适度深耕配施有机肥减少蔬菜对土壤重金属的吸收

张耿苗,张丽君,章明奎,顾国平

(1.浙江省诸暨市农业技术推广中心，浙江 诸暨 311800；2.浙江省平阳县农业农村局，浙江 平阳 325400；3.浙江大学 环境与资源学院，浙江 杭州 310058；4.浙江省绍兴市农业科学研究院，浙江 绍兴 312003)

近30年来，我国农田土壤污染面积和污染程度均呈现增加的趋势[1-2]。为保障食品安全，国内科研部门纷纷开展了污染土壤的治理与修复工作，提出了众多的污染土壤修复技术，包括植物修复技术，固化、稳定化、异位填埋、原位封装技术，土壤化学淋洗技术，土壤氧化/还原调控技术，电动(分离)修复技术，污染场地/土壤制度控制技术等[3-6]。这些技术或多或少在重金属污染土壤修复中发挥了作用，但由于技术本身的缺陷或因处理费用高、处理周期长，尚难大规模地应用于农田土壤的治理。基于我国污染耕地多以轻度和中度污染为主[1]，近年来国内许多学者认为污染农田治理应走安全利用的道路，并认为通过农艺措施可在一定程度上控制农产品重金属的积累[7-8]。可应用的农艺措施包括低重金属吸收品种、灌溉管理、替代种植、调节pH、科学施肥和深耕改土等[9-16]。有学者介绍[17]，日本和中国台湾地区曾采用翻耕稀释方法治理污染土壤，并获得了一定的效果。但深耕稀释重金属的同时，也可能造成表土有机质含量的降低，需要加强培肥。为此，本文通过试验提出适度深耕配施有机肥来进行中轻度重金属污染农田的修复。

1 材料与方法

试验在浙江2处污染程度不同(轻度和中度)的农田上进行。每一类农田上各设置6个主处理，由3种耕作深度(20、30和40 cm)与2个有机肥施用水平(0、30 t/hm2)因素组合而成。另外，在中度污染农田施30 t/hm2有机肥处理中还增设了裂区(即把原小区一分为二)，在其中的一半裂区增设了施用凹凸棒石+石灰，施用量各为7.5 t/hm2。试验小区面积为6 m2，重复3次。施用的有机肥中有机质、全氮、全磷、全钾含量分别为513、26.8、13.8和9.8 g/kg，Cu、Zn、Pb、Cd、Co、Hg、As的含量分别为73.5、153.6、7.67、0.48、7.89、0.27、5.34 mg/kg。有机肥、凹凸棒石和石灰在耕作前作基肥施用。为达到较为全面混匀的目的，每一小区按照试验设置的耕作深度连续耕翻2遍。采用育苗移栽方法种植蔬菜，品种为苏州青，苗龄选择在30 d左右。蔬菜移栽15 d后，追肥化肥，N、P施用量分别为250、30 kg/hm2，施用的化肥氮为尿素，化肥磷为过磷酸钙。

于蔬菜生长75 d后，采集0～20和20～30 cm土样和蔬菜样品用于分析。蔬菜收获时测算蔬菜的产量(鲜重)。每一混合土样由各小区内5个分样混合而成。采集的土壤样品经风干后分别过2 mm和0.15 mm塑料土筛，用于土壤养分和重金属测定。蔬菜样依次用含少量洗洁精的自来水、自来水冲洗2～3次，去除附着的灰尘及其污染物质，之后继续用去离子水冲洗2～3次。将清洗后的蔬菜样切碎、混匀，用于重金属分析。

蔬菜样品用高氯酸消化，用石墨炉-原子吸收光谱法测定Cu、Zn、Cd和Pb，用荧光原子吸收法测定Hg和As。土壤重金属采用标准方法测定，其中，Cu、Zn、Cd和Cr采用盐酸-硝酸-高氯酸消解，用石墨炉原子吸收分光光度法测定Cd，用原子光谱吸收法测定Cu、Zn、Pb和Ni，荧光原子吸收法测定As；Hg用硝酸-高锰酸钾消解，用冷原子吸收光谱法测定；Pb用盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸消解，用石墨炉原子吸收分光光度法测定。分析过程中采用质量控制，各重金属测试误差控制在5%以内，重复样间相对误差控制在10%以下。土壤中有机质、全N、全P等养分和pH采用常规方法测定。

2 结果与讨论

2.1 对土壤肥力和蔬菜产量的影响

由表1可知，无论是轻度污染土壤还是中度污染土壤，与常规耕作(20 cm)相比，深耕(30 cm和40 cm)导致了0～20 cm土层有机质、全N、有效P和速效K含量的下降，下降程度随耕作深度的增加而增加。深耕30 cm后，轻度污染土壤 0～20 cm土层有机质、全N、有效P和速效K含量比对照(常规耕作，下同)分别下降18.15%、14.38%、6.18%和10.94%；中度污染土壤 0～20 cm土层有机质、全N、有效P和速效K含量比对照分别下降15.86%、13.89%、29.87%和10.74%。深耕40 cm后，轻度污染土壤 0～20 cm土层有机质、全N、有效P和速效K含量比对照分别下降21.63%、22.22%、11.54%和18.39%；中度污染土壤 0～20 cm土层有机质、全N、有效P和速效K含量比对照分别下降22.68%、24.07%、38.87%和14.57%。深耕后，20～30 cm土层有机质、全N、有效P和速效K含量呈上升趋势。深耕同时配施有机肥可减缓土壤养分的下降，其中对减缓0～20 cm土层有效P、速效K含量最为明显。对于轻度污染土壤，在配施有机肥的情况下，深耕30 cm和40 cm后，土壤 0～20 cm土层有机质含量分别比对照下降10.50%和17.77%；全N含量分别下降13.07%和16.34%；对于重度污染土壤，在配施有机肥的情况下，深耕30 cm和40 cm后，土壤 0～20 cm土层有机质分别比对照下降7.86%和3.80%；全N含量分别下降9.26%和17.59%。深耕后养分含量的变化显然与表层与下层土壤混合有关，导致表层养分的下降和下层养分含量的增加。

