不同生育期施用氮肥對板栗園土壤重金屬的影響

摘 要：為了探究氮肥在板栗不同關鍵生育期施用對土壤中重金屬含量的影響，在板栗萌芽期、開花期、果實膨大期和果實采收期分別施用不同水平的氮肥，測定土壤中Cr、As、Cd、Pb的含量。結果表明，在板栗開花期、果實膨大期、采收期土壤中As、Cd、Pb含量總體呈上升的趨勢；土壤中Cr元素含量在板栗關鍵生育期施肥三次和施肥四次處理中總體呈下降趨勢。通過對土壤重金屬污染的評價，得出N9處理（萌芽期、開花期、果實膨大期與采收期按照10∶20∶20∶50的比例施用氮肥）不會導致土壤重金屬As、Cd、Pb和Cr的污染；其余處理會導致上述重金屬的輕微污染。綜上所述，從降低土壤重金屬污染方面考慮，推薦在萌芽期、開花期、果實膨大期與采收期按照10∶20∶20∶50的比例施用氮肥。

關鍵詞：板栗；生育期；氮肥分配；土壤重金屬

中圖分類號：S641 文獻標志碼：A 文章編號：1008-1038（2024）09-0047-06

DOI：10.19590/j.cnki.1008-1038.2024.09.009

Effects of Nitrogen Fertilizer Application at Different Growth Stages

on Heavy Metals in Chestnut Orchard Soil

LIU Songchi1， PAN Shunxiang1， ZHANG Haie3，4， CHEN Lina1，2*

（1. Hebei Normal University of Science amp; Technology， Qinhuangdao 066000， China; 2. Hebei Key Laboratory

of Crop Stress Biology， Qinhuangdao 066000， China; 3. Engineering Research Center of Chestnut Industry Technology， Ministry of Education， Qinhuangdao 066000， China; 4. Hebei Collaborative Innovation Center

of Chestnut Industry， Qinhuangdao 066000， China）

Abstract： To investigate the impact of nitrogen fertilizer allocation at key growth stages of chestnut trees on soil heavy metal content， varying levels of nitrogen fertilizer were administered during bud sprouting， flowering， fruit expansion， and fruit harvesting periods， with subsequent measurement of Cr， As， Cd， and Pb concentrations in the soil. The results showed that the contents of As， Cd and Pb in the soil at flowering stage， fruit expansion stage and harvesting stage showed an increasing trend， and the content of Cr in soil showed a decreasing trend during three and four fertilization treatments in the key growth stage of chestnut. After evaluating heavy metal pollution in soil， it was determined that the application of nitrogen fertilizer at a ratio of 10∶20∶20∶50 during the germination， flowering， fruit expansion， and harvest periods （N9 treatment） could not result in soil contamination by heavy metals such as As， Cd， Pb， and Cr. However， other treatments might lead to slight pollution by these heavy metals. Therefore， for the purpose of reducing soil heavy metal pollution， it was recommended to apply nitrogen fertilizer at a ratio of 10∶20∶20∶50 during the germination， flowering， fruit expansion and harvest periods.

Keywords： Chestnut; growth period; nitrogen fertilizer allocation; soil heavy metal

板栗是原產于我國的一種果樹，有木本糧食的美譽。在我國適宜生長范圍廣、種植時間長，堅果營養豐富，經濟價值高，深受市場追捧。然而，由于生產管理粗放和高產栽培技術與實際需求的不匹配，尤其是不當施肥導致的土壤重金屬污染時有發生[1-2]，這不僅影響土壤酶活性[3]、導致土壤微生物數量減少[4-5]，還會影響作物的生長[6]，給生態系統帶來危害。科學施用化肥，降低環境重金屬污染是實現農業綠色可持續發展的一項重要措施。

氮肥作為植物生長的必需肥料，在植物關鍵生育期的合理分配對土壤重金屬元素的影響不容忽視[7]。祖艷群等[8]研究表明，重金屬與氮素之間存在相互作用，對植物生理代謝和遺傳特征產生影響，合理利用這種相互作用有助于減輕重金屬污染對植物的危害。王晨驕[9]的研究進一步發現，同時施用氮肥和磷肥能有效促進土壤中微生物生長，提高植物對重金屬的耐受性，促進重金屬在植物體內的富集和轉移。板栗是重要的經濟作物，研究氮肥在板栗關鍵生育期的分配對土壤重金屬元素的影響，尋求防治或減輕重金屬污染危害的方法，對于提高板栗產量和品質具有重要的理論和實踐意義。本文以‘燕山早豐’板栗為試驗材料，在板栗不同的關鍵生育期內分別施用不同水平的氮肥，測定并評價氮肥分配對土壤重金屬含量的影響，以期為板栗的綠色生產提供數據支撐，促進板栗產業的可持續發展。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于河北省秦皇島市撫寧區（東經119.24°，北緯39.88°），全年日照 2 745 h，光照充足，全年平均氣溫 14.5 ℃，無霜期 177 d，年降水量 731 mm，四季分明，氣候為暖溫帶半濕潤大陸性季風型氣候。土壤發育自片麻巖母質，肥力水平較高，適宜種植板栗（見表1）。

