沼渣施用對花生小麥輪作作物產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分和重金屬含量的影響

秦乃群，馬巧云，高敬偉，楊 璞，蔡金蘭，郝迎春，李艷梅，冀洪策，廖祥政

（1鄧州市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，河南 鄧州 474100；2北京雜交小麥工程技術(shù)研究中心，北京 100097）

0 引言

自2015年以來，隨著國家提出減少化肥用量，增加有機(jī)肥用量，推進(jìn)畜禽糞污、秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用，推動農(nóng)業(yè)農(nóng)村綠色發(fā)展[1-2]，畜牧養(yǎng)殖糞污資源化利用得到大力發(fā)展。沼肥（沼液、沼渣）是農(nóng)作物秸稈、畜禽養(yǎng)殖廢棄物和生活污水等經(jīng)沼氣池厭氧發(fā)酵后的殘留物，是優(yōu)良的肥料。研究表明，沼肥含有氮、磷、鉀等多種營養(yǎng)元素以及豐富的有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)、粗蛋白、生長素、各種水解酶及抗生素等物質(zhì)[3-6]，沼肥農(nóng)用可改良土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤養(yǎng)分和供肥能力，從而促進(jìn)作物生長發(fā)育,提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)量[7-14]。有研究表明，施用沼肥不會造成土壤重金屬污染[11,15]，也有研究表明，長期或過量施用沼肥使土壤重金屬含量增加，增加土壤污染風(fēng)險[13,16-17]，由于沼肥中重金屬含量不同，土壤類型不同及作物對土壤養(yǎng)分和重金屬的需求不同，造成了重金屬在農(nóng)產(chǎn)品中含量的不同[11,17]，因而探明沼肥農(nóng)用過程中適宜的沼肥用量具有重要意義。本研究探討沼渣施用對花生小麥輪作作物產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分和重金屬含量的影響，以期為沼渣合理施用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

試驗地位于河南省鄧州市腰店鎮(zhèn)河南黃志牧業(yè)有限公司試驗基地，土壤類型為砂姜黑土，種植制度為花生小麥輪作。小麥?zhǔn)斋@后，對試驗地進(jìn)行取土化驗，基礎(chǔ)土樣各養(yǎng)分含量及重金屬含量為：有機(jī)質(zhì)43.6 g/kg，全氮0.188%，有效磷55.9 mg/kg，速效鉀172 mg/kg，汞0.057mg/kg，鉛27.9mg/kg，鎘0.19mg/kg，鉻74.4 mg/kg，砷13.1 mg/kg。

試驗用沼渣由河南黃志牧業(yè)有限公司規(guī)?；B(yǎng)豬場提供，沼渣是以豬糞尿為原料經(jīng)厭氧發(fā)酵，干濕分離后在自然狀態(tài)下經(jīng)堆放再腐熟風(fēng)干而成的固態(tài)粉渣，養(yǎng)分狀況為：有機(jī)質(zhì)46.5%，全氮1.056%，有效磷318.7 mg/kg，速效鉀 1346.68 mg/kg，化肥為 45%(NP2O5-K2O=18-9-18)的復(fù)合肥料。

供試花生品種為‘遠(yuǎn)雜6號’，小麥品種為‘中洛08-2’。

1.2 試驗設(shè)計

花生小麥輪作施肥試驗始于2018年6月，小麥?zhǔn)斋@后種花生，2018年10月花生收獲后種小麥。根據(jù)當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣一次性施足底肥不施追肥，花生和小麥試驗地施肥量相同，施750 kg/hm2復(fù)合肥為底肥?；ㄉc小麥沼渣試驗的各處理施肥量和小區(qū)相同，即等量定點施肥。共設(shè)置6種施肥處，1.5×104kg/hm2(A1)、3.0×104kg/hm2(A2)、4.5×104kg/hm2(A3)、6.0×104kg/hm2(A4)、7.5×104kg/hm2(A5)，對照CK不施沼渣(A6)，共6個處理，3次重復(fù)，18個小區(qū)，隨機(jī)排列，小區(qū)面積3 m×7.5 m=22.5 m2，小區(qū)之間留1.5 m作為隔離區(qū)，試驗田四周設(shè)保護(hù)區(qū)。

2018年6月3日，結(jié)合施肥整地，播種花生，1.8×105穴/hm2，每穴2粒；2018年10月20日，結(jié)合施肥整地，播種小麥，基本苗225萬株/hm2。

