不同用量鸡粪有机肥对土壤—辣椒体系Pb和Cd积累的影响

刘芝妨，杨水莲，张 昊，景根茂，马国泰，关天霞*

（1.河西学院生命科学与工程学院，甘肃 张掖 734000；2.甘肃省河西走廊特色资源利用重点实验室，甘肃 张掖 734000；3.河西学院农业与生态工程学院，甘肃 张掖 734000）

在我国农业生产中，畜禽粪便是主要的有机肥来源，据统计，2016年我国畜禽粪便排放量达到6.5亿t[1]，其农用有利于改善土壤质量，提高作物产量[2-3]。但过量的施用畜禽粪便会导致环境污染和健康风险，土壤重金属污染就是其中之一。据对我国14个省市规模化养殖的畜禽粪便抽样调查中，鸡粪有机肥中Cd的超标率达到了66%[4]；但在生产中，人们大多只注重畜禽粪便的有机养分，忽略了重金属的危害，如长期大量施用鸡粪有机肥可能会造成土壤和作物重金属的富集[5]。茹淑华等[6]研究表明，施用鸡粪处理后土壤Cd和Pb含量分别显著增加22.91%和50.49%，且Cd和Pb是土壤污染中主要的重金属元素。高小龙等[7]研究表明，有害金属元素Cd和Pb会随着植株的生长过程迁移到果实当中，而且迁移速率随着时间的延长有增大的趋势，最终可能会影响人类的身体健康。

辣椒是一种营养丰富的优质蔬菜，果实中含有丰富的维生素C、辣椒素，是食品制作中的调味品，广受人们的喜爱[8-9]，本研究以张掖地区灌漠土和盐碱潮土以及种植在2种土壤中的辣椒为研究对象，研究不同用量鸡粪有机肥施用后重金属Pb、Cd在2种土壤和辣椒各器官中的分布特征，为保证辣椒的安全食用和今后鸡粪有机肥在2种土壤的合理施用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

辣椒：陇椒3号，果实呈羊角形，果面有褶皱，果色绿，果实商品性好，品质优良，适宜保护地及露地栽培。

试验地分别设于张掖市新墩镇城儿闸村（38°54'43"N，100°24'43"E，海拔1 510 m），为灌漠土；张掖市三闸镇三闸村，位于黑河附近（38°60'02"N，100°24'36"E，海拔1 454 m），为盐碱潮土。2种土壤的基本理化性质见表1。

供试鸡粪购买于当地养殖场，工艺为二次翻堆通风发酵，成品鸡粪中Cd含量0.315 5 mg/kg，Pb含量52.96 mg/kg，参照NY 525—2012 有机肥料标准（有机肥中Cd的限量标准为3 mg/kg，Pb的限量标准为50 mg/kg）[10]，Pb含量稍高于标准限值，Cd含量在标准限值范围内。

1.2 试验设计

采用田间随机区组试验，设置5个鸡粪施用量水平，分别为0（CK）、15、30、45、60 t/hm2，全部基施，各处理另底施化肥150 kg/hm2N、90 kg/hm2P2O5、75 kg/hm2K2O。每个处理重复4次，小区面积为4.56 m2（1.2 m×3.8 m），辣椒株行距为40 cm×45 cm，小区播种24株，辣椒生长期间根据具体情况适时灌水、除草。本试验从2015年开始，每年均按照相同方案进行施肥处理，至2018年进行调查。

表1 土壤基本理化性质

1.3 样品采集

在辣椒盛果期（2018年8月2日）用“S”形采样法采集土壤样品，采样深度均为0～20 cm，将土壤样品自然风干，用磨土机磨细后过0.25 mm尼龙筛，装入无色聚乙烯样品袋备用，并做好标签。同时采集辣椒整株样品，采集后，先用自来水冲洗根部附着的土壤，再用去离子水冲洗3遍，先在烘箱中105 ℃杀青2 h，然后在70 ℃下烘干至恒质量，称质量，研磨，过0.25 mm筛，装入无色聚乙烯样品袋备用，并做好标签。将土壤和辣椒各器官（根、茎、叶和果实）样品贮存在干燥器中用于重金属Pb和Cd含量的测定。

1.4 测定方法

土壤全量Cd和Pb含量采用HCl-HNO3-HFHClO4消解，石墨炉原子吸收分光光度测定[11-12]，植物样品全量Cd和Pb含量采用干灰化法，火焰原子吸收分光光度法测定[13-14]。富集系数为辣椒根部重金属元素Pb（Cd）含量与土壤重金属元素Pb（Cd）含量的比值。

1.5 数据处理与分析

试验数据采用Microsoft Excel 2010进行处理，结果为4个重复的平均值和标准差。不同处理间参数的差异显著性通过SPSS 20.0采用Ducan检验进行统计分析，在P＜0.05条件下认为存在显著性差异，用Origin 8.0软件进行图形绘制。

