引文格式 楊育文 陳秋會(huì) 席運(yùn)官 等 不同施肥模式對酸性土壤鎘 銅有效態(tài)含量及在結(jié)球生菜中累積的影響 J 云南 農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 自然科學(xué) 2022 37 2 344 350 DOI 10 12101 j issn 1004 390X n 202109046 不同施肥模式對酸性土壤鎘 銅有效態(tài)含量及 在結(jié)球生菜中累積的影響 楊育文1 陳秋會(huì)1 席運(yùn)官1 劉明慶1 高 麗1 楊濤明2 和麗萍2 1 生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所 江蘇 南京 210042 2 云南生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院 云南 昆明 650034 摘要 目的 研究不同施肥模式對降低農(nóng)田土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)和減少蔬菜重金屬含量的效果 為重金屬污 染農(nóng)田土壤安全利用提供參考 方法 采用田間試驗(yàn)方法 研究施用有機(jī)肥和化肥及其與碳酸鈣石粉配施 對鎘 Cd 和銅 Cu 污染酸性土壤的pH值和重金屬有效態(tài)含量動(dòng)態(tài)變化以及結(jié)球生菜生長及其可食用部位 Cd和Cu含量的影響 結(jié)果 施用有機(jī)肥和碳酸鈣石粉能提高土壤pH值 施用化肥會(huì)降低土壤pH值 與 對照相比 單施有機(jī)肥22 5 t hm2和配施有機(jī)肥22 5 t hm2 碳酸鈣石粉1 5 t hm2處理在45 d時(shí)對土壤有效態(tài) Cd和Cu含量的降低效果更為明顯 有效態(tài)Cd含量分別降低38 41 和43 12 有效態(tài)Cu含量分別降 低54 79 和53 79 而施用化肥不利于土壤有效態(tài)Cd和Cu含量的降低 與對照相比 單施有機(jī)肥 22 5 t hm2和配施有機(jī)肥22 5 t hm2 碳酸鈣石粉1 5 t hm2分別使結(jié)球生菜產(chǎn)量增加184 33 和153 31 生菜 中Cd含量分別降低60 17 和36 40 生菜中Cu含量分別降低47 27 和19 35 施用化肥不能降低結(jié)球 生菜中Cd和Cu含量 結(jié)論 單施有機(jī)肥和有機(jī)肥與碳酸鈣石粉配施能提高土壤pH 降低土壤Cd和 Cu生物有效性 提高蔬菜產(chǎn)量及其安全品質(zhì) 研究結(jié)果可為降低類似區(qū)域農(nóng)田Cd和Cu污染風(fēng)險(xiǎn)以及提高蔬 菜安全品質(zhì)提供借鑒 關(guān)鍵詞 農(nóng)田土壤修復(fù) 施肥模式 碳酸鈣石粉 土壤有效態(tài)Cd 土壤有效態(tài)Cu 中圖分類號 S636 906 2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號 1004 390X 2022 02 0344 07 Effects of Different Fertilization Patterns on Available Cadmium and Copper in Acidic Soil and Its Impact on Cd and Cu Accumulation in Head Lettuce YANG Yuwen1 CHEN Qiuhui1 XI Yunguan1 LIU Mingqing1 GAO Li1 YANG Taoming2 HE Liping2 1 Nanjing Institute of Environmental Sciences Ministry of Ecology and Environment Nanjing 210042 China 2 Yunnan Research Academy of Eco environmental Sciences Kunming 650034 China Abstract Purpose To study the effects of different fertilization patterns on reducing the risk of heavy metal pollution in farmland soil and the content of heavy metals in vegetables so as to provide reference for the safe utilization of heavy metal polluted farmland soil Method A field experi 