表1 深耕和施有机肥对土壤养分含量的影响

注:表中相同土壤相同深度土层数据后字母不同者差异显著(P<0.01)。

表2为以常规耕作(20 cm)及不施有机肥情况下蔬菜产量为100%计算的各处理小区相对产量。从中可知，深耕可导致蔬菜产量的下降，以深耕40 cm的蔬菜产量下降最为明显；但同时配施有机肥后由深耕引起的蔬菜产量下降幅度明显减弱。蔬菜根系主要生长在0～20 cm土层中，因此在不配施有机肥的情况下深耕可导致土壤肥力的下降，影响蔬菜的正常生产；但深耕同时配施有机肥可减少因深耕带来的负影响。

2.2 对土壤重金属含量的影响

深耕显著降低了0～20 cm土层中重金属的含量，相应地增加了20～30 cm土层中重金属的水平(表3)。在不施用有机肥的条件下，深耕30 cm后，轻度污染土壤 0～20 cm土层Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg和As含量比对照分别下降21.61%、9.17%、10.53%、9.29%、12.43%、6.75%和4.90%；中度污染土壤 0～20 cm土层Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg和As含量比对照分别下降16.03%、18.86%、10.28%、14.97%、8.99%、13.12%和9.30%。深耕40 cm后，轻度污染土壤 0～20 cm土层Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg和As含量比对照分别下降32.82%、14.87%、20.23%、15.93%、19.79%、13.18%和9.74%；中度污染土壤 0～20 cm土层Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg和As含量比对照分别下降25.71%、29.90%、15.78%、24.70%、14.44%、21.64%和18.52%。与不施有机肥相比，配施有机肥轻微增加了土壤重金属水平，但与不施有机肥的情况并无显著的差异。

2.3 对蔬菜中重金属积累的影响

深耕显著降低蔬菜中重金属的积累(表4)。在不施用有机肥的条件下，深耕30 cm后，轻度污染土壤上生长蔬菜的Cu、Zn、Pb、Cd、Hg和As含量比对照分别下降10.74%、23.68%、21.37%、40.79%、26.14%和8.89%；中度污染土壤上生长蔬菜的Cu、Zn、Pb、Cd、Hg和As含量比对照分别下降5.30%、8.33%、12.82%、10.26%、13.64%和8.82%。深耕40 cm后，轻度污染土壤上生长蔬菜的Cu、Zn、Pb、Cd、Hg和As含量比对照分别下降28.32%、37.48%、34.35%、52.63%、38.64%和22.22%；中度污染土壤上生长蔬菜的Cu、Zn、Pb、Cd、Hg和As含量比对照分别下降5.50%、15.86%、25.64%、21.37%、28.03%和19.11%。与土壤重金属含量变化不同，配施有机肥蔬菜中重金属含量一般比不施有机肥的情况低，这可能与施用有机肥增加了蔬菜的产量、对蔬菜中重金属有稀释作用有关。

与GB 18406.1—2001标准比较，对于轻度污染土壤，在常规耕作情况下，其上生长的蔬菜除Cd超标外，其它金属元素均没有超标。深耕特别是配施有机肥后，其上生长的蔬菜重金属含量均在超标临界值以下。对于中度污染土壤，在常规耕作情况下，其上生长的蔬菜中Pb、Cd、Hg、As含量均明显超标，深耕及配施有机肥后，虽然蔬菜中各重金属含量均有明显的下降，但多数情况下蔬菜中重金属含量仍在标准以上，这表明对于重金属污染较严重的土壤仅仅采用一般的深耕(深耕深度小于40 cm)还不足以消除其对蔬菜的影响。裂区试验表明，在深耕及配施有机肥的同时，施用凹凸棒石+石灰各7.5 t/hm2后，蔬菜中重金属含量都达到限制值以下；其中，深耕30 cm后蔬菜的Pb、Cd、Hg和As含量比对照分别下降51.28%、58.97%、29.55%和32.35%；深耕40 cm后，蔬菜的Pb、Cd、Hg和As含量比对照分别下降56.41%、64.96%、34.09%和36.76%。

表2 深耕和施有机肥对蔬菜产量的影响

注:表中同一土壤类型后字母不同表示差异显著(P<0.01)。

表3 深耕和施有机肥对土壤重金属含量的影响

注:表中相同土壤相同深度土层数据后字母不同者差异显著(P<0.01)。

表4 深耕和施有机肥对蔬菜中重金属积累的影响

注:表中相同土壤相同深度土层数据后字母不同者差异显著(P<0.01)。

3 结论

研究表明，适度深耕(30 cm和40 cm)配施有机肥可显著稀释0～20 cm土壤重金属水平、减少蔬菜吸收土壤中的重金属。对于轻度污染土壤，深耕后蔬菜中重金属含量都达到标准值以下；但对于中度污染土壤，在深耕同时需增施凹凸棒石+石灰混合改良剂才可使蔬菜中重金属含量达标。研究也发现，深耕后0～20 cm土层土壤有机质和全N、有效P、速效K含量也因稀释而下降，可影响蔬菜生长，因此需配施有机肥维持土壤肥力。我国耕地土壤重金属污染多呈轻度，污染物主要分布在表层，可考虑采用适度深耕配施有机肥的方法加以修复治理。