苧麻種植年限對(duì)土壤重金屬積累及富集效果的影響

黃承建，繆 凱，熊文強(qiáng)，劉小康，羅 芳，雷 寧，潘庭杰

（1.達(dá)州職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)學(xué)院，四川達(dá)州 635000；2.達(dá)州市農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，四川達(dá)州 635000）

土壤重金屬污染對(duì)生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人體健康是巨大的威脅。重金屬元素在土壤中的環(huán)境效應(yīng)主要取決于本身的物質(zhì)特性及土壤的環(huán)境特征。土壤理化性質(zhì)如土壤pH 值、有機(jī)質(zhì)、氮、磷和鉀的含量，很大程度上影響重金屬在土壤中的移動(dòng)性、生物有效性和毒性[1-2]，也影響重金屬污染土壤治理的效果[3]。對(duì)重金屬污染土壤的治理方法有很多，其中植物修復(fù)土壤重金屬污染技術(shù)具有成本低、可操作性強(qiáng)、二次污染小等優(yōu)勢(shì)，成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。苧麻（Boehmeria nivea）因?qū)︽k（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、汞（Hg）、砷（As）等多種土壤重金屬具有良好的耐受和富集能力，適合重金屬單因子和復(fù)合污染土壤的修復(fù)[4-9]，成為植物修復(fù)技術(shù)研究中潛力巨大的優(yōu)勢(shì)作物。開(kāi)展苧麻種植對(duì)污染農(nóng)田土壤重金屬修復(fù)年限的研究，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和食品安全具有重要意義。研究表明，苧麻對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)效果不僅存在苧麻品種間和土壤重金屬種類(lèi)的較大差異[5-6，8-9]，還與苧麻的修復(fù)年限即種植年限相關(guān)。研究預(yù)測(cè)，在礦區(qū)廢棄農(nóng)田Pb、Cd 的含量分別為694.22、7.70 mg·kg-1，修復(fù)到國(guó)家土壤環(huán)境三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（Pb、Cd的含量分別為500、1 mg·kg-1），Pb 修復(fù)年限為13.52 年，Cd 修復(fù)年限為1.49 年[8]。在自然條件下，使土壤鎘濃度從1.72 mg·kg-1降低到0.3 mg·kg-1，需要39 年[3]；在鎘污染稻田改種苧麻，苧麻鎘含量隨年限的增加而增加，連續(xù)種植苧麻5 年可使土壤中鎘含量下降27.6%[10]。汞污染稻田改種苧麻，汞含量由82 mg·kg-1降至0.39 mg·kg-1需要10年[7]。除苧麻外，其他用于重金屬污染土壤修復(fù)的潛力植物如蜈蚣草、板藍(lán)根、藜麥、皺葉酸模、香根草等，對(duì)重金屬的修復(fù)效果也與種植年限相關(guān)[11-13]。上述苧麻和其他植物對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)研究主要采用盆栽試驗(yàn)或大田微區(qū)試驗(yàn)，加入重金屬模擬污染土壤，或在污染嚴(yán)重的礦區(qū)農(nóng)田或化工廠(chǎng)周?chē)r(nóng)田進(jìn)行，農(nóng)田土壤重金屬的濃度很高[5-9,11,13]，而且多數(shù)集中在對(duì)污染土壤重金屬修復(fù)年限的預(yù)測(cè)上[3,7-8,10-12]，對(duì)實(shí)際的修復(fù)年限研究較少[13]。目前非礦區(qū)普通農(nóng)田，自然經(jīng)濟(jì)以農(nóng)業(yè)為主，由于農(nóng)藥和肥料等的施用造成土壤重金屬的累積，范圍大、面積廣，相對(duì)礦區(qū)和化工廠(chǎng)周?chē)r(nóng)田土壤重金屬含量較低，但又超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或地方標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)這些普通農(nóng)田重金屬污染土壤的修復(fù)研究較少。本研究在我國(guó)苧麻主產(chǎn)區(qū)四川省大竹縣苧麻產(chǎn)業(yè)園區(qū)選擇苧麻種植年限不同的麻園，測(cè)定不同種植年限麻園土壤重金屬和麻根中Cd、Pb、Cr、Hg 和As 含量，分析苧麻種植年限對(duì)土壤和麻根重金屬的積累、麻根對(duì)土壤重金屬富集效果、對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響，探討土壤理化性質(zhì)對(duì)土壤重金屬積累的影響，評(píng)價(jià)麻園土壤的污染程度，為普通農(nóng)田土壤重金屬污染修復(fù)提供技術(shù)手段。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