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 自然科學(xué) 2022 37 2 344 350 Journal of Yunnan Agricultural University Natural Science E mail ynauzkxb 收稿日期 2021 09 29 修回日期 2022 02 15 網(wǎng)絡(luò)首發(fā)日期 2022 03 24 基金項(xiàng)目 云南省生態(tài)環(huán)境廳土壤修復(fù)項(xiàng)目 YNZDZB 2017 002 中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專 項(xiàng) GYZX210514 作者簡介 楊育文 1991 女 甘肅武威人 碩士 助理研究員 主要從事有機(jī)農(nóng)業(yè)與農(nóng)村面源污染防 治研究 E mail yywofrcc 通信作者 Corresponding author 席運(yùn)官 1966 男 江西撫州人 博士 研究員 主要從事有機(jī)農(nóng)業(yè)與 農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)研究 E mail xyg nies org 網(wǎng)絡(luò)首發(fā)地址 ment was conducted to investigate the effects of organic fertilizer chemical fertilizer and their com bined application with calcium carbonate powder on the dynamic changes of pH value and available content of Cd and Cu in acidic soil the growth of head lettuce and the enrichment of Cd and Cu in its edible parts Results Combined application of organic fertilizer and calcium carbonate powder could increase the soil pH while the application of chemical fertilizer reduced the soil pH Compared with the control the effect of application of organic fertilizer 22 5 t hm2 and combined application of organic fertilizer 22 5 t hm2 calcium carbonate powder 1 5 t hm2 on reducing the content of available Cd and Cu in soil was more obvious at 45 days the content of available Cd in soil decreased by 38 41 and 43 12 respectively and the content of available Cu in soil decreased by 54 79 and 53 79 respectively the application of chemical fertilizer was not conducive to the reduction of the content of available Cd and Cu in soil Compared with the control the application of organic fertilizer 22 5 t hm2 and the combination of organic fertilizer 22 5 t hm2 calcium carbonate powder 1 5 t hm2 increased the yield of head lettuce by 184 33 and 153 31 respectively the content of Cd in lettuce decreased by 60 17 and 36 40 respectively the content of Cu in lettuce decreased by 47 27 and 19 35 respectively the application of chemical fertilizer could not reduce the contents of Cd