有機(jī)肥施用年限對(duì)菜地重金屬累積遷移的影響

張育文,王媛,崔玉濤,李浩然,陳新平,張偉

西南大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院， 重慶 400715

土壤健康正逐漸成為農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)的焦點(diǎn)， 維護(hù)土壤健康不僅是國家發(fā)展的重大需求， 也是保證作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的關(guān)鍵． 但是， 當(dāng)前粗放的田間管理， 如不平衡施肥等， 嚴(yán)重威脅土壤生產(chǎn)力的提升[1]． 從全世界來看， 重金屬進(jìn)入到土壤中的數(shù)量呈逐年增加趨勢(shì)[2]． 柴冠群等[3]指出， 重金屬在土壤中呈現(xiàn)大量累積， 且累積程度越高， 蔬菜的重金屬含量越高， 食用后對(duì)人體造成的健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)越高． 在集約化蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)中， 土壤重金屬累積明顯， 并通過增加可食用部分重金屬含量潛在威脅人體健康[4]． 因此， 進(jìn)一步明確菜地土壤的重金屬累積和遷移規(guī)律， 對(duì)當(dāng)前農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展至關(guān)重要， 也與人體健康息息相關(guān)．

與其他作物相比， 我國菜地土壤重金屬累積速率較高， 而菜地土壤重金屬累積主要與種植時(shí)間、 肥料的施用以及土壤酸堿性有關(guān)． Selles等[5]研究指出， 施用肥料顯著增加了土壤中的Cd全量以及有效態(tài)Cd的含量， 進(jìn)而增加了作物中Cd的含量． 李樹輝[6]研究發(fā)現(xiàn)， 土壤重金屬的累積隨著種植時(shí)間的增加顯著增多， 其中施用有機(jī)肥帶入的重金屬量遠(yuǎn)大于化肥． 因此施用有機(jī)肥會(huì)導(dǎo)致重金屬的累積， 并與施用時(shí)間成正比． 進(jìn)一步的研究結(jié)果指出蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)的土壤酸化問題加大了土壤和蔬菜中Cd的累積[3]． 土壤的pH值對(duì)土壤中的許多化學(xué)反應(yīng)以及化學(xué)反應(yīng)過程都有很大的影響， 比如對(duì)土壤中的沉淀溶解、 氧化還原、 吸附與解吸等起支配作用． 此外， 大量研究均證明了土壤酸堿性對(duì)重金屬在土壤中的遷移累積與賦存狀態(tài)轉(zhuǎn)變過程中起著關(guān)鍵的作用， 比如土壤酸化可以活化土壤重金屬進(jìn)而導(dǎo)致重金屬累積[7]． 西南地區(qū)是我國蔬菜生產(chǎn)的主要區(qū)域之一， 在高溫高濕的特殊條件下， 有機(jī)肥施用對(duì)西南土壤重金屬的累積及遷移的影響需要進(jìn)一步研究， 這將為區(qū)域內(nèi)合理的有機(jī)肥施用提供支撐．

近年來， 國內(nèi)外對(duì)于不同土地利用類型、 不同區(qū)域、 不同施肥方法與施肥時(shí)間的土壤中重金屬全量累積遷移的研究較多， 但在農(nóng)戶尺度上對(duì)西南地區(qū)長期有機(jī)肥施用的不同種植時(shí)間和不同土層的土壤中有效態(tài)重金屬的累積遷移規(guī)律的研究較少． 土壤元素有效量可被作物直接吸收利用， 與土壤元素全量相比， 能夠更有效地反映植物營養(yǎng)元素的供給能力． 因此， 本研究從有效態(tài)重金屬的角度， 以調(diào)研問卷及采集土樣進(jìn)行室內(nèi)測(cè)定分析的形式， 明確重慶市石柱縣長期施用有機(jī)肥的菜地土壤中有機(jī)肥攜帶的重金屬年平均投入量， 分析不同種植時(shí)間與不同深度土壤中有效態(tài)重金屬的累積遷移規(guī)律， 以及土壤有效態(tài)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)與有機(jī)肥年平均投入量和土壤pH值的相關(guān)性， 為減緩菜地土壤重金屬潛在的土壤污染提供理論依據(jù)．

