沼液施用對花生小麥輪作土壤養分和重金屬含量的影響

秦乃群，陳現朝，高敬偉，楊 璞，蔡金蘭，郝迎春，李艷梅，廖祥政，冀洪策

（1.鄧州市農業技術推廣中心，河南 鄧州 474100；2.北京雜交小麥工程技術研究中心，北京 100097）

花生小麥輪作是黃淮麥區常見的種植模式，可提高耕地利用效率，增加糧油產量，有效保障我國的糧油安全。合理施肥可提高花生小麥周年生產的產量和品質[1-2]，沼液含有氮、磷、鉀、鐵、鋅、錳等多種營養元素，能顯著地改善土壤環境、有效地調節土壤水、肥、氣、熱，促進土壤生態環境良性循環，從而促進作物生長發育，提高作物產量，改善作物品質[3-5]。由于沼肥中營養元素和微量金屬含量不同，土壤類型及土壤微生物環境不同，作物對土壤養分和重金屬的吸收利用不同，造成了重金屬在農產品和土壤中含量不同[6-8]。宋三多等[9]研究沼肥施用對稻麥輪作土壤及作物養分、重金屬含量的影響，設置沼肥低量、中量、高量、沼氮混合、單施化肥與不施化肥（CK）6種施肥處理，結果表明，沼氮混施處理可增加小麥、水稻產量，提高土壤肥力，且不會造成重金屬含量超標。BAR?óG等[10]研究沼液、糞肥和氮磷鉀肥對冬小麥和春大麥籽粒中微量金屬含量的影響，結果表明，使用沼液和糞肥不會造成微量金屬元素污染食物鏈的風險。黃翔等[11]研究不同沼肥施用量對水稻生長和產量及其重金屬含量的影響，結果表明，當沼肥施用量較高時，會增加收獲籽粒中的重金屬含量。BIAN等[12]對我國太湖流域使用沼液的106個土壤樣品分析表明，土壤中Cd和Pb濃度均超標。CHEN等[13]利用沼液作為兩季茭白的氮肥研究表明，過量使用沼液會對農作物產生不利影響，增加環境污染風險。沼液施用對花生小麥輪作作物產量及土壤養分和重金屬含量的研究未見報道，因而探明生產中適宜的沼肥用量既可提高作物產量、增加土壤肥力，又不造成重金屬污染極為重要。

本研究探討沼液施用對花生小麥輪作作物產量、籽粒中重金屬含量、土壤養分及其中重金屬含量的影響，以期為沼液合理施用提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于河南省鄧州市腰店鎮河南黃志牧業有限公司試驗基地進行，土壤類型為砂姜黑土，種植制度為花生小麥輪作。小麥收獲后，對試驗地進行取土化驗，基礎土樣各養分含量及重金屬含量為：有機質43.6 g/kg，全氮0.188%，有效磷55.9 mg/kg，速效鉀172 mg/kg，汞0.057 mg/kg，鉛27.9 mg/kg，鎘0.19 mg/kg，鉻74.4 mg/kg，砷13.1 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試花生品種為遠雜6號，小麥品種為中洛08-2，由河南省鄢陵縣冠尚農業發展有限公司提供。

試驗用沼液由河南黃志牧業有限公司規模化養豬場提供，沼液是以豬糞尿為原料經厭氧發酵干濕分離后的液體，養分狀況為：有機質0.77%，全氮0.498%，有效磷34.3 mg/kg，速效鉀384 mg/kg。化肥為45%（N-P2O5-K2O=18-9-18）的復合肥料。

1.3 試驗方法

2018年6月小麥收獲后種花生，10月花生收獲后種小麥，2019年6月收獲小麥。根據當地種植習慣一次性施足底肥不施追肥，花生和小麥試驗地施肥量相同，施750 kg/hm2復合肥為底肥。花生與小麥試驗各處理沼液的施肥量和小區對應相同，即等量定點施肥，設置6個處理，分別為22.5（B1）、45.0（B2）、67.5（B3）、90.0（B4）、112.5（B5）t/hm2和 不施沼液（B6，CK）。每個處理3次重復，18個小區。小區面積22.5 m2（3.0 m×7.5 m），小區之間留1.5 m作為隔離區，試驗田四周設保護區。

2018年6月1日，沼液用塑料桶稱質量后，人工均勻潑灑對應的試驗小區，6月3日結合施復合肥整地播種花生，18萬穴/hm2，每穴2粒；2018年10月17日沼液用塑料桶稱質量后，人工均勻潑灑對應的試驗小區，10月20日結合施復合肥整地播種小麥，基本苗225萬株/hm2。

