不同施肥处理对土壤质量及小麦吸收镉的影响

曹丹　白耀博　李文红

摘要    本文通过田间试验法研究生物有机肥、腐植酸有机肥及水溶性有机肥3种施肥处理对土壤pH值、有机质及小麦对镉的转运及富集规律的影响。结果表明，3种施肥处理均可以降低碱性土壤小麦不同生育期土壤pH值、有效提高土壤有机质含量，且腐植酸有机肥处理土壤pH值与空白对照相比在拔节期达极显著水平;生物有机肥、腐植酸有机肥处理可降低小麦根到籽粒的转运系数及根部镉的富集。

关键词    小麦;施肥处理;土壤质量;镉;富集系数

中图分类号    S512.1;S147.5        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2020）09-0001-02                                                                                     開放科学（资源服务）标识码（OSID）

Abstract    Field experiments were conducted to study the effects of three fertilization treatments（bio-organic fertilizer，humic acid organic fertilizer and water-soluble organic fertilizer）on the pH value and organic matter of soil，cadmium transport and accumulation. The results showed that three treatments could reduce the soil pH value and increase the soil organic matter content at different growth stages of wheat. The pH value of soil treated with humic acid organic fertilizer was significantly higher than that of CK at jointing stage. Bio-organic fertilizer and humic acid organic fertilizer treatment could reduce root-to-grain transport coefficient and cadmium accumulation in wheat.

Key words    wheat;fertilization treatment;soil quality;cadmium;enrichment coefficient

2014年中国环境保护部和国土资源部官方发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，国内土壤污染物的总超标率超过16%，耕地土壤的位点超标率为19.4%，主要的污染物镉的点位超标率为7%。对多个城市的土壤样品中重金属含量进行测定，各样品中重金属的平均含量全都超出土壤环境的背景值，其中以镉的污染最为严重。徐州地区小麦籽实中的Cd含量是国家食品安全限量标准的2.2倍[1]。实践也表明，重金属在土壤中的污染过程具有长期性、隐蔽性和难降解性的特点，因而如何有效地控制和治理土壤中的镉污染，已经成为当务之急[2-3]。生物肥不仅具有速效、长效、抗病、改良土壤和抗板结等作用，而且其中的微生物还可以不断将土壤中难以被作物吸收的无效养分分解转化为易吸收的形态，提高养分供应速率，从而提高农作物产量、改善产品品质[4]。本文主要探讨不同的生物肥对重金属Cd的调控作用，以期筛选出能够提高土壤质量及小麦产量且能有效控制小麦籽粒Cd含量的生物肥，为农业生产提供理论依据。

1    材料与方法

1.1    试验地概况

试验地点设在江苏省徐州市徐州生物工程学院试验田（东经117°07′，北纬34°15′），属于暖温带季风气候区，年均降水量800～930 mm，年均无霜期200～220 d，年日照时数为2 282～2 496 h，日照率53%～57%，年平均气温14.3 ℃。

田间试验于2017年10月至2018年6月进行，前茬作物为玉米，该地土壤为潮黄土，质地为砂壤土。0～20 cm耕层土壤pH值为7.98，土壤有机质含量为18.3 g/kg，碱解氮83.9 mg/kg，速效磷23.1 mg/kg，速效钾97.8 mg/kg，土壤CaCl2提取态镉为0.65 mg/kg。

1.2    试验设计

试验设置4个处理，分别为空白对照（CK）、生物有机肥300 kg/hm2（S）、腐植酸有机肥600 kg/hm2（F）、水溶性有机肥15 L/hm2（W），前茬秸秆全量还田。采用大区对比试验，3次重复，随机区组排列，小区面积为25 m2（5 m×5 m）。各区化肥用量一致，底施磷酸二铵600 kg/hm2、尿素375 kg/hm2，水溶性有机肥稀释后浇灌入土。供试小麦品种为徐麦33。于2017年10月15日播种，播种量210 kg/hm2，按小麦成熟日期收获测产。

1.3    测定内容与方法

1.3.1    土壤理化指标测定。土壤pH值采用氯化钾浸提-pH计法测定[5]（土、水质量比为1.0∶2.5）。土壤有机质含量采用重铬酸钾容量-外加热油浴法测定[6]（mg/kg）。

1.3.2    重金属含量测定。土壤样品自然风干后碾碎过60目筛，采用HNO3-H2O2-HCl浸泡，用微波消解仪消解;小麦植株样品洗净105 ℃杀青，然后置于80 ℃烘至恒重，用微型粉碎机（RT-02A型）进行粉碎，过100目筛，HNO3-HCl消解，各待测溶液均用电感耦合等离子质谱仪测定。

1.4    数据分析

采用Microsoft Excel 2007处理和SPSS 13.0的统计分析软件进行数据分析和差异性检验。

2    结果与分析

2.1    对土壤理化特性的影响

2.1.1    对土壤pH的影响。土壤pH值直接影响土壤中重金属的有效性及小麦的健康生长。由图1可知，不同处理对土壤pH值的影响不同，各处理的土壤pH值均随着生育进程呈现上升趋势，且不同生物肥处理的土壤pH值在小麦各生育时期均低于CK。小麦不同生育期，处理F土壤pH值均显著低于CK，且在小麦拔节期差异达极显著水平（P<0.01）;处理W土壤pH值除小麦越冬期与CK差异显著外，其他各生长期均与CK无显著差异;处理S土壤pH值除小麦拔节期与CK无显著差异外，其他时期均与CK差异显著。可见，3种施肥处理均可以降低土壤pH值，但由于各种肥料本身的特性不同，对pH值的影响水平存在着一定的差异。

