施用不同年限有機物設(shè)施菜地的土壤重金屬形態(tài)

楊葉晨，袁承鳳，張家富，陳 紹，趙國華

（嘉興學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，浙江嘉興 314001）

施用不同年限有機物設(shè)施菜地的土壤重金屬形態(tài)

楊葉晨，袁承鳳，張家富，陳 紹，趙國華

（嘉興學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，浙江嘉興 314001）

以施用不同年限有機物的設(shè)施菜地土壤為研究對象，采用化學(xué)試劑分布提取法研究土壤中重金屬不同形態(tài)分布特征。結(jié)果表明，雖然菜地土壤中As超過土壤環(huán)境質(zhì)量標準（GB15618-1995）二級標準，但As主要以殘渣態(tài)為主，生物有效態(tài)含量低于二級標準；其他金屬Cu，Zn和Cr主要以殘渣態(tài)為主，有效態(tài)含量低。綜合評價該設(shè)施菜地土壤質(zhì)量相對安全。

設(shè)施菜地；土壤；重金屬形態(tài)；有機肥

設(shè)施菜地土壤中的重金屬大多源于施加的有機肥，有機肥是綠色、無污染和有機農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的主要肥料，具有培肥、改良土壤鹽漬化等作用，是維持農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)與能量平衡中極為有效的措施。但由于現(xiàn)代集約化養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)中為促進生長、提高產(chǎn)量而大量使用含As、Cu、Cr、Zn等的添加劑，其在畜禽體內(nèi)的消化吸收利用極低，導(dǎo)致糞便中重金屬元素含量較高［1］。不同畜禽糞種類的重金屬含量雖有差異，但Cu、Zn含量普遍偏高，其他重金屬如Pb、Cd、As和Hg含量均處于較低或很低水平［2-3］。由于設(shè)施蔬菜特殊的種植環(huán)境，比如幾乎無雨沖淋，處于相對封閉的狀態(tài)，溫、濕度高，長期使用有機肥易造成土壤重金屬含量超標，從而增加蔬菜的重金屬污染風險。已有研究表明，長期施用有機物增加了設(shè)施菜地土壤重金屬含量超標的風險，特別是As和Cd［4］。重金屬總量可在一定程度上反映其生物毒性，但大量研究發(fā)現(xiàn)，僅憑濃度很難反映重金屬的毒性、遷移及在自然界的循環(huán)。其危害更大程度上取決于在土壤中的化學(xué)形態(tài)。因而設(shè)施菜地土壤中重金屬的危害不僅與其含量有關(guān)，還與重金屬的形態(tài)有關(guān)。

1 材料與方法

菜地土壤重金屬形態(tài)分析采用Tessier五步連續(xù)提取法，對應(yīng)的形態(tài)依次為可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、Fe-Mn氧化物結(jié)合態(tài)、有機結(jié)合態(tài)和殘渣態(tài)［5］。土壤重金屬采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS，Optima 8000）測定。為保證分析結(jié)果的可靠性，每個土壤樣品重復(fù)3次，每批樣品做空白樣，結(jié)果符合質(zhì)控要求。所用試劑均為優(yōu)級純，水為超純水，所用器皿均在10%硝酸中浸泡24 h。

以嘉興地區(qū)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)基地為調(diào)查對象，對施用不同有機物料和施用年限的設(shè)施菜地土壤進行樣品采集，土壤的基本理化性質(zhì)與重金屬含量見文獻［4］。

處理S1，腐熟雞糞使用2年；處理S2，腐熟雞糞使用6年；處理S3，腐熟雞糞使用14年；處理S4，豬糞有機肥使用2年；處理S5，菌渣使用2年。

2 結(jié)果與分析

與土壤環(huán)境質(zhì)量標準（GB15618-1995）二級標準中重金屬元素含量對比，菜地土壤重金屬含量As超標，Cu、Zn與Cr等重金屬含量雖然高于其他類型設(shè)施菜地重金屬，但未超標。

由圖1可知，與土壤環(huán)境質(zhì)量標準中二級標準土壤重金屬元素含量對比，各處理土壤As含量分別超標3.88、3.70、4.49、3.69和4.87倍。設(shè)施菜地土壤As主要以殘渣態(tài)為主，各處理土壤As有效態(tài)含量分別為7.75、19.47、18.06、12.35與3.62 mg·kg-1，相比土壤環(huán)境質(zhì)量標準未超標。殘渣態(tài)一般指重金屬被包含在原生礦物和次生硅酸鹽礦物晶格中的部分，物化性質(zhì)十分穩(wěn)定，對土壤重金屬的遷移和生物可利用性貢獻不大，一般認為對環(huán)境安全。所以設(shè)施菜地土壤中As不易釋放，對環(huán)境危害的可能性較低。對施用雞糞的菜地土壤有效態(tài)含量比較發(fā)現(xiàn)，隨著施用年限的增加，土壤中As的環(huán)境風險有增加趨勢，雖施用2年豬糞的菜地土壤As總量最低，但其As有效態(tài)含量高于施用2年菌渣和雞糞的菜地土壤，表明施用豬糞的環(huán)境風險較大。

