不同用量雞糞有機肥對土壤—辣椒體系Pb和Cd積累的影響

劉芝妨，楊水蓮，張 昊，景根茂，馬國泰，關天霞*

（1.河西學院生命科學與工程學院，甘肅 張掖 734000；2.甘肅省河西走廊特色資源利用重點實驗室，甘肅 張掖 734000；3.河西學院農業與生態工程學院，甘肅 張掖 734000）

在我國農業生產中，畜禽糞便是主要的有機肥來源，據統計，2016年我國畜禽糞便排放量達到6.5億t[1]，其農用有利于改善土壤質量，提高作物產量[2-3]。但過量的施用畜禽糞便會導致環境污染和健康風險，土壤重金屬污染就是其中之一。據對我國14個省市規模化養殖的畜禽糞便抽樣調查中，雞糞有機肥中Cd的超標率達到了66%[4]；但在生產中，人們大多只注重畜禽糞便的有機養分，忽略了重金屬的危害，如長期大量施用雞糞有機肥可能會造成土壤和作物重金屬的富集[5]。茹淑華等[6]研究表明，施用雞糞處理后土壤Cd和Pb含量分別顯著增加22.91%和50.49%，且Cd和Pb是土壤污染中主要的重金屬元素。高小龍等[7]研究表明，有害金屬元素Cd和Pb會隨著植株的生長過程遷移到果實當中，而且遷移速率隨著時間的延長有增大的趨勢，最終可能會影響人類的身體健康。

辣椒是一種營養豐富的優質蔬菜，果實中含有豐富的維生素C、辣椒素，是食品制作中的調味品，廣受人們的喜愛[8-9]，本研究以張掖地區灌漠土和鹽堿潮土以及種植在2種土壤中的辣椒為研究對象，研究不同用量雞糞有機肥施用后重金屬Pb、Cd在2種土壤和辣椒各器官中的分布特征，為保證辣椒的安全食用和今后雞糞有機肥在2種土壤的合理施用提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

辣椒：隴椒3號，果實呈羊角形，果面有褶皺，果色綠，果實商品性好，品質優良，適宜保護地及露地栽培。

試驗地分別設于張掖市新墩鎮城兒閘村（38°54'43"N，100°24'43"E，海拔1 510 m），為灌漠土；張掖市三閘鎮三閘村，位于黑河附近（38°60'02"N，100°24'36"E，海拔1 454 m），為鹽堿潮土。2種土壤的基本理化性質見表1。

供試雞糞購買于當地養殖場，工藝為二次翻堆通風發酵，成品雞糞中Cd含量0.315 5 mg/kg，Pb含量52.96 mg/kg，參照NY 525—2012 有機肥料標準（有機肥中Cd的限量標準為3 mg/kg，Pb的限量標準為50 mg/kg）[10]，Pb含量稍高于標準限值，Cd含量在標準限值范圍內。

1.2 試驗設計

采用田間隨機區組試驗，設置5個雞糞施用量水平，分別為0（CK）、15、30、45、60 t/hm2，全部基施，各處理另底施化肥150 kg/hm2N、90 kg/hm2P2O5、75 kg/hm2K2O。每個處理重復4次，小區面積為4.56 m2（1.2 m×3.8 m），辣椒株行距為40 cm×45 cm，小區播種24株，辣椒生長期間根據具體情況適時灌水、除草。本試驗從2015年開始，每年均按照相同方案進行施肥處理，至2018年進行調查。

表1 土壤基本理化性質

1.3 樣品采集

在辣椒盛果期（2018年8月2日）用“S”形采樣法采集土壤樣品，采樣深度均為0～20 cm，將土壤樣品自然風干，用磨土機磨細后過0.25 mm尼龍篩，裝入無色聚乙烯樣品袋備用，并做好標簽。同時采集辣椒整株樣品，采集后，先用自來水沖洗根部附著的土壤，再用去離子水沖洗3遍，先在烘箱中105 ℃殺青2 h，然后在70 ℃下烘干至恒質量，稱質量，研磨，過0.25 mm篩，裝入無色聚乙烯樣品袋備用，并做好標簽。將土壤和辣椒各器官（根、莖、葉和果實）樣品貯存在干燥器中用于重金屬Pb和Cd含量的測定。

1.4 測定方法

土壤全量Cd和Pb含量采用HCl-HNO3-HFHClO4消解，石墨爐原子吸收分光光度測定[11-12]，植物樣品全量Cd和Pb含量采用干灰化法，火焰原子吸收分光光度法測定[13-14]。富集系數為辣椒根部重金屬元素Pb（Cd）含量與土壤重金屬元素Pb（Cd）含量的比值。

1.5 數據處理與分析

試驗數據采用Microsoft Excel 2010進行處理，結果為4個重復的平均值和標準差。不同處理間參數的差異顯著性通過SPSS 20.0采用Ducan檢驗進行統計分析，在P＜0.05條件下認為存在顯著性差異，用Origin 8.0軟件進行圖形繪制。