土壤和作物樣品的采集在苧麻主產(chǎn)區(qū)四川省大竹縣苧麻產(chǎn)業(yè)園區(qū)進(jìn)行。大竹縣位于四川省東部，為典型的丘陵地帶，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，平均氣溫16.5 ℃，年降雨量1 179.1 mm，年日照時(shí)數(shù)為1 313.4 h，無(wú)霜期285 d。苧麻是大竹縣的特色經(jīng)濟(jì)作物，種植歷史悠久，栽培面積大，占全國(guó)苧麻面積的65%以上[14]，是全國(guó)苧麻主產(chǎn)區(qū)，有“中國(guó)苧麻之鄉(xiāng)”的美譽(yù)。

苧麻為多年生宿根性草本作物，地下部分麻蔸能夠自我更新，可宿根種植10～20年甚至上百年[14]。生產(chǎn)上一般將種植苧麻1～3年、產(chǎn)量較低的麻園稱(chēng)為新麻園；4～8 年、產(chǎn)量較高且穩(wěn)定的稱(chēng)為成齡麻園或壯齡麻園；9 年及以上、產(chǎn)量開(kāi)始緩慢下降的稱(chēng)為老麻園（這種劃分是相對(duì)的，管理好的成齡麻園產(chǎn)量也可持續(xù)10 年以上甚至幾十年）[15]。在大竹縣苧麻產(chǎn)業(yè)園區(qū)依據(jù)苧麻的種植情況，優(yōu)先選擇面積較大的麻園布設(shè)采樣點(diǎn)，其中1～3 年的新麻園5 個(gè)，4～8 年的成齡麻園5個(gè)，9年及以上的老麻園6個(gè)，共16個(gè)麻園，面積29.50 hm2。

土壤樣品的采集。2022 年3 月，在選定的16 個(gè)麻園，每個(gè)麻園按蛇型取樣法，采集9 個(gè)點(diǎn)的根際土壤（深度0～20 cm），混合均勻后裝袋，去除樣品中雜草、礫石等雜物，按四分法縮分后將樣品等量混合成1 個(gè)樣品，質(zhì)量不低于1 kg，共采集土壤樣品16 個(gè)，帶回實(shí)驗(yàn)室后風(fēng)干、研磨、過(guò)尼龍篩，密封保存待測(cè)。

麻根樣品的采集。研究表明，苧麻植株不同部位對(duì)重金屬的吸收和富集能力存在較大差異，總體趨勢(shì)為根＞其他器官[6-9,16]。2022 年10 月底第三季麻收獲后，在采集土壤的麻園按采集土壤對(duì)應(yīng)的線(xiàn)路選9 叢麻蔸，挖取部分麻根，去除泥土混合均勻后裝袋，質(zhì)量不低于2 kg，共采集16 個(gè)麻根樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室后用自來(lái)水清洗附著在樣品上的污物和泥土，再用去離子水沖洗3～5次，用吸水紙吸干，存放至低溫環(huán)境中保存待測(cè)。

1.2 樣品測(cè)試與分析

土壤樣品重金屬含量參照GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》中污染物的分析方法進(jìn)行測(cè)定，其中Pb、Cd 含量的測(cè)定采用石墨爐原子吸收分光光度法，Cr 的測(cè)定采用火焰原子吸收分光光度法，Hg 和As 含量的測(cè)定采用原子熒光分光光度法。麻根樣品中重金屬含量的測(cè)定參照GB 2762—2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》中規(guī)定的方法進(jìn)行，即Pb、Cd、Cr、Hg 和As 含量分別按照GB 5009.12、GB 5009.15、GB 5009.123、GB 5009.17和GB 5009.11進(jìn)行測(cè)定。

