適度深耕配施有機肥減少蔬菜對土壤重金屬的吸收

張耿苗,張麗君,章明奎,顧國平

(1.浙江省諸暨市農業技術推廣中心，浙江 諸暨 311800；2.浙江省平陽縣農業農村局，浙江 平陽 325400；3.浙江大學 環境與資源學院，浙江 杭州 310058；4.浙江省紹興市農業科學研究院，浙江 紹興 312003)

近30年來，我國農田土壤污染面積和污染程度均呈現增加的趨勢[1-2]。為保障食品安全，國內科研部門紛紛開展了污染土壤的治理與修復工作，提出了眾多的污染土壤修復技術，包括植物修復技術，固化、穩定化、異位填埋、原位封裝技術，土壤化學淋洗技術，土壤氧化/還原調控技術，電動(分離)修復技術，污染場地/土壤制度控制技術等[3-6]。這些技術或多或少在重金屬污染土壤修復中發揮了作用，但由于技術本身的缺陷或因處理費用高、處理周期長，尚難大規模地應用于農田土壤的治理。基于我國污染耕地多以輕度和中度污染為主[1]，近年來國內許多學者認為污染農田治理應走安全利用的道路，并認為通過農藝措施可在一定程度上控制農產品重金屬的積累[7-8]。可應用的農藝措施包括低重金屬吸收品種、灌溉管理、替代種植、調節pH、科學施肥和深耕改土等[9-16]。有學者介紹[17]，日本和中國臺灣地區曾采用翻耕稀釋方法治理污染土壤，并獲得了一定的效果。但深耕稀釋重金屬的同時，也可能造成表土有機質含量的降低，需要加強培肥。為此，本文通過試驗提出適度深耕配施有機肥來進行中輕度重金屬污染農田的修復。

1 材料與方法

試驗在浙江2處污染程度不同(輕度和中度)的農田上進行。每一類農田上各設置6個主處理，由3種耕作深度(20、30和40 cm)與2個有機肥施用水平(0、30 t/hm2)因素組合而成。另外，在中度污染農田施30 t/hm2有機肥處理中還增設了裂區(即把原小區一分為二)，在其中的一半裂區增設了施用凹凸棒石+石灰，施用量各為7.5 t/hm2。試驗小區面積為6 m2，重復3次。施用的有機肥中有機質、全氮、全磷、全鉀含量分別為513、26.8、13.8和9.8 g/kg，Cu、Zn、Pb、Cd、Co、Hg、As的含量分別為73.5、153.6、7.67、0.48、7.89、0.27、5.34 mg/kg。有機肥、凹凸棒石和石灰在耕作前作基肥施用。為達到較為全面混勻的目的，每一小區按照試驗設置的耕作深度連續耕翻2遍。采用育苗移栽方法種植蔬菜，品種為蘇州青，苗齡選擇在30 d左右。蔬菜移栽15 d后，追肥化肥，N、P施用量分別為250、30 kg/hm2，施用的化肥氮為尿素，化肥磷為過磷酸鈣。

于蔬菜生長75 d后，采集0～20和20～30 cm土樣和蔬菜樣品用于分析。蔬菜收獲時測算蔬菜的產量(鮮重)。每一混合土樣由各小區內5個分樣混合而成。采集的土壤樣品經風干后分別過2 mm和0.15 mm塑料土篩，用于土壤養分和重金屬測定。蔬菜樣依次用含少量洗潔精的自來水、自來水沖洗2～3次，去除附著的灰塵及其污染物質，之后繼續用去離子水沖洗2～3次。將清洗后的蔬菜樣切碎、混勻，用于重金屬分析。

