有機(jī)物料輸入對(duì)土壤及玉米籽粒重金屬來源解析及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

李傳哲，楊 蘇，3，姚文靜，汪吉東*，張永春，楊鳳娟，艾玉春

（1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部江蘇耕地保育科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站，南京 210014；2.南京林業(yè)大學(xué)竹類研究所/生物與環(huán)境學(xué)院，南京 210037；3.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，南京 210095；4.南京市六合區(qū)龍袍街道農(nóng)業(yè)服務(wù)中心，南京 211500）

隨著工業(yè)發(fā)展和城市化進(jìn)度的加快，大量有害重金屬進(jìn)入生物圈，其中污水灌溉、工業(yè)“三廢”排放、化肥和農(nóng)藥生產(chǎn)、汽車尾氣、城市生活垃圾以及污泥農(nóng)用有機(jī)肥都有可能導(dǎo)致重金屬進(jìn)入土壤并被植物吸收，導(dǎo)致植物體內(nèi)重金屬含量增加[1]。而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的有機(jī)廢料，如秸稈質(zhì)菌渣、木質(zhì)菇渣因人為添加化工營養(yǎng)元素等，增加了其重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)[2]。當(dāng)這些農(nóng)業(yè)有機(jī)廢料施入土壤時(shí)，與根系微環(huán)境之間相互作用，直接影響作物對(duì)土壤重金屬的吸收，并且農(nóng)作物對(duì)重金屬的吸收程度不同，生產(chǎn)菇渣的原料也各不相同，導(dǎo)致菇渣的主要成分差別很大，而且不同用量的菇渣對(duì)土壤重金屬影響程度亦不相同，僅僅研究菇渣單一因素對(duì)土壤重金屬含量影響并不科學(xué)。

黃泛沖積區(qū)位于江蘇省西北部，是江蘇省主要的玉米、小麥生產(chǎn)基地之一。土壤主要類型為潮土，表現(xiàn)為“高沙低黏”，保水保肥能力弱，該區(qū)域內(nèi)土壤普遍有機(jī)質(zhì)含量低、土壤肥力差，在很大程度上影響當(dāng)?shù)刈魑锂a(chǎn)量并制約著當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的發(fā)展[3]。而有些有機(jī)物料廉價(jià)并且能夠短時(shí)間快速提升土壤肥力，在提高當(dāng)時(shí)作物產(chǎn)量及土壤有機(jī)質(zhì)含量方面具有較大優(yōu)勢(shì)[4]。本文在驗(yàn)證施用有機(jī)物料提升土壤地力，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量的同時(shí)，研究人為施加不同種類、不同用量有機(jī)物料對(duì)土壤環(huán)境以及農(nóng)產(chǎn)品安全是否存在潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合評(píng)估，篩選出最佳有機(jī)物料以及用量，以期為特定有機(jī)物料的推廣以及建立農(nóng)業(yè)環(huán)境健康可持續(xù)利用和農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)土壤

試驗(yàn)區(qū)位于黃河故道某典型區(qū)域，土壤類型為潮土，耕作方式為玉米小麥輪作，2017年6月至2018年10月進(jìn)行大田定位試驗(yàn)，試驗(yàn)地耕作層（0～20 cm）土壤基本理化性狀見表1。

1.2 供試物料

供試化肥為尿素（含N 46%）和復(fù)合肥（N∶P2O5∶K2O=18∶12∶10）。有機(jī)肥為阿古利斯有機(jī)肥，由江蘇泰興阿古利斯生物科技有限公司提供；秸稈質(zhì)菌菇渣和木質(zhì)菇渣為秀珍菇培養(yǎng)基廢料，均為鹽城市亭湖區(qū)春秋菌業(yè)專業(yè)合作社提供。不同物料重金屬含量見表2。

表1 土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Basic state of soil nutrients

