牛糞與秸稈配施對(duì)土壤中鉛形態(tài)的影響

文│王振（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)分院）

重金屬鉛（P b）的不科學(xué)飼喂方式會(huì)導(dǎo)致飼料中未利用的Pb隨畜禽糞便進(jìn)入土壤，Pb一旦進(jìn)入土壤中會(huì)通過(guò)食物鏈富集，影響作物體內(nèi)氧化代謝平衡，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，抑制根系生長(zhǎng)，作物若被人類(lèi)食用，Pb不易被人體降解和代謝，會(huì)積累在骨骼、肝、腎等器官，嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等造成嚴(yán)重危害。

筆者以肉牛糞便為試驗(yàn)材料，設(shè)置多組配施處理?xiàng)l件，與秸稈、化肥進(jìn)行配施，采用盆栽試驗(yàn)，以玉米為供試作物，收獲后檢測(cè)盆中土壤理化性質(zhì)、Pb的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)及各形態(tài)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，探究土壤有機(jī)碳（OC）、土壤pH、總質(zhì)量分?jǐn)?shù)和不同形態(tài)Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相關(guān)性，為降低土壤中Pb的潛在危害提供理論依據(jù)。

一、材料與方法

1.試驗(yàn)材料。試驗(yàn)于黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)分院富拉爾基科研基地進(jìn)行，供試牛糞有機(jī)肥為課題組前期好氧堆肥處理制成，腐熟充分；供試土壤為東北黑土，采自基地試驗(yàn)田表層（0～20厘米），肥力中等，土壤試驗(yàn)前經(jīng)人工剔除磚塊、雜草、樹(shù)枝等雜質(zhì)，充分混勻風(fēng)干；供試化肥均為分析純的尿素、磷酸二銨及氯化鉀按比例（N∶P2O5∶K2O＝4.6∶2.3∶8.4）配成的營(yíng)養(yǎng)液。

2.試驗(yàn)設(shè)計(jì)及分析測(cè)試方法。試驗(yàn)共分為5組，每組3個(gè)重復(fù)，處理1為不施肥的空白對(duì)照（CK）；處理2為化肥處理（F），化肥中尿素施入量折合氮后為4.6克；處理3為牛糞處理，施入牛糞量為0.2千克，施入化肥量與處理2一致（MF）；處理4為秸稈處理，施入秸稈為0.2千克，化肥添加量與處理2一致（SF）；處理5為牛糞與秸稈配施，施入牛糞、秸稈均為0.1千克，化肥量與處理2一致（MSF）。各處理將15千克風(fēng)干土與添加物質(zhì)混合均勻后，放入規(guī)格為33厘米×27厘米×25厘米的塑料桶中，充分澆水穩(wěn)定后種植玉米，管理方式同大田玉米，收獲后采集土壤樣品。

土壤樣品使用pH計(jì)（PHS-3C）測(cè)定pH，浸提水土比例為10∶1，土壤樣品經(jīng)篩分風(fēng)干后，參考改進(jìn)BCR提取法對(duì)樣品進(jìn)行提取，提取后測(cè)定不同形態(tài)重金屬Pb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，包括可交換態(tài)、還原態(tài)、氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)，化驗(yàn)所得數(shù)據(jù)通過(guò)WPS進(jìn)行錄入整理，試驗(yàn)結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，通過(guò)SPSS 22.0和OriginPro 2021等軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和圖表繪制。

◎圖1 不同處理土壤中Pb各形態(tài)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

二、結(jié)果與討論

1.不同處理對(duì)土壤中重金屬Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)和pH的影響。由表1可知，不同處理之間Pb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異較大，除MF和SF處理差異不顯著（P＞0.05）之外，其他各處理間差異顯著（P＜0.05），其中F處理Pb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為16.86毫克/千克，牛糞和秸稈的配施使得Pb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降，且低于CK處理，MSF處理Pb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，為14.95毫克/千克；不同處理之間土壤pH受牛糞和秸稈的施入呈上升趨勢(shì)，MSF處理土壤pH最高，但CK、MF和SF處理之間差異不顯著（P ＞0.05），施用化肥會(huì)導(dǎo)致土壤pH下降，F(xiàn)處理的土壤pH顯著低于其他處理（P＜0.05）。