2.1.2    对土壤有机质的影响。不同生物肥处理影响土壤pH值的同时也影响土壤有机质含量的变化。与CK相比，各处理均可提高小麦不同生育期土壤有机质的含量，但不同生育期对土壤有机质含量的影响不同。处理F与处理S对小麦不同生长期土壤有机质含量均表现出促进作用，且在越冬期、拔节期、开花期对土壤有机质提升达极显著水平;小麦灌浆期、成熟期处理S土壤有机质含量较CK增加显著，处理F虽有提升但影响不显著;处理W土壤有机质含量除在拔节期显著大于CK外，其他生育期差异不显著（图2）。

2.2    对镉的转运及富集规律的影响

从根到秸秆对Cd的转运系数反映了小麦从根部器官向地上部分秸秆转运Cd的能力，是Cd进入小麦植株地上部分的关键;小麦秸秆到籽粒Cd转运系数反映了小麦从植株其他部位向可食部位Cd的转运能力，是Cd能否进入籽粒的关键，也直接影响食物链;根到籽粒的转运系数可综合反映小麦植株向可食用部位转运重金属的能力[7]。镉的富集系数则反映了小麦植株从土壤中吸收重金属Cd的能力。

不同生物肥处理影响小麦各器官Cd含量变化，同时也影响小麦对Cd从根到秸秆、秸秆到籽粒、根到籽粒的转运及不同部位各器官镉的富集。从表1可以看出，处理S、F小麦根部Cd含量低于CK，且处理S显著低于CK;3个处理秸秆和籽粒中Cd含量均低于CK，处理S均达显著水平，处理F籽粒中Cd含量显著低于CK，处理W与CK差异不显著。从Cd的转运系数可以看出，不同处理对Cd的影响不同，处理F显著降低根到秸秆、秸秆到籽粒的转运;处理W显著降低根到秸秆的转运，秸秆到籽粒、根到籽粒的转运系数差异不显著;而处理S虽然根到秸秆与CK差异不显著，但秸秆到籽粒、根到籽粒的转运系数与CK差异显著。3个处理均可以显著降低根部Cd的富集;处理S秸秆和籽粒对Cd的富集系数与CK差异显著，处理W、F与CK差异不显著。

3    结论与讨论

试验结果表明，不同施肥处理对小麦不同生育期土壤环境质量的影响及根向地上部分转运、重金属镉富集的影响与肥料种类相关，在Cd轻度污染农田中施加生物有机肥、腐植酸有机肥及水溶性有机肥均能降低碱性土壤pH值、提高土壤有机质的含量，整个生育期均能有效地改良土壤的质量状况;生物有机肥及腐植酸有机肥可在一定程度上降低小麦从根部到秸秆、秸秆到籽粒的转运系数及控制Cd的根部富集，从而降低了小麦从根部向可食部位转运Cd的能力，并抑制小麦籽粒对土壤Cd的富集能力;而水溶性有机肥对土壤pH值及土壤有机质含量的影响集中在小麦生长初期，后期影响不大。这与不同肥料的特性有着密切关系。本次选用的肥料均为酸性，其中，水溶肥料为速效肥料，整体表现为后劲不足;而生物有机肥、腐植酸有机肥中因含有多种营养元素和活性物质，可改善土壤结构、促进团粒的形成、增加土壤的缓冲性能，并减少有效养分损失，供肥时间持久，使各种速效化肥的肥效变得“缓、稳、长”，且土壤中腐植酸与土壤中的铁、铝等离子发生作用，可形成一种新的化合物，抑制镉的吸收转运，从而保障农田小麦生产的安全、健康。

4    参考文献

[1] 强承魁，秦越华，丁永辉，等.徐州地区麦田土壤和小麦籽实重金属污染特征分析[J].生态环境学报，2016，25（6）：1032-1038.

[2] 王立群，罗磊，马义兵，等.重金属污染土壤原位钝化修復研究进展[J].应用生态学报，2016，25（6）：1032-1038.

[3] 曹心德，魏晓欣，代革联，等.土壤重金属复合污染及其化学钝化修复技术研究进展[J].环境工程学报，2011，5（7）：1441-1453.

[4] 夏光利，毕军，张萍，等.新型生物有机肥（NAEF）对番茄生长及土壤活性质量效应研究[J].土壤通报，2007，38（3）：519-522.

[5] 林大仪.土壤学试验指导[M].北京：中国林业出版社，2008.

[6] 鲍士旦.土壤农化分析[M].3版.北京：中国农业出版社，2005.

[7] 张秀芝，鲍征宇，唐俊红.富集因子在环境地球化学重金属污染评价中的应用[J].地质科技情报，2006，25（1）：65-72.