牛糞與秸稈配施對土壤中鉛形態(tài)的影響

文│王振（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)分院）

重金屬鉛（P b）的不科學飼喂方式會導致飼料中未利用的Pb隨畜禽糞便進入土壤，Pb一旦進入土壤中會通過食物鏈富集，影響作物體內氧化代謝平衡，破壞細胞膜結構，抑制根系生長，作物若被人類食用，Pb不易被人體降解和代謝，會積累在骨骼、肝、腎等器官，嚴重時會對神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等造成嚴重危害。

筆者以肉牛糞便為試驗材料，設置多組配施處理條件，與秸稈、化肥進行配施，采用盆栽試驗，以玉米為供試作物，收獲后檢測盆中土壤理化性質、Pb的總質量分數(shù)及各形態(tài)質量分數(shù)，探究土壤有機碳（OC）、土壤pH、總質量分數(shù)和不同形態(tài)Pb質量分數(shù)的相關性，為降低土壤中Pb的潛在危害提供理論依據(jù)。

一、材料與方法

1.試驗材料。試驗于黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)分院富拉爾基科研基地進行，供試牛糞有機肥為課題組前期好氧堆肥處理制成，腐熟充分；供試土壤為東北黑土，采自基地試驗田表層（0～20厘米），肥力中等，土壤試驗前經(jīng)人工剔除磚塊、雜草、樹枝等雜質，充分混勻風干；供試化肥均為分析純的尿素、磷酸二銨及氯化鉀按比例（N∶P2O5∶K2O＝4.6∶2.3∶8.4）配成的營養(yǎng)液。

2.試驗設計及分析測試方法。試驗共分為5組，每組3個重復，處理1為不施肥的空白對照（CK）；處理2為化肥處理（F），化肥中尿素施入量折合氮后為4.6克；處理3為牛糞處理，施入牛糞量為0.2千克，施入化肥量與處理2一致（MF）；處理4為秸稈處理，施入秸稈為0.2千克，化肥添加量與處理2一致（SF）；處理5為牛糞與秸稈配施，施入牛糞、秸稈均為0.1千克，化肥量與處理2一致（MSF）。各處理將15千克風干土與添加物質混合均勻后，放入規(guī)格為33厘米×27厘米×25厘米的塑料桶中，充分澆水穩(wěn)定后種植玉米，管理方式同大田玉米，收獲后采集土壤樣品。

土壤樣品使用pH計（PHS-3C）測定pH，浸提水土比例為10∶1，土壤樣品經(jīng)篩分風干后，參考改進BCR提取法對樣品進行提取，提取后測定不同形態(tài)重金屬Pb的質量分數(shù)，包括可交換態(tài)、還原態(tài)、氧化態(tài)和殘渣態(tài)，化驗所得數(shù)據(jù)通過WPS進行錄入整理，試驗結果以“平均值±標準差”表示，通過SPSS 22.0和OriginPro 2021等軟件進行統(tǒng)計分析和圖表繪制。

◎圖1 不同處理土壤中Pb各形態(tài)的質量分數(shù)

二、結果與討論

1.不同處理對土壤中重金屬Pb質量分數(shù)和pH的影響。由表1可知，不同處理之間Pb的質量分數(shù)差異較大，除MF和SF處理差異不顯著（P＞0.05）之外，其他各處理間差異顯著（P＜0.05），其中F處理Pb的質量分數(shù)最高，為16.86毫克/千克，牛糞和秸稈的配施使得Pb的質量分數(shù)下降，且低于CK處理，MSF處理Pb的質量分數(shù)最低，為14.95毫克/千克；不同處理之間土壤pH受牛糞和秸稈的施入呈上升趨勢，MSF處理土壤pH最高，但CK、MF和SF處理之間差異不顯著（P ＞0.05），施用化肥會導致土壤pH下降，F(xiàn)處理的土壤pH顯著低于其他處理（P＜0.05）。