表1 不同處理下重金屬Pb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和pH

2.不同處理對(duì)土壤重金屬Pb不同形態(tài)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響。由圖1可知，配施對(duì)Pb形態(tài)的影響主要體現(xiàn)在可交換態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)，CK處理土壤中可交換態(tài)Pb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，配施處理使可交換態(tài)Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯下降，SF處理土壤中可交換態(tài)Pb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，與之相對(duì)應(yīng)的是配施處理顯著提高了土壤中殘?jiān)鼞B(tài)Pb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，CK處理質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，MSF處理質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高；配施處理使土壤中還原態(tài)和氧化態(tài)Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降，變化趨勢(shì)與可交換態(tài)類(lèi)似，F(xiàn)處理還原態(tài)略有上升；3個(gè)配施處理中SF處理對(duì)Pb形態(tài)影響最大，可交換態(tài)和還原態(tài)Pb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大小均為MF＞MSF＞SF，氧化態(tài)也是SF處理質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，殘?jiān)鼞B(tài)Pb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大小為SF＞MSF＞MF。

3.討論。牛糞、秸稈與化肥的配施可以影響土壤的理化性質(zhì)，其中土壤pH的大小顯著影響土壤中重金屬的存在形態(tài)和土壤對(duì)重金屬的吸附量，由于土壤膠體一般帶負(fù)電荷，而重金屬在土壤-植物體系中大多以陽(yáng)離子的形式存在，因此，一般來(lái)說(shuō)，土壤pH越低，氫離子越多，重金屬被解吸的越多，其活動(dòng)性就越強(qiáng)，從而加大了土壤中重金屬向生物體內(nèi)遷移的數(shù)量，表2為土壤理化性質(zhì)、Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)和不同形態(tài)Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相關(guān)性分析表，從表中pH可以看出，土壤中還原態(tài)Pb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與pH呈正相關(guān)，其他形態(tài)與pH呈負(fù)相關(guān)，但相關(guān)性都較差，結(jié)合表1中pH的變化可知，雖然牛糞、秸稈和化肥的配施使得土壤pH上升，土壤膠體可提供更多的氫氧根點(diǎn)位，但土壤中Pb的形態(tài)與pH的相關(guān)性不明顯，pH不是影響土壤中Pb形態(tài)的主要因素，結(jié)合各處理的具體情況分析，造成這種現(xiàn)象的原因可能是配施處理改善了土壤理化性質(zhì)，并優(yōu)化了土壤結(jié)構(gòu)，提高了土壤中有機(jī)質(zhì)的含量。

表2 土壤中不同形態(tài)Pb與pH值、OC的相關(guān)性

由表2中OC部分可知，有機(jī)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與不同形態(tài)Pb的相關(guān)性較好，還原態(tài)相關(guān)性極顯著（P＜0.01），氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)相關(guān)性顯著（P ＜0.05），牛糞和秸稈中含有大量不易分解的有機(jī)碳，施入土壤后提供了大量的重金屬吸附點(diǎn)位，降低土壤中重金屬的活性，結(jié)合圖1可知，秸稈的施入對(duì)Pb的鈍化消化更明顯，這可能是秸稈中的有機(jī)碳分子量較小，在土壤中不易分解，與此同時(shí)，韓春梅等研究表明，在土壤類(lèi)型相同的前提下，土壤重金屬的形態(tài)分布不僅與土壤理化性質(zhì)相關(guān)，還應(yīng)受重金屬總量的影響，表2展示了土壤中Pb總質(zhì)量分?jǐn)?shù)和不同形態(tài)Pb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的相關(guān)性，由表2可知，還原態(tài)Pb與總質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)（P ＜0.05），與其他形態(tài)相關(guān)性較差，還原態(tài)是植物較易吸收的形態(tài)，結(jié)合上文分析，雖然牛糞、秸稈與化肥配施使得土壤理化性質(zhì)得到優(yōu)化，提高了土壤的潛在生產(chǎn)力，但還原態(tài)Pb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升意味著配施有增加重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)，可見(jiàn)牛糞、秸稈與化肥配施要嚴(yán)格按土壤及作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需求進(jìn)行施肥，不可一味地追求高產(chǎn)。

三、結(jié)語(yǔ)