沼液施用對(duì)花生小麥輪作土壤養(yǎng)分和重金屬含量的影響

秦乃群，陳現(xiàn)朝，高敬偉，楊 璞，蔡金蘭，郝迎春，李艷梅，廖祥政，冀洪策

（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）

花生小麥輪作是黃淮麥區(qū)常見的種植模式，可提高耕地利用效率，增加糧油產(chǎn)量，有效保障我國的糧油安全。合理施肥可提高花生小麥周年生產(chǎn)的產(chǎn)量和品質(zhì)[1-2]，沼液含有氮、磷、鉀、鐵、鋅、錳等多種營養(yǎng)元素，能顯著地改善土壤環(huán)境、有效地調(diào)節(jié)土壤水、肥、氣、熱，促進(jìn)土壤生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)，從而促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育，提高作物產(chǎn)量，改善作物品質(zhì)[3-5]。由于沼肥中營養(yǎng)元素和微量金屬含量不同，土壤類型及土壤微生物環(huán)境不同，作物對(duì)土壤養(yǎng)分和重金屬的吸收利用不同，造成了重金屬在農(nóng)產(chǎn)品和土壤中含量不同[6-8]。宋三多等[9]研究沼肥施用對(duì)稻麥輪作土壤及作物養(yǎng)分、重金屬含量的影響，設(shè)置沼肥低量、中量、高量、沼氮混合、單施化肥與不施化肥（CK）6種施肥處理，結(jié)果表明，沼氮混施處理可增加小麥、水稻產(chǎn)量，提高土壤肥力，且不會(huì)造成重金屬含量超標(biāo)。BAR?óG等[10]研究沼液、糞肥和氮磷鉀肥對(duì)冬小麥和春大麥籽粒中微量金屬含量的影響，結(jié)果表明，使用沼液和糞肥不會(huì)造成微量金屬元素污染食物鏈的風(fēng)險(xiǎn)。黃翔等[11]研究不同沼肥施用量對(duì)水稻生長(zhǎng)和產(chǎn)量及其重金屬含量的影響，結(jié)果表明，當(dāng)沼肥施用量較高時(shí)，會(huì)增加收獲籽粒中的重金屬含量。BIAN等[12]對(duì)我國太湖流域使用沼液的106個(gè)土壤樣品分析表明，土壤中Cd和Pb濃度均超標(biāo)。CHEN等[13]利用沼液作為兩季茭白的氮肥研究表明，過量使用沼液會(huì)對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生不利影響，增加環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。沼液施用對(duì)花生小麥輪作作物產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分和重金屬含量的研究未見報(bào)道，因而探明生產(chǎn)中適宜的沼肥用量既可提高作物產(chǎn)量、增加土壤肥力，又不造成重金屬污染極為重要。

本研究探討沼液施用對(duì)花生小麥輪作作物產(chǎn)量、籽粒中重金屬含量、土壤養(yǎng)分及其中重金屬含量的影響，以期為沼液合理施用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于河南省鄧州市腰店鎮(zhèn)河南黃志牧業(yè)有限公司試驗(yàn)基地進(jìn)行，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(duì)試驗(yàn)地進(jìn)行取土化驗(yàn)，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0.057 mg/kg，鉛27.9 mg/kg，鎘0.19 mg/kg，鉻74.4 mg/kg，砷13.1 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試花生品種為遠(yuǎn)雜6號(hào)，小麥品種為中洛08-2，由河南省鄢陵縣冠尚農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司提供。

試驗(yàn)用沼液由河南黃志牧業(yè)有限公司規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)提供，沼液是以豬糞尿?yàn)樵辖?jīng)厭氧發(fā)酵干濕分離后的液體，養(yǎng)分狀況為：有機(jī)質(zhì)0.77%，全氮0.498%，有效磷34.3 mg/kg，速效鉀384 mg/kg。化肥為45%（N-P2O5-K2O=18-9-18）的復(fù)合肥料。

