豬糞施用量對土壤和辣椒中Cd和Pb積累的影響

馬國泰 杜紅艷 劉芝妨 楊繼剛 張昊 梁軍 馬利利 關天霞

摘要：采用田間隨機區(qū)組試驗設計，研究了施用不同量（0、15、30、45、60 t /hm2）豬糞對辣椒不同生育時期土壤和辣椒各器官（根、莖、葉和果實）重金屬Cd和Pb積累的影響。結果表明，土壤Cd和Pb的含量隨著豬糞有機肥施用量的增加而增加，隨著辣椒生長發(fā)育進程有所下降，Cd和Pb含量的最大值分別為0.360 3、29.11 mg/kg，均未超過土壤環(huán)境質量農用地土壤污染風險管控標準（GB15618 — 2018）。在相同豬糞施用量條件下，辣椒根和莖中的Cd和Pb含量隨著生育進程而增加，各器官中Cd和Pb的含量分布由大到小依次為根、葉、莖、果實。辣椒果實中Cd的含量為0.023 3～0.049 0 mg/kg，Pb含量為0.062 7～0.086 5 mg/kg，均未超過食品安全國家標準食品中污染物限量（GB 2762 — 2017），可安全食用。雖然豬糞有機肥的施用導致了土壤Cd和Pb的積累，但對辣椒各器官影響較小。辣椒根對重金屬的富集能力為Cd > Pb，說明Cd更容易從土壤向辣椒中轉移，對辣椒造成的危害可能會更大。

關鍵詞：豬糞;辣椒;Cd;Pb;灌漠土

中圖分類號：S641.3;S141.2? ?文獻標志碼：A? ?文章編號：1001-1463（2021）01-0028-07

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2021.01.006

Abstract：The effect of pig manure on the accumulation of Cd and Pb in soil and organs （roots， stems， leaves and fruits） of pepper at different growth stages were studied by randomized block experiment design after different amount of pig manure application （0， 15， 30， 45 and 60 t /hm2）.? The results showed that the content of Cd and Pb in soil increased with the increase of the pig manure application， and decreased with the growth stages of pepper. The maximum content of Cd and Pb in the soil were 0.360 3 mg/kg and 29.11 mg/kg， respectively， which do not exceed The soil environmental quality and soil pollution risk control standard for agricultural land （GB 15618 — 2018）. Under the same amount of pig manure， the content of Cd and Pb in the roots and stems of pepper increased with the growth stages of pepper. The contents of Cd and Pb in each organ were? distributed from large to small in order as roots、 leaves、 stems、 fruits. The contents of Cd and Pb in pepper fruits were 0.023 3～0.049 0 mg/kg and 0.062 7～0.086 5 mg/kg， but they were all within the limit of pollutants in National food safety standard （GB2762 — 2017） and can be eaten safely. It can be concluded that although the application of pig manure results in the accumulation of Cd and Pb in soil， it has little effect on the organs of pepper. The enrichment capacity of pepper roots to heavy metals was Cd > Pb， which indicated that Cd was more easily transferred from soil to pepper， and the harm to pepper may be greater.

