施用不同年限有机物设施菜地的土壤重金属形态

杨叶晨，袁承凤，张家富，陈 绍，赵国华

（嘉兴学院生物与化学工程学院，浙江嘉兴 314001）

施用不同年限有机物设施菜地的土壤重金属形态

杨叶晨，袁承凤，张家富，陈 绍，赵国华

（嘉兴学院生物与化学工程学院，浙江嘉兴 314001）

以施用不同年限有机物的设施菜地土壤为研究对象，采用化学试剂分布提取法研究土壤中重金属不同形态分布特征。结果表明，虽然菜地土壤中As超过土壤环境质量标准（GB15618-1995）二级标准，但As主要以残渣态为主，生物有效态含量低于二级标准；其他金属Cu，Zn和Cr主要以残渣态为主，有效态含量低。综合评价该设施菜地土壤质量相对安全。

设施菜地；土壤；重金属形态；有机肥

设施菜地土壤中的重金属大多源于施加的有机肥，有机肥是绿色、无污染和有机农业生产中的主要肥料，具有培肥、改良土壤盐渍化等作用，是维持农业生态系统物质与能量平衡中极为有效的措施。但由于现代集约化养殖业生产中为促进生长、提高产量而大量使用含As、Cu、Cr、Zn等的添加剂，其在畜禽体内的消化吸收利用极低，导致粪便中重金属元素含量较高［1］。不同畜禽粪种类的重金属含量虽有差异，但Cu、Zn含量普遍偏高，其他重金属如Pb、Cd、As和Hg含量均处于较低或很低水平［2-3］。由于设施蔬菜特殊的种植环境，比如几乎无雨冲淋，处于相对封闭的状态，温、湿度高，长期使用有机肥易造成土壤重金属含量超标，从而增加蔬菜的重金属污染风险。已有研究表明，长期施用有机物增加了设施菜地土壤重金属含量超标的风险，特别是As和Cd［4］。重金属总量可在一定程度上反映其生物毒性，但大量研究发现，仅凭浓度很难反映重金属的毒性、迁移及在自然界的循环。其危害更大程度上取决于在土壤中的化学形态。因而设施菜地土壤中重金属的危害不仅与其含量有关，还与重金属的形态有关。

1 材料与方法

菜地土壤重金属形态分析采用Tessier五步连续提取法，对应的形态依次为可交换态、碳酸盐结合态、Fe-Mn氧化物结合态、有机结合态和残渣态［5］。土壤重金属采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS，Optima 8000）测定。为保证分析结果的可靠性，每个土壤样品重复3次，每批样品做空白样，结果符合质控要求。所用试剂均为优级纯，水为超纯水，所用器皿均在10%硝酸中浸泡24 h。

以嘉兴地区设施蔬菜生产基地为调查对象，对施用不同有机物料和施用年限的设施菜地土壤进行样品采集，土壤的基本理化性质与重金属含量见文献［4］。

处理S1，腐熟鸡粪使用2年；处理S2，腐熟鸡粪使用6年；处理S3，腐熟鸡粪使用14年；处理S4，猪粪有机肥使用2年；处理S5，菌渣使用2年。

2 结果与分析

与土壤环境质量标准（GB15618-1995）二级标准中重金属元素含量对比，菜地土壤重金属含量As超标，Cu、Zn与Cr等重金属含量虽然高于其他类型设施菜地重金属，但未超标。

由图1可知，与土壤环境质量标准中二级标准土壤重金属元素含量对比，各处理土壤As含量分别超标3.88、3.70、4.49、3.69和4.87倍。设施菜地土壤As主要以残渣态为主，各处理土壤As有效态含量分别为7.75、19.47、18.06、12.35与3.62 mg·kg-1，相比土壤环境质量标准未超标。残渣态一般指重金属被包含在原生矿物和次生硅酸盐矿物晶格中的部分，物化性质十分稳定，对土壤重金属的迁移和生物可利用性贡献不大，一般认为对环境安全。所以设施菜地土壤中As不易释放，对环境危害的可能性较低。对施用鸡粪的菜地土壤有效态含量比较发现，随着施用年限的增加，土壤中As的环境风险有增加趋势，虽施用2年猪粪的菜地土壤As总量最低，但其As有效态含量高于施用2年菌渣和鸡粪的菜地土壤，表明施用猪粪的环境风险较大。