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置10個(gè)處理：CK（對(duì)照，不施有機(jī)物料）、M1（有機(jī)肥用量6 t·hm-2）、M2（有機(jī)肥用量12 t·hm-2）、M3（有機(jī)肥用量18 t·hm-2）、S1（秸稈質(zhì)菇渣用量 6 t·hm-2）、S2（秸稈質(zhì)菇渣用量 12 t·hm-2）、S3（秸稈質(zhì)菇渣用量18 t·hm-2）、B1（木質(zhì)菇渣用量6 t·hm-2）、B2（木質(zhì)菇渣用量12 t·hm-2）、B3（木質(zhì)菇渣用量18 t·hm-2）。小區(qū)試驗(yàn)采用定位及完全隨機(jī)區(qū)組排列，保持3個(gè)重復(fù)并維持小區(qū)的位置及處理不變，每個(gè)小區(qū)面積為96 m2（長12 m，寬8 m），行距為0.75 m，株距為0.25 m，依據(jù)當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥，每個(gè)處理化肥養(yǎng)分總投入為 N 300 kg·hm-2，P2O572 kg·hm-2和 K2O 60 kg·hm-2，并在玉米七葉期和大喇叭口期各追氮肥一次，基肥和追肥之比為4∶2∶4，3種有機(jī)物料作為基肥一次性施入。

供試作物為玉米蠡玉31，小麥季施肥方式和用量與玉米季一致。玉米種植時(shí)間為2017年6月12日播種，10月16日收獲；2018年為6月23日種植，10月13日收獲。

1.4 測(cè)定方法

土壤樣品：玉米收獲后每小區(qū)土樣采用S形5點(diǎn)取樣法。土樣室溫下自然風(fēng)干，除雜、人工進(jìn)行木棒研磨，混勻，過100目尼龍篩，采用HNO3、HF、HClO4消煮、過濾后，采用石墨爐原子吸收光譜法（Solaar M6，Thermo Fisher Scientific，美國）測(cè)定濾液重金屬全量Cr、Cd、Pb、Hg、As含量；用DTPA浸提法并采用火焰原子吸收光譜法（AAnalyst 700，美國）測(cè)定有效態(tài)Cu、Zn含量。植株樣品：玉米植株取樣方式為20株隨機(jī)混合取樣，待玉米脫粒后繼續(xù)75℃烘干，稱質(zhì)量，研缽研磨后過60目尼龍篩，采用硝酸-高氯酸濕式消解法，重金屬各指標(biāo)測(cè)定儀器與土壤相同[5-6]；采用高溫外加熱重鉻酸鉀氧化-容重法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量；土壤pH值的測(cè)定采用雷茲PXS-215型離子酸度計(jì)，水土比為2.5∶1；分析所用試劑均為優(yōu)級(jí)純，水為超純水。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)分析數(shù)據(jù)采用Excel 2010整理，運(yùn)用SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，用Excel 2010和Origin 8.0軟件做圖。

1.6 重金屬污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法

1.6.1評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

本研究土壤和玉米籽粒重金屬含量，參照我國最新頒布的《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618—2018）以及《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》（GB 2762—2017），見表3和表4。

1.6.2 評(píng)價(jià)方法

本文采用了單因子污染指數(shù)法、污染負(fù)荷指數(shù)法和潛在生態(tài)評(píng)價(jià)指數(shù)法相結(jié)合來評(píng)價(jià)土壤重金屬污染[7]。單因子指數(shù)反映各個(gè)重金屬元素的污染程度，污染負(fù)荷指數(shù)兼顧了單因子污染指數(shù)平均值和最高值，突出污染較重的重金屬污染物的作用[8]，其計(jì)算公式為：

表2 肥料重金屬含量（mg·kg-1）Table 2 Heavy metals concentration in fertilizer（mg·kg-1）

表3 我國農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值及背景值（mg·kg）Table 3 Chinese farmland soil pollution risk screening and background values（mg·kg-1）