and Cu in head lettuce Conclusion The application of organic fertilizer and the combination of organic fertilizer and calcium carbonate powder can improve soil pH reduce the bioavailability of soil Cd and Cu and improve the yield and safety quality of vegetables The results can provide reference for redu cing the risk of Cd and Cu pollution in farmland in similar areas and improving the safety and quality of vegetables Keywords farmland soil remediation fertilization pattern calcium carbonate powder available Cd of soil available Cu of soil 中國耕地重金屬污染形勢嚴(yán)峻 根據(jù)2014 年發(fā)布的 全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào) 中國 耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)19 4 從污染物超標(biāo)情 況來看 鎘 Cd 的點(diǎn)位超標(biāo)率為7 0 銅 Cu 的點(diǎn)位超標(biāo)率為2 1 在所有污染因子中分別位 居第一和第四 1 Cd和Cu等重金屬在農(nóng)田土壤 中不斷積累 會(huì)影響農(nóng)作物生長 導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品中 重金屬含量超標(biāo) 嚴(yán)重影響食品安全和消費(fèi)者健 康 2 3 因此 土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)及其應(yīng)用 一直是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn) 4 5 土壤重金屬污染修復(fù)主要有物理修復(fù) 化學(xué) 修復(fù) 生物修復(fù)和農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)等方法 6 對于 中輕度受污染農(nóng)田 應(yīng)盡量在不影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的 前提下 選擇環(huán)境友好型方式修復(fù)重金屬污染 同時(shí)綜合考慮修復(fù)效果和修復(fù)成本 以便應(yīng)用于 實(shí)際生產(chǎn)并能大面積推廣 原位化學(xué)鈍化法具有 經(jīng)濟(jì) 高效和簡單易行等優(yōu)點(diǎn) 在農(nóng)田重金屬污 染修復(fù)中運(yùn)用廣泛 7 常用的鈍化劑包括石灰性 物質(zhì) 炭材料 粘土礦物 有機(jī)肥和農(nóng)業(yè)廢棄物 等 碳酸鈣是一種來源廣泛 成本低廉和性質(zhì)穩(wěn) 定的石灰類鈍化劑 它能與重金屬發(fā)生反應(yīng)生成 沉淀 并通過調(diào)節(jié)土壤pH使土壤中的重金屬生 成氫氧化物沉淀 具有較好的鈍化效果 8 9 有機(jī) 物料是國內(nèi)外常用于重金屬污染鈍化修復(fù)的材 料 10 11 研究表明 施用有機(jī)肥不僅能夠降低土 壤Cd活性 減少農(nóng)作物對重金屬的吸收積累 還能改善土壤理化性質(zhì) 增加土壤肥力 是一種 較為經(jīng)濟(jì)有效的農(nóng)田土壤重金屬污染修復(fù)方法 12 趙家印等 13 通過盆栽試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn) 碳酸鈣 與有機(jī)肥配施對降低云南重金屬污染農(nóng)田土壤中 有效態(tài)Cd和Cu及生菜中Cd和Cu的含量效果 顯著 為進(jìn)一步探究在實(shí)際生產(chǎn)條件下降低該地 區(qū)土壤及生菜中Cd和Cu含量的方法 本研究以 云南重金屬污染農(nóng)田土壤為研究對象 通過大田 試驗(yàn)研究不同肥料及其與碳酸鈣石粉配施對土壤 pH和有效態(tài)Cd Cu含量動(dòng)態(tài)變化以及生菜產(chǎn)量 和生菜可食用部位中重金屬含量的影響 