蔬菜樣品用高氯酸消化，用石墨爐-原子吸收光譜法測定Cu、Zn、Cd和Pb，用熒光原子吸收法測定Hg和As。土壤重金屬采用標準方法測定，其中，Cu、Zn、Cd和Cr采用鹽酸-硝酸-高氯酸消解，用石墨爐原子吸收分光光度法測定Cd，用原子光譜吸收法測定Cu、Zn、Pb和Ni，熒光原子吸收法測定As；Hg用硝酸-高錳酸鉀消解，用冷原子吸收光譜法測定；Pb用鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸消解，用石墨爐原子吸收分光光度法測定。分析過程中采用質量控制，各重金屬測試誤差控制在5%以內，重復樣間相對誤差控制在10%以下。土壤中有機質、全N、全P等養分和pH采用常規方法測定。

2 結果與討論

2.1 對土壤肥力和蔬菜產量的影響

由表1可知，無論是輕度污染土壤還是中度污染土壤，與常規耕作(20 cm)相比，深耕(30 cm和40 cm)導致了0～20 cm土層有機質、全N、有效P和速效K含量的下降，下降程度隨耕作深度的增加而增加。深耕30 cm后，輕度污染土壤 0～20 cm土層有機質、全N、有效P和速效K含量比對照(常規耕作，下同)分別下降18.15%、14.38%、6.18%和10.94%；中度污染土壤 0～20 cm土層有機質、全N、有效P和速效K含量比對照分別下降15.86%、13.89%、29.87%和10.74%。深耕40 cm后，輕度污染土壤 0～20 cm土層有機質、全N、有效P和速效K含量比對照分別下降21.63%、22.22%、11.54%和18.39%；中度污染土壤 0～20 cm土層有機質、全N、有效P和速效K含量比對照分別下降22.68%、24.07%、38.87%和14.57%。深耕后，20～30 cm土層有機質、全N、有效P和速效K含量呈上升趨勢。深耕同時配施有機肥可減緩土壤養分的下降，其中對減緩0～20 cm土層有效P、速效K含量最為明顯。對于輕度污染土壤，在配施有機肥的情況下，深耕30 cm和40 cm后，土壤 0～20 cm土層有機質含量分別比對照下降10.50%和17.77%；全N含量分別下降13.07%和16.34%；對于重度污染土壤，在配施有機肥的情況下，深耕30 cm和40 cm后，土壤 0～20 cm土層有機質分別比對照下降7.86%和3.80%；全N含量分別下降9.26%和17.59%。深耕后養分含量的變化顯然與表層與下層土壤混合有關，導致表層養分的下降和下層養分含量的增加。

表1 深耕和施有機肥對土壤養分含量的影響

注:表中相同土壤相同深度土層數據后字母不同者差異顯著(P<0.01)。

表2為以常規耕作(20 cm)及不施有機肥情況下蔬菜產量為100%計算的各處理小區相對產量。從中可知，深耕可導致蔬菜產量的下降，以深耕40 cm的蔬菜產量下降最為明顯；但同時配施有機肥后由深耕引起的蔬菜產量下降幅度明顯減弱。蔬菜根系主要生長在0～20 cm土層中，因此在不配施有機肥的情況下深耕可導致土壤肥力的下降，影響蔬菜的正常生產；但深耕同時配施有機肥可減少因深耕帶來的負影響。

2.2 對土壤重金屬含量的影響

深耕顯著降低了0～20 cm土層中重金屬的含量，相應地增加了20～30 cm土層中重金屬的水平(表3)。在不施用有機肥的條件下，深耕30 cm后，輕度污染土壤 0～20 cm土層Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg和As含量比對照分別下降21.61%、9.17%、10.53%、9.29%、12.43%、6.75%和4.90%；中度污染土壤 0～20 cm土層Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg和As含量比對照分別下降16.03%、18.86%、10.28%、14.97%、8.99%、13.12%和9.30%。深耕40 cm后，輕度污染土壤 0～20 cm土層Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg和As含量比對照分別下降32.82%、14.87%、20.23%、15.93%、19.79%、13.18%和9.74%；中度污染土壤 0～20 cm土層Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg和As含量比對照分別下降25.71%、29.90%、15.78%、24.70%、14.44%、21.64%和18.52%。與不施有機肥相比，配施有機肥輕微增加了土壤重金屬水平，但與不施有機肥的情況并無顯著的差異。