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于重慶市石柱縣(29°39′-30°32′N， 107°59′-108°34′E)， 共有30個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)， 該地區(qū)屬于中亞熱帶濕潤季風(fēng)區(qū)， 地表形態(tài)以中低山為主， 兼有平原、 丘陵(http： //cqszx.gov.cn/)． 根據(jù)中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http： //data.cma.cn)的數(shù)據(jù)， 石柱縣2003年至2018年的年平均氣溫為15 ℃， 年平均降雨量為1 352 mm． 該區(qū)域的主要土壤類型為黃壤土和紫色土， 0～20 cm土層的pH值為5.29(水土比1∶2.5)， 可交換性鈣和可交換性鎂(1 mol/L NH4OAc提取)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為279 mg/kg， 31.3 mg/kg， 土壤平均黏粒比例為20%～25%．

蔬菜是石柱縣主要的種植作物之一， 石柱縣被稱為“中國辣椒之鄉(xiāng)”， 辣椒和白菜是其蔬菜生產(chǎn)的主要種類， 辣椒種植面積約2萬hm2， 每位農(nóng)民平均0.2 hm2． 本研究以西南地區(qū)典型的辣椒-白菜輪作系統(tǒng)為研究對(duì)象， 每年4月移栽辣椒(CapsicumannuumL.)， 8月收獲， 大白菜(BrassicacampestrisL.)在9月移栽， 次年1月收獲， 隨后菜地一直休耕至3月． 在辣椒、 大白菜生長周期內(nèi)， 平均每年灌溉11次， 施肥7次．

1.2 調(diào)研方式、 樣品采集與測(cè)定

通過問卷調(diào)研的方式調(diào)查了重慶市石柱縣71塊菜地， 主要包括辣椒、 大白菜、 番茄和黃瓜等蔬菜， 調(diào)查數(shù)據(jù)包括菜地面積、 菜地集約化生產(chǎn)的年限以及施肥種類和數(shù)量． 為保證一致性， 在71塊菜地中選取了24塊僅輪作辣椒和大白菜的菜地作為研究對(duì)象， 分布于石柱縣大歇鎮(zhèn)、 六塘鄉(xiāng)、 三河鎮(zhèn)和沙子鎮(zhèn)等4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)， 每個(gè)村莊調(diào)研6位菜農(nóng)， 每位菜農(nóng)對(duì)應(yīng)一塊菜地． 對(duì)每一塊菜地的種植管理情況進(jìn)行詳細(xì)地記錄， 并確保每一塊菜地的管理歷史與調(diào)研時(shí)相似． 這24塊菜地種植大白菜和辣椒的時(shí)間不同， 但土壤類型一致． 除菜地之外， 同時(shí)在每個(gè)村落附近選擇與菜地相鄰的2塊林地作為對(duì)照(不施肥)． 菜地的種植時(shí)間分為1～3年、 4～9年及10～15年． 分別在每個(gè)村莊中隨機(jī)選取各個(gè)種植時(shí)間段的2塊菜地， 加上對(duì)照， 每個(gè)種植時(shí)間段共隨機(jī)選取8塊地．

調(diào)研數(shù)據(jù)顯示， 菜地施用的化肥主要有尿素、 碳酸氫銨、 磷酸二銨、 復(fù)混肥和磷酸鈣， 當(dāng)?shù)夭宿r(nóng)使用的有機(jī)肥主要有商品有機(jī)肥、 牛糞、 豬糞和雞糞． 根據(jù)農(nóng)戶提供的各地塊每年施入有機(jī)肥的種類與數(shù)量， 按照不同有機(jī)肥重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)(表1)[8-13]計(jì)算重金屬的年平均投入量(重金屬的年平均投入量=有機(jī)肥年平均施用量×有機(jī)肥中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù))(表2)．