以尋求 高效低成本并符合當(dāng)?shù)剞r(nóng)民生產(chǎn)習(xí)慣的重金屬污 染農(nóng)田安全利用技術(shù) 同時(shí)為降低類似地區(qū)農(nóng)田 重金屬污染風(fēng)險(xiǎn) 改善土壤質(zhì)量和提高蔬菜安全 第 2 期楊育文 等 不同施肥模式對酸性土壤鎘 銅有效態(tài)含量及在結(jié)球生菜中累積的影響345 品質(zhì)提供科學(xué)依據(jù) 1 材料與方法 1 1 試驗(yàn)地概況及供試材料 試驗(yàn)于2019年10 12月在云南省昆明市盤 龍區(qū)某蔬菜種植基地開展 N25 05 E102 7 海 拔1 975 m 試驗(yàn)區(qū)屬中亞熱帶高原季風(fēng)氣候區(qū) 全年平均氣溫14 9 年平均降水量1 000 5 mm 月最大降水量208 3 mm 供試土壤為紅壤 參考文獻(xiàn) 14 的方法測定 大田基礎(chǔ)土樣基本理化性質(zhì)為 pH 5 86 全氮含 量2 3 g kg 有機(jī)質(zhì)含量48 32 g kg 速效磷含量 41 96 mg kg 陽離子交換量18 55 cmol kg 全Cd 含量0 70 mg kg 有效態(tài)Cd含量0 26 mg kg 全Cu 含量193 27 mg kg 有效態(tài)Cu含量11 10 mg kg 該地區(qū)土壤重金屬Cu和Cd含量超過 農(nóng)用地土 壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn) 試行 15 的土壤風(fēng)險(xiǎn)篩選 值 5 5 pH 6 5時(shí) 全Cu 50 mg kg 全Cd 0 3 mg kg 試驗(yàn)蔬菜品種為結(jié)球生菜 Lactuca sativa var capitata L 苗齡20 d后移栽至大田 試驗(yàn)所用 有機(jī)肥為農(nóng)場利用羊糞和鴿糞等原料充分發(fā)酵腐 熟所生產(chǎn) 其基本理化性質(zhì)為 pH 7 67 總氮含 量24 70 g kg 總磷含量17 45 g kg 總鉀含量 32 60 g kg 有機(jī)質(zhì)含量505 00 g kg 全Cd含量 1 05 mg kg 全Cu含量59 00 mg kg 有機(jī)肥中 Cd含量符合NY T 525 2021 16 的規(guī)定 總Cd 3 mg kg 供試碳酸鈣石粉由石灰石 購自云南 昆鋼鈣鎂熔劑有限公司 磨制過250目篩后所 得 其Cd和Cu含量均低于檢出限 pH值為 10 18 1 2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)共設(shè)置5個(gè)處理 表1 每個(gè)處理3次 重復(fù) 共設(shè)置隨機(jī)排列試驗(yàn)小區(qū)15個(gè) 每個(gè)小 區(qū)規(guī)格為4 m 5 m 為防止串水 每個(gè)小區(qū)之間 設(shè)置寬50 cm 高25 cm的田埂 地塊四周設(shè)保 護(hù)行 保護(hù)行各邊寬度不少于1 m 有機(jī)肥和化 肥作為基肥撒施 不進(jìn)行追肥 施用量根據(jù)農(nóng)民 施肥經(jīng)驗(yàn)及生菜需氮量確定 結(jié)球生菜移栽前 1 d 進(jìn)行土壤翻耕 同時(shí)根據(jù)各試驗(yàn)小區(qū)的施肥 方案撒施基肥 碳酸鈣石粉與基肥同時(shí)撒施 2019年10月15日移栽結(jié)球生菜 行距30 cm 株距20 cm 在其生長過程中 各小區(qū)采取相同 的澆水 除草和病蟲害防治等田間管理方式 1 3 樣品采集與處理 考慮到土壤的異質(zhì)性 各處理在翻耕與施肥 前都采集土樣 測定土壤有效態(tài)Cd和Cu含量 及pH值 在試驗(yàn)開始后第15 30 45 60 75天時(shí)采集各小區(qū)0 20 cm表層土壤樣品 經(jīng)風(fēng) 干和粉碎后過100目篩用于土壤參數(shù)分析 約 60 d 結(jié)球生菜成熟后 在各小區(qū)隨機(jī)采集10顆 測其鮮質(zhì)量 計(jì)算各小區(qū)生菜的平均鮮質(zhì)量 估 算產(chǎn)量 隨后用去離子水清洗干凈 烘干和粉碎 后過100目篩 待測 土壤Cd含量的測定采用石墨爐原子吸收分 光光度法 17 土壤Cu含量的測定采用火焰原子 吸收分光光度法 18 土壤重金屬有效態(tài)Cd和 Cu含量的測定采用二乙烯三胺五乙酸浸提 電 感耦合等離子體發(fā)射光譜法 19 生菜總Cd和總 Cu含量的測定采用原子吸收光譜法 20 21 1 4 數(shù)據(jù)處理 采用Microsoft Excel 2010和Origin 2019進(jìn) 