤pH值的同時(shí)也影響土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化。與CK相比，各處理均可提高小麥不同生育期土壤有機(jī)質(zhì)的含量，但不同生育期對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響不同。處理F與處理S對小麥不同生長期土壤有機(jī)質(zhì)含量均表現(xiàn)出促進(jìn)作用，且在越冬期、拔節(jié)期、開花期對土壤有機(jī)質(zhì)提升達(dá)極顯著水平;小麥灌漿期、成熟期處理S土壤有機(jī)質(zhì)含量較CK增加顯著，處理F雖有提升但影響不顯著;處理W土壤有機(jī)質(zhì)含量除在拔節(jié)期顯著大于CK外，其他生育期差異不顯著（圖2）。

2.2? ? 對鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)及富集規(guī)律的影響

從根到秸稈對Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)反映了小麥從根部器官向地上部分秸稈轉(zhuǎn)運(yùn)Cd的能力，是Cd進(jìn)入小麥植株地上部分的關(guān)鍵;小麥秸稈到籽粒Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)反映了小麥從植株其他部位向可食部位Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)能力，是Cd能否進(jìn)入籽粒的關(guān)鍵，也直接影響食物鏈;根到籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)可綜合反映小麥植株向可食用部位轉(zhuǎn)運(yùn)重金屬的能力[7]。鎘的富集系數(shù)則反映了小麥植株從土壤中吸收重金屬Cd的能力。

不同生物肥處理影響小麥各器官Cd含量變化，同時(shí)也影響小麥對Cd從根到秸稈、秸稈到籽粒、根到籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)及不同部位各器官鎘的富集。從表1可以看出，處理S、F小麥根部Cd含量低于CK，且處理S顯著低于CK;3個(gè)處理秸稈和籽粒中Cd含量均低于CK，處理S均達(dá)顯著水平，處理F籽粒中Cd含量顯著低于CK，處理W與CK差異不顯著。從Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)可以看出，不同處理對Cd的影響不同，處理F顯著降低根到秸稈、秸稈到籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn);處理W顯著降低根到秸稈的轉(zhuǎn)運(yùn)，秸稈到籽粒、根到籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)差異不顯著;而處理S雖然根到秸稈與CK差異不顯著，但秸稈到籽粒、根到籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)與CK差異顯著。3個(gè)處理均可以顯著降低根部Cd的富集;處理S秸稈和籽粒對Cd的富集系數(shù)與CK差異顯著，處理W、F與CK差異不顯著。

3? ? 結(jié)論與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，不同施肥處理對小麥不同生育期土壤環(huán)境質(zhì)量的影響及根向地上部分轉(zhuǎn)運(yùn)、重金屬鎘富集的影響與肥料種類相關(guān)，在Cd輕度污染農(nóng)田中施加生物有機(jī)肥、腐植酸有機(jī)肥及水溶性有機(jī)肥均能降低堿性土壤pH值、提高土壤有機(jī)質(zhì)的含量，整個(gè)生育期均能有效地改良土壤的質(zhì)量狀況;生物有機(jī)肥及腐植酸有機(jī)肥可在一定程度上降低小麥從根部到秸稈、秸稈到籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)及控制Cd的根部富集，從而降低了小麥從根部向可食部位轉(zhuǎn)運(yùn)Cd的能力，并抑制小麥籽粒對土壤Cd的富集能力;而水溶性有機(jī)肥對土壤pH值及土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響集中在小麥生長初期，后期影響不大。這與不同肥料的特性有著密切關(guān)系。本次選用的肥料均為酸性，其中，水溶肥料為速效肥料，整體表現(xiàn)為后勁不足;而生物有機(jī)肥、腐植酸有機(jī)肥中因含有多種營養(yǎng)元素和活性物質(zhì)，可改善土壤結(jié)構(gòu)、促進(jìn)團(tuán)粒的形成、增加土壤的緩沖性能，并減少有效養(yǎng)分損失，供肥時(shí)間持久，使各種速效化肥的肥效變得“緩、穩(wěn)、長”，且土壤中腐植酸與土壤中的鐵、鋁等離子發(fā)生作用，可形成一種新的化合物，抑制鎘的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)，從而保障農(nóng)田小麥生產(chǎn)的安全、健康。

4? ? 參考文獻(xiàn)

[1] 強(qiáng)承魁，秦越華，丁永輝，等.徐州地區(qū)麥田土壤和小麥籽實(shí)重金屬污染特征分析[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2016，25（6）：1032-1038.

[2] 王立群，羅磊，馬義兵，等.重金屬污染土壤原位鈍化修復(fù)研究進(jìn)展[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2016，25（6）：1032-1038.

[3] 曹心德，魏曉欣，代革聯(lián)，等.土壤重金屬復(fù)合污染及其化學(xué)鈍化修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2011，5（7）：1441-1453.

[4] 夏光利，畢軍，張萍，等.新型生物有機(jī)肥（NAEF）對番茄生長及土壤活性質(zhì)量效應(yīng)研究[J].土壤通報(bào)，2007，38（3）：519-522.

[5] 林大儀.土壤學(xué)試驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京：中國林業(yè)出版社，2008.

[6] 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].3版.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2005.

[7] 張秀芝，鮑征宇，唐俊紅.富集因子在環(huán)境地球化學(xué)重金屬污染評價(jià)中的應(yīng)用[J].地質(zhì)科技情報(bào)，2006，25（1）：65-72.