1.4 測定項目及方法

2018年9月28日，花生成熟期每小區隨機選取3點，每點拔取1 m單行（株、果），帶回實驗室考種測產。花生收獲后，每個小區采用S形取樣法，取0～20 cm耕層土壤，均勻混合后用四分法取土1 kg左右，帶回實驗室，放在陰涼通風處風干，挑出雜物，備用化驗。

2019年5月29日，小麥成熟期在每個小區隨機取3點，調查公頃穗數，每點取10穗，進行實驗室考種測產。小麥收獲后，取土樣同花生。

將花生、小麥收獲后的土樣進行養分測定。有機質含量采用重鉻酸鉀外加熱法測定，全氮含量采用凱氏定氮法測定，有效磷含量采用多波長紫外可見分光光度計法測定，速效鉀含量采用火焰光度計法測定。將花生、小麥收獲后的土樣和籽粒進行重金屬含量的測定。Hg、As含量采用原子熒光分光光度計測定，Cr含量采用火焰原子吸收分光光度計測定，Cd、Pb含量采用石墨爐原子吸收分光光度計測定[6]。

1.5 數據處理

采用Excel 2016及SPSS 22.0對數據進行處理及統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同沼液處理對花生和小麥產量的影響

不同施肥處理花生和小麥產量結果表明（表1），施沼液的處理花生和小麥的產量增加，隨著施沼液量的增加，花生和小麥的產量相應增加。底施沼液的花生產量比沒施沼液的對照增產3.15%～11.27%,B1、B2處理的產量與對照相比，差異不顯著，B3、B4、B5處理的產量與對照相比，差異顯著（P＜0.05），B1、B2、B3、B4處理間產量差異不顯著,B5處理與B1、B2處理間產量差異顯著，B4、B5處理的產量與對照相比，差異極顯著（P＜0.01）。底施沼液的小麥產量比沒施沼液的對照增產2.68%～11.53%，B1、B2處理的產量與對照相比，差異不顯著，B3、B4、B5處理的產量與對照相比，差異顯著（P＜0.05），B2、B3、B4處理間的產量差異不顯著,B5處理與B1、B2、B3處理間的產量差異顯著，B4、B5處理的產量與對照相比，差異極顯著（P＜0.01）。

表1 不同沼液處理對花生和小麥產量的影響Tab.1 Effect of different biogas slurry on yield of peanut and wheat

2.2 不同沼液處理對花生、小麥土壤養分含量的影響

不同處理土壤養分含量表明（表2），施沼液可提高土壤有機質含量，隨著施沼液量的增加，土壤中有機質含量相應增加。花生季各施沼液處理的土壤有機質含量都比沒施沼液對照的土壤有機質含量高，但差異不顯著，增幅為2.54%～13.78%。小麥季各施沼液處理的土壤有機質含量都比沒施沼液對照的土壤有機質含量高，增幅為2.34%～24.79%，B1、B2、B3處理的土壤有機質含量比對照提高，但差異不顯著，B5、B6處理的土壤有機質含量比對照B6提高，且差異顯著（P＜0.05）。

表2 不同沼液處理對花生、小麥土壤養分含量的影響Tab.2 Effect of different biogas slurry on soil nutrient content of peanut and wheat

施沼液可有效提高土壤全氮含量，花生季各施沼液處理的土壤全氮含量都比沒施沼液對照的土壤全氮含量高，且差異顯著（P＜0.05），增幅為21.05%～52.63%；小麥季B1的土壤全氮含量比對照的土壤全氮含量高，但差異不顯著，B2、B3、B4、B5處理的土壤全氮含量比對照高，差異顯著（P＜0.05），增幅為9.09%～45.45%。

花生季和小麥季各施沼液處理的土壤有效磷含量都比沒施沼液對照的土壤有效磷含量高，增幅分別為5.16%～35.50%、6.64%～29.88%，除B1處理外，其他處理的土壤有效磷含量都比對照高，差異顯著（P＜0.05）。施沼液可有效提高土壤速效鉀含量，各處理的土壤速效鉀含量隨著施沼液量的增加而增加，花生季施沼液各處理的土壤速效鉀含量比沒施沼液對照的含量高，增幅為3.78%～25.68%，除B1處理外，其他處理土壤速效鉀的含量都比對照高，差異顯著（P＜0.05）；小麥季施沼液各處理的土壤速效鉀的含量都比對照的速效鉀含量高，且差異顯著（P＜0.05），增幅為10.30%～25.25%。