于2018年9月初， 即在辣椒收獲后， 對(duì)24塊菜地及鄰近的林地采集土壤樣品， 用“S”形取樣法， 在每塊地采集6個(gè)點(diǎn)， 每個(gè)點(diǎn)分別采集0～20 cm， 20～40 cm和40～60 cm 3個(gè)土層的土樣． 在林地取土樣時(shí)， 去除腐殖層后再進(jìn)行土樣采集． 根據(jù)土壤耕作與作物根系分布的差異， 選擇這3個(gè)土層進(jìn)行研究． 本研究區(qū)域的菜地， 0～20 cm為耕作層， 每年進(jìn)行2次旋耕施肥的人工擾動(dòng)； 辣椒和大白菜的根最大生長深度小于40 cm， 即作物根系會(huì)影響到20～40 cm土層的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和吸收； 40 cm以上的土層很難受到人類耕作或者根系生長的影響． 將每個(gè)深度的子樣本混合均勻， 得到每個(gè)地塊不同土層的樣本． 將采集的土壤樣品風(fēng)干， 通過2 mm篩， 風(fēng)干土用二乙三胺乙酸(DTPA)浸提后， 浸提液用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀對(duì)樣品中9種元素進(jìn)行測(cè)定[14]．

表1 不同有機(jī)肥重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù) mg/kg

表2 各地塊每年施入有機(jī)肥的種類與數(shù)量

1.3 累積指數(shù)計(jì)算方法

本研究設(shè)計(jì)了新的計(jì)算方法即累積指數(shù)法來計(jì)算菜地土壤相對(duì)于林地土壤中有效態(tài)重金屬的累積情況， 用于表征菜地系統(tǒng)重金屬累積的程度．

Li-n=CHi-n/LHi-0

其中Li-n為種植年限n年的菜地土壤中有效態(tài)重金屬i的累積指數(shù)；CHi-n指種植年限為n年的菜地土壤中有效態(tài)重金屬i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)， mg/kg；LHi-0表示種植年限為0年的林地土壤中有效態(tài)重金屬i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)， mg/kg．

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

用SPSS 20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析， 并采用單因素方差分析法(ANOVA)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析， 當(dāng)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義時(shí)(p<0.05)， 用鄧肯多重比較來比較不同處理間的差異性． 利用Excel 2010軟件對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和圖表制作．

2 結(jié)果與分析

2.1 重金屬年平均投入量

本研究區(qū)域內(nèi)農(nóng)戶施用的有機(jī)肥主要為雞糞、 商品有機(jī)肥， 每塊地平均施用量分別為1 509 kg/hm2， 1 382 kg/hm2． 重金屬年平均投入量由高至低依次為Fe， Mn， Zn， Cu， Cr， Pb， Ni， Co， Cd． 其中Fe的年平均投入量最高， 在種植10～15年的菜地土壤中， Fe的年平均投入量最高達(dá)8 650 kg/hm2． Cd的年平均投入量最低， 種植10～15年的菜地土壤中， Cd的年平均投入量為2.29 kg/hm2． 隨著種植時(shí)間的增加， 重金屬年平均投入量呈遞增的趨勢(shì)． 其中， 增加速率最快的為Co和Cr兩種元素， 與種植1～3年相比， 種植4～9年和10～15年的菜地土壤中， Co的年平均投入量分別增加了3.34倍、 3.30倍， Cr的年平均投入量分別增加了2.95倍、 2.94倍(表3)．