土壤樣品理化性質(zhì)的測(cè)定參照魯如坤[17]的方法進(jìn)行，其中pH 值測(cè)定采用電位法，有機(jī)質(zhì)含量采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化-容量法測(cè)定，全氮含量使用酸溶-凱式定氮法測(cè)定，堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，有效磷含量采用鹽酸-氟化銨浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀采用乙酸銨溶液浸提-火焰光度法測(cè)定。

1.3 重金屬污染評(píng)價(jià)方法

土壤重金屬污染評(píng)價(jià)參考GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》和四川盆地丘陵區(qū)土壤元素背景值[18]進(jìn)行。土壤重金屬污染評(píng)價(jià)采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法。

單因子污染指數(shù)法。Pi=Ci/Si，式中Pi為土壤環(huán)境中污染物i的單因子污染指數(shù)，Ci為土壤環(huán)境中污染物i的實(shí)測(cè)值，Si為污染物i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。Pi分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：Pi≤0.7，安全；0.7＜Pi≤1，警戒線(xiàn)；1＜Pi≤2，輕度污染；2＜Pi≤3，中度污染；Pi＞3，重度污染[19]。

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法。

式中，PN為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)；（Ci/Si)max為最大單因子污染指數(shù)；（Ci/Si)ave為平均單因子污染指數(shù)。PN分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：PN≤0.7，清潔；0.7＜PN≤1，尚清潔；1＜PN≤2，輕度污染；2＜PN≤3，中度污染；PN＞3，重度污染[20]。

1.4 變異系數(shù)（CV）的變異性等級(jí)劃分

變異系數(shù)（CV）＝平均數(shù)/標(biāo)準(zhǔn)差×100%

利用變異系數(shù)（CV）反映不同種植年限麻園土壤和麻根重金屬變量，以及土壤理化性質(zhì)的變異特征，揭示指定區(qū)域內(nèi)變量的離散程度。變異系數(shù)（CV）的變異性等級(jí)劃分：變異系數(shù)CV≤20%，為輕度變異；變異系數(shù)20%＜CV≤50%，為中度變異；變異系數(shù)CV＞50%，為高度變異[21]。

1.5 重金屬富集系數(shù)

苧麻根對(duì)麻園土壤重金屬的富集系數(shù)=（苧麻根重金屬含量/土壤中重金屬含量）×100%

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2019、IBM SPSS 18.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖表制作，采用Student Newman Keuls 進(jìn)行多重比較（p＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 麻園土壤重金屬含量及污染水平

由表1 可知，研究區(qū)麻園土壤5 種重金屬平均含量Cr（70.86 mg·kg-1）＞Pb（24.38 mg·kg-1）＞As（3.11 mg·kg-1）＞Cd（0.27 mg·kg-1）＞Hg（0.019 1 mg·kg-1）。其中，Pb、Cd、Cr 的含量分別為20.8～28.7 mg·kg-1、0.21～0.43 mg·kg-1g 和56.00～81.00 mg·kg-1，變異系數(shù)分別為8.62%、20.10%、9.80%，為輕度變異；As、Hg 的含量分別為0.018 8～0.098 3 mg·kg-1、1.73～6.83 mg·kg-1，變異系數(shù)為47.40%、42.14%，呈中度變異，表明麻園Pb、Cd、Cr、As、Hg的分布較均勻，差異較小。

表1 苧麻園土壤重金屬元素含量

麻園土壤重金屬除As低于四川盆地丘陵區(qū)背景值外，其余重金屬Cd、Pb、Cr、Hg 含量不同程度高于四川盆地丘陵區(qū)背景值，分別是背景值的1.13～1.79倍、1.01～1.14 倍、1.01～1.08 倍、1.06～1.97 倍，超過(guò)背景值的比例分別占麻園總數(shù)的62.50%、43.75%、37.50%和18.75%。另外，有3 個(gè)麻園的土壤Cd 含量超過(guò)《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618—2018），超標(biāo)率占麻園總數(shù)的18.75%；所有麻園中的其余土壤重金屬含量均無(wú)超標(biāo)現(xiàn)象。

