不同施肥處理對土壤質量及小麥吸收鎘的影響

曹丹　白耀博　李文紅

摘要? ? 本文通過田間試驗法研究生物有機肥、腐植酸有機肥及水溶性有機肥3種施肥處理對土壤pH值、有機質及小麥對鎘的轉運及富集規律的影響。結果表明，3種施肥處理均可以降低堿性土壤小麥不同生育期土壤pH值、有效提高土壤有機質含量，且腐植酸有機肥處理土壤pH值與空白對照相比在拔節期達極顯著水平;生物有機肥、腐植酸有機肥處理可降低小麥根到籽粒的轉運系數及根部鎘的富集。

關鍵詞? ? 小麥;施肥處理;土壤質量;鎘;富集系數

中圖分類號? ? S512.1;S147.5? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）09-0001-02? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

Abstract? ? Field experiments were conducted to study the effects of three fertilization treatments（bio-organic fertilizer，humic acid organic fertilizer and water-soluble organic fertilizer）on the pH value and organic matter of soil，cadmium transport and accumulation. The results showed that three treatments could reduce the soil pH value and increase the soil organic matter content at different growth stages of wheat. The pH value of soil treated with humic acid organic fertilizer was significantly higher than that of CK at jointing stage. Bio-organic fertilizer and humic acid organic fertilizer treatment could reduce root-to-grain transport coefficient and cadmium accumulation in wheat.

Key words? ? wheat;fertilization treatment;soil quality;cadmium;enrichment coefficient

2014年中國環境保護部和國土資源部官方發布的《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，國內土壤污染物的總超標率超過16%，耕地土壤的位點超標率為19.4%，主要的污染物鎘的點位超標率為7%。對多個城市的土壤樣品中重金屬含量進行測定，各樣品中重金屬的平均含量全都超出土壤環境的背景值，其中以鎘的污染最為嚴重。徐州地區小麥籽實中的Cd含量是國家食品安全限量標準的2.2倍[1]。實踐也表明，重金屬在土壤中的污染過程具有長期性、隱蔽性和難降解性的特點，因而如何有效地控制和治理土壤中的鎘污染，已經成為當務之急[2-3]。生物肥不僅具有速效、長效、抗病、改良土壤和抗板結等作用，而且其中的微生物還可以不斷將土壤中難以被作物吸收的無效養分分解轉化為易吸收的形態，提高養分供應速率，從而提高農作物產量、改善產品品質[4]。本文主要探討不同的生物肥對重金屬Cd的調控作用，以期篩選出能夠提高土壤質量及小麥產量且能有效控制小麥籽粒Cd含量的生物肥，為農業生產提供理論依據。

1? ? 材料與方法

1.1? ? 試驗地概況

試驗地點設在江蘇省徐州市徐州生物工程學院試驗田（東經117°07′，北緯34°15′），屬于暖溫帶季風氣候區，年均降水量800～930 mm，年均無霜期200～220 d，年日照時數為2 282～2 496 h，日照率53%～57%，年平均氣溫14.3 ℃。

田間試驗于2017年10月至2018年6月進行，前茬作物為玉米，該地土壤為潮黃土，質地為砂壤土。0～20 cm耕層土壤pH值為7.98，土壤有機質含量為18.3 g/kg，堿解氮83.9 mg/kg，速效磷23.1 mg/kg，速效鉀97.8 mg/kg，土壤CaCl2提取態鎘為0.65 mg/kg。

1.2? ? 試驗設計

試驗設置4個處理，分別為空白對照（CK）、生物有機肥300 kg/hm2（S）、腐植酸有機肥600 kg/hm2（F）、水溶性有機肥15 L/hm2（W），前茬秸稈全量還田。采用大區對比試驗，3次重復，隨機區組排列，小區面積為25 m2（5 m×5 m）。各區化肥用量一致，底施磷酸二銨600 kg/hm2、尿素375 kg/hm2，水溶性有機肥稀釋后澆灌入土。供試小麥品種為徐麥33。于2017年10月15日播種，播種量210 kg/hm2，按小麥成熟日期收獲測產。

1.3? ? 測定內容與方法

1.3.1? ? 土壤理化指標測定。土壤pH值采用氯化鉀浸提-pH計法測定[5]（土、水質量比為1.0∶2.5）。土壤有機質含量采用重鉻酸鉀容量-外加熱油浴法測定[6]（mg/kg）。

1.3.2? ? 重金屬含量測定。土壤樣品自然風干后碾碎過60目篩，采用HNO3-H2O2-HCl浸泡，用微波消解儀消解;小麥植株樣品洗凈105 ℃殺青，然后置于80 ℃烘至恒重，用微型粉碎機（RT-02A型）進行粉碎，過100目篩，HNO3-HCl消解，各待測溶液均用電感耦合等離子質譜儀測定。

1.4? ? 數據分析

采用Microsoft Excel 2007處理和SPSS 13.0的統計分析軟件進行數據分析和差異性檢驗。

2? ? 結果與分析

2.1? ? 對土壤理化特性的影響

2.1.1? ? 對土壤pH的影響。土壤pH值直接影響土壤中重金屬的有效性及小麥的健康生長。由圖1可知，不同處理對土壤pH值的影響不同，各處理的土壤pH值均隨著生育進程呈現上升趨勢，且不同生物肥處理的土壤pH值在小麥各生育時期均低于CK。小麥不同生育期，處理F土壤pH值均顯著低于CK，且在小麥拔節期差異達極顯著水平（P<0.01）;處理W土壤pH值除小麥越冬期與CK差異顯著外，其他各生長期均與CK無顯著差異;處理S土壤pH值除小麥拔節期與CK無顯著差異外，其他時期均與CK差異顯著。可見，3種施肥處理均可以降低土壤pH值，但由于各種肥料本身的特性不同，對pH值的影響水平存在著一定的差異。