1.3 試驗(yàn)方法

2018年6月小麥?zhǔn)斋@后種花生，10月花生收獲后種小麥，2019年6月收獲小麥。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(yàn)地施肥量相同，施750 kg/hm2復(fù)合肥為底肥?；ㄉc小麥試驗(yàn)各處理沼液的施肥量和小區(qū)對(duì)應(yīng)相同，即等量定點(diǎn)施肥，設(shè)置6個(gè)處理，分別為22.5（B1）、45.0（B2）、67.5（B3）、90.0（B4）、112.5（B5）t/hm2和 不施沼液（B6，CK）。每個(gè)處理3次重復(fù)，18個(gè)小區(qū)。小區(qū)面積22.5 m2（3.0 m×7.5 m），小區(qū)之間留1.5 m作為隔離區(qū)，試驗(yàn)田四周設(shè)保護(hù)區(qū)。

2018年6月1日，沼液用塑料桶稱質(zhì)量后，人工均勻潑灑對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)小區(qū)，6月3日結(jié)合施復(fù)合肥整地播種花生，18萬穴/hm2，每穴2粒；2018年10月17日沼液用塑料桶稱質(zhì)量后，人工均勻潑灑對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)小區(qū)，10月20日結(jié)合施復(fù)合肥整地播種小麥，基本苗225萬株/hm2。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

2018年9月28日，花生成熟期每小區(qū)隨機(jī)選取3點(diǎn)，每點(diǎn)拔取1 m單行（株、果），帶回實(shí)驗(yàn)室考種測(cè)產(chǎn)。花生收獲后，每個(gè)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，帶回實(shí)驗(yàn)室，放在陰涼通風(fēng)處風(fēng)干，挑出雜物，備用化驗(yàn)。

2019年5月29日，小麥成熟期在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取3點(diǎn)，調(diào)查公頃穗數(shù)，每點(diǎn)取10穗，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室考種測(cè)產(chǎn)。小麥?zhǔn)斋@后，取土樣同花生。

將花生、小麥?zhǔn)斋@后的土樣進(jìn)行養(yǎng)分測(cè)定。有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定，全氮含量采用凱氏定氮法測(cè)定，有效磷含量采用多波長(zhǎng)紫外可見分光光度計(jì)法測(cè)定，速效鉀含量采用火焰光度計(jì)法測(cè)定。將花生、小麥?zhǔn)斋@后的土樣和籽粒進(jìn)行重金屬含量的測(cè)定。Hg、As含量采用原子熒光分光光度計(jì)測(cè)定，Cr含量采用火焰原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定，Cd、Pb含量采用石墨爐原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定[6]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016及SPSS 22.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同沼液處理對(duì)花生和小麥產(chǎn)量的影響

不同施肥處理花生和小麥產(chǎn)量結(jié)果表明（表1），施沼液的處理花生和小麥的產(chǎn)量增加，隨著施沼液量的增加，花生和小麥的產(chǎn)量相應(yīng)增加。底施沼液的花生產(chǎn)量比沒施沼液的對(duì)照增產(chǎn)3.15%～11.27%,B1、B2處理的產(chǎn)量與對(duì)照相比，差異不顯著，B3、B4、B5處理的產(chǎn)量與對(duì)照相比，差異顯著（P＜0.05），B1、B2、B3、B4處理間產(chǎn)量差異不顯著,B5處理與B1、B2處理間產(chǎn)量差異顯著，B4、B5處理的產(chǎn)量與對(duì)照相比，差異極顯著（P＜0.01）。底施沼液的小麥產(chǎn)量比沒施沼液的對(duì)照增產(chǎn)2.68%～11.53%，B1、B2處理的產(chǎn)量與對(duì)照相比，差異不顯著，B3、B4、B5處理的產(chǎn)量與對(duì)照相比，差異顯著（P＜0.05），B2、B3、B4處理間的產(chǎn)量差異不顯著,B5處理與B1、B2、B3處理間的產(chǎn)量差異顯著，B4、B5處理的產(chǎn)量與對(duì)照相比，差異極顯著（P＜0.01）。

表1 不同沼液處理對(duì)花生和小麥產(chǎn)量的影響Tab.1 Effect of different biogas slurry on yield of peanut and wheat