由表2 可知，土壤重金屬中Cd 的污染指數(shù)較高，污染指數(shù)P≤0.7，處于安全線(xiàn)的麻園占麻園總數(shù)的6.25%；污染指數(shù)0.7＜P≤1.0，處于警戒線(xiàn)的麻園占麻園總數(shù)的81.25%；污染指數(shù)1.0＜P≤2.0，達(dá)到輕度污染的麻園占麻園總數(shù)的12.50%。土壤Pb、Cr、Hg 和As 的污染指數(shù)相對(duì)較小，P≤0.7，均處在安全線(xiàn)內(nèi)，污染指數(shù)由大到小的順序Cr＞Pb＞As＞Hg。因此，麻園主要存在Cd的輕度污染，其他重金屬元素的污染指數(shù)均處在安全線(xiàn)內(nèi)。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)（PN）表明，麻園土壤綜合污染指數(shù)在0.539～0.787 之間，平均值0.659；其中，處于清潔的樣品占62.50%，處于尚清潔的樣品占37.50%。

表2 苧麻園土壤重金屬單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)

2.2 苧麻種植年限對(duì)麻園土壤重金屬含量、麻根重金屬含量及麻根對(duì)土壤重金屬富集系數(shù)的影響

由表3 可知，隨著苧麻種植年限的增加，麻園土壤Pb、Cd、Cr、Hg 和As 含量呈上升趨勢(shì)，苧麻種植年限的增加顯著影響麻園土壤Cd、Cr 和As 的含量，其中不同苧麻園土壤中Cd含量依次為老麻園＞成齡麻園＝新麻園，土壤Cr含量依次為老麻園＞成齡麻園＞新麻園，土壤As含量依次為老麻園＞新麻園＞成齡麻園，老麻園土壤中Cd、Cr 和As 的含量最高，均顯著高于成齡麻園和新麻園（p＜0.05）。可見(jiàn)，苧麻種植年限的增加加重了土壤Cd、Cr 和As 的積累，對(duì)土壤Pb和Hg的含量影響不顯著。

表3 不同種植年限麻園土壤重金屬含量、麻根中重金屬含量及麻根對(duì)土壤重金屬的富集系數(shù)

苧麻為多年生宿根作物，麻根中重金屬的含量反映土壤重金屬在麻根中的積累；麻根對(duì)土壤重金屬的富集系數(shù)為麻根重金屬含量與土壤重金屬含量的比值，反應(yīng)麻根對(duì)土壤重金屬的吸收和富集能力的大小。如表3所示，麻根中重金屬含量由高到低的順序，除成齡麻園為Pb＞Cr＞As＞Cd＞Hg，新麻園和老麻園均為Cr＞Pb＞As＞Cd＞Hg；麻根對(duì)土壤重金屬富集系數(shù)由大到小的順序?yàn)镠g＞Cd＞As＞Pb＞Cr。

隨著苧麻種植年限的增加，麻根Pb、Cr的平均含量和對(duì)土壤Pb、Cr的富集系數(shù)呈先降后升趨勢(shì)，老麻園和新麻園麻根Pb、Cr 含量及對(duì)土壤Pb、Cr 的富集系數(shù)顯著高于成齡麻園（p＜0.05）。