Key words：Pig manure;Pepper;Cd;Pb;Irrigation desert soil

隨著人們對蔬菜產品的需求越來越多，蔬菜的安全生產越來越受到人們的關注[1 ]。影響蔬菜安全問題的原因有很多，重金屬污染是主要威脅之一。重金屬在蔬菜中富集累積，可以通過食物鏈危害人體健康和生命安全[2 ]，其中Cd和Pd是我國蔬菜的主要重金屬污染物[3 ]，全國約有24. 1%的菜地Cd含量超標[4 ]。王婷等[5 ]研究表明，甘肅白銀土壤中Cd含量0.170～82.400 mg/kg，屬重度污染;陳同斌等[6 ]研究表明，北京市蔬菜基地的土壤Pb是背景值的1.21倍，豬糞有機肥中Cd的超標率為51.7%[7 - 8 ];王飛等[9 ]發(fā)現，豬糞有機肥Pb超標率高達80.56%;劉榮樂等[10 ]研究發(fā)現，有機肥Pb和Cd超標率為1.2%和67.9%，長期施用重金屬超標的豬糞會導致土壤的重金屬含量有不同程度的積累[11 - 12 ]。劉赫等[13 ]的研究表明，長期施用豬糞有機肥會增加土壤中重金屬Cd和Pb的含量，分別對比照增加了1.23 mg/kg和9.66 mg/kg;唐政等[14 ]研究表明，在有機蔬菜辣椒生產中施用豬糞有機肥使果實中Cd等重金屬元素超標。長沙市各主要蔬菜基地生產的13個蔬菜種類Cd和Pb超標率分別為51%和60%[15 ]。李富榮等[16 ]研究發(fā)現，茄果類蔬菜均有Cd超標現象。茹淑華等[17 ]研究了重金屬在番茄植株各器官中的積累情況，發(fā)現Cd和Pb等在番茄各器官的含量為根 > 莖葉 > 果;李非里等[18 ]對貴陽某市郊菜園辣椒不同器官Cd元素含量的研究中發(fā)現，根部對Cd元素有明顯的富集作用，其次為莖葉，果實中Cd元素的含量最少，僅為莖葉的0.42～0.51倍。因此，如何安全施用畜禽糞便有機肥，不僅是實現有機肥良性循環(huán)的需要，也是保障土壤、環(huán)境、蔬菜質量的迫切需要。

辣椒是人們最喜愛的蔬菜之一，其營養(yǎng)價值高，富含多種營養(yǎng)成分，近年來，種植面積和年產量不斷增長，在生產中施用畜禽糞便十分普遍，是生產中一項重要的農藝措施。我們以辣椒為材料，以灌漠土為研究對象，采用田間隨機區(qū)組試驗設計，研究了施用不同量的豬糞有機肥后重金屬Cd和Pb在土壤和辣椒各器官中的積累情況，為科學合理施用豬糞有機肥及辣椒安全生產提供參考。

1? ?材料與方法

1.1? ?供試材料

供試辣椒品種為隴椒3號。試驗地位于張掖市新墩鎮(zhèn)城兒閘村（北緯38° 54′ 43″，東經100° 24′ 43″），土壤類型為灌漠土。供試豬糞購買自當地養(yǎng)殖場，工藝為二次翻堆通風發(fā)酵。土壤和豬糞基本理化性質見表1。

1.2? ?試驗設計

采用田間隨機區(qū)組試驗設計，共設5個豬糞施用量水平，分別為0（CK）、15、30、45、60 t/hm2，小區(qū)面積4.56 m2（1.2 m×3.8 m），重復4次。化肥常規(guī)施肥量為N 150 kg/hm2、P2O5 90 kg/hm2，K2O 75 kg/hm2。辣椒株行距為40 cm×45 cm，每小區(qū)播種24株。辣椒生長期間根據土壤墑情適時灌水、鋤草。試驗從2015年開始，每年均按照相同方案進行施肥處理。

1.3? ?樣品采集

在辣椒幼苗期（2017年6月11日）、開花坐果期（2017年7月11日）、辣椒盛果期（2017年8月15日）、收獲期（2017年9月23日）按照“S”形采樣法采集耕層（0～20 cm）土樣，自然風干后用全自動磨土機處理，過0.25 mm篩保存，測定土壤重金屬Cd和Pb含量。采集植株辣椒樣品（包括根、莖、葉和果實），用自來水沖洗附著的土壤，用去離子水沖洗3遍，烘箱中105 ℃殺青2 h，然后在70 ℃下烘干至恒重，稱重（精確到0.000 1 g），研磨過0.25 mm篩，裝入無色聚乙烯樣品袋備用，并做好標簽，貯存在干燥器中，用于重金屬Cd和Pb含量測定。

1.4? ?測定指標與方法

土壤全量Cd和Pb含量采用HCl-HNO3- HF-HClO4消解，火焰原子吸收分光光度測定[19 - 20 ];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[21 - 22 ]。

1.5? ?數據處理與分析

所有試驗數據均采用Microsoft Excel 2016進行計算，所得結果為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 21.0，采用Ducan檢驗進行統(tǒng)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? ?施用豬糞對土壤Cd和Pb含量的影響