表3 重金屬年平均投入量 kg/hm2

2.2 重金屬在土壤中的累積與遷移

研究區(qū)域內(nèi)不同土層土壤中9種有效態(tài)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明， 在不同土層中， 有效態(tài)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的是Fe和Mn， 質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較少的是Cr和Co． 在表層(0～20 cm)土壤中， 有效態(tài)重金屬變異系數(shù)從大到小依次為Fe， Co， Cr， Zn， Mn， Cd， Ni， Pb， Cu， 這9種重金屬均屬于高度變異(50%～100%)， 離散程度較大． 在20～40 cm土層中， 有效態(tài)重金屬變異系數(shù)從大到小依次為Co， Cr， Pb， Cu， Cd， Mn， Ni， Zn， Fe， 其中Fe屬于中度變異(15%～50%)， 而其余8種有效態(tài)重金屬均屬于高度變異． 在40～60 cm土層中， Co和Cu的變異程度最大， 達(dá)到了極度變異(>100%)， 其余7種有效態(tài)重金屬均屬于高度變異． 在研究區(qū)域土壤中， 有效態(tài)重金屬累積程度從多到少依次為Fe， Mn， Pb， Zn， Cu， Ni， Co， Cd， Cr． 總體上來看， 表層(0～20 cm)土壤中各有效態(tài)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于下層(20～40 cm和40～60 cm)土壤(p<0.05)． 各有效態(tài)重金屬元素在表層土壤中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比在下層土壤中高120.91%～1 290.90%， 其中有效態(tài)Cr和Zn兩種元素的差別最大， 表層土壤中有效態(tài)Cr， Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是20～40 cm和40～60 cm土層的14倍和3倍、 10倍和2倍(表4)．

總體而言， 隨著種植年限的增加， 土壤中有效態(tài)重金屬的累積顯著增加． 在本研究區(qū)域的0～20 cm土壤中， 種植0年的林地的有效態(tài)Fe， Pb， Cu累積量顯著低于種植1～3年、 4～9年、 10～15年的菜地的累積量， 種植4年以上的菜地土壤有效態(tài)Mn， Zn， Ni， Co， Cd， Cr的積累量顯著增加(p<0.05)． 在40～60 cm土壤中， 隨著種植年限的增加， 有效態(tài)Fe， Pb， Zn， Cu， Co， Cd累積量呈現(xiàn)出顯著增加趨勢(shì)(p<0.05)． 總體來看， 與林地相比， 菜地土壤中有效態(tài)Fe， Mn， Pb， Zn， Cu， Ni， Co， Cd， Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別增加了353%， 67%， 130%， 67%， 218%， 68%， 110%， 105%， 88%． 各重金屬元素在0～20 cm土層中的有效態(tài)質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)于40～60 cm土層中增加幅度最大(186.52%～1 291.59%)， 與40～60 cm相比， 0～20 cm土層中增加幅度最大的元素是Co(1 291.59%)， 最小的為Pb(186.52%)． 結(jié)果顯示， 各有效態(tài)重金屬元素均有不同程度的遷移． Fe和Co兩種元素均呈現(xiàn)出向20～40 cm， 40～60 cm土層顯著遷移的趨勢(shì)(p<0.05)． Mn和Cr向20～40 cm土層顯著遷移， 向40～60 cm土層顯著遷移的元素有Pb， Zn， Cu， Cd(p<0.05)(圖1)．

小寫字母不同表示不同種植年限間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05)， 大寫字母不同表示不同土層的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05)．圖1 不同種植年限菜地的不同土層有效態(tài)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)

對(duì)研究區(qū)域內(nèi)土壤中9種有效態(tài)重金屬的累積指數(shù)進(jìn)行計(jì)算并分析， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 由于調(diào)研土的變異性， 導(dǎo)致不同地點(diǎn)土壤測(cè)定的有效態(tài)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)變異性較大， 進(jìn)而使個(gè)別累積指數(shù)呈現(xiàn)出較大波動(dòng)． 其中， 有效態(tài)Co， Cr， Cu， Fe， Mn， Ni在0～20 cm土層中累積指數(shù)高于20～40 cm土層， 有效態(tài)累積指數(shù)在0～20 cm土層中高于40～60 cm土層中的有效態(tài)重金屬元素有Cd， Cr， Fe， Mn， Ni， 表明有效態(tài)重金屬主要在表層(0～20 cm)土壤中大量累積． 在時(shí)間尺度上， 有效態(tài)重金屬累積指數(shù)整體上呈現(xiàn)出隨著種植時(shí)間的增加而增加的趨勢(shì)， 其中種植時(shí)間對(duì)20～40 cm土層中有效態(tài)Cr， Fe的累積指數(shù)以及40～60 cm土層中有效態(tài)Cd， Cr， Fe的累積指數(shù)均有顯著影響(表5)．

