不同重金屬鈍化劑對向日葵土壤及籽實重金屬富集效應研究

王永寧，王躍飛，張 雷，劉宏金，羅 軍，郭曉宇，傅建偉，包 菡，喬志剛，武 巖

(內蒙古自治區農牧業生態與資源保護中心，內蒙古呼和浩特 010021)

土壤是人類生存和社會發展不可或缺的自然資源，也是農業生產的重要基礎。然而隨著工業化、城市化的飛速發展，土壤污染問題日益嚴峻，其中重金屬對土壤造成的污染問題最為突出[1]。土壤中重金屬具有一定的隱蔽性和潛伏性，不易被檢出，而且重金屬易在土壤中積累，一旦含量超標造成土壤污染，不僅可能引起土壤的退化，而且還會通過食物被人體吸收，從而間接對食品安全產生巨大影響[2]。土壤重金屬污染已成為急需解決的重大環境問題之一[3]。為充分實現農田可持續利用，保障人類獲得充足且安全的食品，迫切需要研究并提出經濟、高效、可行的重金屬污染土壤修復技術[4]。

土壤重金屬的修復方法有很多，大致分為3類。一類是鈍化修復，主要是通過向土壤中添加膨潤土、生物炭、有機肥，使重金屬由活性向穩定形態轉化，以降低重金屬的遷移和生物可利用性[5-8]，具有費用低、對環境影響小、效率高等特點[9]；另一類是提取，主要是利用重金屬超積累植物或富集植物根系吸收污染土壤中的重金屬并運移至植物地上部[10-12]；第3類是對土壤進行淋洗、稀釋、換土等物理修復方法[6]。利用天然鈍化劑修復重金屬的同時，改善土壤理化性質，增加土壤肥力、土壤陽離子交換量、土壤透氣性[13]，這種方法修復重金屬的同時不會造成土壤二次污染，是當前和今后常用的修復方法，該研究采用天然鈍化劑對試驗區土壤重金屬進行修復，探索生態解決方案。

1 材料與方法

1.1 試驗材料膨潤土、生物炭、有機肥3種鈍化劑和一種菌肥，當地主栽向日葵品種。

1.2 試驗方法試驗于2018年5—11月在內蒙古中部某試驗區進行，開始前采集0～20 cm耕層土壤。試驗設6個處理，分別為不施鈍化劑(CK)、膨潤土2 520 kg/hm2(DP)、生物炭510 kg/hm2(DS)、有機肥15 000 kg/hm2(DY)、菌肥300 kg/hm2(D1)、菌肥1 005 kg/hm2(D2)，3次重復，小區面積20 m2，供試作物為向日葵，田間管理同當地。

1.3 樣品采集試驗結束后分別采集每小區植株、根莖、0～20 cm耕層土壤樣品，制備保存。

1.4 檢測指標土壤檢測pH、鉻(Cr)、鉛(Pb)、鎘(Cd)、砷(As)、汞(Hg)；籽實和秸稈檢測Cr、Pb、Cd、As、Hg。

1.5 試驗初始土壤情況修復點土壤為栗鈣土，pH 6.56，Cr含量51.10 mg/kg、Pb含量322.00 mg/kg、Cd含量6.35 mg/kg、As含量2 679.00 mg/kg、Hg含量0.12 mg/kg。

2 結果與分析

2.1 不同鈍化劑處理對土壤pH的影響由圖1可知，對照處理下土壤的pH處于6.5～7.0，為微酸性土壤。與CK相比，D2、DP和DS處理顯著提高了土壤pH(P<0.05)，pH分別提高了0.84、1.03和0.72，可見菌肥施用量為1 005 kg/hm2、膨潤土施用量為2 520 kg/hm2、生物炭施用量為510 kg/hm2均可以有效提高土壤pH，與何梓林等[14]、謝霏等[15]的研究結果一致。

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05) Note：Different lowercase letters indicate significant difference(P<0.05)圖1 不同鈍化劑處理對土壤pH的影響Fig.1 Effect of different passivating agent treatments on soil pH

2.2 不同鈍化劑處理對向日葵籽實和秸稈吸收重金屬的影響由圖2可知，與CK相比，D2和DS處理均顯著降低了向日葵籽實中Cd含量(P<0.05)，分別是對照的0.75和0.55倍；D1、D2、DP和DS處理均顯著降低了向日葵籽實中Hg含量(P<0.05)，分別是對照的0.51、0.39、0.09和0.33倍，DP處理下向日葵籽實中Hg含量降低最多，降低了99.93%。可見菌肥施用量為1 005 kg/hm2、生物炭施用量為510 kg/hm2可以控制土壤中Cd向向日葵籽實轉移，菌肥施用量為300和1 005 kg/hm2、膨潤土施用量為2 520 kg/hm2、生物炭施用量為510 kg/hm2可以控制土壤中Hg向向日葵籽實中轉移，膨潤土施用量為2 520 kg/hm2效果最好。