從表2可知，在幼苗期，施用60 t/hm2豬糞有機肥與對照相比，Cd增加了9.98%，顯著提高了土壤Cd含量（P < 0.05），但豬糞有機肥不同施用量處理間差異不顯著。隨著辣椒生長發(fā)育期的推進，土壤重金屬Cd含量有所下降。在收獲期，施用豬糞有機肥顯著降低了土壤Cd含量，施用量15、30、45、60 t/hm2比對照分別降低了4.91%、7.37%、7.50%、7.09%。在施肥量為60 t/hm2時，與幼苗期相比，收獲期Cd含量下降了18.15%。

從表3可知，在幼苗期，施豬糞45、60 t/hm2均可以顯著增加土壤中的Pb含量（P < 0.05），分別比對照增加了20.34%、19.80%，但豬糞有機肥各施用量處理間差異不顯著。在開花坐果期和盛果期，施用45 t/hm2豬糞有機肥可以顯著提高土壤Pb含量（P < 0.05），分別比對照提高了12.61%、12.47%。隨著辣椒生長發(fā)育，土壤重金屬Pb含量有所下降，施用60 t/hm2豬糞時，收獲期Pb含量比幼苗期下降11.90%。

2.2? ?對辣椒各器官Cd和Pb積累的影響

2.2.1? ? 根部? ? 如圖1所示，在幼苗期、開花坐果期和收獲期，施用豬糞有機肥60 t/hm2可以顯著提高辣椒根部Cd含量（P < 0.05），比對照分別增加了18.25%、23.51%、15.58%，但施豬糞有機肥30、45、60 t /hm2處理間差異不顯著。隨著辣椒生長發(fā)育，辣椒根部的Cd含量逐漸增加，在收獲期達到最大，為0.097 6 mg/kg，比幼苗期增加了28.86%。

在幼苗期，施用豬糞有機肥60 t/hm2可以顯著提高辣椒根部Pb含量（P < 0.05），比對照增加了15.11%;在開花坐果期和收獲期，辣椒根部Pb含量在施用量為15 t/hm2時最低。隨著辣椒生長發(fā)育推進，辣椒根中Pb的含量逐漸增加，收獲期莖根中Pb含量達最大，為0.379 8 mg/kg，比幼苗期增加了38.14%。

2.2.2? ? 莖部? ? 如圖2所示，在辣椒的整個生育時期，施用豬糞有機肥對辣椒莖部Cd含量影響不顯著。辣椒莖部的Cd含量變化范圍為 0.056 0～0.094 5 mg/kg，在收獲期達到最大。隨著辣椒生長發(fā)育，辣椒莖中Cd的含量逐漸增加，收獲期莖中Cd含量達最大，為0.092 8 mg/kg，比幼苗期增加了44.65%。

在收獲期，施用豬糞有機肥60 t/hm2顯著提高了辣椒莖部Pb含量（P < 0.05），比對照增加了8.86%;而在幼苗期、開花坐果期和盛果期，施用豬糞有機肥對辣椒莖部Pb含量影響不顯著。隨著辣椒生長發(fā)育，Pb含量逐漸增加，收獲期Pb含量比幼苗期增加了47.93%。

2.2.3? ? 葉片? ? 如圖3所示，在幼苗期，施豬糞有機肥45、60 t/hm2顯著提高了辣椒葉片Pb含量（P < 0.05），分別比對照提高了34.88%、3.98%。在辣椒的整個生長發(fā)育時期，辣椒葉片Cd含量變化范圍為0.054 4～0.087 5 mg/kg，無論豬糞有機肥施用量多少，辣椒葉片中的Cd含量由高到低表現為幼苗期、盛果期、收獲期、開花坐果期。

施用豬糞有機肥可以在一定程度上降低辣椒葉片Pb含量（P < 0.05），但在收獲期并沒有明顯影響。在辣椒的整個生長發(fā)育時期，辣椒葉片Cd含量變化范圍為0.130 2～0.190 9 mg/kg，無論豬糞有機肥施用量多少，辣椒葉片Pb的含量由高到低表現為收獲期、開花坐果期、盛果期、幼苗期。