表4 中國食品中重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)（mg·kg-1）Table 4 The heavy metal limit of Chinese food（mg·kg-1）

式中：Pia是a點(diǎn)上i重金屬元素的污染指數(shù)；M ia是a點(diǎn)上i重金屬元素的實(shí)測(cè)值，mg·kg-1；Sia是a點(diǎn)上i重金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)值，mg·kg-1；Pna是指a點(diǎn)上的第n個(gè)重金屬元素的污染指數(shù)，PLIa是a點(diǎn)上的重金屬污染負(fù)荷指數(shù)，重金屬標(biāo)準(zhǔn)值采用江蘇省土壤重金屬含量背景值[9]，見表3，污染負(fù)荷指數(shù)法的污染分級(jí)見表5。

潛在生態(tài)危害指數(shù)法是由瑞典學(xué)者Hakanson[10]在1980年建立的，目前為國際上土壤（沉積物）重金屬研究中應(yīng)用較為廣泛的一種。計(jì)算公式如下：

表5 土壤重金屬污染等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 5 The criterion of pollution grade of soil heavy metals

表6 潛在生態(tài)危害分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 6 Grade standard potential ecological risk

2 結(jié)果與討論

2.1 有機(jī)物料輸入下玉米籽粒產(chǎn)量與土壤有機(jī)質(zhì)提升狀況

2.1.1 不同有機(jī)物料添加下玉米產(chǎn)量情況

不用物料添加下玉米籽粒產(chǎn)量如圖1所示，可以看出添加不同有機(jī)物料均可使玉米產(chǎn)量出現(xiàn)不同程度的增加，同種物料添加下，玉米產(chǎn)量隨著施用量的增加而提高。在2017年M3和B3處理玉米增產(chǎn)效果最好，分別比同時(shí)期CK處理增產(chǎn)22.00%和27.68%，2018年添加有機(jī)物料下玉米產(chǎn)量相較于同時(shí)期CK產(chǎn)量增產(chǎn)7.08%～29.66%，其中B1增產(chǎn)最小（7.08%），M3增產(chǎn)幅度最大（29.66%），B3處理產(chǎn)量次之（27.58%）。并且2018年相較于2017年出現(xiàn)了一個(gè)較大的增產(chǎn)，增幅在3.30%～9.33%，其中M3增幅最大（9.33%），S2處理增幅最小（3.30%）。有機(jī)物料中含有豐富的養(yǎng)分，有機(jī)與無機(jī)肥料相結(jié)合能夠協(xié)調(diào)養(yǎng)分平衡供應(yīng)，滿足玉米對(duì)養(yǎng)分的需求，使作物保持高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。該研究結(jié)論與溫延臣等[11]與Manna等[12]結(jié)果一致。正常情況下，作物秸稈相較于木屑養(yǎng)分豐富，但在菌菇棒實(shí)際生產(chǎn)過程中人為的添加了黃豆粉、麥麩皮等輔料，使得木質(zhì)菇渣的養(yǎng)分含量更豐富[13]，因此在等量物料添加量下，木質(zhì)菇渣比秸稈質(zhì)菇渣處理的玉米更高產(chǎn)。

2.1.2 土壤有機(jī)質(zhì)含量

不同物料添加對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的提升不同（圖2），2018年不同處理土壤有機(jī)質(zhì)含量相較于2017年有較大幅度提升，增幅為3.44%～28.86%，其中B3處理增幅最小（3.44%），M2處理增幅最大（28.86%）。2018年各處理土壤有機(jī)質(zhì)含量相比CK土樣提高了51.90%～100.71%，其中B3處理有機(jī)質(zhì)提升幅度最大（100.71%），M1處理有機(jī)質(zhì)提升幅度最小（91.50%）。同種物料添加下，土壤有機(jī)質(zhì)含量隨著施用量的增加而提升，等量物料添加下，對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)提升影響大小為：木質(zhì)菇渣處理＞秸稈菌渣＞有機(jī)肥處理＞CK，施用化肥沒有外源有機(jī)物的輸入，土壤有機(jī)C的來源主要是作物殘?bào)w還田，并且使用化肥可促進(jìn)作物根系生長，提高根際有機(jī)質(zhì)的輸入，同時(shí)根系分泌物也是作物向土壤輸入有機(jī)C的重要途徑[14]，因此CK處理下，土壤有機(jī)質(zhì)也會(huì)有不同程度的提高。