行數(shù)據(jù)處理和制圖 采用SPSS 22 0軟件進(jìn)行顯 著性檢驗(yàn) 檢驗(yàn)方法采用Duncan法 顯著水平 為PCF CK OMC OM Cd含量均 未超過食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)限值 0 2 mg kg 22 CFC處理結(jié)球生菜中Cd含量顯著高于CK處 理 與CF處理差異不顯著 OM處理生菜Cd含 量顯著低于CFC CF和CK處理 與CK相比 OM和OMC處理生菜Cd含量分別降低60 17 和36 40 各處理的結(jié)球生菜可食用部位Cu含 量順序?yàn)镃F CFC CK OMC OM 且OM處理 的Cu含量顯著低于其他處理 僅為CF處理的 49 89 與CK相比 OM和OMC處理的生菜 Cu含量分別降低47 27 和19 35 3 討論 本研究OM和OMC處理土壤pH值總體呈 增加趨勢 可能是有機(jī)物料加入土壤后產(chǎn)生的銨 離子導(dǎo)致pH值上升 而后期pH值短暫下降可 能與銨的硝化作用 有機(jī)肥腐解及植物根系分泌 的有機(jī)酸增多等因素有關(guān) 23 24 CF處理土壤 pH值總體呈先增加后降低的趨勢 可能是尿素 的水解作用使土壤pH值在短期內(nèi)上升 之后的 硝化作用又使pH值降低 曾清如等 25 研究發(fā) 現(xiàn) 酸性紅壤中施用尿素后 硝化作用主要集中 在第2 4周 劉小燕等 26 研究發(fā)現(xiàn) 在砷污染土 壤施入尿素 pH值先短暫上升至最大值然后下 降 其中3 4周降幅最大 與本研究結(jié)果類似 從長期來看 施用尿素等化肥會(huì)導(dǎo)致土壤酸化 CFC處理因?yàn)樘妓徕}的施入促進(jìn)了土壤硝化作 用 27 再加上尿素的硝化作用使土壤pH值先短 暫下降 隨后由于碳酸鈣溶解產(chǎn)生OH 使土壤 pH值升高 28 李明等 29 在重度酸性鎘污染菜地 Cd含量1 06 mg kg 施用4 5 t hm2 CaCO3 9個(gè) 月后仍保持較好的調(diào)酸效果 而本研究OMC和 CFC處理在試驗(yàn)第75天還維持著降酸效果 其 中第60天時(shí)降酸效果最佳 pH值分別較處理前 增加1 04和0 67 土壤有效態(tài)Cd和Cu含量降低主要發(fā)生在試 驗(yàn)開始的45 d內(nèi) 且OM和OMC處理的土壤有 效態(tài)Cd和Cu含量降幅明顯大于CK 表明有機(jī) 肥單施和有機(jī)肥與碳酸鈣石粉配施均有利于降低 土壤有效態(tài)Cd和Cu含量 且有機(jī)肥與碳酸鈣石 粉配施對土壤有效態(tài)Cd的降低效果優(yōu)于單施有 機(jī)肥 施用有機(jī)肥能夠提高土壤pH 增加有機(jī) 質(zhì)含量 有機(jī)質(zhì)可通過與土壤重金屬發(fā)生絡(luò)合作 用從而影響重金屬的移動(dòng)性及其植物有效性 30 31 但不同有機(jī)肥對土壤重金屬具有活化和固定雙 重影響 趙家印等 13 研究發(fā)現(xiàn) 有機(jī)肥的活化作 用可明顯提高土壤有效態(tài)Cd和Cu含量 JONES 等 32 研究發(fā)現(xiàn) 生物炭和堆肥配施可顯著降低 Cu的移動(dòng)能力 葉俊文 33 指出 隨著土壤有機(jī)質(zhì) 增加 土壤Cu和Cd可交換態(tài)含量顯著降低 施 用有機(jī)肥可有效治理Cu和Cd污染土壤 導(dǎo)致上 述研究產(chǎn)生差異的原因可能是有機(jī)肥中重金屬含 量 34 有機(jī)質(zhì)含量 有機(jī)質(zhì)中胡敏酸和富里酸組 成差異 35 以及土壤的理化性質(zhì)和種植條件 盆 栽 大田和溫室等 不同 碳酸鈣對土壤重金屬 Cd和Cu的鈍化機(jī)理相似 一方面通過調(diào)節(jié)土壤 pH使其生成氫氧化物沉淀 另一方面可與Cd和 Cu發(fā)生反應(yīng)生成碳酸鹽沉淀 且一定范圍內(nèi)鈍 化效果隨著碳酸鈣添加劑量的增大而增強(qiáng) 36 38 CF處理的土壤有效態(tài)Cd和Cu含量降幅均小于 CK CFC處理的降幅小于或略高CK 表明施 用化肥不利于降低土壤有效態(tài)Cd和Cu含量 配 施碳酸鈣的效果主要體現(xiàn)在試驗(yàn)初期 能在短期 內(nèi)促進(jìn)土壤有效態(tài)Cd和Cu含量降低 施用有機(jī)肥和碳酸鈣石粉可顯著增加結(jié)球生 菜產(chǎn)量 而單施化肥對其增產(chǎn)效果不顯著 施用 化肥會(huì)導(dǎo)致土壤pH降低 進(jìn)而引起土壤Al溶解 表 2 各處理下結(jié)球生菜的產(chǎn)量及其Cd和Cu含量 Tab 2 Yield and Cd and Cu content of