1.3 樣品采集與化驗分析

2018年9月28日，花生成熟期每小區(qū)隨機(jī)選取3點，每點拔取1 m單行（株、果），帶回實驗室考種。花生收獲后，每個小區(qū)采用S形取樣法，取0 ～20 cm耕層土壤，均勻混合后用四分法取土1 kg左右，裝入取樣袋，帶回實驗室，放在陰涼通風(fēng)處風(fēng)干，挑出雜物，備用化驗。

2019年5月29日，小麥成熟期在每個小區(qū)隨機(jī)取3點調(diào)查畝穗數(shù)，每點取10穗，進(jìn)行實驗室考種。小麥?zhǔn)斋@后，取土樣同花生取土樣。

有機(jī)質(zhì)測定采用重Cr酸鉀外加熱法測定，全氮測定采用凱氏定氮法測定，有效磷含量采用多波長紫外可見分光光度計法測定，速效鉀含量采用火焰光度計法測定。Hg、As含量采用原子熒光分光光度計測定，Cr含量采用火焰原子吸收分光光度計測定，Cd、Pb含量采用石墨爐原子吸收分光光度計測定[11]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Exce 2016及SPSS22.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理花生和小麥產(chǎn)量

不同施肥處理對花生和小麥產(chǎn)量結(jié)果（表1）表明，施沼渣的處理增加花生和小麥的產(chǎn)量。底施沼渣的花生產(chǎn)量比沒施沼渣的對照增產(chǎn)幅度為4.74% ～9.03%，處理A1的產(chǎn)量比對照A6增產(chǎn)差異不顯著，處理A2、A3、A4、A5的產(chǎn)量比對照A6增產(chǎn)差異顯著(P＜0.05)，處理A1、A2、A3、A4、A5的產(chǎn)量之間增產(chǎn)差異不顯著。底施沼渣的小麥產(chǎn)量比沒施沼渣的對照增產(chǎn)幅度為3.08% ～7.38%，處理A1的產(chǎn)量比對照A6增產(chǎn)差異不顯著，處理A2、A3、A4、A5的產(chǎn)量比對照A6增產(chǎn)差異顯著(P＜0.05)，處理A2、A3、A4、A5的產(chǎn)量之間增產(chǎn)差異不顯著，處理A3、A4、A5的產(chǎn)量比處理A1的產(chǎn)量增產(chǎn)差異顯著(P＜0.05)。

表1 不同施肥處理花生和小麥產(chǎn)量

2.2 不同處理土壤養(yǎng)分含量

由表2可知，施沼渣可有效提高土壤有機(jī)質(zhì)含量,花生季和小麥季各施沼渣處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量都比沒施沼渣的土壤有機(jī)質(zhì)含量高，差異顯著(P＜0.05)，隨著施沼肥量的增加，土壤中的有機(jī)質(zhì)含量增加；花生季A5的有機(jī)質(zhì)含量最高91.60 g/kg，比對照A6提高了97%，A1的有機(jī)質(zhì)含量56.80 g/kg，比對照A6提高了22.2%；小麥季A5的有機(jī)質(zhì)含量最高107.23 g/kg，比對照A6提高了132.5%，A1的有機(jī)質(zhì)含量61.17 g/kg，比對照A6提高了32.6%。

表2 不同施肥處理土壤養(yǎng)分含量

施沼渣可有效提高土壤全氮含量，花生季A1的土壤全氮含量比對照A6的土壤全氮含量高，但差異不顯著，處理A2、A3、A4和A5的土壤全氮含量比對照A6高，差異顯著(P＜0.05)，A2、A3、A4和A5之間的土壤全氮含量差異不顯著，處理A5的土壤全氮含量最高為0.45%；小麥季各施沼渣處理的土壤全氮含量都比沒施沼渣的土壤全氮含量高，差異顯著(P＜0.05)，處理A5的土壤全氮含量最高為0.42%。

花生季和小麥季各施沼渣處理的土壤有效磷含量都比沒施沼渣的土壤有效磷含量高，差異顯著(P＜0.05)；花生季和小麥季都是A5的土壤有效磷含量最高為116.03、128.67 mg/kg，分別比對照A6提高了35.7%、21.7%。施沼渣可有效提高土壤速效鉀的含量，花生季和小麥季各處理的土壤速效鉀的含量都比對照的速效鉀含量高，差異顯著(P＜0.05)，各處理的土壤速效鉀含量隨著施沼渣的量增加而增加，A5的土壤速效鉀的含量最高分別為329.67、268.67 mg/kg。