由圖2可知，DP處理顯著降低了秸稈中Cr和Pb的含量(P<0.05)，分別是對照的0.45和0.46倍；D2和DP處理顯著降低了向日葵秸稈中As含量(P<0.05)，分別是對照的0.36 和0.32倍；DP和DS處理顯著降低了向日葵秸稈中Hg含量(P<0.05)，分別是對照的0.25和0.28倍。膨潤土施用量為2 520 kg/hm2可以有效控制土壤中Cr、Pb、As和Hg向向日葵秸稈中轉移，菌肥施用量為1 005 kg/hm2可以有效控制土壤中As向向日葵秸稈中轉移，生物炭施用量為510 kg/hm2可以有效控制土壤中Hg向向日葵秸稈中轉移。

注：不同小寫字母表示同一部位不同處理間差異顯著(P<0.05) Note：Different lowercase letters indicate significant difference between different treatments at the same site(P<0.05)圖2 不同鈍化劑處理對向日葵地上部積累重金屬的影響Fig.2 Effects of different passivating agent treatments on the accumulation of heavy metals in sunflower overground

2.3 不同鈍化劑處理對向日葵產量的影響由圖3可知，除生物炭(DS)之外，其余處理均顯著提高了向日葵的籽實產量和秸稈產量，與CK相比，D1、D2、DP和DY處理下，向日葵籽實產量和秸稈產量均為對照的1.27、1.24、1.29和1.13倍，均提高了27.18%、24.26%、29.00%和13.50%。有研究表明，施用膨潤土能提高花生產量[16]，生物菌肥能顯著提高甘薯的單株結薯數和大中薯率[17]，基施多功能高效生物有機肥750 kg/hm2，能降低稻米鎘、鉛和砷含量且顯著提高水稻產量，產值增加1 227.15～3 952.80元/hm2[18]，與該研究結果一致。因此，施用一定量生物鈍化劑不僅可以降低重金屬作物在地上部的積累，還可有效提高作物產量。

注：不同小寫字母表示同一產量不同處理間差異顯著(P<0.05) Note：Different lowercase letters indicate significant difference between different treatments at the same yield(P<0.05)圖3 不同鈍化劑處理對向日葵產量的影響Fig.3 Effect of different passivating agent treatments on sunflower yield

2.4 不同鈍化劑處理下向日葵籽粒重金屬含量的安全性評價從表2可以看出，參照GB 2762—2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》，各處理向日葵籽實中Hg、As、Cr和Pb含量均未超過國家限量標準，符合國家安全食用標準；除D2和DS處理之外，其余處理向日葵籽實中Cd含量均超過國家安全食用標準，可見施用微生物菌肥1 005 kg/hm2和生物炭510 kg/hm2可以有效降低向日葵籽粒中Cd含量，使其達到國家安全食用標準。

表2 不同處理下向日葵籽實重金屬含量和限量標準Table 2 Heavy metal content and limit standards of sunflower seeds under different treatments mg/kg

2.5 不同鈍化劑處理下向日葵秸稈重金屬含量對畜禽健康評價從表3可以看出，參照GB 13078—2001《飼料衛生標準》，各處理向日葵秸稈中Cr、Pb和Hg含量均未超過國家限量標準，符合畜禽食用標準；各處理向日葵秸稈中Cd和As均超過了飼料衛生標準中的限量值，雖然D2和DP處理顯著降低了向日葵秸稈中As含量，但仍然超過了飼料衛生標準。

3 結論與討論

針對弱酸性重金屬超標栗鈣土壤種植向日葵修復問題，施用菌肥300 kg/hm2可降低籽實中Hg含量；施用菌肥1 005 kg/hm2可調節土壤pH，降低籽實中Hg和Cd含量，降低秸稈中As含量，提高產量。施用膨潤土2 520 kg/hm2可調節土壤pH，降低籽實Hg含量，降低秸稈中As、Hg、Cr、Pb含量，提高產量。施用生物炭510 kg/hm2可調節土壤pH，降低籽實中Hg和Cd含量，降低秸稈中Hg含量，提高產量。

表3 不同處理下向日葵秸稈重金屬含量和配合飼料限量標準 Table 3 Heavy metal content of sunflower straw and limit standard of formulated feed under different treatments mg/kg