不同土壤調(diào)理劑對(duì)生菜產(chǎn)量及重金屬累積的影響

劉海萍, 楊 陽, 賈 聰, 尹 嬌, 劉鑫祖, 胡浪浪, 肖植特, 王勁松

(1.云南省土壤肥料工作站 云南昆明 650034; 2.宜良縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局 云南昆明 652100;3.云南云測(cè)農(nóng)化科技發(fā)展有限公司 云南昆明 650000;4.曲靖市土壤肥料工作站 云南曲靖 655000)

近年來,由于工業(yè)的快速發(fā)展、農(nóng)業(yè)污水灌溉和化肥的過量施用[1],農(nóng)田土壤的重金屬污染已經(jīng)成為威脅土壤環(huán)境質(zhì)量的主要問題之一[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國約有19.4%的農(nóng)田土壤重金屬含量超標(biāo),主要污染元素為鎘(Cd)、汞(Hg)、砷(As)、銅(Cu)和鉛(Pb)[3]。土壤重金屬污染不僅會(huì)影響土壤質(zhì)量與作物產(chǎn)量,還能通過食物鏈危害人體健康。隨著物質(zhì)生活水平的提高,人們對(duì)健康問題越來越關(guān)注,土壤質(zhì)量和蔬菜品質(zhì)的提升已成為重要的研究方向。

設(shè)施土壤是我國城郊典型的商業(yè)化旱耕土,由于重金屬累積程度逐年加深,引起設(shè)施土壤生產(chǎn)力逐年下降和生態(tài)環(huán)境破壞,導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效益也逐漸降低。因此,改善設(shè)施土壤重金屬污染和環(huán)境健康狀況,對(duì)提高城郊區(qū)生態(tài)環(huán)境功能和設(shè)施農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[4]。

農(nóng)田土壤重金屬污染的治理措施主要包括工程修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生態(tài)修復(fù)和生物修復(fù)等[5]。多數(shù)土壤調(diào)理劑是由化學(xué)和生物修復(fù)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)品,具有成本低廉、效果顯著和見效快等優(yōu)點(diǎn),目前已成為市場(chǎng)上土壤調(diào)理與修復(fù)的熱門產(chǎn)品。將土壤調(diào)理劑運(yùn)用于設(shè)施土壤中重金屬累積較多的區(qū)域,對(duì)蔬菜產(chǎn)量提升和品質(zhì)改善有較好的作用[6]。運(yùn)用生物技術(shù)和化學(xué)方法將土壤微生物技術(shù)與肥料施用有效結(jié)合,再通過鈍化修復(fù)和農(nóng)藝調(diào)控等措施[7-8],可達(dá)到降低土壤重金屬有效性、抑制作物對(duì)重金屬吸收的目的。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中將含硅、鈣和鎂等物質(zhì)添加到土壤調(diào)理劑產(chǎn)品中,能有效起到鈍化作用,減少土壤重金屬向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)量,起到區(qū)室化阻隔的作用[9-10]。將含磷肥料運(yùn)用到農(nóng)田土壤的重金屬污染修復(fù)中已經(jīng)取得很好的成效[11],有研究表明施用磷肥后,可以減少Cd在植物木質(zhì)部的長(zhǎng)距離輸送,植物地上部分Cd含量降低[12]。土壤中的磷可以與有效態(tài)Pb生成沉淀,運(yùn)用磷酸鹽材料修復(fù)土壤中有效態(tài)Pb,也是導(dǎo)致作物Pb含量減少的重要原因[13]。鑒于此,云南優(yōu)土農(nóng)化科技有限公司通過添加改良土壤的功能微生物菌劑和硅、鈣、鎂等化學(xué)元素,研制了一批土壤調(diào)理劑。本文擬探討在城郊蔬菜連續(xù)種植區(qū)域且重金屬含量高的土壤中,施用不同土壤調(diào)理劑后種植的生菜對(duì)土壤重金屬吸收累積的情況,篩選能有效抑制生菜吸收重金屬的土壤調(diào)理劑,以期為大面積推廣該土壤調(diào)理劑提供理論指導(dǎo)與技術(shù)支撐,同時(shí)為類似區(qū)域控制土壤重金屬污染、提高蔬菜品質(zhì)及經(jīng)濟(jì)效益提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2021年在云南省昆明市某蔬菜種植基地進(jìn)行,試驗(yàn)點(diǎn)海拔1 512 m,年平均降雨量1 175 mm,年平均積溫22 ℃,試驗(yàn)區(qū)地勢(shì)平坦。供試土壤為水稻土,質(zhì)地為壤土,土壤肥力中上等。供試土壤基本理化性狀:pH為6.04,w(有機(jī)質(zhì))為20.20 g/kg,w(全氮)為1.22 g/kg,w(全磷)為1.11 g/kg,w(全鉀)為13.80 g/kg。