2.2 不同沼液處理對(duì)花生、小麥土壤養(yǎng)分含量的影響

不同處理土壤養(yǎng)分含量表明（表2），施沼液可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，隨著施沼液量的增加，土壤中有機(jī)質(zhì)含量相應(yīng)增加。花生季各施沼液處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量都比沒施沼液對(duì)照的土壤有機(jī)質(zhì)含量高，但差異不顯著，增幅為2.54%～13.78%。小麥季各施沼液處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量都比沒施沼液對(duì)照的土壤有機(jī)質(zhì)含量高，增幅為2.34%～24.79%，B1、B2、B3處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量比對(duì)照提高，但差異不顯著，B5、B6處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量比對(duì)照B6提高，且差異顯著（P＜0.05）。

表2 不同沼液處理對(duì)花生、小麥土壤養(yǎng)分含量的影響Tab.2 Effect of different biogas slurry on soil nutrient content of peanut and wheat

施沼液可有效提高土壤全氮含量，花生季各施沼液處理的土壤全氮含量都比沒施沼液對(duì)照的土壤全氮含量高，且差異顯著（P＜0.05），增幅為21.05%～52.63%；小麥季B1的土壤全氮含量比對(duì)照的土壤全氮含量高，但差異不顯著，B2、B3、B4、B5處理的土壤全氮含量比對(duì)照高，差異顯著（P＜0.05），增幅為9.09%～45.45%。

花生季和小麥季各施沼液處理的土壤有效磷含量都比沒施沼液對(duì)照的土壤有效磷含量高，增幅分別為5.16%～35.50%、6.64%～29.88%，除B1處理外，其他處理的土壤有效磷含量都比對(duì)照高，差異顯著（P＜0.05）。施沼液可有效提高土壤速效鉀含量，各處理的土壤速效鉀含量隨著施沼液量的增加而增加，花生季施沼液各處理的土壤速效鉀含量比沒施沼液對(duì)照的含量高，增幅為3.78%～25.68%，除B1處理外，其他處理土壤速效鉀的含量都比對(duì)照高，差異顯著（P＜0.05）；小麥季施沼液各處理的土壤速效鉀的含量都比對(duì)照的速效鉀含量高，且差異顯著（P＜0.05），增幅為10.30%～25.25%。

2.3 不同沼液處理對(duì)花生和小麥籽粒（仁）中重金屬含量的影響

由表3可知，不同處理的花生籽仁中均未檢測(cè)出Hg、Pb、Cr和As，都檢測(cè)出Cd，對(duì)照的花生籽仁中Cd含量最高，為0.34 mg/kg。不同處理的小麥籽粒中均未檢測(cè)出Hg和As，B1、B2處理的小麥籽粒中檢測(cè)到Pb，含量分別為0.023、0.029 mg/kg，其他處理的小麥籽粒中未檢測(cè)出Pb；不同處理的小麥籽粒中均檢測(cè)出Cd，對(duì)照的小麥籽粒中Cd含量最高，為0.042 mg/kg；不同處理的小麥籽粒中均檢測(cè)出Cr，B1處理中Cr含量最高，為0.047 mg/kg，比對(duì)照的小麥籽粒中Cr含量高88%。

表3 不同沼液處理對(duì)花生和小麥籽粒（仁）中重金屬含量的影響Tab.3 Effect of different biogas slurry treatments on heavy metal content of peanut and wheat grain mg/kg

施沼液后，花生籽仁和小麥籽粒中檢測(cè)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)，這表明沼液與復(fù)合肥合理混合使用未造成花生籽仁和小麥籽粒中重金屬污染。

2.4 不同沼液處理下花生和小麥土壤中重金屬含量

花生季不同施肥處理的土壤重金屬含量如表4所示。

表4 花生季不同沼液處理的土壤重金屬含量Tab.4 Heavy metal content of soil under different biogas slurry treatments at peanut season mg/kg