表4 不同土層菜地土壤有效重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù) mg/kg

表5 不同種植年限菜地土壤有效態(tài)重金屬累積情況 mg/kg

2.3 相關(guān)性分析

試驗(yàn)對(duì)本研究區(qū)域表層土壤(0～20 cm)中的有效態(tài)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)與有機(jī)肥年平均投入量進(jìn)行相關(guān)性分析(N=24)． 結(jié)果可以看出， 表層土壤中各有效態(tài)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著農(nóng)戶有機(jī)肥年平均投入量的增加而增加． 在該研究區(qū)域內(nèi)， 表層土壤中有效態(tài)Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與農(nóng)戶有機(jī)肥年平均投入量存在極顯著的線性正相關(guān)關(guān)系(p<0.001)， 有效態(tài)Co， Cu， Ni， Pb， Zn， Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著有機(jī)肥年平均投入量的增加呈現(xiàn)出顯著的增加(p<0.05)， 有效態(tài)Cd和Mn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著有機(jī)肥年平均投入量的增加呈一定的增加趨勢(shì)(圖2-a， b， c)．

從本研究區(qū)域土壤中各有效態(tài)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤pH值的相關(guān)性分析來看， 土壤中各有效態(tài)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著土壤pH值的升高而減少． 有效態(tài)Co的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨土壤pH值的升高而極顯著降低(p<0.001)， 有效態(tài)Cd， Cr， Cu， Ni， Pb， Zn， Fe， Mn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著土壤pH值的升高顯著減少(p<0.05)， 有效態(tài)Pb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤pH值也呈負(fù)相關(guān)趨勢(shì)(圖2-d， e， f)．

*表示差異在p<0.05有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義； **表示差異在p<0.01有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義； ***表示差異在p<0.001有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．圖2 土壤有效態(tài)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)與有機(jī)肥年平均投入量和土壤pH值的相關(guān)性

3 討論

本研究中， 農(nóng)戶施用商品有機(jī)肥以及雞糞等有機(jī)肥的同時(shí)帶入了重金屬， 且?guī)肓侩S著種植時(shí)間的增加而增加． 研究發(fā)現(xiàn)， 雞糞、 豬糞、 牛糞等畜禽糞便以及商品有機(jī)肥中均含有重金屬． 李發(fā)等[15]測(cè)定淮海地區(qū)120種雞糞商品有機(jī)肥中Cu， Cd， Pb， Zn和As質(zhì)量分?jǐn)?shù)， 發(fā)現(xiàn)Cd， As和Pb分別超標(biāo)6.7%， 47.05%和14.28%， 商品有機(jī)肥的重金屬超標(biāo)問題仍然需要引起進(jìn)一步關(guān)注． Wang等[16]研究指出豬糞中含有多種重金屬， 其中主要含Zn， Cu， Mn等元素． 賈武霞等[17]通過對(duì)我國部分城市的集約化養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞便進(jìn)行取樣調(diào)查， 發(fā)現(xiàn)重金屬大量存在于豬糞、 雞糞、 鴨糞和牛糞中， 且Cu， Zn， As等存在超標(biāo)現(xiàn)象． 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中有機(jī)肥的投入會(huì)將重金屬帶入到土壤中不斷累積， 進(jìn)而增加作物對(duì)重金屬的吸收， 威脅人體健康． 吳榮等[18]研究發(fā)現(xiàn)添加有機(jī)肥顯著增加了土壤重金屬含量， 同時(shí)小白菜、 生菜和玉米等作物中重金屬的累積量也顯著提升， 且與施用量和施用時(shí)間成正比．

