濾泥有機肥對鎘砷復合污染農田玉米吸收重金屬的影響

王學禮++黃小青++杜芮萍++何冰++顧明華

摘要：通過大田試驗評估濾泥有機肥在促進玉米增產和消減玉米籽粒累積重金屬的影響。研究結果表明，施加濾泥有機肥后玉米籽粒產量達到7137kg/hm2，明顯高于對照的5649kg/hm2；同時也降低了玉米籽粒中鎘砷含量，鎘由對照的0.038mg/kg下降到0.031mg/kg，差異不顯著；砷含量由對照的0.35mg/kg下降到0.21mg/kg，降低率達40%。研究結果將為濾泥有機肥的推廣應用及在保證農產品安全方面提供依據，為受到鎘砷復合污染的農田土壤的修復提供材料支持。

關鍵詞：濾泥有機肥；鎘砷；復合污染；玉米；吸收

中圖分類號：X131.3

文獻標識碼：A

文章編號：1003-4374（2015 ）03-0024-04

Effects of filtered mud organic fertilizer on heavy metal accumulation in maize planted atCd/As combined polluted farmland

Wang Xue-li et al

Abstract：Effects of filtered mud organic fertilizer on maize yield increase and heavy metal accumulationin maize planted at Cd/As combined polluted farmland has been studied in a field experiment. The resultsshowed that the grain yield of filtered mud organic fertilizer treatment reached 7137 kg/hm2，which signifi-cantly higher than the control group （5649 kg/hm2）. Meanwhile， the Cd/As content in maize grain was de-creased in the filtered mud organic fertilizer applied treatment ， and the Cd content decreased from 0.038mg/kg in control group t0 0.031 mg/kg， in which the difference is not obvious， while the As content decreasedfrom 0.35 mg/kg in control group t0 0.21 mg/kg in the filtered mud organic fertilizer aplilied treatment ， with40% decreased. The research results will provide a basis in the filtered mud organic fertilizer application andin ensuring the safety of agricultural products， also provide material support to remediation of soil with Cd/Ascombined pollution.

Key words： Filtered mud organic fertilizer； Cd/As； combined pollution； maize； accumulation

環境保護部和國土資源部2014年4月17日聯合發布的《全國土壤污染狀況調查公報》顯示全國土壤總點位超標率為16.1%，耕地土壤點位超標率更高達19.4%。其中在8種調查的無機污染物中，鎘、砷的點位超標率分別列第1和3位，是需要重點關注的重金屬污染物。鎘、砷均為極具生物毒性的環境污染元素，其在土壤中的累積不僅影響土壤的生態功能，還可通過土壤一植物系統危害作物生長以及通過食物鏈途徑最終危害人類健康。同時廣西又是有色金屬之鄉，長年累月的開采冶煉給礦區和冶煉廠周邊的農田帶來了嚴重的重金屬污梨。如何保證這些區域的農產品質量安全成為重要的課題。

廣西是國內最大的甘蔗產區，甘蔗制糖每年約產生鮮濕濾泥240萬-400萬t。蔗糖濾泥中70%為有機質，30%為灰分，含有糖分、蛋白質、氨基酸、維生素等，是一種很好的制備有機肥和土壤物理性狀改良劑的原料。研究表明，有機質不僅影響土壤重金屬的積累，而且能與重金屬元素形成絡合物，影響各形態重金屬的遷移轉化，進而影響土壤重金屬的有效性。因此文章通過研究施用蔗糖濾泥對玉米生長和重金屬累積的影響，探索濾泥農用在保障農產品安全性方面的作用，為受重金屬污染農田的安全利用提供材料支持。

材料與方法

試驗材料

田間試驗于2014年3月-8月在廣西刁江流域某示范基地區內進行。試驗土壤的基本理化性狀：pH為5.5，有機質13.22 g/kg，全氮1.54 g/kg，全磷1.70 g/kg，全鉀5.95 g/kg，堿解氮79.9 mg/kg，速效磷18.25 mg/kg，速效鉀55.01 mg/kg，全鎘含量12.4 mg/kg，全砷含量669.6 mg/kg。土壤中Cd、As含量分別超出GB 15618-1995二級標準41.3倍和22.3倍。

供試玉米品種為迪卡008，該品種為桂西北地區的主推品種之一。試驗所用濾泥有機肥為甘蔗糖廠碳酸法濾泥，經高溫堆制而成，pH值為7.9，有機質含量為23.1%，其中鎘含量為1.48 mg/kg，砷含量為4.27 mg/kg，鎘、砷含量低于《有機肥料標準》（ NY525-2011）。

試驗設計

試驗共設2個處理，處理l為對照處理（CK），處理2為濾泥處理（L），濾泥有機肥的施用量為15t/hm2。每個處理設3次重復，共6個小區。每小區4.5mx12m=54 m2。每小區種植玉米6行，每行41株。行距70cm，株距30cm。隨機區組排列。生育期全程肥料用量如下：尿素390 kg/hm2、過磷酸鈣750 kg/hm2、氯化鉀300 kg/hm2，其中尿素基施150 kg/hm2，苗期和拔節期結合培土分別追施120 kg/hm2，氯化鉀基施180 kg/hm2，苗期和拔節期分別追施60 kg/hm2。