隨著苧麻種植年限的增加，麻根Cd的含量和對(duì)土壤Cd 的富集系數(shù)呈下降趨勢(shì)，新麻園和成齡麻園Cd含量和對(duì)土壤Cd 的富集系數(shù)顯著高于老麻園（p＜0.05）。隨著苧麻種植年限的增加，麻根Hg 和As 的含量呈上升趨勢(shì)，老麻園麻根Hg 和As 的含量顯著高于成齡麻園和新麻園；麻根對(duì)土壤Hg 的富集系數(shù)也呈上升趨勢(shì)，老麻園麻根對(duì)土壤Hg 的富集系數(shù)顯著高于成齡麻園和新麻園；麻根對(duì)As 的富集系數(shù)在3 類(lèi)麻園間差異不顯著。可見(jiàn)，苧麻種植年限的增加總體上提高麻根中重金屬Pb、Cr、Hg 的含量及對(duì)Pb、Cr、Hg 的富集系數(shù)，降低麻根中Cd 的含量和對(duì)Cd 的富集系數(shù)。

上述結(jié)果表明，麻根對(duì)土壤重金屬吸收量最高的時(shí)段與重金屬的種類(lèi)相關(guān)，Cd在新麻園和成齡麻園階段（種植8 年以?xún)?nèi)），Pb、Cr 在新麻園和老麻園階段（栽后3 年內(nèi)和9 年及以后），Hg 在老麻園階段（種植9 年及以上），As 各階段均可。因苧麻栽后3 年內(nèi)纖維產(chǎn)量較低，結(jié)合苧麻的經(jīng)濟(jì)效益，麻根對(duì)農(nóng)田土壤重金屬富集效果較好的時(shí)段為：對(duì)土壤Cd而言，苧麻種植3～8年以?xún)?nèi)；對(duì)土壤Pb、Cr、Hg而言，苧麻種植9年及以上；對(duì)土壤As而言，苧麻種植各時(shí)段均可。

2.3 苧麻種植年限對(duì)麻園土壤理化性質(zhì)的影響

土壤理化性質(zhì)參考第二次全國(guó)土壤普查制定的分級(jí)指標(biāo)[22]。由表4 可知，隨麻園種植年限增加，土壤pH 值呈上升趨勢(shì)。老麻園pH 值顯著高于新麻園和成齡麻園（p＜0.05）。依據(jù)土壤pH 值分級(jí)指標(biāo)，老麻園pH 值為5.57，為微酸性；新麻園和成齡麻園pH 值相近，為5.00，土壤呈弱酸性。土壤pH 值＜4.5 的麻園占麻園總數(shù)的6.25%；pH 值4.3～5.5的占75.00%；pH值5.5～6.5 的占6.25%；pH 值＞6.5 的占12.50%，可見(jiàn)麻園土壤整體呈弱酸性。

表4 不同種植年限麻園土壤理化性質(zhì)

隨苧麻種植年限的增加土壤有機(jī)質(zhì)含量呈上升趨勢(shì)（見(jiàn)表4），老麻園土壤有機(jī)質(zhì)顯著高于新麻園和成齡麻園。隨苧麻種植年限增加，土壤全氮和堿解氮含量呈先降后升的趨勢(shì)，老麻園顯著高于新麻園和成齡麻園；有效磷、速效鉀含量呈先升后降趨勢(shì)，成齡麻園有效磷含量顯著高于新麻園和老麻園；速效鉀含量3類(lèi)麻園間差異不顯著。可見(jiàn)，苧麻種植年限的增加提高了麻園土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮含量，降低了土壤有效磷含量，對(duì)土壤速效鉀含量影響不顯著。

2.4 相關(guān)性分析

2.4.1 麻園土壤重金屬元素與土壤理化性質(zhì)相關(guān)性分析

由表5 可知，麻園土壤Cd 和Cr 含量與土壤pH 值呈極顯著和顯著正相關(guān)，表明pH 值的降低有利于Cd和Cr 含量的減少。土壤Cd 含量與全氮、Pb 與有機(jī)質(zhì)和全氮含量呈顯著或極顯著正相關(guān)，表明土壤Cd、Pb主要來(lái)源于有機(jī)物料的施入。麻園土壤Cd、Pb、Cr、Hg、As與堿解氮、有效磷、速效鉀沒(méi)有表現(xiàn)出明顯相關(guān)性，表明土壤中這些重金屬元素受土壤堿解氮、有效磷、速效鉀的影響較小。