2.2.4? ? 果實? ? 如圖4所示，在開花坐果期，施用豬糞有機肥60 t/hm2顯著提高了辣椒果實Cd含量（P < 0.05），比對照增加了14.20%，但豬糞有機肥各施用量處理間差異不顯著。而在收獲期，施用豬糞有機肥15 t /hm2后辣椒果實Cd含量比對照顯著提高了16.68%（P < 0.05）。在辣椒整個生長發(fā)育時期，辣椒果實Cd含量變化范圍為0.023 3～0.049 0 mg/kg，無論豬糞有機肥施用量多少，辣椒果實Cd含量由高到低表現為收獲期、開花坐果期、盛果期。

在辣椒的整個生長發(fā)育期，施用豬糞有機肥對辣椒果實Pb含量影響不顯著，Pb含量變化范圍為0.062 7～0.086 5 mg/kg，無論豬糞有機肥施用量多少，果實中Pb含量由高到低表現為收獲期、開花坐果期、盛果期。

2.3? ?對辣椒Cd和Pb富集系數的影響

富集系數是蔬菜根部重金屬含量與相應的土壤重金屬含量之比，反映蔬菜從土壤中吸收重金屬的能力[23 ]。從表4可以看出，施用豬糞有機肥在幼苗期和收獲期均可以提高Cd的富集系數，Cd富集系數的變化范圍為0.184 1～0.330 9，而Pb富集系數的變化范圍為0.007 4～0.017 5。在同一豬糞用量下，隨著辣椒生長發(fā)育，辣椒根部對重金屬Cd和Pb的富集能力大小均有所上升。無論豬糞有機肥施用量多少，Cd富集系數遠大于Pb，說明 Cd更容易從土壤進入植物根部，但Pb和Cd的富集系數始終小于1。

3? ?結論與討論

豬糞是一種有機質含量較高的有機肥，經常被施入農田土壤中，用于改善土壤理化性質，提高土壤肥力[24 ]，但近年來也有很多學者發(fā)現豬糞中重金屬超標的現象。參照我國農業(yè)行業(yè)標準，有機肥料（NY525 —? 2012）中重金屬限量標準（Pb≤50 mg/kg，Cd ≤3 mg/kg）[25 ]，本試驗供試豬糞有機肥中Cd和Pb含量（Cd為0.410 5 mg/kg，Pb為37.89 mg/kg）均在限量范圍之內，屬于達標有機肥。研究結果表明，土壤重金屬Cd和Pb的含量隨著豬糞有機肥施用量的增加而增加。土壤中Cd和Pb的最大含量分別為0.360 3 mg/kg和29.11 mg/kg，均未超過土壤環(huán)境質量農用地土壤污染風險管控標準（GB15618 —2018，pH > 7.5時，Cd含量≤0.60 mg/kg，Pb含量≤170 mg/kg）[19 ]，可以認為短期施入豬糞源有機肥不會造成土壤重金屬污染，但長期施用則有可能造成土壤Cd和Pb的污染，有必要進行進一步監(jiān)測。

施用不同量的豬糞有機肥后，辣椒各器官Cd和Pb的含量由高到低均表現為根、葉、莖、果實，說明根部對Cd和Pb具有一定的截留作用[26 ]。辣椒果實中Cd含量變化范圍為0.023 3～0.049 0 mg/kg，Pb含量變化范圍為0.062 7～0.086 5 mg/kg，均未超過食品安全國家標準食品中污染物限量（GB 2762 — 2017，Cd含量≤0.05 mg/kg，Pb含量≤0.1 mg/kg）[27 ]，可以安全食用。可以認為，雖然豬糞有機肥的施用導致了土壤Cd和Pb的積累，但對辣椒各器官影響較小，這可能是因為豬糞有機肥的施用增加了辣椒整株生物量，從而使Cd和Pb含量并沒有明顯增加，說明短期施用有機肥一般不會導致辣椒果實Cd和Pb含量的超標。辣椒對重金屬的富集能力為 Cd > Pb，說明辣椒根對Cd的富集能力強于Pb，因此Cd更容易被辣椒吸收進而進入植物體內，進而通過食物鏈傳遞，增加人體健康風險。

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（本文責編：陳? ? 珩）