試驗(yàn)結(jié)果可以看出， 本研究區(qū)域內(nèi)土壤有效態(tài)的Fe， Mn， Pb， Zn， Cu， Ni， Co， Cd， Cr等9種重金屬出現(xiàn)不同程度的累積和遷移． 其中有效態(tài)Fe的累積量最高， 這與Fe的年平均投入量最高相對(duì)應(yīng)． 不同種植年限、 不同土層中的有效態(tài)Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)(最小值： 12.67 mg/kg)是中國土壤背景值(全量： 2.94 mg/kg)的4.3倍， 在種植1～15年的菜地表層(0～20 cm)土壤中有效態(tài)Cd的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均超過了中國土壤背景值(全量： 0.097 mg/kg)[19]． 趙小學(xué)等[20]對(duì)土壤重金屬有效態(tài)含量與全量的關(guān)系進(jìn)行研究， 發(fā)現(xiàn)土壤重金屬有效態(tài)含量與全量呈顯著正相關(guān)， 由此可見該研究區(qū)域土壤中Fe可能已經(jīng)出現(xiàn)非常嚴(yán)重的累積， 表層土壤中Cd也可能出現(xiàn)了較嚴(yán)重的累積． 李章平等[21]研究發(fā)現(xiàn)， 重慶主城區(qū)土壤Cd， Cr， Cu， Ni， Pb， Zn的累積量分別為0.98， 26.58， 24.63， 25.64， 32.61， 96.77 mg/kg， 與此相比， 本研究區(qū)域土壤中有效態(tài)Cd等6種重金屬累積量均低于重慶主城區(qū)． 在本研究中， 土壤Cd， Cr， Cu， Pb， Zn的有效態(tài)最高質(zhì)量分?jǐn)?shù)比中國農(nóng)田土壤整體水平分別低31.49%， 99.93%， 95.21%， 92.68%，96.61%[22]． 總體而言， 菜地20～40 cm和40～60 cm土層中9種有效態(tài)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于林地(p<0.05)， 表明有效態(tài)重金屬在研究區(qū)域地塊中有向下遷移的現(xiàn)象， 并且在表層土壤中存在明顯的累積． 有效態(tài)重金屬的累積還與地塊的種植年限相關(guān)， 種植年限長的地塊土壤中有效態(tài)重金屬的累積量顯著高于種植年限短的地塊， 表明長期施用有機(jī)肥會(huì)造成土壤有效態(tài)重金屬的累積． 王騰飛等[23]研究了長期施肥對(duì)土壤重金屬累積和有效性的影響， 得出施用有機(jī)肥提高了土壤重金屬的有效性， 并增加了重金屬在土壤中的累積． 總體而言， 表層土壤中9種有效態(tài)重金屬含量的變化幅度較大， 這可能與有機(jī)肥主要施用在表層土壤有關(guān)， 表明該研究區(qū)域各地塊表層土壤受人類活動(dòng)的影響較大[24]． 由此可見， 菜地長期的有機(jī)肥施用會(huì)增加土壤有效態(tài)重金屬的累積量， 主要體現(xiàn)在表層土壤中的累積， 并存在逐漸向下層土壤遷移的趨勢(shì)．

對(duì)有機(jī)肥年平均投入量、 土壤pH值和有效態(tài)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行相關(guān)性分析表明， 有效態(tài)Co， Cr， Cu， Ni， Pb， Zn， Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)與有機(jī)肥年平均投入量呈顯著正相關(guān)關(guān)系， 即這7種重金屬有效態(tài)質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著有機(jī)肥年平均投入量的增加而顯著增加． 除Pb外， 其他8種重金屬有效態(tài)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤的pH值均呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系， 即重金屬有效態(tài)質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨土壤pH值的降低而顯著增加． 而李隨民等[25]研究發(fā)現(xiàn)土壤Cd含量隨酸度的增加而減小， 這是因?yàn)樵谒嵝酝寥乐邪ㄖ亟饘僭趦?nèi)的各陽離子容易淋失而導(dǎo)致Cd含量降低． 綜上所述， 本研究區(qū)域土壤重金屬有效態(tài)累積的原因主要有兩方面： 一是有機(jī)肥投入時(shí)攜帶重金屬進(jìn)入土壤環(huán)境， 從而增加了土壤中重金屬的累積進(jìn)而增加了有效態(tài)重金屬向深層土壤遷移的風(fēng)險(xiǎn)； 二是土壤pH值降低， 即土壤酸化對(duì)重金屬有活化作用， 進(jìn)而增加了土壤中有效態(tài)重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)． 本文主要針對(duì)有機(jī)肥進(jìn)行了分析， 而菜地長期施用化肥， 尤其是酸性氮肥會(huì)導(dǎo)致土壤嚴(yán)重酸化， 這也是土壤有效態(tài)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加的另一原因． 因此， 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中， 需選擇重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)標(biāo)的肥料， 控制施用量， 以防重金屬的帶入， 減少肥料的過量施用， 有效防止土壤的酸化．