表5 苧麻園土壤重金屬與土壤理化指標(biāo)的相關(guān)性分析

2.4.2 麻園土壤重金屬元素之間、麻根重金屬含量與土壤重金屬之間的相關(guān)性分析

由表6可知，麻園土壤Pb含量和土壤Cr含量呈極顯著正相關(guān)，表明Pb 和Cr 之間具有同源關(guān)系；土壤Pb、Cd、Hg 和As 之間相關(guān)性不顯著，其污染可能來(lái)自農(nóng)田施用的農(nóng)家肥和復(fù)合肥料，與農(nóng)業(yè)活動(dòng)密切相關(guān)。

表6 苧麻園土壤重金屬元素的相關(guān)性及麻根重金屬含量與土壤重金屬元素相關(guān)性分析

麻根Cd 的含量與土壤Pb 呈顯著負(fù)相關(guān)，表明降低土壤Pb 的含量可促進(jìn)麻根對(duì)Cd 的吸收。麻根Pb、Cr 和As 含量與土壤Hg 含量呈顯著正相關(guān)，表明土壤Hg 含量的提高有利于麻根對(duì)Pb、Cr 和As 的吸收。麻根其他重金屬含量與土壤重金屬元素呈正相關(guān)或負(fù)相關(guān)，但相關(guān)性不顯著。

3 討論

3.1 麻園土壤Cd含量超標(biāo)及改進(jìn)措施

土壤pH 值是反映土壤酸堿性的指標(biāo)，主要是通過(guò)影響重金屬化合物在土壤溶液中的溶解度來(lái)影響重金屬元素的行為，土壤中溶解出的Cd濃度隨土壤酸堿度發(fā)生變化，pH 值降低，Cd 的溶出率增大，反之則溶出率降低[1-2]。本研究中麻園土壤Cd 含量較其他重金屬高，高于四川盆地丘陵區(qū)背景值的比例較高，且有少數(shù)麻園土壤Cd超過(guò)農(nóng)用地土壤污染標(biāo)準(zhǔn)限值，主要是由于麻園土壤整體呈弱酸性，酸性條件下Cd的溶出率增大，使得麻園土壤Cd整體處于警戒線(xiàn)，少數(shù)達(dá)到輕度污染。本研究中麻園土壤Cd 和Cr 含量與pH 值呈極顯著和顯著正相關(guān)，表明土壤pH 值越高，土壤Cd 和Cr 積累越多，這與前人提高土壤pH 值有助于抑制土壤中重金屬污染[1-2,23-26]的研究結(jié)果不一致。這可能與麻園土壤整體呈弱酸性有關(guān)。由于麻園土壤整體呈酸性的特點(diǎn)，后期還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)麻園土壤重金屬Cd含量的監(jiān)測(cè)。

麻園土壤除Cd 外，Pb 和Cr 含量高于四川盆地丘陵區(qū)背景值的比例也較高，且與土壤pH 值呈正相關(guān)或顯著正相關(guān)，應(yīng)采取措施如施用改良劑、石灰、堿性肥料提高土壤pH 值，緩解土壤酸性，增加不同形態(tài)重金屬的吸附和固定，減少重金屬對(duì)土壤污染的程度[2]。

3.2 苧麻種植年限對(duì)土壤重金屬污染的修復(fù)

