施用不同年限有機(jī)物設(shè)施菜地的土壤重金屬形態(tài)

楊葉晨，袁承鳳，張家富，陳 紹，趙國華

（嘉興學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，浙江嘉興 314001）

施用不同年限有機(jī)物設(shè)施菜地的土壤重金屬形態(tài)

楊葉晨，袁承鳳，張家富，陳 紹，趙國華

（嘉興學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，浙江嘉興 314001）

以施用不同年限有機(jī)物的設(shè)施菜地土壤為研究對象，采用化學(xué)試劑分布提取法研究土壤中重金屬不同形態(tài)分布特征。結(jié)果表明，雖然菜地土壤中As超過土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB15618-1995）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但As主要以殘?jiān)鼞B(tài)為主，生物有效態(tài)含量低于二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；其他金屬Cu，Zn和Cr主要以殘?jiān)鼞B(tài)為主，有效態(tài)含量低。綜合評價(jià)該設(shè)施菜地土壤質(zhì)量相對安全。

設(shè)施菜地；土壤；重金屬形態(tài)；有機(jī)肥

設(shè)施菜地土壤中的重金屬大多源于施加的有機(jī)肥，有機(jī)肥是綠色、無污染和有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的主要肥料，具有培肥、改良土壤鹽漬化等作用，是維持農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)與能量平衡中極為有效的措施。但由于現(xiàn)代集約化養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)中為促進(jìn)生長、提高產(chǎn)量而大量使用含As、Cu、Cr、Zn等的添加劑，其在畜禽體內(nèi)的消化吸收利用極低，導(dǎo)致糞便中重金屬元素含量較高［1］。不同畜禽糞種類的重金屬含量雖有差異，但Cu、Zn含量普遍偏高，其他重金屬如Pb、Cd、As和Hg含量均處于較低或很低水平［2-3］。由于設(shè)施蔬菜特殊的種植環(huán)境，比如幾乎無雨沖淋，處于相對封閉的狀態(tài)，溫、濕度高，長期使用有機(jī)肥易造成土壤重金屬含量超標(biāo)，從而增加蔬菜的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)。已有研究表明，長期施用有機(jī)物增加了設(shè)施菜地土壤重金屬含量超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，特別是As和Cd［4］。重金屬總量可在一定程度上反映其生物毒性，但大量研究發(fā)現(xiàn)，僅憑濃度很難反映重金屬的毒性、遷移及在自然界的循環(huán)。其危害更大程度上取決于在土壤中的化學(xué)形態(tài)。因而設(shè)施菜地土壤中重金屬的危害不僅與其含量有關(guān)，還與重金屬的形態(tài)有關(guān)。

1 材料與方法

菜地土壤重金屬形態(tài)分析采用Tessier五步連續(xù)提取法，對應(yīng)的形態(tài)依次為可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、Fe-Mn氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)［5］。土壤重金屬采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS，Optima 8000）測定。為保證分析結(jié)果的可靠性，每個(gè)土壤樣品重復(fù)3次，每批樣品做空白樣，結(jié)果符合質(zhì)控要求。所用試劑均為優(yōu)級(jí)純，水為超純水，所用器皿均在10%硝酸中浸泡24 h。

以嘉興地區(qū)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)基地為調(diào)查對象，對施用不同有機(jī)物料和施用年限的設(shè)施菜地土壤進(jìn)行樣品采集，土壤的基本理化性質(zhì)與重金屬含量見文獻(xiàn)［4］。

處理S1，腐熟雞糞使用2年；處理S2，腐熟雞糞使用6年；處理S3，腐熟雞糞使用14年；處理S4，豬糞有機(jī)肥使用2年；處理S5，菌渣使用2年。

2 結(jié)果與分析

與土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB15618-1995）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中重金屬元素含量對比，菜地土壤重金屬含量As超標(biāo)，Cu、Zn與Cr等重金屬含量雖然高于其他類型設(shè)施菜地重金屬，但未超標(biāo)。

由圖1可知，與土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)土壤重金屬元素含量對比，各處理土壤As含量分別超標(biāo)3.88、3.70、4.49、3.69和4.87倍。設(shè)施菜地土壤As主要以殘?jiān)鼞B(tài)為主，各處理土壤As有效態(tài)含量分別為7.75、19.47、18.06、12.35與3.62 mg·kg-1，相比土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)未超標(biāo)。殘?jiān)鼞B(tài)一般指重金屬被包含在原生礦物和次生硅酸鹽礦物晶格中的部分，物化性質(zhì)十分穩(wěn)定，對土壤重金屬的遷移和生物可利用性貢獻(xiàn)不大，一般認(rèn)為對環(huán)境安全。所以設(shè)施菜地土壤中As不易釋放，對環(huán)境危害的可能性較低。對施用雞糞的菜地土壤有效態(tài)含量比較發(fā)現(xiàn)，隨著施用年限的增加，土壤中As的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)有增加趨勢，雖施用2年豬糞的菜地土壤As總量最低，但其As有效態(tài)含量高于施用2年菌渣和雞糞的菜地土壤，表明施用豬糞的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較大。