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中， 可以通過優(yōu)化管理方法來降低重金屬在農(nóng)田中的累積與污染． 首先， 從重金屬來源進(jìn)行阻控， 根據(jù)作物養(yǎng)分需求與土壤重金屬最大環(huán)境容量， 在保證作物產(chǎn)量的前提下， 嚴(yán)格控制化肥與有機(jī)肥施用量， 以及利用重金屬去除技術(shù)對(duì)有機(jī)肥進(jìn)行無害化處理． 李樹輝[6]研究指出， 減少化肥和有機(jī)肥用量顯著降低了重金屬在土壤中的累積遷移； 楊鵬[26]研究中對(duì)有機(jī)肥進(jìn)行去除重金屬的無害化處理后， 顯著降低了Zn， Cu， Ni等重金屬在土壤以及玉米中的累積量． 其次， 可以對(duì)酸性土壤進(jìn)行改良， 鈍化土壤重金屬， 從而降低土壤重金屬污染． Ownby等[27]研究發(fā)現(xiàn)加入改良劑可明顯降低Pb，Zn的生物有效性． 對(duì)于蔬菜種類和品種而言， 農(nóng)業(yè)上可以選擇種植對(duì)重金屬吸收能力弱的作物類型與品種， 或培育對(duì)重金屬耐性高的品種． 劉建國[28]研究得出不同糙米品種對(duì)Cd的吸收不同， Li等[29]通過試驗(yàn)得出了甘藍(lán)型油菜的幾種HMA基因(BnHAM2；2，BnHAM2；3，BnHAM2；5)在Cd脅迫下有響應(yīng)， 驗(yàn)證得出BnHMA2；3可能在甘藍(lán)型油菜葉片Cd轉(zhuǎn)運(yùn)中起重要作用． 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中， 對(duì)于日益嚴(yán)峻的土壤重金屬污染， 需要根據(jù)不同的作物類型、 土壤環(huán)境、 氣候條件、 污染程度等[30]選擇合理的治理方法． 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中優(yōu)化管理措施， 最大化降低土壤的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)， 保障作物安全生產(chǎn)．

4 結(jié)論

1) 本文通過對(duì)重慶市石柱縣農(nóng)戶菜地有機(jī)肥管理調(diào)查， 發(fā)現(xiàn)農(nóng)戶主要施用的有機(jī)肥種類為商品有機(jī)肥和雞糞． 有機(jī)肥帶入的重金屬中Fe的年平均投入量最高， Cd的年平均投入量最低． 隨著種植時(shí)間的增加， 重金屬年平均投入量呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)．

2) 對(duì)研究區(qū)域內(nèi)土壤中9種有效態(tài)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行測(cè)定分析， 得出重慶市石柱縣菜地不同土層土壤中有效態(tài)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)從大到小依次為Fe， Mn， Pb， Zn， Cu， Ni， Co， Cd， Cr． 土壤有效態(tài)重金屬的累積與種植年限有關(guān)， 種植年限越長， 累積量與累積指數(shù)顯著增高； 表層土壤(0～20 cm)有效態(tài)重金屬累積程度最高．

3) 研究區(qū)域內(nèi)不同地塊表層土壤的有效態(tài)Fe， Mn， Cu， Ni， Pb， Zn， Co， Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與有機(jī)肥年平均投入量呈顯著正相關(guān)關(guān)系， 不同地塊不同土層有效態(tài)Fe， Mn， Cu， Ni， Zn， Cd、 Co， Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤pH值呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系， 說明有機(jī)肥的投入和土壤的酸化顯著增加了土壤有效態(tài)重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．