2.3 不同處理花生和小麥籽（仁）粒重金屬含量

表3結(jié)果表明，所有處理的花生籽仁和小麥籽粒中均未檢測出Hg和As；處理A3、A4的花生籽仁中檢測出Pb，其他處理的花生籽仁中未檢測出Pb；所有處理的花生籽仁中都檢測出Cd，對照A6的花生籽仁中Cd含量最高為0.24 mg/kg；處理A1、A3和A5的花生籽仁中檢測出Cr，處理A2、A4和對照A6的花生籽仁中未檢測出Cr，處理A1的花生籽仁中Cr含量最高為0.062 mg/kg；處理A1、A5和A6(CK)的小麥籽粒中檢測出Pb，其他處理的小麥籽粒中未檢測出Pb，對照的小麥籽粒中Pb的含量最高為0.053 mg/kg；所有處理的小麥籽粒中均檢測出Cd，處理A1的小麥籽粒中Cd的含量最高，比對照增加了55.6%；所有處理的小麥籽粒中均檢測出Cr，處理A5的小麥籽粒中Cr的含量最高，比對照增加了87.5%。

表3 不同施肥處理花生和小麥籽（仁）粒重金屬含量 mg/kg

花生籽仁和小麥籽粒中檢測出的重金屬含量均低于《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》(GB 2762—2017)的標(biāo)準(zhǔn)，這說明沼渣與復(fù)合肥合理混合使用未造成花生籽仁和小麥籽粒重金屬污染。

2.4 不同處土壤重金屬含量

表4為花生季不同處理土壤重金屬含量結(jié)果，從表中可以看出花生季處理A6(CK)土壤中Hg的含量最低，處理A1土壤中Hg的含量最高，比對照增加了52.5%；處理A4土壤中Pb的含量最高為29.7 mg/kg，比對照A6增加了10.4%；所有處理土壤中Cd含量穩(wěn)定，變幅0.20 ～0.22 mg/kg；所有處理土壤中的Cr含量為71.1 ～75.1 mg/kg，處理A4土壤中Cr含量最高，比對照A6增加了2.9%；所有處理土壤中As含量穩(wěn)定，變幅12.0 ～13.3 mg/kg，對照A6土壤中As含量最低為12.0 mg/kg。

表4 花生季不同施肥處理土壤重金屬含量 mg/kg

從表5可以看出，小麥季土壤中Hg的含量變幅為0.046 ～0.060 mg/kg，處理A2、A3與對照A6土壤中Hg的含量最高為0.060 mg/kg，處理A5土壤中Hg的含量最低，比對照A6減少了23.3%；所有處理土壤中Pb的含量變幅為23.4 ～25.5 mg/kg，處理A2土壤中Pb的含量最高為25.5 mg/kg，比對照A6增加了3.3%；所有處理土壤中Cd的含量變幅為0.09 ～0.17 mg/kg，處理A5土壤中Cd的含量最高為0.17 mg/kg，比對照A6增加了30.7%；處理A5土壤中Cr的含量最高為89.5 mg/kg，比對照A6增加了2.9%；所有處理土壤中As含量變幅為12.9 ～14.4 mg/kg，處理A2土壤中As含量最高，比對照A6增加了5.9%。

表5 小麥季不同施肥處理土壤重金屬含量 mg/kg

施沼渣后土壤重金屬含量有所增加，但總體看，其含量均低于國家《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)標(biāo)準(zhǔn)值，說明合理施肥不會帶來花生小麥輪作土壤重金屬污染。

3 結(jié)論與討論

3.1 沼渣施用花生和小麥產(chǎn)量的影響

沼肥作為有機(jī)肥，含有豐富的氮、磷、鉀養(yǎng)分和微量元素，這些養(yǎng)分主要是以速效態(tài)的形式存在，容易被作物吸收利用，合理的施用沼肥可以顯著提高作物產(chǎn)量[11,15,18]。本研究表明，施用沼肥可以明顯提高小麥、花生的產(chǎn)量，這與前人的研究結(jié)果基本一致[19-23]，在底施化肥相同的情況下，隨著施沼肥量的增加，小麥和花生的產(chǎn)量增加。花生施沼肥試驗結(jié)果表明，施沼肥處理之間的產(chǎn)量差異不顯著，說明花生的產(chǎn)量并不隨施沼肥量的增加而顯著增加，處理A2、A3、A4、A5的產(chǎn)量都比對照A6增產(chǎn)差異顯著，但處理A2(3.0×104kg/hm2)的沼肥用量最低，因此，處理A2的沼肥用量是適宜的用量。小麥?zhǔn)┱臃试囼灲Y(jié)果表明，處理A2、A3、A4、A5之間的產(chǎn)量差異不顯著，但比處理A1和對照A6的產(chǎn)量差異顯著，處理A2(3.0×104kg/hm2)的沼肥用量最低，是適宜的沼肥用量。