圖1 各處理菜地重金屬的形態(tài)分布

菜地土壤Cr主要以殘?jiān)鼞B(tài)為主，所占比例分別為74.5%、79.6%、77.1%、83.1%和77.2%。施用雞糞和菌渣的菜地土壤Cu主要以有機(jī)結(jié)合態(tài)為主，不同處理所占比例分別為44.9%、41.2%、 47.8%和61.7%，其次為殘?jiān)鼞B(tài)。施用豬糞的菜地土壤Cu主要以可交換態(tài)為主，其次為有機(jī)結(jié)合態(tài)。施用雞糞的菜地土壤Zn的各形態(tài)表現(xiàn)一致，殘?jiān)鼞B(tài)＞Fe-Mn氧化物結(jié)合態(tài)＞有機(jī)結(jié)合態(tài)＞可交換態(tài)＞碳酸鹽態(tài)；施用菌渣的菜地土壤Zn主要以有機(jī)結(jié)合態(tài)為主，其次為Fe-Mn氧化物結(jié)合態(tài)；施用豬糞的菜地土壤Zn主要以殘?jiān)鼞B(tài)為主，其次為可交換態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)。

土壤長期施用有機(jī)肥后，部分重金屬會(huì)出現(xiàn)富集現(xiàn)象［6-9］。土壤中重金屬生物有效性的高低與有機(jī)肥施用后的時(shí)間進(jìn)程和有機(jī)肥分解程度密切相關(guān)。有機(jī)肥施用過程會(huì)在某個(gè)階段降低土壤重金屬的生物有效性，對重金屬污染土壤起到修復(fù)改良作用。張?jiān)魄嗟龋?］研究表明，在石灰性和酸性土壤上施用雞糞和豬糞后6個(gè)月，Cu、Zn、Cd、Pb的生物有效性呈先降后升的規(guī)律，這與董同喜等［8］的研究結(jié)果相同。以上結(jié)果采用盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)，施用年限僅6個(gè)月，時(shí)間較短，不能綜合反映有機(jī)肥對環(huán)境的影響。

3 小結(jié)

目前針對施用有機(jī)肥對土壤環(huán)境的影響未形成統(tǒng)一意見。本研究結(jié)果認(rèn)為，施用有機(jī)肥后，設(shè)施菜地土壤中重金屬形態(tài)以殘?jiān)鼞B(tài)為主，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)低，雖然As總量超過土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但其有效態(tài)含量低于標(biāo)準(zhǔn)，表明設(shè)施菜地長期施用有機(jī)肥相對安全，但未研究其上生長的蔬菜，所以結(jié)論還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。農(nóng)戶在選用有機(jī)肥施用時(shí)，目前還沒有有效技術(shù)去除畜禽糞便中重金屬，在農(nóng)田中施用有機(jī)肥時(shí)，還需嚴(yán)格控制施用有機(jī)肥的重金屬水平，對有機(jī)肥的施用量及連續(xù)施用年限也要適當(dāng)限制，并檢測蔬菜中重金屬含量，確保蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品的安全。

［1］ 邢廷銑.畜牧業(yè)生產(chǎn)對生態(tài)環(huán)境的污染及其防治［J］.云南環(huán)境科學(xué)，2001，20（1）：39-43.

［2］ 張樹清，張夫道，劉秀梅，等.規(guī)模化養(yǎng)殖畜禽糞主要有害成分測定分析研究［J］.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2005，11（6）：822-829.

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［5］ 趙國華，羅興章，黃卓輝，等.廢棄線路板中重金屬形態(tài)分布特征［J］.環(huán)境科學(xué)，2009，30（9）：2798-2803.

［6］ 張?jiān)魄?，張濤，李洋，?畜禽糞便有機(jī)肥中重金屬在不同農(nóng)田土壤中生物有效性動(dòng)態(tài)變化［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2015，34（1）：87-96.

［7］ 王開峰，彭娜，王凱榮，等.長期施用有機(jī)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(xué)報(bào)，2008，22（1）：105-108.

［8］ 董同喜，張濤，李洋，等.畜禽糞便有機(jī)肥中重金屬在水稻土中生物有效性動(dòng)態(tài)變化［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，36（2）：621-629.

［9］ 吳清清，馬軍偉，姜麗娜，等.雞糞和垃圾有機(jī)肥對莧菜生長及土壤重金屬積累的影響［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，29（7）：1302-1309.

（責(zé)任編輯：張瑞麟）

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0528-9017（2017）01-0078-02

文獻(xiàn)著錄格式：楊葉晨，袁承鳳，張家富，等.施用不同年限有機(jī)物設(shè)施菜地的土壤重金屬形態(tài)［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58（1）：78-79，89.

10.16178/j.issn.0528-9017.20170125

2016-07-30

楊葉晨（1996-），女，浙江麗水人，本科生，環(huán)境工程專業(yè)，E-mail：183328534@qq.com。