有機肥長期施用對設施土壤全鎘和有效態鎘含量的影響*

段海芹，秦 秦，呂衛光，薛 永，孫麗娟，宋 科

有機肥長期施用對設施土壤全鎘和有效態鎘含量的影響*

段海芹1，2，秦 秦2，3，呂衛光2，薛 永2?，孫麗娟2，宋 科2

（1. 上海海洋大學海洋生態與環境學院，上海 201306；2. 上海市農業科學院生態環境保護研究所，農業部上海農業環境與耕地保育科學觀測實驗站，上海市農業環境保護監測站，上海低碳農業工程技術研究中心，上海市設施園藝技術重點實驗室，上海 201403；3. 時科生物科技（上海）有限公司，上海 201108）

應用長期田間定位試驗方法，比較研究了長期有機肥不同施肥方式（不施肥、有機肥常量、有機肥減量及有機肥減量配施化肥）對設施土壤鎘（Cd）全量及有效態含量的影響，同時考察了其對土壤特性的影響及二者的相關性。結果表明：與不施肥的設施土壤（對照）相比，長期定量施用有機肥土壤表層（0～20 cm）Cd全量顯著降低，且隨著施用量下降，該效果更顯著，但對亞表層（20～40 cm）Cd全量無顯著影響。長期施用有機肥會提高設施土壤表層Cd有效態含量，特別是0～10 cm土壤有效態Cd含量顯著高于對照，但與有機肥常量處理相比，有機肥減量和有機肥減量配施化肥處理土壤有效態Cd含量分別顯著降低了17.56%和14.04%；同時，有機肥減量配施化肥對設施土壤有機質、全氮、表層有效磷均有大幅提升，且pH偏高于有機肥常量。相關分析表明，設施土壤有機質、有效磷含量均與土壤Cd全量和有效態含量之間呈顯著或極顯著正相關，土壤全氮含量與Cd有效態含量呈顯著正相關，pH與有效態含量之間呈極顯著負相關。上述結果表明有機肥適當減施，同時輔以適量化肥，可進一步改善設施土壤特性，進而控制設施土壤表層Cd累積。

設施土壤；長期施有機肥；鎘；土壤特性；富集

據統計，我國約有19.4%的農田土壤重金屬含量超標，主要污染元素為鎘（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、銅（Cu）和鉛（Pb）[1]。土壤重金屬污染不僅會影響土壤質量與作物產量，還能通過食物鏈危害人體健康，如骨痛病和水俁病[2]。設施土壤是我國城郊典型的商業化旱耕土，由于重金屬累積程度逐年加深，引起設施土壤生產力逐年下降和生態環境破壞，導致農產品品質和經濟效益也逐漸降低。因此，改善設施土壤重金屬污染和環境健康狀況，對提高城郊區生態環境功能和設施農業經濟效益具有重要的現實意義。

有機肥施用是設施農業生產中改善土壤地力的重要方式之一，可顯著提高土壤中有機質含量，改善土壤物理化學特性，促進微生物生長繁育，提高土壤微生物活性[3-5]。同時，有機肥本身也攜帶一定量重金屬，長期施用會提高土壤重金屬的投入。索琳娜等[6]研究認為有機肥施用是土壤Cd、鉻（Cr）累積的主要原因之一。王珂等[7]和王騰飛等[8]研究發現長期施用有機肥（豬糞、牛糞）會增加土壤Cd全量。嚴露等[9]研究發現施用有機肥不僅會增加土壤Cd累積，還會促使土壤Cd向較高生物活性的賦存形態轉化。也有研究表明，有機肥含有大量的有機物質，會減少土壤重金屬的生物有效性，降低土壤重金屬的生物毒性以及作物體內重金屬的含量，改善作物產量和品質。謝運河等[10]研究發現施用有機肥（豬糞、雞糞）有減少土壤有效態Cd含量和降低活性的趨勢，可降低稻米中Cd含量。李順江等[11]研究表明施用有機肥會降低土壤中Cd和Cr的生物有效性，抑制小白菜對Cd和Cr的吸收，并且有提高小白菜品質的效果。但也有學者認為，有機肥對土壤重金屬具有活化效應，會提高土壤重金屬的移動性和生物有效性。譚長銀等[12]通過長期定位試驗研究發現，有機肥施用顯著增加了有效態Cd在黑土中的累積并提高了Cd的生物有效性。可見，現有有機肥對土壤重金屬累積和重金屬活性影響的研究結果不一，而且關于相對封閉、無雨水沖淋、易造成土壤重金屬累積的設施土壤研究較少。與其他重金屬元素相比，重金屬Cd已被證實具有較高移動性，極強的生物活性、累積性和毒性[13]，我國農田土壤被Cd污染的現象時有報道[14]，導致每年均有一定數量的農產品被Cd污染[15]。再者，多位學者通過調查研究，發現設施土壤Cd超標問題比較突出[16-17]。因此，本研究以連續六年的長期田間定位試驗為基礎，研究長期有機肥不同施肥方式對設施土壤Cd全量和有效態含量的影響，其結果可為設施農業生產合理施用有機肥、控制土壤重金屬污染、提高設施農產品品質及經濟效益提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤：試驗點位于上海市奉賢區莊行鎮上海市農業科學院綜合實驗站設施大棚（30°53′419″N，121°23′158″E），供試土壤為潮土，質地砂壤，初始土壤理化性質為：pH 7.21、有機質18.9 g·kg–1、全氮1.50 g·kg–1、有效磷66.53 mg·kg–1、速效鉀150 mg·kg–1，全Cd 0.12 mg·kg–1，有效態Cd 0.05 mg·kg–1。