圖1 不同物料添加下玉米產(chǎn)量Figure 1 Maize yield given the addition of different materials

施用菌菇渣能夠更快速地提升土壤有機(jī)質(zhì)水平。有研究表明，施用菌菇渣可以提高土壤有益微生物數(shù)量，從而進(jìn)一步活化土壤中的養(yǎng)分，促進(jìn)根系分泌物增加，提高土壤有機(jī)碳[15-16]。并且木質(zhì)菇渣的主要成分是木屑，趙亮等[17]對(duì)木屑、小麥秸稈以及棉花有機(jī)物料進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果顯示木屑提高土壤肥力以及培肥效果最好。而木質(zhì)菇渣的主要成分是木屑，從而驗(yàn)證木質(zhì)菇渣比秸稈質(zhì)菇渣在土壤有機(jī)質(zhì)提升方面效果更好。

2.2 有機(jī)物料輸入下土壤與玉米籽粒重金屬相關(guān)分析

2.2.1 土壤重金屬含量

在第二季玉米收獲后不同物料添加下土壤重金屬含量如表7所示。土壤重金屬含量總體呈現(xiàn)Zn＞Cr＞Pb＞Cu＞As＞Cd＞Hg，通過與我國最新頒布的《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618—2018）進(jìn)行對(duì)比得出，除Cd以外其他重金屬含量都低于我國農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控最低標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)基礎(chǔ)土樣Cd含量為2.45 mg·kg-1，超出江蘇省土壤重金屬背景值18倍以上，說明試驗(yàn)地本身存在Cd含量超標(biāo)，這與陳京都等[7]對(duì)江蘇省土壤調(diào)查的研究結(jié)果一致。通過分析得出：添加有機(jī)肥、秸稈質(zhì)菇渣和木質(zhì)菇渣18 t·hm-2處理土壤Cd含量分別高出江蘇土壤背景值23、20、20倍，不同處理土壤Cd含量相較于CK處理增加4.55%～26.32%，其中M3處理土壤重金屬Cd含量最高，M2其次，B1處理最低。整體而言，在同種物料下，不同用量之間土壤重金屬含量存在差異，但差異不大，等量物料下，施用有機(jī)肥對(duì)土壤重金屬含量的影響最大。林輝等[18]類似的研究也發(fā)現(xiàn)：施用有機(jī)肥加大了土壤受重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)，2 a 4次施用有機(jī)肥后顯著提高Zn、Cu、As的含量及活化率；茹淑華等[19]同樣得出：連續(xù)7 a施用有機(jī)肥的處理均顯著增加了耕層土壤Cu、Zn、As和Cd的含量。且隨有機(jī)肥施用量增加，耕層土壤中Cu、Zn、As和Cd含量也顯著增加[20]。

圖2 不同處理土壤有機(jī)質(zhì)含量Figure 2 Soil organic matter content in different treatments