2 結果與分析

2.1 不同用量雞糞對土壤中重金屬Pb和Cd含量的影響

由圖1可知，無論是灌漠土還是潮土，土壤全鉛和全鎘含量均隨著雞糞施用量的增加而增加。施用60 t/hm2雞糞處理增加了灌漠土全鉛和全鎘含量，分別比對照顯著提高了28.22%和24.55%。施用45、60 t/hm2雞糞較對照顯著增加潮土全鉛和全鎘含量，全鉛含量分別增加了15.96%和16.35%，全鎘含量增加了31.66%和28.01%。但各雞糞處理之間土壤全鉛和全鎘含量差異不顯著。可以看出，雞糞的施用對灌漠土全鉛含量增幅更加明顯，而全鎘含量則在潮土中增幅更高。

2.2 不同用量雞糞對辣椒各器官重金屬Pb和Cd含量的影響

圖2為施用不同用量雞糞對辣椒各器官（根、莖、葉和果實）全鉛含量的影響，可以看出，60 t/hm2雞糞施用較對照顯著增加了潮土辣椒根部Pb含量，增幅為57.10%。施用60 t/hm2雞糞后，灌漠土和潮土辣椒果實Pb含量比對照分別增加了20.14%和19.67%，辣椒果實全鉛含量變化范圍為0.064 8～0.094 7 mg/kg。無論是灌漠土還是潮土，辣椒各器官Pb含量的分布順序為：根、葉＞莖＞果實。

圖3為施用不同用量雞糞對辣椒各器官（根、莖、葉和果實）全鎘含量的影響，可以看出，施用60 t/hm2雞糞有機肥后，與對照相比，灌漠土辣椒根部全鎘含量增加了1.05倍；45 t/hm2雞糞有機肥較0、15、30 t/hm2處理顯著增加了潮土辣椒莖Cd含量；施用雞糞可以增加潮土辣椒果實Cd含量，與對照相比，增加了24.81%～75.23%，辣椒果實全鎘含量變化范圍為0.021 4～0.045 1 mg/kg。無論是灌漠土還是潮土，辣椒各器官Cd含量的分布順序為：根＞葉＞果實＞莖；當無雞糞施用時，灌漠土辣椒根部Cd含量低于潮土，而中高用量（30、45、60 t/hm2）雞糞施用時，灌漠土辣椒根部Cd含量則高于潮土。

2.3 不同用量雞糞對辣椒Pb和Cd富集能力的影響

辣椒Pb和Cd的富集系數，用于反映辣椒對重金屬元素Pb和Cd的富集能力[15]，富集系數越大，表明辣椒從土壤中富集重金屬元素Pb和Cd的能力越強。由表2可知，施用雞糞有機肥可以提高潮土Pb和灌漠土Cd的富集系數，Pb的富集系數的大小范圍為0.010 8～0.018 3，均在施用雞糞有機肥15 t/hm2時最小，而Cd的富集系數變化范圍為0.219 8～0.288 3。無論雞糞有機肥施用多少，Cd的富集系數遠大于Pb，說明Cd比Pb更容易從土壤進入辣椒根部，但Pb和Cd富集系數始終小于1。

3 結論與討論

表2 不同用量雞糞對辣椒Pb和Cd富集系數的影響

本研究結果表明，施用雞糞有機肥尤其是高用量（45、60 t/hm2）雞糞有機肥，可以提高灌漠土和潮土全鉛和全鎘含量，陳紅金等[2]和喬德波[16]也發現土壤Cd和Pb含量隨著有機肥施用量的增加而呈現出增加的趨勢。本研究中2種土壤pH值＞7.5，灌漠土中Pb含量為24.276～31.130 mg/kg，Cd含量為0.326～0.406 mg/kg，潮土中Pb含量為32.74～38.09 mg/kg，Cd含量范圍為0.291 4 ～0.383 6 mg/kg，根據《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準》（GB 15618—2018，pH值＞7.5時，全鎘含量≤0.6 mg/kg，全鉛含量≤170 mg/kg）[11]，灌漠土和潮土中全鉛和全鎘含量均沒有超過限量標準，可以認為短期施入雞糞有機肥雖然造成了土壤全鉛和全鎘含量的增加，但不會造成土壤重金屬污染，如果長期施用則有可能造成土壤Cd和Pb的污染。

施用不同用量雞糞有機肥后，辣椒各器官中全鉛含量表現為：根、葉＞莖＞果實，全鎘含量則表現為根＞葉＞果實＞莖，全鉛和全鎘含量均在根部最高，這與李非里等[17]的研究結果一致；辣椒果實全鉛含量為0.064 8～0.094 7 mg/kg，全鎘含量變化范圍為0.021 4～0.045 1 mg/kg，尚未超過食品安全國家標準食品中污染物限量（GB 2762—2017，全鎘含量≤0.05 mg/kg，全鉛含量≤0.1 mg/kg）[18]，可以安全食用。但是同時發現，高用量雞糞有機肥的施用增加了辣椒果實的全鉛和全鎘含量，可以認為，短期施用雞糞有機肥后辣椒全鉛和全鎘含量雖未超過國家標準但有所增加，如果長期施用這種雞糞有機肥，則有可能造成辣椒果實重金屬全鉛和全鎘的超標，且Cd比Pb更容易進入辣椒植株，通過食物鏈傳遞最終影響人體健康。