深耕技術(shù)對(duì)土壤-莧菜系統(tǒng)中遷移與再分配的影響

諸彩霞，錢(qián)煒櫻，孫葉芳，聞秀娟

(1.紹興市越城區(qū)皋埠街道事業(yè)綜合服務(wù)中心，浙江 紹興 312000； 2.紹興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 紹興 312000)

1 引言

2014年環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》指出，全國(guó)土壤環(huán)境狀況總體不容樂(lè)觀，部分地區(qū)土壤污染嚴(yán)重，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂。耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率為19.4%，主要污染物為鎘、鎳、銅、砷、汞、鉛、滴滴涕和多環(huán)芳烴[1]。土壤重金屬污染問(wèn)題亟待多措并舉，進(jìn)行有效緩解。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)許多學(xué)者認(rèn)為污染農(nóng)田治理可采用安全利用的措施，且可通過(guò)農(nóng)藝措施在一定程度上控制農(nóng)產(chǎn)品中重金屬的積累[2，3]，如低重金屬吸收品種的種植、灌溉管理、科學(xué)施肥、調(diào)節(jié)土壤酸堿度和深耕等農(nóng)藝措施[4～9]。有研究報(bào)道，采用翻耕稀釋方法治理污染土壤，并獲得了一定的效果[10],但深耕之后重金屬在植株中的遷移與分配的研究仍較少報(bào)道。鑒于此，本試驗(yàn)通過(guò)不同翻耕深度處理，在浙江一鉛、砷污染地進(jìn)行了耕作深度對(duì)莧菜-土壤系統(tǒng)中遷移與再分配的影響，探究了深耕對(duì)于修復(fù)重金屬污染土壤的作用。

2 材料與方法

2.1 供試材料

供試土壤：試驗(yàn)在浙江某地污染農(nóng)田上進(jìn)行，試驗(yàn)地基本土壤理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)地土壤基本理化性質(zhì)

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理，分別為CK(即常規(guī)處理，翻耕深度20 cm)、翻耕深度30 cm和翻耕深度40 cm。小區(qū)面積長(zhǎng)為2 m，寬為1.5 m，每個(gè)小區(qū)之間用30 cm寬，40 cm深的溝作分隔，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，按隨機(jī)區(qū)組排列。莧菜按常規(guī)密度播種，并按常規(guī)管理進(jìn)行管理。以發(fā)酵后的羊糞作為有機(jī)肥在耕作前作基肥施用。為達(dá)到較為全面混勻的目的，每一小區(qū)按照試驗(yàn)設(shè)置的耕作深度連續(xù)耕翻 2 遍。莧菜播種 20 d 后，追肥化肥，N、P 施用量分別為 250、30 kg/hm2，施用的化肥氮為尿素，化肥磷為鈣鎂磷肥。

2.3 樣品采集與測(cè)定

2.3.1 樣品采集

莧菜生長(zhǎng)75 d后，分別采集表層土樣和莧菜樣品用于分析。每一混合土樣由各小區(qū)內(nèi) 5 個(gè)分樣混合而成。采集的土壤樣品經(jīng)風(fēng)干后分別過(guò)2 mm 和 0．15 mm 塑料土篩，用于土壤養(yǎng)分和重金屬測(cè)定。莧菜樣依次用含少量洗潔精、自來(lái)水沖洗 2 ～ 3 次，去除附著的灰塵及其污染物質(zhì)，之后繼續(xù)用去離子水沖洗 2 ～ 3 次。將清洗后的莧菜樣切碎、混勻，用于重金屬分析。

2.3.2 樣品測(cè)定

莧菜樣品用高氯酸消化，用石墨爐-原子吸收光譜法測(cè)定 Pb，用熒光原子吸收法測(cè)定As。土壤重金屬采用標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定，其中As采用鹽酸-硝酸-高氯酸消解，熒光原子吸收法測(cè)定；Pb 用鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸消解，用石墨爐原子吸收分光光度法測(cè)定。分析過(guò)程中采用質(zhì)量控制，各重金屬測(cè)試誤差控制在 5% 以內(nèi)，重復(fù)樣間相對(duì)誤差控制在10%以下。土壤中有機(jī)質(zhì)、全 N、全 P 等養(yǎng)分和 pH值采用常規(guī)方法測(cè)定。

3 結(jié)果與分析

3.1 耕作深度對(duì)土壤中重金屬的影響

表2是耕作深度對(duì)供試土壤中Pb、As的影響。由表2中測(cè)得數(shù)據(jù)可知，隨著耕作深度的增加，土壤中全鉛、有效態(tài)鉛、全砷、有效態(tài)砷的含量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。當(dāng)耕作深度為40 cm時(shí)，與常規(guī)處理耕作深度20 cm時(shí)相比，耕作層有效態(tài)Pb含量下降16.84%，有效態(tài)As含量下降22.86%。由此得出，深耕可以減少耕作層土壤有效態(tài)Pb、As的含量，從而減少重金屬Pb、As向莧菜植株中遷移。