表1 不同處理下重金屬Pb的質量分數(shù)和pH

2.不同處理對土壤重金屬Pb不同形態(tài)質量分數(shù)的影響。由圖1可知，配施對Pb形態(tài)的影響主要體現(xiàn)在可交換態(tài)和殘渣態(tài)，CK處理土壤中可交換態(tài)Pb的質量分數(shù)最高，配施處理使可交換態(tài)Pb質量分數(shù)明顯下降，SF處理土壤中可交換態(tài)Pb的質量分數(shù)最低，與之相對應的是配施處理顯著提高了土壤中殘渣態(tài)Pb的質量分數(shù)，CK處理質量分數(shù)最低，MSF處理質量分數(shù)最高；配施處理使土壤中還原態(tài)和氧化態(tài)Pb質量分數(shù)下降，變化趨勢與可交換態(tài)類似，F(xiàn)處理還原態(tài)略有上升；3個配施處理中SF處理對Pb形態(tài)影響最大，可交換態(tài)和還原態(tài)Pb的質量分數(shù)大小均為MF＞MSF＞SF，氧化態(tài)也是SF處理質量分數(shù)最低，殘渣態(tài)Pb的質量分數(shù)大小為SF＞MSF＞MF。

3.討論。牛糞、秸稈與化肥的配施可以影響土壤的理化性質，其中土壤pH的大小顯著影響土壤中重金屬的存在形態(tài)和土壤對重金屬的吸附量，由于土壤膠體一般帶負電荷，而重金屬在土壤-植物體系中大多以陽離子的形式存在，因此，一般來說，土壤pH越低，氫離子越多，重金屬被解吸的越多，其活動性就越強，從而加大了土壤中重金屬向生物體內遷移的數(shù)量，表2為土壤理化性質、Pb質量分數(shù)和不同形態(tài)Pb質量分數(shù)的相關性分析表，從表中pH可以看出，土壤中還原態(tài)Pb的質量分數(shù)與pH呈正相關，其他形態(tài)與pH呈負相關，但相關性都較差，結合表1中pH的變化可知，雖然牛糞、秸稈和化肥的配施使得土壤pH上升，土壤膠體可提供更多的氫氧根點位，但土壤中Pb的形態(tài)與pH的相關性不明顯，pH不是影響土壤中Pb形態(tài)的主要因素，結合各處理的具體情況分析，造成這種現(xiàn)象的原因可能是配施處理改善了土壤理化性質，并優(yōu)化了土壤結構，提高了土壤中有機質的含量。

表2 土壤中不同形態(tài)Pb與pH值、OC的相關性

由表2中OC部分可知，有機碳的質量分數(shù)與不同形態(tài)Pb的相關性較好，還原態(tài)相關性極顯著（P＜0.01），氧化態(tài)和殘渣態(tài)相關性顯著（P ＜0.05），牛糞和秸稈中含有大量不易分解的有機碳，施入土壤后提供了大量的重金屬吸附點位，降低土壤中重金屬的活性，結合圖1可知，秸稈的施入對Pb的鈍化消化更明顯，這可能是秸稈中的有機碳分子量較小，在土壤中不易分解，與此同時，韓春梅等研究表明，在土壤類型相同的前提下，土壤重金屬的形態(tài)分布不僅與土壤理化性質相關，還應受重金屬總量的影響，表2展示了土壤中Pb總質量分數(shù)和不同形態(tài)Pb的質量分數(shù)之間的相關性，由表2可知，還原態(tài)Pb與總質量分數(shù)呈顯著正相關（P ＜0.05），與其他形態(tài)相關性較差，還原態(tài)是植物較易吸收的形態(tài)，結合上文分析，雖然牛糞、秸稈與化肥配施使得土壤理化性質得到優(yōu)化，提高了土壤的潛在生產(chǎn)力，但還原態(tài)Pb的質量分數(shù)上升意味著配施有增加重金屬污染的風險，可見牛糞、秸稈與化肥配施要嚴格按土壤及作物對營養(yǎng)的需求進行施肥，不可一味地追求高產(chǎn)。

三、結語