2 结果与分析

2.1 不同用量鸡粪对土壤中重金属Pb和Cd含量的影响

由图1可知，无论是灌漠土还是潮土，土壤全铅和全镉含量均随着鸡粪施用量的增加而增加。施用60 t/hm2鸡粪处理增加了灌漠土全铅和全镉含量，分别比对照显著提高了28.22%和24.55%。施用45、60 t/hm2鸡粪较对照显著增加潮土全铅和全镉含量，全铅含量分别增加了15.96%和16.35%，全镉含量增加了31.66%和28.01%。但各鸡粪处理之间土壤全铅和全镉含量差异不显著。可以看出，鸡粪的施用对灌漠土全铅含量增幅更加明显，而全镉含量则在潮土中增幅更高。

2.2 不同用量鸡粪对辣椒各器官重金属Pb和Cd含量的影响

图2为施用不同用量鸡粪对辣椒各器官（根、茎、叶和果实）全铅含量的影响，可以看出，60 t/hm2鸡粪施用较对照显著增加了潮土辣椒根部Pb含量，增幅为57.10%。施用60 t/hm2鸡粪后，灌漠土和潮土辣椒果实Pb含量比对照分别增加了20.14%和19.67%，辣椒果实全铅含量变化范围为0.064 8～0.094 7 mg/kg。无论是灌漠土还是潮土，辣椒各器官Pb含量的分布顺序为：根、叶＞茎＞果实。

图3为施用不同用量鸡粪对辣椒各器官（根、茎、叶和果实）全镉含量的影响，可以看出，施用60 t/hm2鸡粪有机肥后，与对照相比，灌漠土辣椒根部全镉含量增加了1.05倍；45 t/hm2鸡粪有机肥较0、15、30 t/hm2处理显著增加了潮土辣椒茎Cd含量；施用鸡粪可以增加潮土辣椒果实Cd含量，与对照相比，增加了24.81%～75.23%，辣椒果实全镉含量变化范围为0.021 4～0.045 1 mg/kg。无论是灌漠土还是潮土，辣椒各器官Cd含量的分布顺序为：根＞叶＞果实＞茎；当无鸡粪施用时，灌漠土辣椒根部Cd含量低于潮土，而中高用量（30、45、60 t/hm2）鸡粪施用时，灌漠土辣椒根部Cd含量则高于潮土。

2.3 不同用量鸡粪对辣椒Pb和Cd富集能力的影响

辣椒Pb和Cd的富集系数，用于反映辣椒对重金属元素Pb和Cd的富集能力[15]，富集系数越大，表明辣椒从土壤中富集重金属元素Pb和Cd的能力越强。由表2可知，施用鸡粪有机肥可以提高潮土Pb和灌漠土Cd的富集系数，Pb的富集系数的大小范围为0.010 8～0.018 3，均在施用鸡粪有机肥15 t/hm2时最小，而Cd的富集系数变化范围为0.219 8～0.288 3。无论鸡粪有机肥施用多少，Cd的富集系数远大于Pb，说明Cd比Pb更容易从土壤进入辣椒根部，但Pb和Cd富集系数始终小于1。

3 结论与讨论

表2 不同用量鸡粪对辣椒Pb和Cd富集系数的影响

本研究结果表明，施用鸡粪有机肥尤其是高用量（45、60 t/hm2）鸡粪有机肥，可以提高灌漠土和潮土全铅和全镉含量，陈红金等[2]和乔德波[16]也发现土壤Cd和Pb含量随着有机肥施用量的增加而呈现出增加的趋势。本研究中2种土壤pH值＞7.5，灌漠土中Pb含量为24.276～31.130 mg/kg，Cd含量为0.326～0.406 mg/kg，潮土中Pb含量为32.74～38.09 mg/kg，Cd含量范围为0.291 4 ～0.383 6 mg/kg，根据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》（GB 15618—2018，pH值＞7.5时，全镉含量≤0.6 mg/kg，全铅含量≤170 mg/kg）[11]，灌漠土和潮土中全铅和全镉含量均没有超过限量标准，可以认为短期施入鸡粪有机肥虽然造成了土壤全铅和全镉含量的增加，但不会造成土壤重金属污染，如果长期施用则有可能造成土壤Cd和Pb的污染。

施用不同用量鸡粪有机肥后，辣椒各器官中全铅含量表现为：根、叶＞茎＞果实，全镉含量则表现为根＞叶＞果实＞茎，全铅和全镉含量均在根部最高，这与李非里等[17]的研究结果一致；辣椒果实全铅含量为0.064 8～0.094 7 mg/kg，全镉含量变化范围为0.021 4～0.045 1 mg/kg，尚未超过食品安全国家标准食品中污染物限量（GB 2762—2017，全镉含量≤0.05 mg/kg，全铅含量≤0.1 mg/kg）[18]，可以安全食用。但是同时发现，高用量鸡粪有机肥的施用增加了辣椒果实的全铅和全镉含量，可以认为，短期施用鸡粪有机肥后辣椒全铅和全镉含量虽未超过国家标准但有所增加，如果长期施用这种鸡粪有机肥，则有可能造成辣椒果实重金属全铅和全镉的超标，且Cd比Pb更容易进入辣椒植株，通过食物链传递最终影响人体健康。