供試肥料：本試驗中施用的有機肥料由慧塔實業有限公司提供，主要原料為豬糞和菌渣；化肥為尿素、硫酸鉀及復合肥，購于上海奉賢莊行種子場，其理化性質見表1。

注：/ 表示未檢測指標。下同。Note：/ indicates not tested. The same below. ①Organic manure，②Urea，③Potassium sulfate，④Compound fertilizer，⑤Not detectable.

1.2 試驗設計

本試驗于2013年開始，種植模式為西瓜連作，共設4個處理：對照（不施肥，CK）；有機肥常量（M1），有機肥減量（M2）及有機肥減量配施化肥（M3），每個處理設置3次重復，每個小區面積為22 m2，各小區隨機排列，各處理的肥料施用量見表2。其中，有機肥和鉀肥作為基肥一次性施入；復合肥72%作為基肥，余下28%在西瓜彭果期作為追肥施入，氮肥作為追肥在西瓜苗期施入。灌溉及病蟲害防治等其他田間管理措施相同，均參照當地習慣進行。施肥后與耕層土壤（0～20 cm）用小型旋耕機充分混勻。試驗期6年，每年均按相同方法和用量施用肥料。

1.3 樣品采集與預處理

在2018年8月7日栽培作物收獲后，采用“S”型5點混合采樣法采集土壤樣品，采樣深度為0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm三個土層。去除植物殘體等雜物后，將土壤樣品置于干燥通風處自然風干，研磨、過篩備用。

表2 各處理的肥料施用量

注：括號內為有機肥或化肥總量換算成的養分純量。Note：The values in the brackets were the nutrient contents converted from the total amount of organic manure or chemical fertilizer. ① No fertilizer，②Organic manure application at a conventional rate，③Organic manure application at a reduced rate，④Organic manure application at a reduced rate supplemented with a certain rate of chemical fertilizer.

1.4 分析方法

土壤pH采用無二氧化碳蒸餾水浸提（水︰土= 2.5︰1），酸度計測定；全氮采用凱氏定氮法測定；有效磷采用0.5 mol·L–1碳酸氫鈉溶液浸提，鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用1 mol·L–1醋酸銨溶液浸提，火焰光度計法測定；有機質采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法分析測定[18]。土壤重金屬Cd全量采用王水-高氯酸法消解（GB/T 17141-1997）后，用火焰原子吸收分光光度法測定；土壤有效態Cd含量采用二乙基三胺五乙酸（DTPA）提取法浸提后，用火焰原子吸收分光光度法測定[19]。

1.5 數據處理

數據結果均為3次重復的平均值±標準差表示。采用SPSS 21.0和Microsoft Excel 2012對數據結果進行統計分析，選取最小顯著差異法（LSD）進行多重比較，差異顯著性水平設為<0.05。

2 結 果

2.1 有機肥不同施用方式對設施土壤理化性質的影響

由表3可知，不同施肥處理間設施土壤pH呈現不同幅度的變化，表層土壤（0～20 cm）pH總體上低于亞表層土壤。與對照（CK）相比，施肥處理（M1、M2、M3）土壤表層（0～20 cm）pH均顯著降低（<0.05），降幅分別為0.24～1.38（0～10 cm）和0.05～0.76（10～20 cm）。其中，純有機肥處理（M1和M2）偏低于有機肥減量配施化肥處理（M3）。與此相反，在20～40 cm亞表層，有機肥減量配施化肥處理下土壤pH要高于對照，且純有機肥處理土壤pH偏低于配施化肥處理。由此可見，施用有機肥易造成設施土壤表層（0～20 cm）酸化，有機肥減量配施化肥會降低土壤表層酸化程度。

同樣，由表3可知，施肥差異對設施土壤養分含量也具有顯著影響。與對照相比，有機肥常量或者有機肥減量配施化肥處理后，土壤有機質、全氮和上表層（0～10 cm）有效磷含量均有大幅提升，而純有機肥減量處理土壤養分含量均無顯著增加。與對照相比，純有機肥減量處理土壤有效磷、速效鉀和表層全氮含量均顯著降低，僅上表層土壤（0～10 cm）有機質有一定增加趨勢。