3.2 沼渣施用對土壤養(yǎng)分含量的影響

施用沼肥可明顯提高土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量，改良土壤理化性質(zhì)，增加土壤微生物量，提高土壤的生產(chǎn)能力及作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[15,19-20,24]。本試驗中，花生季和小麥季各施沼渣的處理土壤有機(jī)質(zhì)含量都比沒施沼渣的對照A6的有機(jī)質(zhì)含量提高，差異達(dá)顯著水平，施沼渣處理A5的土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)91.60 ～107.23 g/kg，這表明施沼渣可顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。

合理施用化肥和沼肥可提高土壤N、P、K的含量，改善土壤營養(yǎng)元素的有效性，提高土壤堿解氮、速效磷、速效鉀的含量，有利于作物對營養(yǎng)元素的吸收，從而提高作物產(chǎn)量和改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)[24-28]。本研究表明，花生季除A1處理外其它處理和小麥季所有施沼渣處理的土壤全氮、有效磷和速效鉀含量都比對照A6（僅施復(fù)合肥沒施沼渣）土壤全氮、有效磷和速效鉀含量提高差異達(dá)顯著水平(P＜0.05)，花生季和小麥季土壤全氮、有效磷和速效鉀含量都隨施沼渣量的增加而增加，花生季施沼肥處理之間土壤全氮含量差異不顯著，說明增施沼肥不能顯著提高土壤全氮含量，土壤營養(yǎng)元素含量的提高，除了沼渣本省提高的營養(yǎng)元素外，可能是由于土壤中部分的N、P、K以難溶性化合物的形態(tài)存在，不能被植物直接吸收利用，而施用沼渣后，其所蘊含的微生物及腐植酸等物質(zhì)可以促進(jìn)難溶性化合物轉(zhuǎn)化為可溶性有利于作物吸收利用的營養(yǎng)元素[19]。

3.3 沼渣施用對作物籽粒及土壤重金屬含量的影響

有研究表明，水稻谷粒對重金屬元素Cd、As和礦質(zhì)元素（Zn、Mn、Ni和Cu）的積累呈現(xiàn)協(xié)同累積關(guān)系，在谷粒重檢測到Cd、As[29]，也有的研究表明，在沼肥與化肥配比處理的小麥和水稻籽粒中并未檢測出Cd[11]，本研究結(jié)果表明，在花生和小麥的各處理的籽（仁）粒中都沒檢測出As，但都檢測到Cd，花生和小麥籽（仁）粒中Cd的含量隨施沼渣量的增大而減小，這與張成等[30]的研究結(jié)果一致，表明沼肥的施用可以有效降低花生小麥籽（仁）粒Cd含量。處理A3、A4的花生籽仁和處理A1、A2、A3的小麥籽粒中檢測到Pb，其他處理的籽（仁）粒沒有檢測到Pb；各處理的小麥籽粒中都檢測出Cr處理A1、A3、A5的花生籽仁中檢測到了Cr，其他處理的花生籽仁中沒有檢測的Cr，同一作物有的處理基檢測出重金有的沒有檢測出重金屬，造成這種結(jié)果的原因有待進(jìn)一步研究。從研究結(jié)果看，花生小麥籽（仁）粒中檢測出的重金屬含量遠(yuǎn)低于《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》(GB 2762—2017)的標(biāo)準(zhǔn)，說明合理施用沼肥不會造成重金屬超標(biāo)。

土壤中重金屬變化是一個漫長、復(fù)雜的過程，受到施肥種類、施肥方式、土壤條件、降水、種植作物、耕作制度等眾多因素的影響，沼肥中本身含有重金屬，施用沼肥會增加土壤重金屬含量[17,31-34]。本研究結(jié)果表明，花生季施沼渣處理的土壤Hg的含量都比沒施沼渣的對照A6的含量高差異顯著，對土壤的重金屬Pb、Cd、Cr、As的影響較小。小麥季施沼渣對土壤的重金屬Hg、Pb、Cd、Cr、As的影響較小。花生季土壤Cd的含量比小麥季高，花生季和小麥季其它土壤重金屬含量差異不明顯。施沼渣后土壤重金屬含量有所增加，遠(yuǎn)低于國家《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)標(biāo)準(zhǔn)值。本研究為花生小麥輪作一年的結(jié)果，沼肥長期施用對作物籽粒和土壤重金屬含量的影響，有待進(jìn)一步研究。