2.3 不同沼液處理對花生和小麥籽粒（仁）中重金屬含量的影響

由表3可知，不同處理的花生籽仁中均未檢測出Hg、Pb、Cr和As，都檢測出Cd，對照的花生籽仁中Cd含量最高，為0.34 mg/kg。不同處理的小麥籽粒中均未檢測出Hg和As，B1、B2處理的小麥籽粒中檢測到Pb，含量分別為0.023、0.029 mg/kg，其他處理的小麥籽粒中未檢測出Pb；不同處理的小麥籽粒中均檢測出Cd，對照的小麥籽粒中Cd含量最高，為0.042 mg/kg；不同處理的小麥籽粒中均檢測出Cr，B1處理中Cr含量最高，為0.047 mg/kg，比對照的小麥籽粒中Cr含量高88%。

表3 不同沼液處理對花生和小麥籽粒（仁）中重金屬含量的影響Tab.3 Effect of different biogas slurry treatments on heavy metal content of peanut and wheat grain mg/kg

施沼液后，花生籽仁和小麥籽粒中檢測出的重金屬含量均低于《食品安全國家標準 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）的標準，這表明沼液與復合肥合理混合使用未造成花生籽仁和小麥籽粒中重金屬污染。

2.4 不同沼液處理下花生和小麥土壤中重金屬含量

花生季不同施肥處理的土壤重金屬含量如表4所示。

表4 花生季不同沼液處理的土壤重金屬含量Tab.4 Heavy metal content of soil under different biogas slurry treatments at peanut season mg/kg

花生季不同沼液處理的土壤重金屬含量結果表明（表4），不同處理土壤中Hg含量變幅為0.048～0.076 mg/kg，對照土壤中Hg含量最低，為0.048 mg/kg，B3處 理 土 壤 中Hg含 量 最 高，為0.076 mg/kg，比對照高58.3%；不同處理土壤中Pb含量變幅為24.70～27.60 mg/kg，對照土壤中Pb含量最高；不同處理土壤中Cd含量差異不顯著，幅度為0.200～0.230 mg/kg，對照土壤中Cd含量最高，為0.230 mg/kg；不同處理土壤中Cr含量差異顯著，幅度為71.80～76.30 mg/kg，B3處理土壤中Cr含量最高，比對照高3.8%；不同處理土壤中As含量變幅為11.60～13.70 mg/kg，對照土壤中As含量最低，為11.60 mg/kg。

由表5可知，小麥季不同處理土壤中Hg含量變幅為0.045～0.064 mg/kg，對照土壤中Hg含量最低，為0.045 mg/kg，B3處理土壤中Hg含量最高，為0.064 mg/kg，比對照高42.2%；不同處理土壤中Pb含量幅度為22.90～25.70 mg/kg，B5處理土壤中Pb含量最高，為25.70 mg/kg，比對照高3.6%；不同處理土壤中Cd含量差異不顯著，幅度為0.110～0.140 mg/kg，B1處 理 土 壤 中Cd含 量 最 高，為0.140 mg/kg，比對照高27.3%；不同處理土壤中Cr含量變幅為83.40～90.30 mg/kg，B1處理土壤中Cr含量最高，為90.30 mg/kg，比對照高6.4%；不同處理土壤中As含量變幅為13.50～15.20 mg/kg，B4處理土壤中As含量最高，比對照高12.6%。

表5 小麥季不同沼液處理的土壤重金屬含量Tab.5 Heavy metal content of soil under different biogas slurry treatments at wheat season mg/kg

施沼液后土壤重金屬含量有所增加，但總體看，其含量均低于國家《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 15618—2018）標準值，表明合理施肥未造成花生小麥輪作土壤重金屬污染。

3 結論與討論

3.1 沼液施用對花生和小麥產量的影響

沼液作為一種液態有機肥料，含有N、P、K等多種營養元素以及豐富的氨基酸、生長素、糖類、核酸、各種水解酶及抗生素等物質,這些營養物質容易被作物吸收利用，合理施用沼液不僅可改良土壤，減少化肥、農藥使用量，還可以顯著提高作物產量[14-17]。本研究結果表明，在底施化肥相同的情況下，隨著施沼液量的增加，小麥和花生的產量明顯增加，可能是隨著施沼液量的增加，土壤中N、P、K、有機質及其他微量元素含量增加，有利于花生和小麥的吸收利用，從而提高了花生和小麥產量，這與前人的研究結果基本一致[18-21]。花生季和小麥季處理B4、B5的產量比對照增產，差異極顯著（P＜0.01），因此，花生和小麥高產的適宜沼液量在90.0～112.5 t/hm2。

