三种物料及其施用比例对汞污染土壤养分的影响

陈芬 张红丽 余高 吴涵茜 田红梅

摘 要 通过室内培养试验，研究了3种物料（中药渣生物有机肥、秸秆生物炭、凹凸棒土）不同施用比例[0（CK）、1.5%、3%和6%]对汞污染土壤全氮、有效磷和速效钾含量的影响。结果表明，培养60 d后，施用中药渣生物有机肥和秸秆生物炭均可明显提高土壤全氮、有效磷和速效钾含量，且土壤全氮、有效磷和速效钾含量均随施用比例增加而提高;施用凹凸棒土可有效降低土壤有效磷含量，但对土壤全氮和速效钾含量的影响不明显。可见，中药渣生物有机肥和秸秆生物炭可有效提高汞污染土壤肥力水平，但凹凸棒土对土壤肥力的影响尚不明确。

关键词 中药渣生物有机肥;秸秆生物炭;凹凸棒土;汞污染土壤;全氮;有效磷;速效钾

中图分类号：S158 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.19.004

贵州省铜仁市万山区是我国最大的汞工业生产基地，曾因汞资源储量和产量分列亚洲之首、世界第三而被誉为中國“汞都”[1]。截至2002年闭坑，在600余年的开采历史中将含有汞的“废渣”“废气”“废水”直接排放到周边的自然环境中，导致周边农田土壤重金属污染极其严重[2-3]。黄壤是贵州省分布最广、面积最大的地带性土壤，占全省土壤总面积的46.4%，是贵州省旱地粮食作物的主要生产基地[4]。黄壤具有质地黏重、比水容量小、养分含量低和酸性强等特点。在重金属污染和黄壤自身特点的双重作用下，该地区的农业可持续发展受到了严重阻碍。

目前，关于万山汞污染土壤的研究主要集中在重金属污染状况[5]、修复措施[6]、对人类的影响[7-8]等方面，而土壤肥力改良方面的研究报道较少。本课题组前期的研究成果也显示，中药渣生物有机肥可以有效降低土壤中汞的生物有效性，但其对土壤肥力的影响还不明确。基于此，本研究通过室内培养试验，研究中药渣生物有机肥、秸秆生物炭和凹凸棒土及其施用比例对汞污染黄壤的全氮、有效磷、速效钾含量的影响，以期为汞污染黄壤的肥力改良提供一定的理论依据。

1  材料与方法

1.1  供试材料

供试土壤取自贵州省铜仁市万山区汞矿周边某农田耕层土壤（0～20 cm土层），土样取回后，经室内自然风干、去杂、过2 mm筛备用。土壤类型为黄壤，有机质含量12.11 g·kg-1，全氮0.78 g·kg-1，有效磷16.75 mg·kg-1，速效钾132.34 mg·kg-1。

中药渣生物有机肥由宁乡丰裕生物科技有限公司提供，其理化性质为：有机质53.87%，pH值7.24，全氮1.94%，P2O5 2.27%，K2O 1.34%，有效活菌数≥0.2亿个/g。

秸秆生物炭：购自辽宁金和福有限公司（炭化温度500 ℃，炭化时间6 h）。

凹凸棒土：购自鼎邦矿产品科技有限公司。

1.2  室内培养试验

根据本课题组前期试验结果，设3种物料（中药渣生物有机肥、秸秆生物炭、凹凸棒土）的施用比例（以风干土计）分别为0（CK）、1.5%、3%、6%，每种物料4个处理，每个处理3次重复。称取2 kg风干土样，分别添加相应比例的物料，与土样充分混匀后装于塑料盆内，使用重量法[9]喷施去离子水，在室温下保持田间持水量的60%培养，培养60 d后取样进行分析。

1.3  测定项目

将取出的土样，于室内自然风干、研磨、过0.15 mm筛尼龙后进行试验分析。土壤全氮采用凯氏定氮法进行测定;有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗分光光度法进行测定;速效钾采用火焰光度计法进行测定。

1.4  数据处理

采用SPSS 25.0、Excel 2013软件进行数据统计分析。

2  结果与分析

2.1  中药渣生物有机肥对土壤养分含量的影响

由表1可以看出，土壤全氮、有效磷和速效钾含量均随着中药渣生物有机肥施用比例的增加而提高;除全氮含量外，3种施用比例处理的土壤有效磷和速效钾含量之间差异均达显著水平（P<0.05）;中药渣生物有机肥处理的土壤全氮、有效磷和速效钾含量均显著高于CK处理（P<0.05），说明施用中药渣生物有机肥可显著提高土壤的全氮、有效磷和速效钾含量，但施用比例对土壤养分的影响存在一定的差异。

