不同施肥处理对土壤重金属的影响

陈楠

摘  要：本文以甘肃省武山县某典型区域农田土壤为研究对象，研究不同施肥处理（高施肥（GS，400kg/667m2）、正常施肥（ZS，320kg/667m2）、低施肥（DS，240kg/667m2）和未施肥（WS，0kg/667m2））对土壤重金属铜（Cu）、铬（Cr）、镉（Cd）、铅（Pb）、汞（Hg）含量的影响，以期为今后土壤修复和治理提供理论依据。结果表明施用生物有机肥显著影响了土壤金属的含量，随着施肥量增加，土壤中铜（Cu）、铅（Pb）的含量显著降低，而铬（Cr）、镉（Cd）、汞（Hg）的含量现将后增，说明施肥可有效降低土壤中重金属含量，而随着施肥量的增加，土壤中铬（Cr）、镉（Cd）、汞（Hg）的含量又有不同程度的增加。土壤重金属之间存在不同的相关性，土壤金属铜（Cu）与铅（Pb）、铬（Cr）呈极显著的正相关，汞（Hg）与铅（Pb）呈显著负相关关系，说明施肥处理影响了土壤中金属离子之间的相互作用。

关键词：土壤重金属;生物有机肥;降解

中图分类号：S-3                               文献标识码：A                                             DOI：10.11974/nyyjs.20181131005

前言

土壤作为地理环境的重要组成要素，位于自然生态系统的中心位置，不仅是农业生产的基础，而且还提供人类生存所需的各种营养物质，是人类环境的重要组成部分[1]。近年来，我国现代农业技术发展更新的同时，也带来了诸多新问题和挑战，土壤重金属污染便是其中的重要问题之一。土壤重金属主要来源于土壤母质、工业产生的废弃废渣、交通排放以及农业施肥等[2-4]，其中农业化肥的大量使用对土壤重金属累积量产生了直接的影响[5]。虽然大量使用化肥能够增加农作物产量和品质[6]，但其在补充作物生长必需营养元素的同时，不可避免地会使土壤中重金属含量增加，土壤受到污染。研究表明重金属污染阻碍了土壤有机质的降解和氮循环，使得土壤酶活性和微生物的代谢活性下降[7]，直接或间接地破坏了土壤的结构，通过土壤一植物系统迁移累积，进而影响农产品安全乃至人体健康[8]。

土壤重金属污染研究主要集中在森林土壤[9-11]、东部经济发展水平较高的农田土壤[12-14]和城市土壤[15-17]中，而对黄土高原耕地土壤污染研究较少，尤其是高原夏菜种植区与土壤污染相关的研究更少。因此，开展武山县重点蔬菜种植区土壤重金属生态危害防治技术研究与示范，对提高高原夏菜生产质量、保证居民食品安全和身体健康具有重要意义，同时可以弥补该区域土壤重金属危害防治技术研究与示范的空白。

1     材料与方法

1.1     研究区概况

武山县位于甘肃省东南部，天水市西端的渭河上游，地处秦岭山地北坡西段与陇中黄土高原西南边缘复合地带（N104?34'25''～105?8'30''，E 34?25'10''～34?57'16''），海拔在1365～3120m之间，属温带大陆性半湿润季风气候区。年平均气温10.3℃，无霜期195d，年均日照2331h，降水量500mm，总耕地4.13万hm2，其中山地面积3.6万hm2，蔬菜种植面积达到2.6万hm2。

1.2     供试肥料

供试肥料为“通济”牌生物有机肥由武山通济生物有机肥科技有限责任公司生产提供，生物有机肥的理化指标分别为有机质48.0%，腐殖酸23%，pH7.1，N2.2%，P2050.6%，K202.5%。

1.3     样地选取与土壤采集测定

试验于2017年3月在天水市武山县渭河上游选择地势相对平缓并且坡向一致、种植作物相同的田地4块，根据当地普遍使用化肥量為依据把4块田地依次分为高施肥（GS，400kg/667m2）、正常施肥（ZS，320kg/667m2）、低施肥（DS，240kg/667m2）和未施肥（WS，0kg/667m2）。每块田地划分成5m×5m的小区（重复3次），并与当月对12个划分小区进行相应的施肥处理，同时每块田地各小区设置边行0.5 m的保护行，每个小区间隔5m上。