2.2 有機肥不同施用方式對設施土壤鎘全量的影響

由圖1可以看出，有機肥不同施用方式處理下設施土壤Cd全量呈現不同幅度的變化，表層土壤（0～20 cm）Cd全量多數高于亞表層土壤（20～40 cm）。在0～10 cm土層，有機肥不同施用方式處理下土壤Cd全量差異顯著，純有機肥減量處理土壤Cd全量顯著低于常量處理，而有機肥減量配施化肥處理后土壤Cd全量顯著升高，甚至顯著高于有機肥常量處理，但全Cd平均含量均顯著低于對照。在10～20 cm和20～40 cm土層中，有機肥不同施用方式處理間土壤Cd全量均無顯著差異（>0.05），且與對照相比也同樣無顯著增加趨勢。由此可見，設施土壤中Cd主要富集于表層，施用有機肥土壤中Cd全量總體無明顯累積現象。

表3 有機肥不同施用方式下的土壤理化性質

注：同列數據后不同小寫字母表示同一土層不同處理間差異顯著（< 0.05）。Note：Different lower-case letters affixed to the data in the same column show significant differences between treatments the same in soil layer （< 0.05）.

2.3 有機肥不同施用方式對設施土壤鎘有效態含量的影響

對不同施肥方式處理的設施土壤Cd有效態含量比較發現，有機肥處理后上表層（0～10 cm）土壤Cd有效態含量顯著高于對照（28.81%～55.93%），有機肥施用方式的差異對0～10 cm上表層土壤Cd有效態含量影響顯著（圖2）。與有機肥常量處理相比，純有機肥減量或者有機肥減量配施化肥處理土壤上表層（0～10 cm）有效態Cd含量顯著降低（<0.05），分別較有機肥常量處理下降17.56%和14.04%。在10～20 cm下表層，施有機肥（M1、M2、M3）土壤Cd有效態含量較對照無顯著差異（>0.05），而且有機肥不同施肥方式間差異也不顯著。與表層土壤相反，施肥（M1、M2、M3）土壤亞表層（20～40 cm）Cd有效態含量與對照相比呈下降趨勢，但純有機肥減量或有機肥減量配施化肥處理土壤有效態Cd含量與有機肥常量間無顯著差異（>0.05）。整體上，設施土壤表層Cd有效態含量均偏高于亞表層。

2.4 設施土壤重金屬鎘與土壤理化性質的相關性

由表4可看出，施有機肥（M1、M2、M3）土壤pH與土壤有效態Cd含量均呈極顯著負相關，而與Cd全量之間無顯著相關性，說明施用有機肥土壤pH降低的同時也會增加Cd在土壤中的活性。與土壤pH不同，施有機肥（M1、M2、M3）土壤重金屬Cd含量雖與土壤養分存在一定相關性，但相關程度與有機肥施用方式有關。有機肥常量處理土壤養分含量與土壤Cd有效態含量呈極顯著正相關，而與土壤Cd全量之間無顯著的相關性。單純有機肥減量后，土壤速效鉀、有效磷和有機質與土壤Cd全量呈極顯著正相關，相關系數均大于0.900，這說明重金屬全Cd可能與土壤養分有相同的來源，土壤養分因有機肥減量而降低時，土壤中全Cd的攜入量也會在一定程度上減少；有機肥減量配施化肥后，除土壤速效鉀、有效磷和有機質外，土壤全氮也與土壤Cd全量存在良好的相關性，相關系數高達0.981，說明含氮化肥的施用也可能會從源頭攜入一定量的Cd，而土壤有效態Cd與土壤全氮、有效磷、有機質均存在極顯著正相關，其中與有機質的相關系數最大。

表4 有機肥不同施用方式處理下設施土壤重金屬Cd與土壤理化性質的相關性

注：*為相關性達顯著水平（<0.05）；**為相關性達極顯著水平（<0.01）。Note：* is significant correlation （<0.05）；** is extremely significant correlation （<0.01）.

3 討 論

3.1 有機肥長期施用對設施土壤特性和肥力的影響

隨著設施栽培產業的不斷發展，土壤被高度集約利用，其土壤特性和肥力特征均發生了深度變化。為了滿足生產需求，保證土壤可持續利用，施肥（尤其是有機肥）通常是改善設施土壤特性和肥力的主要措施。諸多研究表明，隨著有機肥施用年限的增加，土壤pH和有機質、全氮、有效磷等養分含量呈上升趨勢[20-21]。同樣，本研究結果也表明長期施用有機肥對設施土壤有機質、全氮和有效磷均具有

顯著增加效果，但會降低表層（0～20 cm）土壤pH（表3），這與譚長銀等[12]研究結果一致。純有機肥減量處理后除土壤有機質外，氮、磷養分均呈下降趨勢，說明長期有機肥施用不足會造成設施土壤氮、磷養分耗竭嚴重，最終造成土壤肥力下降。但有機肥減量配施化肥處理后設施土壤有機質、全氮和有效磷養分含量均大幅增加，表層土壤pH也偏高于有機肥常量處理，表明合理有機-無機配施對緩解設施土壤表層酸化、增加土壤養分，最終對提升土壤肥力具有一定的效果。