花生季不同沼液處理的土壤重金屬含量結(jié)果表明（表4），不同處理土壤中Hg含量變幅為0.048～0.076 mg/kg，對(duì)照土壤中Hg含量最低，為0.048 mg/kg，B3處 理 土 壤 中Hg含 量 最 高，為0.076 mg/kg，比對(duì)照高58.3%；不同處理土壤中Pb含量變幅為24.70～27.60 mg/kg，對(duì)照土壤中Pb含量最高；不同處理土壤中Cd含量差異不顯著，幅度為0.200～0.230 mg/kg，對(duì)照土壤中Cd含量最高，為0.230 mg/kg；不同處理土壤中Cr含量差異顯著，幅度為71.80～76.30 mg/kg，B3處理土壤中Cr含量最高，比對(duì)照高3.8%；不同處理土壤中As含量變幅為11.60～13.70 mg/kg，對(duì)照土壤中As含量最低，為11.60 mg/kg。

由表5可知，小麥季不同處理土壤中Hg含量變幅為0.045～0.064 mg/kg，對(duì)照土壤中Hg含量最低，為0.045 mg/kg，B3處理土壤中Hg含量最高，為0.064 mg/kg，比對(duì)照高42.2%；不同處理土壤中Pb含量幅度為22.90～25.70 mg/kg，B5處理土壤中Pb含量最高，為25.70 mg/kg，比對(duì)照高3.6%；不同處理土壤中Cd含量差異不顯著，幅度為0.110～0.140 mg/kg，B1處 理 土 壤 中Cd含 量 最 高，為0.140 mg/kg，比對(duì)照高27.3%；不同處理土壤中Cr含量變幅為83.40～90.30 mg/kg，B1處理土壤中Cr含量最高，為90.30 mg/kg，比對(duì)照高6.4%；不同處理土壤中As含量變幅為13.50～15.20 mg/kg，B4處理土壤中As含量最高，比對(duì)照高12.6%。

表5 小麥季不同沼液處理的土壤重金屬含量Tab.5 Heavy metal content of soil under different biogas slurry treatments at wheat season mg/kg

施沼液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(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618—2018）標(biāo)準(zhǔn)值，表明合理施肥未造成花生小麥輪作土壤重金屬污染。

3 結(jié)論與討論

3.1 沼液施用對(duì)花生和小麥產(chǎn)量的影響

沼液作為一種液態(tài)有機(jī)肥料，含有N、P、K等多種營養(yǎng)元素以及豐富的氨基酸、生長(zhǎng)素、糖類、核酸、各種水解酶及抗生素等物質(zhì),這些營養(yǎng)物質(zhì)容易被作物吸收利用，合理施用沼液不僅可改良土壤，減少化肥、農(nóng)藥使用量，還可以顯著提高作物產(chǎn)量[14-17]。本研究結(jié)果表明，在底施化肥相同的情況下，隨著施沼液量的增加，小麥和花生的產(chǎn)量明顯增加，可能是隨著施沼液量的增加，土壤中N、P、K、有機(jī)質(zhì)及其他微量元素含量增加，有利于花生和小麥的吸收利用，從而提高了花生和小麥產(chǎn)量，這與前人的研究結(jié)果基本一致[18-21]?；ㄉ竞托←溂咎幚鞡4、B5的產(chǎn)量比對(duì)照增產(chǎn)，差異極顯著（P＜0.01），因此，花生和小麥高產(chǎn)的適宜沼液量在90.0～112.5 t/hm2。