2.2.2 玉米籽粒中重金屬的含量

如表8所示，各個(gè)處理中玉米籽粒重金屬含量大小呈現(xiàn)Zn＞Cu＞Cr＞Pb＞Cd＞As＞Hg，同種物料添加下，籽粒重金屬含量隨著施用量的增加而增加，其中B1與B2處理之間重金屬Cu含量存在顯著性差異，僅Cd、As含量隨著施用量的增加差異不顯著，但總體呈增加趨勢(shì)。在較低菌菇渣用量添加下，籽粒中Zn含量有所降低，S1與B1處理相較于CK分別下降14.64%和13.60%。低用量菌菇渣添加可以減少植株對(duì)重金屬Zn的吸收，結(jié)果與孫磊等[21]結(jié)論相似。總體來看，在較高有機(jī)物料施用下，籽粒重金屬含量均顯著高于CK處理，表明施用較高用量有機(jī)物料可使土壤重金屬含量增加，并且在根際微環(huán)境相互作用下螯合活化出更多的重金屬，進(jìn)而促使了根系對(duì)土壤重金屬的吸收，使玉米籽粒中重金屬含量增加。

2.2.3 玉米籽粒重金屬累積量與土壤pH、土壤重金屬含量以及有機(jī)物料用量相關(guān)性分析

作物籽粒中重金屬的含量與其土壤重金屬含量緊密相關(guān)，并且土壤pH被認(rèn)為是影響作物籽粒重金屬最重要的因素[22]，雖然大部分重金屬以不可利用態(tài)（如氧化物結(jié)合態(tài)等）存在，不容易被植物吸收，但施入的有機(jī)物料與土壤及根際環(huán)境結(jié)合可使一部分重金屬轉(zhuǎn)變成螯合態(tài)，加劇了土壤環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而影響作物籽粒重金屬含量。

為了研究和探討這些因素對(duì)于玉米籽粒的影響，運(yùn)用Pearson進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表9所示，土壤pH和玉米籽粒Cu、Zn、Cd、Cr、Pb表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)性。玉米籽粒中Cu、Zn、Hg、As的含量與土壤重金屬的含量表現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.575、0.636、0.689、0.740，相關(guān)系數(shù)的不同說明了玉米籽粒對(duì)不同重金屬的吸收能力不同[23]。這與王爽等[24]研究的農(nóng)田土壤污染嚴(yán)重時(shí)，對(duì)應(yīng)的主要作物也會(huì)存在一定的重金屬超標(biāo)，但不同作物對(duì)重金屬的吸收能力不同的結(jié)論相似。

表7 不同處理下土壤重金屬含量（mg·kg-1）Table 7 The soil heavy metals content under different treatments（mg·kg-1）

表8 玉米籽粒中重金屬的含量Table 8 Content of heavy metals in maize grain

玉米籽粒中Cu、Pb、Hg的含量與有機(jī)肥的添加量呈顯著相關(guān)，Cu、Cd、Pb、Hg、As的含量與秸稈質(zhì)菇渣的用量呈顯著相關(guān)，玉米籽粒Cu、Cr含量與木質(zhì)菇渣用量呈顯著相關(guān)。通過3種有機(jī)物料對(duì)比可知，秸稈質(zhì)菇渣用量對(duì)籽粒中重金屬的含量影響較大，有機(jī)肥次之，木質(zhì)菇渣用量影響最小，從而可以得出3種物料中隨著施用量的增加，木質(zhì)菇渣對(duì)籽粒重金屬的風(fēng)險(xiǎn)影響最小，有機(jī)肥次之，較高用量的秸稈質(zhì)菇渣對(duì)籽粒重金屬的風(fēng)險(xiǎn)影響最大。

2.3 不同有機(jī)物料添加下土壤與玉米籽粒重金屬污染評(píng)價(jià)

2.3.1 土壤中重金屬污染評(píng)價(jià)

如表10所示，土壤重金屬單因子污染指數(shù)呈Cd＞As＞Cr＞Zn＞Cu＞Pb＞Hg，其中 As、Cr、Zn、Cu、Pb、Hg污染指數(shù)均小于1，均屬于清潔等級(jí)。Cd污染指數(shù)（4.127～5.213）大于3，超標(biāo)率100%，屬于重污染等級(jí)（表4），不同處理Cd污染等級(jí)均高于其他重金屬，這與人為活動(dòng)或者土壤母質(zhì)本身等因素已經(jīng)積累了較高的Cd含量有關(guān)。雖然Cd的污染指數(shù)達(dá)到重污染等級(jí)，但單因子指數(shù)只能反映各個(gè)重金屬元素的污染程度，不能全面地反映土壤整體的污染狀況，所以運(yùn)用了污染負(fù)荷指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[25]，結(jié)果顯示：不同處理土壤整體狀況均為安全等級(jí)，并且遠(yuǎn)低于安全標(biāo)準(zhǔn)0.7水平線（表10），因此不同物料添加對(duì)于土壤整體的安全暫不構(gòu)成威脅。