3.2 有機肥長期施用對設施土壤全鎘含量的影響

由于特殊的種植環境，設施土壤長期處于相對封閉的狀態，有機肥在改善土壤特性和提升土壤肥力的同時也是土壤中重金屬的主要來源之一[11,22]。多數研究認為，有機肥肥源多為全國各大規模化養殖場的畜禽糞便，致使有機肥中一般具有較高含量的Cd，長期連續施用必然會造成設施土壤Cd累積[8,23-24]。然而，在本研究中，各有機肥處理的設施土壤表層和亞表層（有機肥常量除外）Cd全量均偏低于對照（圖1），原因可能是長期施用有機肥提高了栽培作物對Cd的吸收，使設施土壤中部分Cd因作物吸收而離開土體[8,25]。不同有機肥施用方式均對設施土壤上表層（0～10 cm）Cd全量造成了顯著影響（圖1）。例如，純有機肥減量，Cd源頭攜入量下降，設施土壤Cd全量顯著降低，而有機肥減量配施化肥處理土壤Cd全量卻呈上升趨勢（圖1），結合相關性分析，認為這一方面可能是由于有機-無機配施大幅增加了土壤0～10 cm表土層有機質、全氮和有效磷等養分含量（表3），影響到重金屬Cd在設施土壤中的移動性所致[26-27]；另一方面也可能是由于含氮化肥的輸入從源頭攜入一定量的Cd而增加了Cd在土壤中的累積，具體原因尚需結合長期有機-無機肥配施土壤理化特性和全Cd累積狀況的動態變化做進一步分析。整體上，長期施用有機肥使設施土壤中Cd主要富集于表土層，這與其他研究[11,25]一致，主要是由于有機肥的長期施用提高了表層有機質含量（表3），致使Cd與大量有機質發生絡合而累積于表層。

3.3 有機肥長期施用對設施土壤有效態鎘含量的影響

重金屬對植物的毒害程度主要取決于土壤中重金屬的有效態含量。譚長銀等[12]等研究發現，長期施用豬糞可顯著提高黑土表層（0～20 cm）有效態Cd含量。王開峰和彭娜[23]研究表明，施用有機肥可提高紅壤稻田土壤表層（0～20 cm）重金屬的有效態含量。王騰飛等[8]對比分析表明，長期施用豬糞肥會增加土壤表層（0～20 cm）和亞表層（20～40 cm）重金屬Cd的有效態含量。本研究結果表明，施用有機肥會提高設施土壤表層（0～20 cm）Cd有效態含量，而對土壤亞表層（20～40 cm）Cd有效態含量無顯著增加（圖2）。其中，有機肥常量處理土壤表層Cd有效態含量最高，而純有機肥減量或有機肥減量配施化肥處理土壤表層Cd有效態含量較低，可見，純有機肥減量或者與化肥合理配施對降低設施土壤Cd有效性具有一定的效果，其原因可能與有機肥減量從源頭降低了高生物有效性Cd元素的帶入以及土壤基本特性的改變有關。

Kirkham[28]研究認為，土壤pH和有機質含量是影響土壤Cd有效態含量的2個最重要因素。本研究結果表明，土壤Cd有效態含量與土壤pH呈極顯著負相關，與土壤有機質呈極顯著正相關（表4），表明土壤pH和有機質含量均對設施土壤有效態Cd累積程度產生極顯著影響。本研究中，長期施用有機肥降低了設施土壤表層pH（表3），致使施肥土壤中水合氧化物和有機質表面的負電荷減少，對重金屬Cd離子吸附力減弱，增加了土壤中重金屬Cd活性。同時，長期施用有機肥（減量除外）也顯著增加了設施土壤表層（0～20 cm）有機質含量，有機質分解產生還原性物質，能夠與重金屬Cd形成絡合物，從而減少了土壤吸附量，致使重金屬Cd的有效態含量顯著增加[29]。此外，本研究中設施土壤有效態Cd含量也與土壤全氮和有效磷含量呈顯著甚至極顯著正相關（表4），表明土壤氮、磷養分含量對設施土壤有效態Cd含量也具有一定影響。