2.3 對蔬菜中重金屬積累的影響

深耕顯著降低蔬菜中重金屬的積累(表4)。在不施用有機肥的條件下，深耕30 cm后，輕度污染土壤上生長蔬菜的Cu、Zn、Pb、Cd、Hg和As含量比對照分別下降10.74%、23.68%、21.37%、40.79%、26.14%和8.89%；中度污染土壤上生長蔬菜的Cu、Zn、Pb、Cd、Hg和As含量比對照分別下降5.30%、8.33%、12.82%、10.26%、13.64%和8.82%。深耕40 cm后，輕度污染土壤上生長蔬菜的Cu、Zn、Pb、Cd、Hg和As含量比對照分別下降28.32%、37.48%、34.35%、52.63%、38.64%和22.22%；中度污染土壤上生長蔬菜的Cu、Zn、Pb、Cd、Hg和As含量比對照分別下降5.50%、15.86%、25.64%、21.37%、28.03%和19.11%。與土壤重金屬含量變化不同，配施有機肥蔬菜中重金屬含量一般比不施有機肥的情況低，這可能與施用有機肥增加了蔬菜的產量、對蔬菜中重金屬有稀釋作用有關。

與GB 18406.1—2001標準比較，對于輕度污染土壤，在常規耕作情況下，其上生長的蔬菜除Cd超標外，其它金屬元素均沒有超標。深耕特別是配施有機肥后，其上生長的蔬菜重金屬含量均在超標臨界值以下。對于中度污染土壤，在常規耕作情況下，其上生長的蔬菜中Pb、Cd、Hg、As含量均明顯超標，深耕及配施有機肥后，雖然蔬菜中各重金屬含量均有明顯的下降，但多數情況下蔬菜中重金屬含量仍在標準以上，這表明對于重金屬污染較嚴重的土壤僅僅采用一般的深耕(深耕深度小于40 cm)還不足以消除其對蔬菜的影響。裂區試驗表明，在深耕及配施有機肥的同時，施用凹凸棒石+石灰各7.5 t/hm2后，蔬菜中重金屬含量都達到限制值以下；其中，深耕30 cm后蔬菜的Pb、Cd、Hg和As含量比對照分別下降51.28%、58.97%、29.55%和32.35%；深耕40 cm后，蔬菜的Pb、Cd、Hg和As含量比對照分別下降56.41%、64.96%、34.09%和36.76%。

表2 深耕和施有機肥對蔬菜產量的影響

注:表中同一土壤類型后字母不同表示差異顯著(P<0.01)。

表3 深耕和施有機肥對土壤重金屬含量的影響

注:表中相同土壤相同深度土層數據后字母不同者差異顯著(P<0.01)。

表4 深耕和施有機肥對蔬菜中重金屬積累的影響

注:表中相同土壤相同深度土層數據后字母不同者差異顯著(P<0.01)。

3 結論

研究表明，適度深耕(30 cm和40 cm)配施有機肥可顯著稀釋0～20 cm土壤重金屬水平、減少蔬菜吸收土壤中的重金屬。對于輕度污染土壤，深耕后蔬菜中重金屬含量都達到標準值以下；但對于中度污染土壤，在深耕同時需增施凹凸棒石+石灰混合改良劑才可使蔬菜中重金屬含量達標。研究也發現，深耕后0～20 cm土層土壤有機質和全N、有效P、速效K含量也因稀釋而下降，可影響蔬菜生長，因此需配施有機肥維持土壤肥力。我國耕地土壤重金屬污染多呈輕度，污染物主要分布在表層，可考慮采用適度深耕配施有機肥的方法加以修復治理。