2.3.2 玉米籽粒中重金屬污染評(píng)價(jià)

玉米籽粒中重金屬污染評(píng)價(jià)以我國頒布的《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》（GB 2762—2017）作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，玉米籽粒中Pb含量超標(biāo)率為35%（表11），其中以M2、M3、S3處理超標(biāo)率較多，其他處理均無超標(biāo)，由此可見，該地區(qū)施用較多的有機(jī)肥以及秸稈質(zhì)菇渣可導(dǎo)致玉米Pb污染。這與陳京都等[7]對(duì)江蘇省典型區(qū)農(nóng)田土壤及小麥中重金屬含量與評(píng)價(jià)的結(jié)論相似，從而可以得出施用木質(zhì)菇渣作為有機(jī)物料時(shí)，相較于商品有機(jī)肥以及秸稈質(zhì)菇渣能夠更好地保證糧食安全。

表9 玉米籽粒與土壤pH、土壤重金屬含量以及有機(jī)物料用量相關(guān)性分析Table 9 Correlation analysisbetween the contain heavy metals of maize grain and the pH of farmland soil

表10 不同處理下重金屬污染負(fù)荷評(píng)價(jià)Table 10 Assessment of heavy metals pollution load under different treatments

2.3.3 土壤中重金屬潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)分析

不同物料添加下土壤潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果見表12。其中各處理下土壤重金屬Cu、Zn、Cr、Pb、Hg、As的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)均小于40，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別均為輕微風(fēng)險(xiǎn)，潛在風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)最小為0.055（Hg），潛在風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)最大為3.857（As）；都遠(yuǎn)小于40的最高標(biāo)準(zhǔn)。僅重金屬Cd潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（123.8～136.533）表現(xiàn)出較強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。基礎(chǔ)土樣重金屬Cd含量為2.45 mg·kg-1，潛在風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)為123.8，表明研究區(qū)域農(nóng)田本身土壤重金屬Cd存在較高的潛在風(fēng)險(xiǎn)。有學(xué)者認(rèn)為這與潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系中重金屬的毒性水平的不同有較大關(guān)系[26]，各處理土壤綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)范圍為128.885～162.527，最低值為CK處理（128.885），最高值為M3處理（162.527），綜合潛在生態(tài)危害分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)均為中等，但CK與M2、M3處理之間存在顯著性差異。整體而言，等量有機(jī)物下，綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)危害程度表現(xiàn)為有機(jī)肥處理最大，秸稈菌渣和木質(zhì)菇渣表現(xiàn)相差不大，Cd為主要的生態(tài)危害貢獻(xiàn)因子。

表11 玉米籽粒中重金屬含量及超標(biāo)率Table 11 Heavy metal contents in maize grain and the ratio of samples that exceeded the standard