同列不同小写字母表示差异显著（P<0.05），下同

2.2  秸秆生物炭对土壤养分含量的影响

由表2可以看出，土壤全氮、有效磷和速效钾含量均随着秸秆生物炭施用比例增加而提高，其中施用比例为6%处理的土壤全氮和有效磷含量均显著高于3%处理和1.5%处理，但3%处理和1.5%处理之间的差异不显著;施用比例1.5%、3%和6%处理的土壤速效钾含量之间的差异达显著水平（P<0.05）。同时，秸秆生物炭处理的土壤全氮、有效磷和速效钾含量均显著高于CK处理（P<0.05），说明施用秸秆生物炭可显著提高土壤的全氮、有效磷和速效钾含量，且不同施用比例对土壤速效钾含量的影响差异显著。

2.3  凹凸棒土对土壤养分含量的影响

由表3可以看出，除土壤全氮和速效钾含量外，凹凸棒土施用比例1.5%、3%和6%处理的土壤有效磷含量之间的差异达显著水平（P<0.05）;与CK处理相比，添加凹凸棒土处理的土壤有效磷含量有不同程度的降低，降幅达到37.20%～66.57%（P<0.05）;对土壤全氮和速效钾含量的影响不明显。说明添加凹凸棒土可以有效降低土壤有效磷含量。

3  小结与讨论

试验结果表明，施用中药渣生物有机肥和秸秆生物炭均可有效提高土壤全氮、有效磷和速效钾含量，且随施用比例的增加而提高，这与孔涛等[10]、郭碧林等[11]的研究结果一致。分析其原因，主要包括两点：1）中药渣生物有机肥和秸秆生物炭自身含有大量的氮磷钾，施用后会增加土壤中相应的养分含量;2）施用生物有机肥可促进土壤释放出迟效态氮磷钾，减缓土壤全氮及有效态氮磷钾的消耗，从而使土壤全氮、有效磷、速效钾含量升高[12]。

试验结果还表明，施用凹凸棒土会有效降低土壤有效磷含量，但对土壤全氮和速效钾含量的影响不明显。这可能与凹凸棒土的自身特性有关，其具有离子交换性和多孔性，对氮磷钾具有吸附、分离双重作用，在施肥前期可以吸附部分氮磷钾等有效成分，而在后期又释放出来。然而本试验的培养周期较短，导致凹凸棒土对土壤养分的影响规律不明显。

综上所述，施用中药渣生物有机肥和秸秆生物炭可以有效提高酸性汞污染土壤的肥力水平，但凹凸棒土对土壤肥力的影响还有待进一步研究。

参考文献：

[1] 陈芬，余高，侯建伟，等.矿渣运输道路两侧农田土壤重金属风险评价[J].西南大学学报（自然科学版），2020，42（11）：9-21.

[2] Chang C， Chen C， Yin R， et al. Bioaccumulation of Hg in rice leaf facilitates selenium bioaccumulation in rice （Oryza sativa L.） leaf in the Wanshan mercury mine[J]. Environmental Science and Technology， 2020， 54（6）： 3228-3236.

[3]  Zhao G， Duan Z， Lian M， et al. Atmospheric mercury in China studied with differential absorption lidar[J]. The European Physical Journal Conferences， 2020， 237（40）：03003.

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[5]  Yu G， Chen F， Zhang H， et al. Pollution and health risk assessment of heavy metals in soils of Guizhou， China[J]. Ecosystem Health and Sustainability， 2021， 7（1）： 1-12.

[6]  Xia J C， Wang J X， Zhang L M， et al. Screening of native low mercury accumulation crops in a mercury-polluted mining region： Agricultural planning to manage mercury risk in farming communities[J]. Journal of Cleaner Production， 2020， 262（6）： 121324.

[7]  Zhang C， Gan C， Ding L， et al. Maternal inorganic mercury exposure and renal effects in the Wanshan mercury mining area， southwest China[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety， 2020， 189： 109987.

[8]  Feng L， Zhang C， Liu H， et al. Impact of low-level mercury exposure on intelligence quotient in children via rice consumption[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety， 2020， 202： 110870.

[9]  王贵彦，史秀捧，张建恒，等.TDR法、中子法、重量法测定土壤含水量的比较研究[J].河北农业大学学报，2000（3）：23-26.

[10] 孔涛，马瑜，刘民，等.生物有机肥对土壤养分和土壤微生物的影响[J].干旱区研究， 2016， 33（4）：884-891.

[11] 郭碧林，陈效民，景峰，等.施用生物有机肥对红壤水稻土中重金属及微生物量的影响[J].土壤通报，2019，50（4）：952-957.

[12] 于秀丽，赵明家.增施生物有机肥對盐碱土壤养分的影响[J].吉林农业大学学报，2013，35（1）：50-54，57.

（责任编辑：易  婧）