3.2 沼液施用對土壤養分含量的影響

沼液中含有作物所需的各種養分、各種水解酶及多種微生物等，施用沼液能促進土壤微生物活動，利于土壤團粒結構的形成，改良土壤理化性質，增加土壤有機質、N、P、K、微量元素等含量，改善土壤營養元素的有效性，提高土壤堿解氮、速效磷、速效鉀的含量，提高土壤的生產能力，為作物生長發育提供了良好的環境，從而提高作物產量和改善農產品品質[14,17,21-22]。本研究表明，花生季和小麥季各施沼液處理的土壤有機質、全氮、有效磷和速效鉀含量都比不施沼液的對照高，且隨施沼液量的增加而增加，這表明施沼液可提高土壤有機質、N、P、K的含量；花生季施沼液處理之間土壤有機質量差異不顯著，小麥季B4、B5處理的土壤有機質含量比對照高，差異顯著，可能是花生和小麥對土壤有機質的吸收利用不同，造成土壤中有機質含量差異；花生季和小麥季除B1處理外，其他施沼液處理的土壤全氮含量都比沒施沼液的對照含量顯著提高，土壤有效磷含量除B1處理外，其他施沼液處理土壤有效磷的含量比對照顯著提高，土壤速效鉀含量除花生季B1處理外，其他施沼液處理土壤速效鉀的含量比對照顯著提高，土壤N、P、K含量的提高，除了施沼液補充外，可能是由于土壤中原有的N、P、K以難溶性化合物的形態存在，不能被作物直接吸收利用，而施用沼液后，其所含有的微生物、各種水解酶、腐植酸等物質促進難溶性化合物轉化為可溶性的營養元素，從而使土壤營養元素含量增加[23-24]。

3.3 沼液施用對作物籽粒及土壤中重金屬含量的影響

本研究結果表明，隨著沼液施用量的增加，花生和小麥籽粒（仁）Cd含量有下降趨勢，這與前人研究結果[23,25]基本一致，表明施沼液可以有效降低花生小麥籽（仁）粒Cd含量。B1、B2處理的小麥籽粒中檢測到Pb,其他處理的籽粒中沒有檢測到Pb,造成這種結果的原因有待進一步研究。不同處理的小麥籽粒中都檢測出Cr，這與前人的研究結果[9,22]相似。從研究結果看，花生小麥籽（仁）粒中檢測出的重金屬含量遠低于《食品安全國家標準 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）的標準，說明合理施用沼液不僅能提高作物產量，而且不會造成重金屬超標，這與前人研究結果基本一致[7]，然而，長期或過量施用沼液是否會導致花生小麥籽粒中重金屬含量超標，需要通過長期定位試驗來進一步研究。

沼液不僅含有豐富的有機質、N、P、K等營養元素，還含有Hg、Pb、Cd、Cr、As等重金屬元素，施沼液能提高土壤養分，促進作物生長，但長期或過量施用會使重金屬在農田不斷積累，增加對土壤重金屬污染的風險[6,9,17,26]。本研究結果表明，花生季和小麥季施沼液處理的土壤Hg、As含量都比沒施沼液的對照高，可能是施沼液增加了土壤Hg、As含量，不同施沼液處理土壤中Cd含量差異不顯著，說明施沼液對土壤中Cd含量影響較小；花生季施沼液處理的土壤Pb含量都比對照低，可能是施沼液降低了土壤Pb含量，這與馮娜娜等[27]研究結果不同；花生季不同處理土壤中Cr含量和小麥季不同處理土壤中Pb、Cr含量變化與施沼液的量關聯度低，需要進一步研究。施沼液后土壤重金屬含量有所增加,但遠低于國家《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 15618—2018）標準值，未造成土壤重金屬污染。土壤中重金屬變化是一個漫長、復雜的過程，受到土壤類型、施肥種類、土壤微生物、土壤生物酶、耕作制度、種植模式等眾多因素的影響，本研究為花生小麥輪作1 a的結果，沼液長期或過量施用對土壤重金屬含量的影響，有待進一步研究。