3.2 耕作深度對(duì)莧菜中重金屬的影響

3.2.1 耕作深度對(duì)莧菜中各器官中Pb的影響

表3是耕作深度對(duì)莧菜植株各部位鉛含量的影響。由表3中測(cè)得數(shù)據(jù)可知，在不同耕作深度時(shí)，根中的Pb含量均明顯高于莖、葉中的Pb含量，這說(shuō)明莧菜對(duì)Pb的吸收積累主要集中在根部，且莧菜各部位中重金屬Pb的積累量排序?yàn)楦?莖>葉。另外，隨著耕作深度的增加，莧菜中各器官中Pb含量隨之下降。當(dāng)耕作深度為40 cm時(shí)，與常規(guī)處理耕作深度20 cm時(shí)相比，莧菜根、莖、葉中Pb的含量分別下降了19.28%、42.30%、2.16%。由此可知，深耕可以有效減少重金屬Pb在莧菜各器官中的積累。

表2 耕作深度對(duì)土壤中重金屬Pb、As的影響

表3 耕作深度對(duì)莧菜中各器官Pb的影響

3.2.2 耕作深度對(duì)莧菜中各器官中As的影響

表4是耕作深度對(duì)莧菜植株各部位砷含量的影響。由表4可知，在不同耕作深度時(shí)，根中重金屬As的含量大于莖、葉中重金屬As的含量，這說(shuō)明莧菜對(duì)重金屬As的積累主要集中在根部，且莧菜各部位中重金屬As的積累量排序均為根>葉>莖。同時(shí)，由表3可知，莧菜各器官中As含量均隨著耕作深度的增加而下降。當(dāng)耕作深度為40 cm時(shí)，與常規(guī)處理耕作深度20 cm相比，莧菜根、莖、葉中As的含量下降了3.28%、3.70%、25.7%。由此可知，深耕可以有效減少重金屬As在莧菜各器官中的積累。

表4 耕作深度對(duì)莧菜中各器官As的影響

3.3 深耕對(duì)重金屬Pb、As在莧菜各器官中富集的影響

吸收富集系數(shù)不僅可以用來(lái)表征土壤-莧菜體系中重金屬元素遷移的難易程度，而且也能較清楚地比較莧菜不同器官對(duì)重金屬元素的吸收積累能力[11]。通過(guò)計(jì)算莧菜根、莖、葉中Pb、As含量與土壤有效態(tài)Pb、As含量比值，得出莧菜各器官對(duì)土壤重金屬Pb、As的富集系數(shù)，結(jié)果如表5所示。在不同耕作深度時(shí)，根對(duì)Pb、As的富集系數(shù)均明顯大于莖、葉的富集系數(shù)，這說(shuō)明莧菜根對(duì)Pb、As的富集起了最明顯的作用。另外，莧菜根、葉對(duì)As的吸收富集能力明顯大于對(duì)Pb的富集能力，莧菜莖對(duì)Pb的吸收富集能力稍大于對(duì)As的吸收富集能力。

3.4 深耕對(duì)莧菜植株體內(nèi)重金屬Pb、As轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

重金屬在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)是用來(lái)表征植物由某種器官或組織向另一種器官或組織運(yùn)輸重金屬的能力。分別計(jì)算成熟期莖與根、葉與莖中的重金屬Pb、As含量比值得出莧菜的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表6。隨著耕作深度的增加，莧菜莖對(duì)根中重金屬Pb的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)下降，葉對(duì)莖中重金屬As的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)下降，而葉對(duì)莖中Pb的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)有所上升，莖對(duì)根中As的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)基本保持。由此可知，耕作深度的增加，可以有效降低重金屬Pb由根向莖中轉(zhuǎn)移，As由莖向葉轉(zhuǎn)移，降低重金屬Pb、As在食用部分莖、葉中的積累。

表5 耕作深度對(duì)莧菜富集系數(shù)的影響

表6 耕作深度對(duì)莧菜轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的影響

4 結(jié)論

(1)隨著耕作深度的增加，耕作層土壤中全鉛、有效態(tài)鉛、全砷、有效態(tài)砷的含量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

(2)莧菜中重金屬Pb、As主要積累在根部。各部位中Pb積累量順序?yàn)楦?莖>葉，As積累量順序?yàn)楦?葉>莖。

(2)隨著耕作深度的增加，莧菜根、莖、葉中的重金屬Pb、As含量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

(3)莧菜根、葉對(duì)As的吸收富集能力明顯大于對(duì)Pb的富集能力，莧菜莖對(duì)Pb的吸收富集能力稍大于對(duì)As的吸收富集能力。

(4)隨著耕作深度的增加，莧菜莖對(duì)根中重金屬Pb的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)下降，葉對(duì)莖中重金屬As的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)下降，而葉對(duì)莖中Pb的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)有所上升，莖對(duì)根中As的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)基本保持。由此可知，耕作深度的增加，可以有效降低重金屬Pb由根向莖中轉(zhuǎn)移，As由莖向葉轉(zhuǎn)移，降低重金屬Pb、As在食用部分莖、葉中的積累。

因此，在中輕度污染地區(qū)深耕能有效降低土壤耕作層重金屬含量，從而降低植株中重金屬含量，因此可考慮采用深耕進(jìn)行污染治理。