苧麻是土壤重金屬輕、中度污染區(qū)比較理想的修復(fù)經(jīng)濟(jì)植物[23]。前人研究預(yù)測(cè)，苧麻種植年限越長(zhǎng)，對(duì)土壤重金屬的富集越多，污染土壤重金屬含量越低[7-8,10]。本研究中隨苧麻種植年限的增加，土壤中Cd、Cr和As 含量以老麻園的最高，3 種重金屬以老麻園積累最多，土壤Cd污染最重，這與前人的研究結(jié)果不盡一致。造成這種結(jié)果的主要原因有兩個(gè)，1）與大竹本地苧麻收獲習(xí)慣有關(guān)：收獲苧麻時(shí)，為減少勞動(dòng)用工和勞動(dòng)量，搶下季麻的生長(zhǎng)季節(jié)，只剝?nèi)÷槠ぃ嫉厣喜可锂a(chǎn)量95%的麻葉、麻骨作為廢棄物就地丟棄，使麻葉和麻骨中積累的重金屬又返回麻園土壤。2）與苧麻根蔸自我更新的生長(zhǎng)習(xí)性有關(guān)。苧麻為多年生宿根性作物，地上部分生物產(chǎn)量大[4,9,27]，成齡麻園每年可達(dá)60～90 t·hm-2[27]。為了維持地上部分的生長(zhǎng)，龐大的根蔸新陳代謝迅速，更新過(guò)程中腐爛的根留在土壤中，根吸附的重金屬又重新回到麻園土壤中。因此，為確保苧麻對(duì)污染土壤重金屬的吸附效果，收獲苧麻時(shí)應(yīng)將麻葉和麻骨移出麻園，采取措施妥善處置，而且，在根蔸開(kāi)始更新前應(yīng)挖出根蔸，并移出麻園，重新種植新麻，更新麻園。苧麻根蔸開(kāi)始更新的具體年限還需要進(jìn)一步研究。

結(jié)合苧麻經(jīng)濟(jì)效益和對(duì)土壤重金屬的富集系數(shù)綜合考慮，本研究中麻根對(duì)土壤重金屬富集效果較好的時(shí)段為：Cd 污染土壤在苧麻種植3～8 年以?xún)?nèi)，Pb、Cr、Hg 污染土壤在苧麻種植9 年及以上。麻根吸收的重金屬還可轉(zhuǎn)移到地上部麻葉、麻骨、麻皮和纖維中，重金屬?gòu)母肯虻厣喜糠值霓D(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)高，遷移量大[4,8]。雖然本研究并未分析苧麻地下和地上部分的生物量，但根據(jù)Wang 等[8]的研究，麻根與地上部分生物量之比達(dá)2.21～4.56 倍，最高可達(dá)4.16～10.07 倍，苧麻各器官中根為吸收總金屬量最大的器官[6-9,16]，推斷苧麻植株與麻根對(duì)土壤重金屬富集效果較好的時(shí)段一致。香根草種植7年對(duì)土壤Cd吸收量最高，種植14年對(duì)As吸收量最高[13]。本研究的結(jié)論與前人在香根草上的研究和前人預(yù)測(cè)的苧麻對(duì)污染土壤重金屬的修復(fù)年限[7-8,10]有相似之處。

3.3 苧麻種植年限對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤肥力的核心指標(biāo)，在提高土壤養(yǎng)分有效性、緩沖性和保肥性，減輕和消除土壤農(nóng)藥和重金屬污染等方面具有重要意義[6]。土壤有機(jī)質(zhì)主要是通過(guò)對(duì)土壤重金屬的吸附、絡(luò)合、離子交換等作用，使土壤中一些重金屬沉積，并依靠與有機(jī)質(zhì)的專(zhuān)性吸附和表面配位作用來(lái)影響土壤中重金屬元素的行為和移動(dòng)性[28]；土壤有機(jī)質(zhì)還通過(guò)調(diào)節(jié)土壤的pH 值，影響土壤重金屬在土壤中的形態(tài)[29]。本研究中麻園土壤重金屬Cd、Pb 和Cr 含量與土壤pH 值、有機(jī)質(zhì)、全氮呈正相關(guān)或顯著正相關(guān)，表明土壤重金屬Cd、Pb和Cr含量受施肥活動(dòng)的影響。類(lèi)似的結(jié)果在其他研究上也有報(bào)道：太原市農(nóng)田土壤Pb和土壤有機(jī)質(zhì)、全氮呈極顯著正相關(guān)[30]；福建沿海地區(qū)農(nóng)田土壤Pb含量與土壤全氮相關(guān)顯著[28]；河北省典型蔬菜產(chǎn)區(qū)土壤Cd與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮呈極顯著正相關(guān)[29]。Di Bene C 等[31]在堿性土壤上（pH 值8.1）連續(xù)種植苧麻13 年，發(fā)現(xiàn)隨苧麻種植年限增加，麻園土壤有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量明顯增加，pH 值降低至7.69，緩解了土壤的堿度，但對(duì)土壤全氮、有效磷含量無(wú)明顯影響。本研究中，土壤pH 值、有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量在新麻園和成齡麻園之間的變化趨勢(shì)不盡相同，但明顯以老麻園最高，表明苧麻種植年限的增加有利于提高土壤pH 值、有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量，緩解土壤的酸度，與前人的研究有相似之處。