測定項目與方法

土壤基本理化性質的測定參見《土壤農化分析》的方法：土壤、濾泥有機肥pH值采用1：2.5的土水比，用酸度計進行測定；土壤、濾泥有機肥中有機質采用H2S04-K2Cr207外加熱法測定；土壤全氮采用半微量開氏法測定；全磷采用NaOH熔融一鉬銻抗比色法測定；全鉀采用NaOH熔融一火焰光度法測定；土壤速效磷采用0.05 mol/LH Cl-0.025mol/L（1/2H2S04）法測定。植株、土壤和濾泥有機肥樣品中鎘、砷采用微波消解，原子吸收分光光度計測定鎘含量，原子熒光光度計測定砷含量。土壤有效態鎘采用DTPA浸提，原子吸收分光光度計測定；有效態砷采用0.5mol/LNaH2P04浸提，原子熒光光度計測定。

為了保證消煮和測定過程的準確性，加入了玉米標準物物質GBW10012（GSB-3，中國地質科學院地球物理地球化學勘察研究所）和土壤標準物質GBW07404（ GSS-4，中國地質科學院地球物理地球化學勘察研究所）進行質量控制。實驗所用所有器皿均事先在10% HN03中浸泡24h以上，并用去離子水洗凈晾干；所用試劑均為優級純或分析純，試劑溶液均用去離子水配制。

試驗數據計算及統計方法

采用Microsoft Excel 2007軟件進行試驗數據的處理、作圖，采用SPSS17.0統計軟件進行數據的統計分析，采用Duncan檢驗法進行多重比較檢驗處理間的差異顯著性。

結果與分析

施用濾泥對玉米產量的影響

由圖l可知，施用濾泥有機肥可顯著的提高玉米的產量。施用濾泥有機肥后玉米的產量（ 7137 kg/hm2）比對照（ 5649kg/hm2）顯著提高了26.3%。說明施用濾泥有機肥有利于提高玉米的產量，這與濾泥有機肥的成分有關，濾泥中有機質高達23.1%，除此之外，還含有大量N、P、K元素及微量元素，能改善土壤結構、增強土壤保水保肥能力，改善土壤微生物狀況。

施用濾泥有機肥對玉米籽粒中鎘、砷含量的影響

圖2表示玉米籽粒中鎘砷含量。可以看出，施用濾泥有機肥對玉米籽粒中鎘砷累積的影響總體上趨勢一致，即都降低了籽粒對鎘和砷的累積，但又有所不同。其中施用濾泥的籽粒中鎘含量為0.031mg/kg，而對照處理籽粒中鎘含量為0.038mg/kg，顯然濾泥有機肥處理降低了籽粒中鎘的累積，但差異不顯著（p<0.01）。濾泥有機肥處理的玉米籽粒中砷含量為0.21mg/kg，明顯低于對照處理籽粒中的0.35mg/kg，降低率達到了40%。雖然籽粒中鎘砷含量均低于《食品中污染物限量》（ GB2762-2012），但施用濾泥有機肥可顯著降低玉米籽粒的安全風險，特別是針對砷，這對于在金屬礦區周邊和冶煉廠周邊地區農田種植玉米提供了安全保障。

施用濾泥有機肥對土壤pH和有效態鎘、砷含量的影響

由表l可知，施用濾泥有機肥可顯著提高土壤pH，土壤pH值（5.84）比對照處理（5.41）提高了0.43個pH單位，pH值的提高對土壤中鎘、砷的生物有效性產生明顯影響，但這種影響對鎘和砷有所不同。對鎘來說，pH值的提高使土壤中有效態鎘的含量降低，施用濾泥有機肥的土壤有效態鎘含量為6.18mg/kg，比對照處理土壤中的有效態鎘含量（7.40mg/kg）顯著降低，降低率達16.5%。這也反映在玉米籽粒中鎘的累積量上，濾泥處理的玉米籽粒中鎘含量低于對照處理。而土壤中砷的生物有效態含量則隨著土壤pH值的升高而有所增加，從對照土壤的49.37mg/kg顯著提高到了54.59mg/kg，升高率達到了10.57%。但大田試驗的結果表明雖然施用濾泥有機肥處理下土壤中砷的生物有效態含量增加了，但籽粒中的砷含量卻比對照區有所降低。這可能跟玉米籽粒的產量增加有關。濾泥處理的玉米產量比對照處理增加26.3%，產量的增加客觀上稀釋了籽粒中砷的濃度。

結論

施用濾泥有機肥顯著提高了玉米籽粒產量

施加濾泥有機肥后其籽粒產量達到7137kg/hm2，與對照相比提高了26.3%。

施用濾泥有機肥明顯提高了土壤的pH值

施用濾泥有機肥后土壤pH值（5.84）比對照處理（5.41）提高了0.43個pH單位。

施用濾泥有機肥對土壤中鎘、砷有效態含量產生明顯影響

施用濾泥有機肥的土壤有效態鎘含量為6.18mg/kg，與對照相比降低率達16.5%。砷的生物有效態含量從對照土壤的49.37 mg/kg顯著提高到了54.59mg/kg。

施用濾泥有機肥降低了玉米籽粒對鎘、砷的吸收

籽粒中鎘含量由對照的0.038mg/kg下降到濾泥有機肥處理的0.031mg/kg，但差異不顯著。砷含量由對照的0.35mg/kg下降到0.21 mg/kg，降低率達400。