李順江等[11]通過田間試驗研究了施用有機肥對土壤-作物系統中重金屬Cd生物有效性的影響，結果表明有機肥的施用明顯降低了表層土壤Cd的生物活性，抑制了白菜對Cd的吸收。華珞等[30]及Chang 和Entz[31]研究表明，有機肥中的有機物質可通過吸附、螯合等作用固定重金屬或者與重金屬形成不可溶性鹽，進而降低重金屬的有效態含量，因此有機物作為重金屬污染土壤改良劑被推廣應用。本研究中長期施用有機肥可提高表層土壤有效態Cd含量的結果與上述研究產生差異的原因可能有三方面：一方面，有機物的短期和長期影響不同，致使其對土壤表層有效態重金屬含量影響不同。譚長銀等[12]認為短期有機物可能以固定土壤重金屬為主，而隨著有機物被分解（特別是缺少雨水淋溶且溫、濕度高的設施土壤內），有機結合態重金屬逐漸釋放，提高了土壤重金屬的有效態含量。楊葉晨等[22]和張云青等[32]研究發現，土壤中有效態重金屬含量的高低與施用有機肥的時間進程和分解程度緊密相關，施用有機肥6個月后，Cd、Cu、Zn等有效態重金屬含量呈先下降后上升的趨勢。吳清清等[33]研究發現，有機肥在腐解過程中對土壤強結合態重金屬Cd具有活化效應，從而提高了Cd的生物有效性。另一方面，土壤自身理化特性的差異致使有機肥對土壤表層有效態重金屬含量影響結果不同。王怡雯等[4]研究表明，施用不同有機肥后土壤剖面中有機碳分布與Cd具有顯著正相關。有機肥中含有有機酸，能降低土壤pH，增加重金屬Cd可溶性。也有研究認為，pH是對土壤Cd溶解性影響最大的土壤特性，在土壤Cd含量處于臨界值附近或已受Cd污染的土壤上，應避免施用高量的酸性肥料以及其他酸性物料[34]。王晶等[35]研究結果表明，土壤有機質的C/N和土壤pH對土壤有機態Cd活化過程均起到一定的輔助作用。再者，所施有機肥料種類的差異也會造成其對土壤表層重金屬有效態含量影響結果不同。吳清清等[33]對比分析了兩種Cd含量及肥效差異的有機肥料，發現施用雞糞有機肥土壤中Cd有效態含量略有下降趨勢，而施用垃圾有機肥土壤Cd有效態含量明顯增加。謝運河等[10]研究認為有機肥料中有機質來源及組分差異會影響土壤Cd活性，如施用豬糞和雞糞有降低Cd活性的趨勢，而稻草則有增加土壤Cd活性的趨勢。

4 結 論

設施土壤Cd主要富集于土壤表層（0～20 cm）。長期連續施用有機肥后，設施土壤表層和亞表層Cd全量均無明顯累積趨勢，但表層土壤有效態Cd含量卻顯著增加。單純有機肥減量可降低表層土壤有效態Cd累積程度，同時也會降低土壤有效磷、速效鉀和表層全氮等養分含量，而有機肥減量配施化肥不僅可降低土壤有效態Cd累積程度，同時也可提升土壤pH，增加土壤有機質、全氮和有效磷等養分含量。相關分析表明，土壤有機質、全氮和有效磷含量均與土壤Cd有效態含量呈顯著或極顯著正相關，土壤pH與土壤Cd有效態含量呈極顯著負相關。可見，有機肥適當減施并輔以化肥，對改善設施土壤特性、提升土壤肥力進而控制重金屬Cd累積具有重要作用。

致 謝 向上海市農業科學院生態環境保護研究所莊行綜合試驗站設施農業長期肥料試驗的設計者鄭憲清副研究員對設施大棚內初始土壤樣品的提供表示衷心感謝！

［1］ Yan D M，Guo Z H，Huang F L，et al. Effect of calcium magnesium phosphate on remediation paddy soil contaminated with cadmium using lime and sepiolite[J]. Environmental Science，2020，41（3）：1491—1497. [鄢德梅，郭朝暉，黃鳳蓮，等. 鈣鎂磷肥對石灰、海泡石組配修復鎘污染稻田土壤的影響[J]. 環境科學，2020，41（3）：1491—1497.]

［2］ Guo B L，Chen X M，Jing F，et al. Effects of application of bio-organic fertilizer on heavy metals and microbial biomass in a red paddy soil[J]. Chinese Journal of Soil Science，2019，50（4）：952—957. [郭碧林，陳效民，景峰，等. 施用生物有機肥對紅壤水稻土中重金屬及微生物量的影響[J]. 土壤通報，2019，50（4）：952—957.]

［3］ Wang W H，Liu Y，Tang H M，et al. Effects of long-term fertilization regimes on microbial biomass，community structure and activity in a paddy soil[J]. Environmental Science，2018，39（1）：430—437. [王偉華，劉毅，唐海明，等. 長期施肥對稻田土壤微生物量、群落結構和活性的影響[J]. 環境科學，2018，39（1）：430—437.]

［4］ Wang Y W，Xu H，Ru S H，et al. Effects of continuous application of organic fertilizer on the distribution of organic carbon in soil profile and its relationship with heavy metals[J]. Chinese Journal of Ecology，2019，38（5）：1500—1507. [王怡雯，許浩，茹淑華，等. 有機肥連續施用對土壤剖面有機碳分布的影響及其與重金屬的關系[J]. 生態學雜志，2019，38（5）：1500—1507.]

［5］ Tian X M，Li J H，Wang C，et al. Effects of continuous application of bio-organic fertilizer for three years on soil nutrients，microbial biomass and enzyme activity[J]. Soils，2014，46（3）：481—488. [田小明，李俊華，王成，等. 連續3年施用生物有機肥對土壤養分、微生物生物量及酶活性的影響[J]. 土壤，2014，46（3）：481—488.]