供試肥料:有機(jī)肥料,云南保山山田生物有機(jī)肥有限公司;尿素,云南云天化股份有限公司;鈣鎂磷肥,云南福貴磷化工有限公司;硫酸鉀,云南綠之源肥業(yè)有限公司。供試肥料的基本理化性狀見表1。

表1 供試肥料的基本理化性狀

供試作物:生菜,品種為當(dāng)?shù)刂髟缘囊獯罄恕?/p>

供試土壤調(diào)理劑:云南優(yōu)土農(nóng)化科技有限公司生產(chǎn)的土壤調(diào)理劑1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)和5號(hào)產(chǎn)品,5個(gè)產(chǎn)品中硅、鈣、鉀、鎂、磷和枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌等微生物菌的配比不同,其養(yǎng)分含量見表2。

表2 供試土壤調(diào)理劑養(yǎng)分含量

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為研究不同土壤調(diào)理劑施用后生菜產(chǎn)量及對(duì)土壤重金屬吸收累積的情況,試驗(yàn)設(shè)6個(gè)處理:對(duì)照(CK),常規(guī)施肥;C1,常規(guī)施肥+1號(hào)土壤調(diào)理劑;C2,常規(guī)施肥+2號(hào)土壤調(diào)理劑;C3,常規(guī)施肥+3號(hào)土壤調(diào)理劑;C4,常規(guī)施肥+4號(hào)土壤調(diào)理劑;C5,常規(guī)施肥+5號(hào)土壤調(diào)理劑。每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù),小區(qū)面積20 m2,各小區(qū)隨機(jī)排列。

常規(guī)施肥的化肥施用量按照N∶P2O5∶K2O為12∶8∶10的配比進(jìn)行,分基肥和追肥施用。基肥施用量為有機(jī)肥800 kg/畝(1畝=667 m2)、尿素13.11 kg/畝、鈣鎂磷肥44.44 kg/畝和硫酸鉀13.24 kg/畝。追肥分兩次進(jìn)行,第1次于生菜移栽成活一周后追施尿素和硫酸鉀,施用量為尿素15.00 kg/畝和硫酸鉀2.00 kg/畝;第2次于生菜蓮座期追施尿素和硫酸鉀,施用量為尿素15.00 kg/畝和硫酸鉀4.00 kg/畝。土壤調(diào)理劑產(chǎn)品全部按照試驗(yàn)方案作基肥一次性施入,施用量均為150 kg/畝。

1.3 樣品采集與分析

在試驗(yàn)收獲前,各小區(qū)取生菜地上部分植株樣進(jìn)行測(cè)試。生菜中Cd、Cr、Pb、As的含量按照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》(GB 2762—2017)中的方法進(jìn)行測(cè)定,小區(qū)測(cè)產(chǎn)采用全部實(shí)收測(cè)產(chǎn)方式進(jìn)行,測(cè)產(chǎn)前記錄生菜的株高、冠徑等生物學(xué)性狀指標(biāo)數(shù)據(jù)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)結(jié)果均為3次重復(fù)的平均值。采用軟件Excel 2016和全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心3414田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,選取最小顯著差異法(LSD)進(jìn)行多重比較,差異顯著性水平設(shè)為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤調(diào)理劑處理對(duì)生菜生物學(xué)性狀和產(chǎn)量的影響

施用不同土壤調(diào)理劑后,對(duì)生菜的株高、冠徑和產(chǎn)量的影響見表3。

表3 不同土壤調(diào)理劑處理的生菜生物學(xué)性狀和產(chǎn)量

從表3中株高的數(shù)據(jù)看:不同土壤調(diào)理劑處理的生菜株高與CK處理的相比,均有不同程度的增加,具體表現(xiàn)為C5>C4>C2>C1>C3>CK,C1、C2、C3、C4和C5處理分別比CK處理增加4.60%、7.60%、2.28%、8.14%和9.70%;C3處理的株高與CK處理的相比差異不顯著,其他處理的差異均達(dá)到顯著水平。

從表3中冠徑的數(shù)據(jù)看:不同土壤調(diào)理劑處理的冠徑與CK處理的相比均有不同程度的變化,具體表現(xiàn)為C5>C2>C4>C1>CK>C3,C1、C2、C3、C4和C5處理分別比CK處理增加2.40%、6.59%、-2.43%、6.48%和9.40%;C1、C3處理的冠徑與CK處理的相比差異不顯著,其他處理的差異均達(dá)到顯著水平。

從表3中小區(qū)實(shí)收測(cè)產(chǎn)的數(shù)據(jù)看:不同土壤調(diào)理劑處理的小區(qū)產(chǎn)量與CK處理的相比均有不同程度的增加,具體表現(xiàn)為C5>C2>C4>C1>C3>CK,C1、C2、C3、C4和C5處理分別比CK處理增加2.33%、6.85%、0.48%、6.64%和9.78%;C1、C3處理的小區(qū)產(chǎn)量與CK處理的相比差異不顯著,其他處理的差異均達(dá)到顯著水平。

