不同区域农家肥及其使用量对麦田重金属含量的影响

程麦凤，王娇爱，张 晶，高 璐，党建友，裴雪霞，马爱平

（山西农业大学 小麦研究所，山西 临汾 041000）

农田是农业生产发展的基石，提升农田肥力水平及规避农田污染是农业生产发展的主线。20世纪80年代至21世纪初，我国农业生产的生产方式是“高投入高产出”，不惜牺牲环境片面追求高产。其间化肥的大量投入等不合理的生产方式导致农田遭受污染，特别是土壤重金属污染形势严峻，已对粮食安全构成威胁[1]。为此广大科技工作者针对农田重金属污染进行了研究，曾希柏[2]等人研究表明，我国农业主产区农田重金属存在明显的累积趋势。陈世宝[3]等人研究认为污染土壤中主要以Cd、As、Hg、Pb 和Cr 这5 种健康风险重金属元素为主，其中以Cd 风险最高。宋伟[4]等人研究结果表明，辽宁和山西的耕地土壤重金属污染可能尤其严重；陆安祥[5]等人2005 年—2009 年间对北京农田土壤重金属含量监测表明，Hg 和Cr的含量有逐年上升的趋势，其他重金属含量呈上下波动的变化趋势，表明Cr 和Cd 来源于农业活动中肥料的过量使用；李本银[6]等人研究结果表明，经17a 连续施用猪粪及秸秆还田显著增加了土壤Cu、Zn 和Cd 全量，陆美斌[7]等人开展了中国两大优势产区小麦重金属镉含量调查与膳食暴露评估研究，结果表明长江中下游小麦优势产区的小麦镉含量水平高于黄淮海小麦优势产区的小麦镉含量水平，不同品种、同一品种的小麦镉含量亦存在一定的差异；强承魁[8]等人开展了小麦富集重金属的品种差异及其在健康风险评价结果表明，富集程度在不同品种间差异程度不同，12 个小麦品种的籽粒对6种重金属的平均富集系数由大到小依次为Hg、Cd、As、Pb、Ni 和Cr。高巍[9]等人开展了不同小麦品种对重金属镉吸收及转运的差异研究，结果表明，随着镉施加量的增加，土壤中各个形态镉含量均有不同程度的增加，小麦品种籽粒镉的积累能力与镉在根茎叶中的吸收、转运能力有关，中、高镉浓度（5，15 mg•kg-1）时，高吸收品种对镉的转运能力比低吸收品种强很多。以上研究成果，较好提示了我国农田重金属污染状况，并明确了不同品种对重金属的富集程度，为防治农田重金属污染提供了理论和技术支撑。但以往研究成果对不同海拔区域、不同来源牛粪及其不同施肥量区间的麦田重金属含量缺乏研究，本项研究通过在不同海拔区域、不同来源牛粪及其施肥量区间的试验设计，开展其麦田重金属含量测定，以期为区域麦田增施农家肥料实现绿色种植提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区域概况

试验于2018 年分别在低海拔（459 m）平川区临汾（山西农业大学小麦研究所试验基地）和高海拔（998 m）低山丘陵区乡宁（山西省乡宁县双鹤乡红凹）试验点进行。其中低海拔（459 m）平川区临汾试验点，常年平均降水455.1 mm，年平均气温13.08℃。试验年度休闲期降水333.2 mm 较常年（313.3 mm）多19.90 mm；高海拔（998 m）低山丘陵区乡宁试验点，常年平均降水515 mm，年平均气温10.48℃。2 个试验基地的土壤均为轻黏土质，pH值均＞7.5。

1.2 试验材料

低海拔平川区临汾麦田农家肥牛粪由山西省临汾市尧都区回归养牛厂生产，高海拔低山丘陵区乡宁麦田农家肥牛粪由乡宁县光华镇养牛厂生产。

1.3 试验方法

低海拔平川区临汾麦田、高海拔低山丘陵区乡宁麦田均采用大区对比方法，试验均设9个处理，见表1。

表1 不同区域麦田农家肥牛粪使用量试验设计Tab.1 The experimental design of application amount of farm manure and cow dung in wheat field soil in different regions

低海拔平川区临汾麦田小区长10 m，宽4.0 m，每个处理试验面积40 m2；高海拔低山丘陵区乡宁麦田试验小区长6 m，宽5.0 m，每个处理试验面积30 m2。2个试验基地农家肥牛粪均通过充分腐熟，于播种前施入并深翻。在小麦成熟期，于2019年6月8日、2019年6月11日分别对低海拔平川区临汾、高海拔低山丘陵区乡宁麦田各处理0～20 cm土层取样。

1.4 测定方法

铅、镉、铬：前处理参照GB/T 17141-1997，ICP-MS 检测；砷：土壤总砷采用NY/T 1121.11-2006 方法测定；汞：土壤总汞的测定NY/T 1121.10-2006。5 种重金属均由“中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所分析测试中心”测定。

2 结果与分析

2.1 不同海拔区域麦田土壤对重金属含量的影响

从表2 看出，不同海拔区域麦田土壤对5 种重金属含量的影响不同。对不同海拔区域的不施农家肥牛粪空白麦田的5种重金属测定，铅、镉、铬、汞4种重金属含量低海拔平川区临汾麦田均高于高海拔低山丘陵区乡宁麦田，而砷重金属含量低海拔平川区临汾麦田低于高海拔低山丘陵区乡宁麦；但2 个区域的5 种重金属均未超出风险筛选值和风险管制值。表明2个试验基地土壤均安全。

表2 不同区域麦田土壤重金属含量Tab.2 The contents of heavy metals in wheat field soil in different regions

2.2 不同区域农家肥牛粪对重金属含量的影响

从表3 看出，不同区域农家肥牛粪的重金属含量不同。铅、镉、砷、汞的4 种重金属含量低海拔平川区临汾农家肥牛粪均低于高海拔区域乡宁农家肥牛粪，而铬低海拔平川区临汾农家肥牛粪略高于高海拔低山丘陵区乡宁农家肥牛粪，而2 个区域的农家肥的5 种重金属含量均未超出风险筛选值和风险管制值。

表3 不同区域牛粪对重金属含量的影响Tab.3 The effects of cow dung on heavy metal content in different regions

2.3 不同海拔区域不同农家肥牛粪使用量对麦田重金属含量的影响

从表4 看出，2 个不同海拔区域的不同牛粪使用量（15～120 t/hm2）对麦田重金属含量的影响不同。5 种重金属含量的均值及铅、镉、砷、汞的4 种重金属含量极值均表现为低海拔平川区域临汾麦田大于高海拔低山丘陵区乡宁麦田，铬含量二者为同一水平。但2个不同海拔区域麦田不同牛粪使用量（15～120 t/hm2）的5种重金属含量的均值、极植均未超出风险筛选值和风险管制值。

表4 不同区域不同牛粪使用量对麦田重金属含量的影响Tab.4 The effects of different amount of cow dung used in different regions on the content of heavy metals in wheat field soil

3 结论

研究结果表明，不同海拔区域麦田及其农家肥牛粪的5种重金属含量均存在差异。不同海拔麦田的重金属含量低海拔平川区大于高海拔低山丘陵区，麦田重金属含量产地环境条件大于农家肥牛粪。晋南平川低海拔区域和高海拔低山丘陵区的麦田在15～120 t/hm2（湿质量）范围内，其5种重金属含量均值及其极值均未超出风险筛选值和风险管制值，表明晋南平川低海拔区域和高海拔低山丘陵区麦田是安全的。