2.3.4 土壤重金屬聚類分析

分析發(fā)現(xiàn)不同物料添加均會(huì)使土壤受到不同程度的威脅，其中這些處理對(duì)土壤重金屬的污染程度的相似性和差異性尚不能夠直接體現(xiàn)出來，因此將各處理進(jìn)行水平聚類分析（圖3），并分成5個(gè)不同類群。第一類：CK、S1、B1土壤重金屬污染程度最小，有機(jī)物料添加量不足以對(duì)土壤構(gòu)成威脅，其來源可能為化肥中所含重金屬污染、土壤母質(zhì)結(jié)構(gòu)、大氣沉降、交通運(yùn)輸?shù)仍騕27-28]。第二類：B2、B3處理下土壤重金屬污染程度較小，相同物料添加量下Zn、Cd、Cr、Hg的含量要低于其他物料添加，說明較高用量的木質(zhì)菇渣相較于商品有機(jī)肥以及秸稈質(zhì)菇渣更清潔和安全。第三類：M2、M3處理下土壤的Zn、Cd含量最高，而Cd具有較高的重金屬潛在風(fēng)險(xiǎn)，該處理下重金屬的來源以有機(jī)肥為主，施用較多有機(jī)肥可能顯著增加重金屬潛在風(fēng)險(xiǎn)。第四類：M1、S2處理下土壤重金屬Zn、Cr、Pb的含量較高，重金屬的污染威脅也較大，與施入了重金屬含量較高的有機(jī)肥以及較高用量的秸稈菌渣有關(guān)。第五類：S3處理下土壤重金屬Cu、Cr、Pb、Hg含量最高，土壤污染程度最重（0.205），較高用量的秸稈質(zhì)菇渣顯著加大土壤重金屬污染程度，這與秸稈質(zhì)菇渣本身含有較高含量的重金屬有關(guān)。

由此可見，化肥大量施用以及添加不同有機(jī)物料均可能成為土壤重金屬的主要來源，不同有機(jī)物料的添加會(huì)給土壤帶來不同程度和種類的重金屬污染，造成農(nóng)田出現(xiàn)較高重金屬污染潛在風(fēng)險(xiǎn)。從快速提高土壤肥力以及最大限度減少土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)的角度，應(yīng)減少商品有機(jī)肥以及秸稈質(zhì)菇渣的高量施入，提倡施用木質(zhì)菇渣，有利于農(nóng)業(yè)環(huán)境的可持續(xù)健康發(fā)展。

表12 土壤中重金屬潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)分析Table 12 Evaluation and analysis of potential ecological hazards of heavy metals in soil

圖3 不同處理下土壤重金屬含量聚類分析Figure 3 Cluster analysis of heavy metals content in soil under all treatments

3 結(jié)論

（1）添加不同有機(jī)物料均可使土壤重金屬含量增加，增幅在0.9%～369.1%，除Cd以外其他重金屬含量都低于我國農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控最低標(biāo)準(zhǔn)。隨著施用有機(jī)物料量的增加玉米籽粒重金屬含量呈增加趨勢(shì)；等量有機(jī)物料施用條件下，有機(jī)肥對(duì)玉米產(chǎn)量的影響最顯著，同時(shí)對(duì)土壤重金屬含量的影響最大；M2、M3、S3處理?xiàng)l件下玉米籽粒中重金屬Pb含量超標(biāo)（0.200～0.295 mg·kg-1）。

（2）相關(guān)性分析表明研究區(qū)域內(nèi)重金屬Cu、Zn、Hg、As較易從土壤向玉米籽粒遷移積累，不同有機(jī)物料用量對(duì)籽粒中重金屬風(fēng)險(xiǎn)影響表現(xiàn)為秸稈質(zhì)菇渣＞有機(jī)肥＞木質(zhì)菇渣。根據(jù)污染負(fù)荷指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，在所有處理?xiàng)l件下土壤均為安全等級(jí)，但存在潛在的中等風(fēng)險(xiǎn)，等量物料添加下，有機(jī)肥處理的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)危害程度最大。

（3）木質(zhì)菇渣在快速提升土壤有機(jī)質(zhì)含量、增加作物產(chǎn)量以及最大限度減少土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，結(jié)合當(dāng)?shù)赝寥罓顩r和推廣成本等因素，從農(nóng)業(yè)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全角度綜合考慮，應(yīng)減少商品有機(jī)肥以及秸稈質(zhì)菇渣的高量施入，提倡施用木質(zhì)菇渣。