［6］ Suo L N，Liu B C，Zhao T K，et al. Evaluation and analysis of heavy metals in vegetable field of Beijing[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2016，32（9）：179—186. [索琳娜，劉寶存，趙同科，等. 北京市菜地土壤重金屬現狀分析與評價[J]. 農業工程學報，2016，32（9）：179—186.]

［7］ Wang K，Xu C L，Zhang Y T，et al. Cd accumulation and safety assessment of soil-crop system induced by long-term different fertilization[J]. Scientia Agricultura Sinica，2018，51（18）：3542—3550. [王珂，徐春麗，張宇亭，等. 長期不同施肥下紫色土-作物體系鎘累積及安全性評估[J]. 中國農業科學，2018，51（18）：3542—3550.]

［8］ Wang T F，Tan C Y，Cao X Y，et al. Effects of long-term fertilization on the accumulation and availability of heavy metals in soil[J]. Journal of Agro-Environment Science，2017，36（2）：257—263. [王騰飛，譚長銀，曹雪瑩，等. 長期施肥對土壤重金屬積累和有效性的影響[J]. 農業環境科學學報，2017，36（2）：257—263.]

［9］ Yan L，Lin Z J，Wang X，et al. Effects of organic manure fertilizers and its amendment of sulfates on availability of arsenic and cadmium in soil-rice system[J]. Acta Pedologica Sinica，2020，57（3）：667—679. [嚴露，林朝君，王欣，等. 有機肥及復配硫酸鹽對土壤-水稻系統砷鎘有效性的調控[J]. 土壤學報，2020，57（3）：667—679.]

［10］ Xie Y H，Ji X H，Wu J M，et al. Effect of different organic fertilizers on bioavailability of soil Cd and Zn[J]. Chinese Journal of Applied Ecology，2015，26（3）：826—832. [謝運河，紀雄輝，吳家梅，等. 不同有機肥對土壤鎘鋅生物有效性的影響[J]. 應用生態學報，2015，26（3）：826—832.]

［11］ Li S J，Li P，Li X R，et al. The influence of concentration of chromium，cadmium in soil-crop system under different fertilizers and fertilization amount[J]. Journal of Agricultural Resources and Environment，2015，32（3）：235—241. [李順江，李鵬，李新榮，等. 不同肥源、施氮量對土壤-作物系統中鉻、鎘含量的影響[J]. 農業資源與環境學報，2015，32（3）：235—241.]

［12］ Tan C Y，Wu L H，Luo Y M，et al. Cadmium accumulation and its development tendency in black soil under long-term fertilization[J]. Chinese Journal of Applied Ecology，2008，19（12）：2738—2744. [譚長銀，吳龍華，駱永明，等. 長期施肥條件下黑土鎘的積累及其趨勢分析[J]. 應用生態學報，2008，19（12）：2738—2744.]

［13］ Cui X，Wu L H，Wang W Y. Effects of soil properties on cadmium immobilization of contaminated soils in Guangdong and Hunan provinces using sepiolite and lime[J]. Soils，2019，51（3）：530—535. [崔旭，吳龍華，王文艷. 土壤主要理化性質對湘粵污染農田鎘穩定效果的影響[J]. 土壤，2019，51（3）：530—535.]

［14］ Li L F，Zhu C X，Zeng X B，et al. Accumulation characteristics of heavy metals in greenhouse soil and vegetables in Siping City，Jilin Province[J]. Environmental Science，2018，39（6）：2936—2943. [李蓮芳，朱昌雄，曾希柏，等. 吉林四平設施土壤和蔬菜中重金屬的累積特征[J]. 環境科學，2018，39（6）：2936—2943.]

［15］ Yu H，Wang J L，Fang W，et al. Cadmium accumulation in different rice cultivars and screening for pollution-safe cultivars of rice[J]. Science of the Total Environment，2006，370（2/3）：302—309.

［16］ Li S H，Zeng X B，Li L F，et al. Distribution characteristics of heavy metals in soil profile of facility vegetable fields[J]. Chinese Journal of Applied Ecology，2010，21（9）：2397—2402. [李樹輝，曾希柏，李蓮芳，等. 設施菜地重金屬的剖面分布特征[J]. 應用生態學報，2010，21（9）：2397—2402.]

［17］ Hou P C. Heavy metal accumulation and its risk assessment in greenhouse soils in Punan，Shanghai[J]. Acta Agriculturae Zhejiangensis，2014，26（6）：1609—1614. [侯鵬程. 上海松江“浦南”地區設施菜地土壤重金屬含量及其風險評價[J]. 浙江農業學報，2014，26（6）：1609—1614.]

［18］ Lu R K. Analytical methods for soil and agricultural chemistry [M]. Beijing：China Agricultural Science and Technology Press，2000. [魯如坤. 土壤農業化學分析方法[M]. 北京：中國農業科學技術出版社，2000.]

［19］ Bao S D. Soil and agricultural chemistry analysis[M]. Beijing：China Agriculture Press，2000：268—270. [鮑士旦. 土壤農化分析[M]. 北京：中國農業出版社，2000：268—270.]