2.2 不同土壤調(diào)理劑處理對(duì)生菜地上部分重金屬累積的影響

2.2.1 生菜地上部分Cd含量

從圖1可以看出:施用不同土壤調(diào)理劑后,生菜地上部分Cd含量有明顯的變化,Cd含量從高到低的順序?yàn)镃3>CK>C1>C4>C2>C5,除C3處理的Cd含量比CK處理的增加2.33%外,C1、C2、C4和C5處理的Cd含量分別比CK處理的下降1.16%、19.77%、15.12%和19.77%;C1、C3處理的Cd含量與CK處理的相比差異不顯著,其他處理的差異呈顯著水平。

注:圖中不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0．05),下同

2.2.2 生菜地上部分Cr含量

從圖2可以看出:施用不同土壤調(diào)理劑后,生菜地上部分Cr含量有明顯變化,Cr含量從高到低的順序?yàn)镃K>C3>C1>C4>C2>C5,C1、C2、C3、C4和C5處理的Cr含量分別比CK處理的下降1.45%、24.55%、0.73%、24.18%和27.64%;C1、C3處理的Cr含量與CK處理的相比差異不顯著,其他處理的差異呈顯著水平。

圖2 不同土壤調(diào)理劑處理的生菜地上部分Cr含量

2.2.3 生菜地上部分Pb含量

從圖3可以看出:施用不同土壤調(diào)理劑后,生菜地上部分Pb含量有明顯變化,Pb含量從高到低的順序?yàn)镃K>C1>C3>C2>C4>C5,C1、C2、C3、C4、C5處理的Pb含量分別比CK處理的下降0.53%、6.37%、0.80%、7.16%、11.41%;C1、C3處理的Pb含量與CK處理的相比差異不顯著,其他處理的差異呈顯著水平。

圖3 不同土壤調(diào)理劑處理的生菜地上部分Pb含量

2.2.4 生菜地上部分As含量

從圖4可以看出:施用不同土壤調(diào)理劑后,生菜地上部分As含量有明顯變化,As含量從高到低的順序?yàn)镃3>CK>C1>C2>C4>C5,除C3處理的地上部分As含量比CK處理的增加1.03%外,C1、C2、C4、C5處理的地上部分As含量分別比CK處理的下降1.55%、17.53%、18.04%、20.62%;C1、C3處理的As含量與CK處理的相比差異不顯著,其他處理的差異呈顯著水平。

圖4 不同土壤調(diào)理劑處理的生菜地上部分As含量

3 結(jié)語

本研究中施用不同土壤調(diào)理劑產(chǎn)品,對(duì)生菜的生物學(xué)性狀和產(chǎn)量有較明顯的影響,其中以C5、C2、C4處理的效果較好,C1、C3處理的效果一般。這應(yīng)該與不同土壤調(diào)理劑產(chǎn)品的原料組成有很大關(guān)系,原料中添加了較多的肥料養(yǎng)分及微生物菌劑等,都能有效促進(jìn)作物生物學(xué)性狀改善和產(chǎn)量增加。

施用不同土壤調(diào)理劑產(chǎn)品后,能有效抑制生菜地上部分重金屬的累積。從試驗(yàn)結(jié)果看,對(duì)Cd、Cr的抑制,以C5處理效果最好,C2處理其次,C4處理第三,C1、C3處理效果一般;對(duì)Pb、As的抑制,以C5處理效果最好,C4處理其次,C2處理第三,C1、C3處理效果一般。總體來看,C5處理能有效抑制生菜對(duì)重金屬的富集,C2處理效果其次,C4處理效果第三,C1、C3處理效果不佳。

通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析,C5處理能提高生菜產(chǎn)量,同時(shí)可有效降低生菜對(duì)土壤重金屬的吸收,建議擴(kuò)大研究常規(guī)施肥+5號(hào)土壤調(diào)理劑處理的適用作物范圍,增強(qiáng)示范推廣運(yùn)用力度。

試驗(yàn)中的土壤調(diào)理劑產(chǎn)品,即在添加含硅、鈣和鎂等化學(xué)物質(zhì)的基礎(chǔ)上,加入含磷的物質(zhì),既有效穩(wěn)定了土壤中Pb、Cd等重金屬,又降低了其有效態(tài)含量[14],取得了抑制生菜對(duì)重金屬吸收的效果。

土壤調(diào)理劑產(chǎn)品添加改良土壤的功能微生物菌劑,對(duì)改善土壤微環(huán)境,改良土壤結(jié)構(gòu)性障礙,提升作物產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要意義[15-16]。試驗(yàn)所用產(chǎn)品正是利用微生物在修復(fù)被重金屬污染的土壤方面具有獨(dú)特的作用,一方面可以降低土壤中重金屬的毒性,另一方面可以利用根際微生物對(duì)重金屬的沉淀或吸附作用,實(shí)現(xiàn)重金屬污染土壤的微生物穩(wěn)定修復(fù)[17-18]。