2.1.2? ? 對土壤有機質的影響。不同生物肥處理影響土壤pH值的同時也影響土壤有機質含量的變化。與CK相比，各處理均可提高小麥不同生育期土壤有機質的含量，但不同生育期對土壤有機質含量的影響不同。處理F與處理S對小麥不同生長期土壤有機質含量均表現出促進作用，且在越冬期、拔節期、開花期對土壤有機質提升達極顯著水平;小麥灌漿期、成熟期處理S土壤有機質含量較CK增加顯著，處理F雖有提升但影響不顯著;處理W土壤有機質含量除在拔節期顯著大于CK外，其他生育期差異不顯著（圖2）。

2.2? ? 對鎘的轉運及富集規律的影響

從根到秸稈對Cd的轉運系數反映了小麥從根部器官向地上部分秸稈轉運Cd的能力，是Cd進入小麥植株地上部分的關鍵;小麥秸稈到籽粒Cd轉運系數反映了小麥從植株其他部位向可食部位Cd的轉運能力，是Cd能否進入籽粒的關鍵，也直接影響食物鏈;根到籽粒的轉運系數可綜合反映小麥植株向可食用部位轉運重金屬的能力[7]。鎘的富集系數則反映了小麥植株從土壤中吸收重金屬Cd的能力。

不同生物肥處理影響小麥各器官Cd含量變化，同時也影響小麥對Cd從根到秸稈、秸稈到籽粒、根到籽粒的轉運及不同部位各器官鎘的富集。從表1可以看出，處理S、F小麥根部Cd含量低于CK，且處理S顯著低于CK;3個處理秸稈和籽粒中Cd含量均低于CK，處理S均達顯著水平，處理F籽粒中Cd含量顯著低于CK，處理W與CK差異不顯著。從Cd的轉運系數可以看出，不同處理對Cd的影響不同，處理F顯著降低根到秸稈、秸稈到籽粒的轉運;處理W顯著降低根到秸稈的轉運，秸稈到籽粒、根到籽粒的轉運系數差異不顯著;而處理S雖然根到秸稈與CK差異不顯著，但秸稈到籽粒、根到籽粒的轉運系數與CK差異顯著。3個處理均可以顯著降低根部Cd的富集;處理S秸稈和籽粒對Cd的富集系數與CK差異顯著，處理W、F與CK差異不顯著。

3? ? 結論與討論

試驗結果表明，不同施肥處理對小麥不同生育期土壤環境質量的影響及根向地上部分轉運、重金屬鎘富集的影響與肥料種類相關，在Cd輕度污染農田中施加生物有機肥、腐植酸有機肥及水溶性有機肥均能降低堿性土壤pH值、提高土壤有機質的含量，整個生育期均能有效地改良土壤的質量狀況;生物有機肥及腐植酸有機肥可在一定程度上降低小麥從根部到秸稈、秸稈到籽粒的轉運系數及控制Cd的根部富集，從而降低了小麥從根部向可食部位轉運Cd的能力，并抑制小麥籽粒對土壤Cd的富集能力;而水溶性有機肥對土壤pH值及土壤有機質含量的影響集中在小麥生長初期，后期影響不大。這與不同肥料的特性有著密切關系。本次選用的肥料均為酸性，其中，水溶肥料為速效肥料，整體表現為后勁不足;而生物有機肥、腐植酸有機肥中因含有多種營養元素和活性物質，可改善土壤結構、促進團粒的形成、增加土壤的緩沖性能，并減少有效養分損失，供肥時間持久，使各種速效化肥的肥效變得“緩、穩、長”，且土壤中腐植酸與土壤中的鐵、鋁等離子發生作用，可形成一種新的化合物，抑制鎘的吸收轉運，從而保障農田小麥生產的安全、健康。

4? ? 參考文獻

[1] 強承魁，秦越華，丁永輝，等.徐州地區麥田土壤和小麥籽實重金屬污染特征分析[J].生態環境學報，2016，25（6）：1032-1038.

[2] 王立群，羅磊，馬義兵，等.重金屬污染土壤原位鈍化修復研究進展[J].應用生態學報，2016，25（6）：1032-1038.

[3] 曹心德，魏曉欣，代革聯，等.土壤重金屬復合污染及其化學鈍化修復技術研究進展[J].環境工程學報，2011，5（7）：1441-1453.

[4] 夏光利，畢軍，張萍，等.新型生物有機肥（NAEF）對番茄生長及土壤活性質量效應研究[J].土壤通報，2007，38（3）：519-522.

[5] 林大儀.土壤學試驗指導[M].北京：中國林業出版社，2008.

[6] 鮑士旦.土壤農化分析[M].3版.北京：中國農業出版社，2005.

[7] 張秀芝，鮑征宇，唐俊紅.富集因子在環境地球化學重金屬污染評價中的應用[J].地質科技情報，2006，25（1）：65-72.