2017年9月进行土壤采样时，每个小区用土钻按照“对角线”法取0～20cm层土壤，相同小区土壤组合成一个混合土样，除去枯落物和可见作物根系，带回实验室待测。采集的土壤样品置于室内阴凉、干燥、通风处自然分干，严禁暴晒，并防止酸、碱等气体和灰尘的污染。风干后用木棍碾碎，全部过2mm孔径的土壤筛，将风干土壤样品装袋送到甘肃省兰州市农科院进行土壤重金属（铜（Cu）、铬（Cr）、镉（Cd）、铅（Pb）、汞（Hg））的测定，并记录检测报告。

1.4     数据处理

重金属剖面分布图和不同施肥量下土壤重金属的累积特征图采用Excel 2010进行拟合作图，在SPSS19.0软件环境下用单因素方差分析和LSD多重比较法进行差异显著性检验，采用person相关法计算各土壤重金属间的相关系数。

2     结果分析

2.1      4种施肥量下土壤重金属的变化

农田所施肥料中含有一定量的重金属，长期施用可导致土壤中重金属含量发生变化[18]。随着施肥量的增加，土壤金属铜含量显著降低（图1a），不同施肥量的3个小区土壤铜含量显著小于未施肥小区（p<0.05），3块施肥小区土壤铜含量差异不显著（p>0.05）。其中WS区土壤铜含量比DS、ZS、GS区高出了7.75%、8.14%、5.75%。土壤重金属铬含量随着施肥量的增加显著降低（p<0.05），DS区土壤铬含量比ZS、GS、WS区分别高出了55.66%、58.60%、10.25%（图1 b）。土壤重金属镉含量在4种施肥量下差异不显著（p>0.05）（图1 c），土壤重金属镉含量在正常施肥情况下最低（0.22mg/kg），DS、GS、WS区分别比ZS区高出了4.55%、9.09%、9.09%。而土壤铅含量则表现为WS>GS>ZS>DS（图1），且差异显著（p<0.05）。而土壤金属汞含量在低施肥条件下含量最高（图1 e），在高施肥条件下汞含量最低，且差异显著（p<0.05），DS区土壤金属汞含量比ZS、GS、WS区分别高出了11.79%、27.01%、21.06%。

2.2     土壤重金属之间的相关性

土壤重金属之间存在不同的相关性（表1），土壤金属铜与铅呈极显著的正相关（p<0.01），相关系数为0.933;土壤金属汞与铬呈显著正相关关系（p<0.05），与铅呈显著负相关关系（p<0.05），相关系数分别为0.603和0.616;土壤金属汞与铜、镉呈现负相关关系，其他土壤金属之间相关性不显著。

3     讨论与结论

本研究表明，试验地重金属含量大小为：铬（Cr）>铅（Pb）>铜（Cu）>镉（Cd）>汞（Hg）含量，但含量均委超标[19]，说明该区域土壤目前未收到重金属污染，但是铬（Cr）、铅（Pb）、铜（Cu）的含量较高，调查发现，试验地附近有养鸡场，试验地长期施用鸡粪增加了土壤重金属污染的风险，建议在实际农业生产中要加强养殖场周边土壤重金属的监测。

本试验表明，施用生物有机肥影响了土壤中铬（Cr）、铅（Pb）、铜（Cu）、镉（Cd）、汞（Hg）含量，随着施肥量的增加，土壤中铜（Cu）、铅（Pb）的含量显著降低，而铬（Cr）和汞（Hg）的含量显著降低后增加，镉（Cd）含量降低程度也较为明显，说明生物有机肥可有效降解土壤重金属，而这种降解作用与施肥量有关，本试验条件下正常施肥（ZS，320kg/667m2）处理的降解作用效果最佳。本试验条件下，施用生物肥对土壤重金属离子产生了一定有效，施肥后土壤金属铜（Cu）与铅（Pb）、铬（Cr）呈极显著的正相关，汞（Hg）与铅（Pb）呈显著负相关关系，说明施用生物有机肥影响了土壤中金属离子之间的相互作用，而产生这种作用的原因和原理需进一步研究。

参考文献

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