苧麻作為重金屬污染土壤修復(fù)的理想植物，一是因?yàn)閷?duì)土壤重金屬?gòu)?qiáng)大的耐受和富集能力，二是因?yàn)榈厣系叵虏糠稚锂a(chǎn)量大，苧麻的生物產(chǎn)量直接影響對(duì)土壤重金屬的富集效果[3-9]。土壤養(yǎng)分氮、磷、鉀含量直接影響著苧麻的生長(zhǎng)發(fā)育、生物產(chǎn)量及纖維產(chǎn)量[32]。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)施肥的管理，加大有機(jī)肥的施用，或在冬季套作紫云英等綠肥，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和pH值，減緩?fù)寥浪峄黾訉?duì)土壤重金屬的吸附和固定；另一方面，綠肥的種植和翻壓還能增加土壤全氮、堿解氮、速效鉀、有效磷含量，有利于促進(jìn)苧麻的生長(zhǎng)和地上地下部分生物量的增加[32]，從而增加對(duì)土壤重金屬的吸收和富集。

4 結(jié)論

研究區(qū)麻園土壤重金屬Cd、Pb、Cr、Hg 和As 的分析評(píng)估結(jié)果表明：除As 外，Cd、Pb、Cr、Hg 的平均含量不同程度超過(guò)四川盆地丘陵區(qū)背景值；少數(shù)麻園土壤Cd含量超過(guò)農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，超標(biāo)率為18.75%；單因子污染指數(shù)指出，麻園土壤Cd 含量總體處于警戒線(xiàn)水平；內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)顯示麻園土壤重金屬綜合污染為清潔和尚清潔水平。

老麻園土壤Cd、Cr 和As 的含量、麻根中重金屬Pb、Cr、Hg 的含量及麻根對(duì)土壤Pb、Cr、Hg 的富集系數(shù)顯著高于新麻園和成齡麻園，但麻根中Cd的含量和對(duì)Cd的富集系數(shù)顯著低于新麻園和成齡麻園。麻根對(duì)土壤重金屬富集量最高的時(shí)段為：Cd 在苧麻種植3～8年，Pb、Cr和Hg在9年及以上。

苧麻種植年限的增加提高了麻園土壤pH 值、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮含量，降低了土壤有效磷含量，對(duì)土壤速效鉀含量影響不顯著。麻園土壤總體呈弱酸性，有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮含量以老麻園最高；有效磷含量以成齡麻園最高。麻園土壤Pb 和Cr 之間具有同源關(guān)系；麻園土壤Cd、Pb、Cr 含量與土壤pH 值、有機(jī)質(zhì)或全氮含量呈顯著或極顯著正相關(guān)，麻根Cd、Pb、Cr 和As 含量與土壤Pb 或Hg 呈顯著正相關(guān)或負(fù)相關(guān)。

苧麻的多年種植加重土壤重金屬Cd、Cr 和As 的積累，但也有利于麻根對(duì)土壤重金屬Cd、Pb、Cr、Hg的富集，并通過(guò)提高土壤pH值，增加土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮的含量，改善土壤重金屬修復(fù)的環(huán)境。生產(chǎn)上宜采取措施改進(jìn)苧麻收獲方式和更新麻園，提高苧麻對(duì)農(nóng)田土壤重金屬污染的修復(fù)效果。