图1 各处理菜地重金属的形态分布

菜地土壤Cr主要以残渣态为主，所占比例分别为74.5%、79.6%、77.1%、83.1%和77.2%。施用鸡粪和菌渣的菜地土壤Cu主要以有机结合态为主，不同处理所占比例分别为44.9%、41.2%、 47.8%和61.7%，其次为残渣态。施用猪粪的菜地土壤Cu主要以可交换态为主，其次为有机结合态。施用鸡粪的菜地土壤Zn的各形态表现一致，残渣态＞Fe-Mn氧化物结合态＞有机结合态＞可交换态＞碳酸盐态；施用菌渣的菜地土壤Zn主要以有机结合态为主，其次为Fe-Mn氧化物结合态；施用猪粪的菜地土壤Zn主要以残渣态为主，其次为可交换态和有机结合态。

土壤长期施用有机肥后，部分重金属会出现富集现象［6-9］。土壤中重金属生物有效性的高低与有机肥施用后的时间进程和有机肥分解程度密切相关。有机肥施用过程会在某个阶段降低土壤重金属的生物有效性，对重金属污染土壤起到修复改良作用。张云青等［6］研究表明，在石灰性和酸性土壤上施用鸡粪和猪粪后6个月，Cu、Zn、Cd、Pb的生物有效性呈先降后升的规律，这与董同喜等［8］的研究结果相同。以上结果采用盆栽试验设计，施用年限仅6个月，时间较短，不能综合反映有机肥对环境的影响。

3 小结

目前针对施用有机肥对土壤环境的影响未形成统一意见。本研究结果认为，施用有机肥后，设施菜地土壤中重金属形态以残渣态为主，环境风险低，虽然As总量超过土壤环境质量二级标准，但其有效态含量低于标准，表明设施菜地长期施用有机肥相对安全，但未研究其上生长的蔬菜，所以结论还需要进一步验证。农户在选用有机肥施用时，目前还没有有效技术去除畜禽粪便中重金属，在农田中施用有机肥时，还需严格控制施用有机肥的重金属水平，对有机肥的施用量及连续施用年限也要适当限制，并检测蔬菜中重金属含量，确保蔬菜等农产品的安全。

［1］ 邢廷铣.畜牧业生产对生态环境的污染及其防治［J］.云南环境科学，2001，20（1）：39-43.

［2］ 张树清，张夫道，刘秀梅，等.规模化养殖畜禽粪主要有害成分测定分析研究［J］.植物营养与肥料学报，2005，11（6）：822-829.

［3］ 赵国华，陈贵，徐劼.猪粪尿源沼液中主要养分和重金属分布特性［J］.浙江农业科学，2014（9）：1454-1456.

［4］ 赵国华，潘先庭，沈赟芸，等.不同有机物料施用年限对设施菜地土壤养分和重金属含量的影响［J］.山西农业大学学报（自然科学版），2015，35（5）：509-513.

［5］ 赵国华，罗兴章，黄卓辉，等.废弃线路板中重金属形态分布特征［J］.环境科学，2009，30（9）：2798-2803.

［6］ 张云青，张涛，李洋，等.畜禽粪便有机肥中重金属在不同农田土壤中生物有效性动态变化［J］.农业环境科学学报，2015，34（1）：87-96.

［7］ 王开峰，彭娜，王凯荣，等.长期施用有机肥对稻田土壤重金属含量及其有效性的影响［J］.水土保持学报，2008，22（1）：105-108.

［8］ 董同喜，张涛，李洋，等.畜禽粪便有机肥中重金属在水稻土中生物有效性动态变化［J］.环境科学学报，2016，36（2）：621-629.

［9］ 吴清清，马军伟，姜丽娜，等.鸡粪和垃圾有机肥对苋菜生长及土壤重金属积累的影响［J］.农业环境科学学报，2010，29（7）：1302-1309.

（责任编辑：张瑞麟）

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0528-9017（2017）01-0078-02

文献著录格式：杨叶晨，袁承凤，张家富，等.施用不同年限有机物设施菜地的土壤重金属形态［J］.浙江农业科学，2017，58（1）：78-79，89.

10.16178/j.issn.0528-9017.20170125

2016-07-30

杨叶晨（1996-），女，浙江丽水人，本科生，环境工程专业，E-mail：183328534@qq.com。