3.2 沼液施用對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

沼液中含有作物所需的各種養(yǎng)分、各種水解酶及多種微生物等，施用沼液能促進(jìn)土壤微生物活動(dòng)，利于土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，改良土壤理化性質(zhì)，增加土壤有機(jī)質(zhì)、N、P、K、微量元素等含量，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，提高土壤的生產(chǎn)能力，為作物生長(zhǎng)發(fā)育提供了良好的環(huán)境，從而提高作物產(chǎn)量和改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)[14,17,21-22]。本研究表明，花生季和小麥季各施沼液處理的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量都比不施沼液的對(duì)照高，且隨施沼液量的增加而增加，這表明施沼液可提高土壤有機(jī)質(zhì)、N、P、K的含量；花生季施沼液處理之間土壤有機(jī)質(zhì)量差異不顯著，小麥季B4、B5處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量比對(duì)照高，差異顯著，可能是花生和小麥對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的吸收利用不同，造成土壤中有機(jī)質(zhì)含量差異；花生季和小麥季除B1處理外，其他施沼液處理的土壤全氮含量都比沒施沼液的對(duì)照含量顯著提高，土壤有效磷含量除B1處理外，其他施沼液處理土壤有效磷的含量比對(duì)照顯著提高，土壤速效鉀含量除花生季B1處理外，其他施沼液處理土壤速效鉀的含量比對(duì)照顯著提高，土壤N、P、K含量的提高，除了施沼液補(bǔ)充外，可能是由于土壤中原有的N、P、K以難溶性化合物的形態(tài)存在，不能被作物直接吸收利用，而施用沼液后，其所含有的微生物、各種水解酶、腐植酸等物質(zhì)促進(jìn)難溶性化合物轉(zhuǎn)化為可溶性的營養(yǎng)元素，從而使土壤營養(yǎng)元素含量增加[23-24]。

3.3 沼液施用對(duì)作物籽粒及土壤中重金屬含量的影響

本研究結(jié)果表明，隨著沼液施用量的增加，花生和小麥籽粒（仁）Cd含量有下降趨勢(shì)，這與前人研究結(jié)果[23,25]基本一致，表明施沼液可以有效降低花生小麥籽（仁）粒Cd含量。B1、B2處理的小麥籽粒中檢測(cè)到Pb,其他處理的籽粒中沒有檢測(cè)到Pb,造成這種結(jié)果的原因有待進(jìn)一步研究。不同處理的小麥籽粒中都檢測(cè)出Cr，這與前人的研究結(jié)果[9,22]相似。從研究結(jié)果看，花生小麥籽（仁）粒中檢測(cè)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)，說明合理施用沼液不僅能提高作物產(chǎn)量，而且不會(huì)造成重金屬超標(biāo)，這與前人研究結(jié)果基本一致[7]，然而，長(zhǎng)期或過量施用沼液是否會(huì)導(dǎo)致花生小麥籽粒中重金屬含量超標(biāo)，需要通過長(zhǎng)期定位試驗(yàn)來進(jìn)一步研究。

沼液不僅含有豐富的有機(jī)質(zhì)、N、P、K等營養(yǎng)元素，還含有Hg、Pb、Cd、Cr、As等重金屬元素，施沼液能提高土壤養(yǎng)分，促進(jìn)作物生長(zhǎng)，但長(zhǎng)期或過量施用會(huì)使重金屬在農(nóng)田不斷積累，增加對(duì)土壤重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)[6,9,17,26]。本研究結(jié)果表明，花生季和小麥季施沼液處理的土壤Hg、As含量都比沒施沼液的對(duì)照高，可能是施沼液增加了土壤Hg、As含量，不同施沼液處理土壤中Cd含量差異不顯著，說明施沼液對(duì)土壤中Cd含量影響較??；花生季施沼液處理的土壤Pb含量都比對(duì)照低，可能是施沼液降低了土壤Pb含量，這與馮娜娜等[27]研究結(jié)果不同；花生季不同處理土壤中Cr含量和小麥季不同處理土壤中Pb、Cr含量變化與施沼液的量關(guān)聯(lián)度低，需要進(jìn)一步研究。施沼液后土壤重金屬含量有所增加,但遠(yuǎn)低于國家《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618—2018）標(biāo)準(zhǔn)值，未造成土壤重金屬污染。土壤中重金屬變化是一個(gè)漫長(zhǎng)、復(fù)雜的過程，受到土壤類型、施肥種類、土壤微生物、土壤生物酶、耕作制度、種植模式等眾多因素的影響，本研究為花生小麥輪作1 a的結(jié)果，沼液長(zhǎng)期或過量施用對(duì)土壤重金屬含量的影響，有待進(jìn)一步研究。