圖1 各處理菜地重金屬的形態(tài)分布

菜地土壤Cr主要以殘渣態(tài)為主，所占比例分別為74.5%、79.6%、77.1%、83.1%和77.2%。施用雞糞和菌渣的菜地土壤Cu主要以有機結(jié)合態(tài)為主，不同處理所占比例分別為44.9%、41.2%、 47.8%和61.7%，其次為殘渣態(tài)。施用豬糞的菜地土壤Cu主要以可交換態(tài)為主，其次為有機結(jié)合態(tài)。施用雞糞的菜地土壤Zn的各形態(tài)表現(xiàn)一致，殘渣態(tài)＞Fe-Mn氧化物結(jié)合態(tài)＞有機結(jié)合態(tài)＞可交換態(tài)＞碳酸鹽態(tài)；施用菌渣的菜地土壤Zn主要以有機結(jié)合態(tài)為主，其次為Fe-Mn氧化物結(jié)合態(tài)；施用豬糞的菜地土壤Zn主要以殘渣態(tài)為主，其次為可交換態(tài)和有機結(jié)合態(tài)。

土壤長期施用有機肥后，部分重金屬會出現(xiàn)富集現(xiàn)象［6-9］。土壤中重金屬生物有效性的高低與有機肥施用后的時間進程和有機肥分解程度密切相關(guān)。有機肥施用過程會在某個階段降低土壤重金屬的生物有效性，對重金屬污染土壤起到修復(fù)改良作用。張云青等［6］研究表明，在石灰性和酸性土壤上施用雞糞和豬糞后6個月，Cu、Zn、Cd、Pb的生物有效性呈先降后升的規(guī)律，這與董同喜等［8］的研究結(jié)果相同。以上結(jié)果采用盆栽試驗設(shè)計，施用年限僅6個月，時間較短，不能綜合反映有機肥對環(huán)境的影響。

3 小結(jié)

目前針對施用有機肥對土壤環(huán)境的影響未形成統(tǒng)一意見。本研究結(jié)果認為，施用有機肥后，設(shè)施菜地土壤中重金屬形態(tài)以殘渣態(tài)為主，環(huán)境風險低，雖然As總量超過土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準，但其有效態(tài)含量低于標準，表明設(shè)施菜地長期施用有機肥相對安全，但未研究其上生長的蔬菜，所以結(jié)論還需要進一步驗證。農(nóng)戶在選用有機肥施用時，目前還沒有有效技術(shù)去除畜禽糞便中重金屬，在農(nóng)田中施用有機肥時，還需嚴格控制施用有機肥的重金屬水平，對有機肥的施用量及連續(xù)施用年限也要適當限制，并檢測蔬菜中重金屬含量，確保蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品的安全。

［1］ 邢廷銑.畜牧業(yè)生產(chǎn)對生態(tài)環(huán)境的污染及其防治［J］.云南環(huán)境科學(xué)，2001，20（1）：39-43.

［2］ 張樹清，張夫道，劉秀梅，等.規(guī)模化養(yǎng)殖畜禽糞主要有害成分測定分析研究［J］.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2005，11（6）：822-829.

［3］ 趙國華，陳貴，徐劼.豬糞尿源沼液中主要養(yǎng)分和重金屬分布特性［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014（9）：1454-1456.

［4］ 趙國華，潘先庭，沈赟蕓，等.不同有機物料施用年限對設(shè)施菜地土壤養(yǎng)分和重金屬含量的影響［J］.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2015，35（5）：509-513.

［5］ 趙國華，羅興章，黃卓輝，等.廢棄線路板中重金屬形態(tài)分布特征［J］.環(huán)境科學(xué)，2009，30（9）：2798-2803.

［6］ 張云青，張濤，李洋，等.畜禽糞便有機肥中重金屬在不同農(nóng)田土壤中生物有效性動態(tài)變化［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2015，34（1）：87-96.

［7］ 王開峰，彭娜，王凱榮，等.長期施用有機肥對稻田土壤重金屬含量及其有效性的影響［J］.水土保持學(xué)報，2008，22（1）：105-108.

［8］ 董同喜，張濤，李洋，等.畜禽糞便有機肥中重金屬在水稻土中生物有效性動態(tài)變化［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2016，36（2）：621-629.

［9］ 吳清清，馬軍偉，姜麗娜，等.雞糞和垃圾有機肥對莧菜生長及土壤重金屬積累的影響［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2010，29（7）：1302-1309.

（責任編輯：張瑞麟）

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0528-9017（2017）01-0078-02

文獻著錄格式：楊葉晨，袁承鳳，張家富，等.施用不同年限有機物設(shè)施菜地的土壤重金屬形態(tài)［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58（1）：78-79，89.

10.16178/j.issn.0528-9017.20170125

2016-07-30

楊葉晨（1996-），女，浙江麗水人，本科生，環(huán)境工程專業(yè)，E-mail：183328534@qq.com。