牛粪与秸秆配施对土壤中铅形态的影响

文│王振（黑龙江省农业科学院畜牧兽医分院）

重金属铅（P b）的不科学饲喂方式会导致饲料中未利用的Pb随畜禽粪便进入土壤，Pb一旦进入土壤中会通过食物链富集，影响作物体内氧化代谢平衡，破坏细胞膜结构，抑制根系生长，作物若被人类食用，Pb不易被人体降解和代谢，会积累在骨骼、肝、肾等器官，严重时会对神经系统、免疫系统等造成严重危害。

笔者以肉牛粪便为试验材料，设置多组配施处理条件，与秸秆、化肥进行配施，采用盆栽试验，以玉米为供试作物，收获后检测盆中土壤理化性质、Pb的总质量分数及各形态质量分数，探究土壤有机碳（OC）、土壤pH、总质量分数和不同形态Pb质量分数的相关性，为降低土壤中Pb的潜在危害提供理论依据。

一、材料与方法

1.试验材料。试验于黑龙江省农业科学院畜牧兽医分院富拉尔基科研基地进行，供试牛粪有机肥为课题组前期好氧堆肥处理制成，腐熟充分；供试土壤为东北黑土，采自基地试验田表层（0～20厘米），肥力中等，土壤试验前经人工剔除砖块、杂草、树枝等杂质，充分混匀风干；供试化肥均为分析纯的尿素、磷酸二铵及氯化钾按比例（N∶P2O5∶K2O＝4.6∶2.3∶8.4）配成的营养液。

2.试验设计及分析测试方法。试验共分为5组，每组3个重复，处理1为不施肥的空白对照（CK）；处理2为化肥处理（F），化肥中尿素施入量折合氮后为4.6克；处理3为牛粪处理，施入牛粪量为0.2千克，施入化肥量与处理2一致（MF）；处理4为秸秆处理，施入秸秆为0.2千克，化肥添加量与处理2一致（SF）；处理5为牛粪与秸秆配施，施入牛粪、秸秆均为0.1千克，化肥量与处理2一致（MSF）。各处理将15千克风干土与添加物质混合均匀后，放入规格为33厘米×27厘米×25厘米的塑料桶中，充分浇水稳定后种植玉米，管理方式同大田玉米，收获后采集土壤样品。

土壤样品使用pH计（PHS-3C）测定pH，浸提水土比例为10∶1，土壤样品经筛分风干后，参考改进BCR提取法对样品进行提取，提取后测定不同形态重金属Pb的质量分数，包括可交换态、还原态、氧化态和残渣态，化验所得数据通过WPS进行录入整理，试验结果以“平均值±标准差”表示，通过SPSS 22.0和OriginPro 2021等软件进行统计分析和图表绘制。

◎图1 不同处理土壤中Pb各形态的质量分数

二、结果与讨论

1.不同处理对土壤中重金属Pb质量分数和pH的影响。由表1可知，不同处理之间Pb的质量分数差异较大，除MF和SF处理差异不显著（P＞0.05）之外，其他各处理间差异显著（P＜0.05），其中F处理Pb的质量分数最高，为16.86毫克/千克，牛粪和秸秆的配施使得Pb的质量分数下降，且低于CK处理，MSF处理Pb的质量分数最低，为14.95毫克/千克；不同处理之间土壤pH受牛粪和秸秆的施入呈上升趋势，MSF处理土壤pH最高，但CK、MF和SF处理之间差异不显著（P ＞0.05），施用化肥会导致土壤pH下降，F处理的土壤pH显著低于其他处理（P＜0.05）。

表1 不同处理下重金属Pb的质量分数和pH

2.不同处理对土壤重金属Pb不同形态质量分数的影响。由图1可知，配施对Pb形态的影响主要体现在可交换态和残渣态，CK处理土壤中可交换态Pb的质量分数最高，配施处理使可交换态Pb质量分数明显下降，SF处理土壤中可交换态Pb的质量分数最低，与之相对应的是配施处理显著提高了土壤中残渣态Pb的质量分数，CK处理质量分数最低，MSF处理质量分数最高；配施处理使土壤中还原态和氧化态Pb质量分数下降，变化趋势与可交换态类似，F处理还原态略有上升；3个配施处理中SF处理对Pb形态影响最大，可交换态和还原态Pb的质量分数大小均为MF＞MSF＞SF，氧化态也是SF处理质量分数最低，残渣态Pb的质量分数大小为SF＞MSF＞MF。

3.讨论。牛粪、秸秆与化肥的配施可以影响土壤的理化性质，其中土壤pH的大小显著影响土壤中重金属的存在形态和土壤对重金属的吸附量，由于土壤胶体一般带负电荷，而重金属在土壤-植物体系中大多以阳离子的形式存在，因此，一般来说，土壤pH越低，氢离子越多，重金属被解吸的越多，其活动性就越强，从而加大了土壤中重金属向生物体内迁移的数量，表2为土壤理化性质、Pb质量分数和不同形态Pb质量分数的相关性分析表，从表中pH可以看出，土壤中还原态Pb的质量分数与pH呈正相关，其他形态与pH呈负相关，但相关性都较差，结合表1中pH的变化可知，虽然牛粪、秸秆和化肥的配施使得土壤pH上升，土壤胶体可提供更多的氢氧根点位，但土壤中Pb的形态与pH的相关性不明显，pH不是影响土壤中Pb形态的主要因素，结合各处理的具体情况分析，造成这种现象的原因可能是配施处理改善了土壤理化性质，并优化了土壤结构，提高了土壤中有机质的含量。

表2 土壤中不同形态Pb与pH值、OC的相关性

由表2中OC部分可知，有机碳的质量分数与不同形态Pb的相关性较好，还原态相关性极显著（P＜0.01），氧化态和残渣态相关性显著（P ＜0.05），牛粪和秸秆中含有大量不易分解的有机碳，施入土壤后提供了大量的重金属吸附点位，降低土壤中重金属的活性，结合图1可知，秸秆的施入对Pb的钝化消化更明显，这可能是秸秆中的有机碳分子量较小，在土壤中不易分解，与此同时，韩春梅等研究表明，在土壤类型相同的前提下，土壤重金属的形态分布不仅与土壤理化性质相关，还应受重金属总量的影响，表2展示了土壤中Pb总质量分数和不同形态Pb的质量分数之间的相关性，由表2可知，还原态Pb与总质量分数呈显著正相关（P ＜0.05），与其他形态相关性较差，还原态是植物较易吸收的形态，结合上文分析，虽然牛粪、秸秆与化肥配施使得土壤理化性质得到优化，提高了土壤的潜在生产力，但还原态Pb的质量分数上升意味着配施有增加重金属污染的风险，可见牛粪、秸秆与化肥配施要严格按土壤及作物对营养的需求进行施肥，不可一味地追求高产。

三、结语