head lettuce under different treatments 處理 treatment 產(chǎn)量 kg 667 m 2 yield Cd含量 mg kg 1 Cd content Cu含量 mg kg 1 Cu content CK 930 35 108 96 c 0 08 0 01 bc 0 86 0 08 a OM 2 645 25 291 11 a 0 03 0 01 d 0 46 0 04 b OMC 2 356 65 140 81 ab 0 05 0 02 cd 0 70 0 07 a CF 1 273 48 129 54 c 0 09 0 01 ab 0 91 0 20 a CFC 2 141 23 241 81 b 0 11 0 00 a 0 89 0 00 a 注 各處理施肥方式見表1 同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示在0 05水 平差異顯著 Note Fertilization patterns of each treatment list in Tab 1 different lowercase letters indicate significant differences at 0 05 level 348云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)第 37 卷 導(dǎo)致鋁毒傷害 抑制蔬菜生長 25 而有機(jī)肥可提 高土壤pH 增加有機(jī)質(zhì)含量 優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu) 提高作物產(chǎn)量 唐明燈等 39 研究證實(shí) 施用豬 糞 牛糞 雞糞和花生麩4種有機(jī)肥均可顯著提高 生菜生物量 有研究發(fā)現(xiàn) 對酸性土壤增施 2 25 4 50 t hm2 CaCO3可增加土壤微生物量及其 活性 進(jìn)而促進(jìn)土壤溶解性有機(jī)碳增加及土壤氮 素轉(zhuǎn)化 26 40 有利于作物生長 29 施用化肥使 pH值降低 土壤重金屬生物有效性提高 蔬菜 對重金屬的吸收增加 41 施用有機(jī)肥可提高土壤 有機(jī)質(zhì)含量 使土壤中易被植物吸收的重金屬通 過有機(jī)絡(luò)合反應(yīng)變?yōu)橛袡C(jī)結(jié)合態(tài) 施用碳酸鈣石 粉能降低土壤有效態(tài)Cd和Cu含量 進(jìn)而降低蔬 菜重金屬含量 42 因此 本研究OM和OMC處 理均有利于降低結(jié)球生菜可食用部位的重金屬 Cu和Cd含量 且前者效果略優(yōu) 李明等 29 在 Cd污染菜地施用CaCO3后 各類蔬菜Cd含量 均降低 其中葉菜類蔬菜Cd含量降幅最大 唐 希望等 43 研究發(fā)現(xiàn) 整個(gè)生長階段生菜地上部 Cd含量和Ca含量呈正相關(guān) 同時(shí)與生菜地上部 生物量的變化高度相關(guān) 這可能是本研究CFC處 理生菜Cd含量大于CF處理以及OM處理生菜 Cd含量小于OMC處理的原因 4 結(jié)論 施用有機(jī)肥和碳酸鈣石粉有利于提高土壤 pH值 增加結(jié)球生菜產(chǎn)量 降低結(jié)球生菜可食 用部位Cd和Cu的含量 施用化肥對結(jié)球生菜的 增產(chǎn)效果不明顯且不利于降低土壤及結(jié)球生菜中 的Cd和Cu含量 可見 單施有機(jī)肥以及有機(jī)肥 與碳酸鈣石粉配施是降低酸性農(nóng)田土壤重金屬 Cd和Cu污染風(fēng)險(xiǎn) 提高蔬菜產(chǎn)量及其安全品質(zhì) 的良好措施 參考文獻(xiàn) 環(huán)境保護(hù)部 國土資源部 全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào) J 中國環(huán)保產(chǎn)業(yè) 2014 5 10 1 趙江寧 王云霞 沈春曉 等 土壤銅污染對水稻產(chǎn)量形 成的影響 5年定位試驗(yàn) J 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào) 2012 31 11 2073 2 DIXIT R WASIULLAH MALAVIYA D et al Biore mediation of heavy metals from soil and aquatic environ ment an overview of principles and criteria of funda mental processes J Sustainability 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