不同氮肥水平與外源汞的土壤效應研究

閆雙堆，史小凱，劉利軍

（山西農業大學資源與環境學院，山西太谷030801）

Hg是一種植物非必需元素，自工業化以來，大規模的汞被排放到了環境中[1-2]。Reimann等[3]通過實地監測，發現歐美各國垃圾中汞含量高達2～5mg/kg。蕭蘊英等[4]研究發現，西安郊區的污灌區土壤汞含量均處于0.52～0.90mg/kg之間。另外，一些化學肥料的汞含量也很高，如磷肥的平均汞含量為0.25mg/kg[5]。這些汞隨著土壤進入植物體內，伴隨著汞在植物體內的積累，將會對植物造成毒害作用[6-11]、破壞微生物群落的結構和多樣性[12-13]。同時，進入人體會對人體健康造成危害。因此，重金屬汞污染研究成為土壤污染研究的重點。

本試驗通過在外源汞添加的土壤中施入不同量的氮肥，研究氮肥對土壤中不同形態汞之間的轉化狀況的影響，同時對土壤中不同形態的汞進行了生物有效性分析，旨在研究氮肥水平與各種形態汞轉化之間的內在聯系，為汞污染土壤的修復提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試作物為油菜，品種為四月蔓，生育期為40 d。供試肥料為尿素，含氮量46%。供試土壤為石灰性褐土，其理化性狀如表1所示。

表1 供試土壤基本理化性狀

1.2 試驗設計與實施方案

本研究采用二因素完全隨機設計，采用盆栽試驗，因素A為氮肥水平，4種施肥處理分別為：T1.不施肥（CK）；T2.施尿素 0.2 g/kg；T3.施尿素0.4 g/kg；T4.施尿素0.6 g/kg。因素B為重金屬汞的含量，設每千克土壤施入氯化汞0，1，10，20mg 4個水平，共16個處理（表2），4次重復，共64盆。

表2 施肥與重金屬汞的組合

1.3 試驗實施及管理

盆栽試驗在山西農業大學資源與環境學院試驗站進行。2010年3月1日，選取大小均一的種子于溫室內播種、育苗，育苗當天澆足水，以后每2 d澆1次水。同時取過2mm篩風干土5 kg裝入已準備好的塑料盆中（盆中鋪好石子、紗布及注水管），按照表2各處理添加重金屬汞及不同量氮肥，在室內放置穩定1周，保持一定的含水量。3月20日，取長勢大小一致的幼苗移植到塑料盆中，每盆移植15株，定期澆水。在此期間，測定基礎土樣中有機質、全磷、全氮、速效磷、速效鉀含量及pH值等基本理化性狀。4月初，期待幼苗生長穩定后間苗，每盆留苗10株。油菜生長期間定期澆水并及時去除雜草和防治害蟲。

1.4 測定項目及方法

全Hg采用氫氟酸-高氯酸-硝酸消解原子熒光法測定。形態分級采用Tessier對重金屬的分級方法進行，即采用連續提取程序分析可交換態、碳酸鹽結合態、鐵錳氧化態、有機結合態、殘渣態汞。

試驗數據采用Excel2003和DPS 7.05軟件進行處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同氮肥水平與外源汞對土壤中全汞含量的影響

由圖1可知，在各種施肥條件下，土壤全汞含量隨著外源汞濃度的升高出現了逐漸升高的趨勢。T1水平下土壤全汞含量最大，T3水平下土壤全汞含量最低；T2水平下土壤全汞含量平均比T1水平下減少了21.6%，T3水平下土壤全汞含量平均比T1水平下減少了33.7%，T4水平下土壤全汞含量平均比T1水平下減少了30.1%；汞含量為1mg/kg處理下土壤全汞含量平均比0處理下增加了57.8%，汞含量為10mg/kg處理下土壤全汞含量平均比0處理下增加了622.9%，汞含量為20mg/kg處理下土壤全汞含量平均比0處理下增加了1 030.6%。

2.2 不同氮肥水平與外源汞對土壤汞形態分布的影響

從圖2可以看出，施入外源汞用量為0～1 mg/kg時，汞形態以殘渣態為主；汞用量為10～20mg/kg時，汞形態雖仍以殘渣態為主，但可交換態與碳酸鹽結合態比汞用量為0～1 mg/kg時顯著增加，且汞可交換態含量比碳酸鹽結合態含量高，說明施入低用量外源汞對土壤汞形態影響不顯著，但施入高用量外源汞后，可交換態汞含量與碳酸鹽結合態含量顯著增加。

氮肥施入后，鐵錳氧化態汞與有機結合態汞含量變化不大，可交換態汞含量和碳酸鹽結合態汞含量顯著增加，殘渣態含量與T1水平相比有所降低，說明氮肥有助于汞的活化。

2.3 不同氮肥水平與外源汞處理下土壤中汞的生物有效性

根據相關性分析，確定本試驗中土壤汞的生物有效性系數為（可交換態汞含量+碳酸鹽結合態汞含量+鐵錳氧化態汞含量）/（可交換態汞含量+碳酸鹽結合態汞含量+鐵錳氧化態汞含量+有機結合態汞含量+殘渣態汞含量）。

施氮肥后土壤汞的生物有效性系數均比不施肥的大（圖3），T3水平下生物有效性最高，平均比T1水平提高了79.8%；T4水平次之，平均比T1水平下提高了59.0%；T2水平下生物有效性平均比T1水平提高了33.5%。汞的用量為1mg/kg時，土壤汞生物有效性系數平均比0處理提高了22.0%；汞用量為10mg/kg時，土壤汞生物有效性系數平均比0處理提高了42.8%，汞用量為20mg/kg時，土壤汞生物有效性系數平均比0處理提高了57.3%。

施氮肥處理與不同汞用量對土壤汞生物有效性系數的影響差異均達到了顯著水平。T3與T2，T3與T1，T2與T4之間對土壤汞生物有效性系數的影響差異達到了顯著水平；20mg/kg汞處理與0處理之間對土壤汞生物有效性系數的影響差異達到了顯著水平，10mg/kg汞處理與0處理之間對土壤汞生物有效性系數的影響差異也達到了顯著水平，其余的汞用量處理兩兩之間對土壤汞生物有效性系數的影響差異未達到顯著水平。

3 結論

施氮肥后能夠降低土壤中總汞的含量，同時隨著外源汞用量的升高，殘渣態汞、鐵錳氧化態汞含量顯著增加，施入高用量汞（10～20mg/kg）后，土壤中可交換態汞含量有所增加，但增加不顯著。施入后的外源汞大部分會轉化為殘渣態，少部分轉化為鐵錳氧化態。此外，施入氮肥后殘渣態汞的含量顯著減少，鐵錳氧化態汞含量顯著增加，在施入汞用量為10～20mg/kg時，可交換態汞含量亦顯著增加。不同施肥水平對土壤汞形態活化程度不同，各處理對汞的有效態轉化程度的大小順序為：T3＞T4＞T2＞T1。

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