［20］ Wu J，Li J Y，Liu N. Effect of vermicompost on production，quality of tomato and soil chemical property[J]. Acta Agriculturae Shanghai，2018，34（4）：16—19. [吳玨，李建勇，劉娜. 蚯蚓糞有機肥對番茄產量、品質和土壤化學性質的影響[J]. 上海農業學報，2018，34（4）：16—19.]

［21］ Xu B Z，Yu W X，Gao H F，et al. Soil pH and phosphor changing characteristics of protected vegetable plot[J]. Hunan Agricultural Sciences，2013（7）：57—60. [徐步洲，余婉霞，高和鳳，等. 設施菜地土壤pH值與磷素變化特征研究[J]. 湖南農業科學，2013（7）：57—60.]

［22］ Yang Y C，Yuan C F，Zhang J F，et al. Speciation of heavy metals in vegetable soil with different years of organic matter application[J]. Journal of Zhejiang Agricultural Sciences，2017，58（1）：78—79，89. [楊葉晨，袁承鳳，張家富，等. 施用不同年限有機物設施菜地的土壤重金屬形態[J]. 浙江農業科學，2017，58（1）：78—79，89.]

［23］ Wang K F，Peng N. Effects of long-term integrated fertilization with organic manure and chemical fertilizers on heavy metal in paddy soil[J]. Jiangsu Agricultural Sciences，2009，37（2）：258—261. [王開峰，彭娜. 長期有機無機肥配施對紅壤稻田土壤重金屬的影響[J]. 江蘇農業科學，2009，37（2）：258—261.]

［24］ Wang Y，Xu C L，An Z，et al. Effect of dietary bovine lactoferrin on performance and antioxidant status of piglets[J]. Animal Feed Science and Technology，2008，140（3）：326—336.

［25］ Han X K，Gao Y，Lou Y L，et al. Effects of long-term fertilization on the contents of Cu，Cd and its vertical distribution in the black soil[J]. Journal of Safety and Environment，2008，8（3）：10—13. [韓曉凱，高月，婁翼來，等. 長期施肥對黑土中Cu、Cd含量及其剖面分布的影響[J]. 安全與環境學報，2008，8（3）：10—13.]

［26］ Loganathan P，Hedley M J. Downward movement of cadmium and phosphorus from phosphatic fertilisers in a pasture soil in New Zealand[J]. Environmental Pollution，1997，95（3）：319—324.

［27］ Zhao X L，Qing C L，Wei S Q. Heavy metal runoff in relation to soil characteristics[J]. Pedosphere，2001，11（2）：137—142.

［28］ Kirkham M B. Cadmium in plants on polluted soils：Effects of soil factors，hyperaccumulation，and amendments[J]. Geoderma，2006，137（1/2）：19—32.

［29］ Wang K F，Peng N，Wang K R，et al. Effects of long-term manure fertilization on heavy metal content and its availability in paddy soils[J]. Journal of Soil and Water Conservation，2008，22（1）：105—108. [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]. 水土保持學報，2008，22（1）：105—108.]

［30］ Hua L，Bai L Y，Wei D P，et al. Effects of interaction by organic manure-Cd-Zn on Cd，Zn formation in soil and wheat growth[J]. China Environmental Science，2002，22（4）：346—350. [華珞，白鈴玉，韋東普，等. 有機肥-鎘-鋅交互作用對土壤鎘鋅形態和小麥生長的影響[J]. 中國環境科學，2002，22（4）：346—350.]

［31］ Chang C，Entz T. Nitrate leaching losses under repeated cattle feedlot manure applications in Southern Alberta[J]. Journal of Environmental Quality，1996，25（1）：145—153.

［32］ Zhang Y Q，Zhang T，Li Y，et al. Bioavailability dynamics of heavy metals in livestock and poultry manure added to different farmland soils[J]. Journal of Agro-Environment Science，2015，34（1）：87—96. [張云青，張濤，李洋，等. 畜禽糞便有機肥中重金屬在不同農田土壤中生物有效性動態變化[J]. 農業環境科學學報，2015，34（1）：87—96.]

［33］ Wu Q Q，Ma J W，Jiang L N，et al. Effect of poultry and household garbage manure on the growth ofL. and heavy metal accumulation in soils[J]. Journal of Agro-Environment Science，2010，29（7）：1302—1309. [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]. 農業環境科學學報，2010，29（7）：1302—1309.]

［34］ Zhao J，Feng W Q，Qin Y S，et al. Effects of application of nitrogen，phosphorus and potassium fertilizers on soil pH and cadmium availability[J]. Acta Pedologica Sinica，2010，47（5）：953—961. [趙晶，馮文強，秦魚生，等. 不同氮磷鉀肥對土壤pH和鎘有效性的影響[J]. 土壤學報，2010，47（5）：953—961.]

［35］ Wang J，Zhu P，Zhang N，et al. Effect of fertilization on soil active C and C pool management index of black soil[J]. Chinese Journal of Soil Science，2003，34（5）：394—397. [王晶，朱平，張男，等. 施肥對黑土活性有機碳和碳庫管理指數的影響[J]. 土壤通報，2003，34（5）：394—397.]

Effects of Long-term Application of Organic Manure on Contents of Total and Available Cadmium in Greenhouse Soil

DUAN Haiqin1, 2, QIN Qin2, 3, Lü Weiguang2, XUE Yong2?, SUN Lijuan2, SONG Ke2

(1. College of Marine Ecology and Environment, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China; 2. Eco-environmental Protection Research Institute, Shanghai Academy of Agricultural Sciences, Shanghai Scientific Observation and Experimental Station for Agricultural Environment and Land Conservation, Ministry of Agriculture, Shanghai Agricultural Environmental Protection Monitoring Station, Shanghai Engineering Research Center of Low-carbon Agriculture, Shanghai Key Laboratory of Protected Horticultural Technology, Shanghai 201403, China; 3. SEEK Bio-Technology (Shanghai) Co., Ltd, Shanghai 201108, China)

【Objective】Greenhouse soil is a typical commercial upland soil in suburban areas of China. With heavy metals, especially cadmium, accumulating year by year the greenhouse soil gradually loses its productivity, while degrading in ecological environment and agricultural product quality. Application of organic manure is one of the main measures to improve soil fertility and soil microbial activity in greenhouse agriculture, however, the manure often carries a certain amount of heavy metals. Consequently, long-term application of organic manure will increase the input of heavy metals in soil. In order to rationalize application organic manure for better soil properties and less heavy metal pollution in greenhouse soil, it is essential to study effects of long-term application of organic manure on the contents of total and available cadmium (Cd) and physicochemical properties of the greenhouse soil, as well as their correlations. 【Method】 Soil samples were collected from 0–10 cm, 10–20 cm and 20–40 cm soil layers of greenhouses different in fertilization, that is, application organic manure at a conventional rate (M1), application of organic manure at less than the conventional rate (M2), application of organic manure at less than the conventional rate plus chemical fertilizer at a certain rate (M3) and no fertilizer or manure (the control, CK), at the Zhuanghang Experimental Station of the Shanghai Academy of Agricultural Science, China for analysis of soil physicochemical properties, total Cd and available Cd, and further relationships between soil (total and available) Cd contents and physicochemical properties. 【Result】As compared to the control, the greenhouse applied with organic manure significantly decreased the content of total Cd in the surface (0–20 cm) soil layer, and the reduction was more significant with less manure application. However, the effect was not observed in the subsurface (20–40 cm) soil layer, and how to apply organic manure did not have any effect either. The content of available Cd in the surface soil layer was higher than that in the subsurface soil layer. Long-term application of organic manure did increase the content of available Cd content in the surface soil layer, especially the 0–10 cm soil layer, where the content of available Cd was significantly higher than that in the control. Compared with Treatment M1, Treatment M2 and Treatment M3 was significantly or 17.56% and 14.04% lower than Treatment M1, respectively, in available Cd content in the 0–10 cm soil layer. Treatment M3 was significantly higher than CK in contents of soil organic matter, soil total nitrogen, and surface soil available phosphorous, and than Treatment M1 in pH. Correlation analysis shows that the contents of organic matter and available phosphorus were significantly and positively related to the contents of total and available Cd, and so was the content of total nitrogen to the content of available Cd, however pH ultra-significantly and negatively related to the content of available Cd. 【Conclusion】All the above findings show that application of organic manure at a properly reduced rate, while applying appropriate amount of chemical fertilizer, can further improve greenhouse soil properties, and reduce accumulation and availability of Cd in the surface soil of the greenhouses.

Greenhouse soil; Long-term application of organic manure; Cadmium; Soil properties; Accumulation

X53

A

10.11766/trxb202003030088

段海芹，秦秦，呂衛光，薛永，孫麗娟，宋科. 有機肥長期施用對設施土壤全鎘和有效態鎘含量的影響[J]. 土壤學報，2021，58（6）：1486–1495.

DUAN Haiqin，QIN Qin，Lü Weiguang，XUE Yong，SUN Lijuan，SONG Ke. Effects of Long-term Application of Organic Manure on Contents of Total and Available Cadmium in Greenhouse Soil[J]. Acta Pedologica Sinica，2021，58（6）：1486–1495.

*上海市農委科技興農重點攻關項目（202002080012F01457）、上海市自然科學基金項目（17ZR1431200）和上海市農業科學院卓越團隊計劃項目（2017（A-03））資助Supported by the Agricultural Applied Technology Development Program of Shanghai Agricultural Committee of China（No. 202002080012F01457），the Natural Science Foundation of Shanghai of China（No. 17ZR1431200）and the Excellent Team Program of Shanghai Academy of Agricultural Sciences（No. 2017（A-03））

Corresponding author，E-mail：exueyong@163.com

段海芹（1994—），女，山西省長治市人，碩士研究生，主要研究方向為土壤重金屬污染與修復。E-mail：1965104241@qq.com

2020–03–03；

2020–07–07；

2020–10–20

（責任編輯：陳榮府）