1.2 試驗設計

試驗共設置12個處理，每個處理重復5次，各處理氮肥、磷肥、鉀肥施用量一致，施肥方式均為穴施。氮肥在板栗各生育期分配的比例如表2所示。

1.3 樣品采集和測定方法

在開花期、果實膨大期、果實采收期施氮處理前分別采集土壤樣品。在板栗樹冠邊緣垂直投影附近，東、南、西、北4個方位各鉆取0～20 cm的土壤，混合為土壤樣品，每個處理重復3次，采集的樣品裝入取樣袋，做好標簽。取回的土壤樣本四分法后先在木板上進行自然風干，風干后的土樣，按照土壤樣品的常規處理方法磨細過篩備用，使用EXPLORER 9000土壤重金屬分析儀測定土壤中的Cr、As、Cd、Pb元素。

1.4 土壤重金屬評價方法和評價標準

Cr、As、Cd、Pb元素單項污染指數計算公式見公式（1）。本研究標準值采用GB15618—2018中的農用地土壤污染風險篩選值。

Pi＝ （1）

式中，Pi為單項污染指數；Ci為土壤中i污染物的實測含量，mg/kg；Si為土壤中i污染物的標準值，mg/kg。

綜合指數計算見公式（2）。

P=（2）

式中，P為綜合污染指數；Pmax為土壤重金屬單項指數最大值，Pave為土壤中各污染指數的平均值。

評價標準如表3、4所示。

1.5 數據分析

采用Excel 2019進行數據處理，SPSS 26.0進行方差分析。

2 結果分析

2.1 不同施氮處理對土壤中Cr含量的影響

如表5所示，不同施氮處理對土壤中Cr含量的影響不同。在板栗萌芽期未施用氮肥的各處理中，開花期土壤中Cr含量較低。在N9、N10、N11處理中，開花期土壤中Cr含量分別為46.29、29.14、44.03 mg/kg，可以看出在開花期、果實膨大期施肥一致的情況下，隨著萌芽期施氮量的增加，土壤中Cr含量表現為先降低后升高。N6、N8、N9、N11處理中土壤Cr含量均表現為降低，其中，N8處理土壤Cr含量降低最大，從開花期到果實采收期降低61%。

2.2 不同施氮處理對土壤中As含量的影響

如表6所示，在N5處理中，土壤中As含量表現出先增加后降低的趨勢，在N3和N4處理中，土壤中As元素含量表現出先降低后增加的趨勢。通過對比N2和N4處理，發現果實膨大期和采收期施氮量一致的情況下，在開花期施氮肥會導致土壤中As含量下降。在板栗關鍵生育期三次施用氮肥（N6、N7、N8），土壤中As含量表現出增加的趨勢。在板栗關鍵生育期四次施用氮肥（N9、N10、N11）中，開花期土壤中As含量表現出隨萌芽期氮肥施用量增加呈現先降低后增加的趨勢，N11處理中果實膨大期與采收期土壤中As含量均低于N9和N10處理，并且N11處理果實采收期土壤中As含量最低，從開花期到采收期土壤中As含量增加2.87 mg/kg。

2.3 不同施氮處理對土壤中Cd含量的影響

如表7所示， CK處理中，土壤Cd含量在生育期呈增加趨勢，但增長幅度小；N2和N3處理中，開花期和果實膨大期土壤Cd含量一致，但在采收期中N2處理土壤Cd含量下降，N3處理土壤Cd含量上升，說明萌芽期施氮與開花期施氮對土壤中Cd含量的影響較小，果實膨大期施用氮肥有利于降低土壤Cd含量。在板栗關鍵生育期四次施用氮肥（N9、N10、N11）中，開花期土壤中Cd元素含量隨萌芽期氮肥施用量增加變化不大。N9處理整個生育期土壤Cd含量表現先降低后穩定的趨勢，并且采收期土壤中Cd含量最低。

2.4 不同施氮處理對土壤中Pb含量的影響

如表8所示，在N3和N4處理中，N3處理的Pb含量表現出先升高后降低的趨勢。

從開花期到采收期土壤中Pb含量降低26%；N4處理呈現上升趨勢，說明在萌芽期和開花期施氮量一致的情況下，果實膨大期施氮肥導致土壤Pb含量上升。在板栗關鍵生育期三次施用氮肥（N6、N7、N8）土壤中Pb含量呈現出增加的趨勢。在板栗關鍵生育期四次施用氮肥（N9、N10、N11）中，開花期土壤中Pb含量表現出隨萌芽期氮肥施用量增加呈現先降低后增加的趨勢。

2.5 不同施氮處理對板栗土壤中重金屬污染評價

不同施氮處理對板栗土壤中重金屬污染評價結果如表9所示。由表可知，所有處理的綜合污染指數在0.7～1.0之間，N9處理為無污染，其余處理污染程度都為輕微污染。

3 討論與結論

氮素是植物生長發育所必需的營養元素之一[10]，有助于促進碳水化合物的合成，從而影響果實的產量和品質[11]。因此，氮素對板栗的產量和品質影響非常重要。化肥是作物氮素的主要來源，其施用量以及施用時期對土壤中重金屬元素含量產生很大影響[12]。土壤中的重金屬污染物不僅可以影響土壤性質，還會在植物組織內富集，導致病變甚至死亡[13-14]。

張蓉等[15]研究發現，長期施肥土壤中總As含量顯著增加，與本研究結果一致。李旭軍等[16]研究發現，氮素施入土壤后，在微生物的作用下，會發生水解反應和硝化反應，使土壤pH發生變化，從而使土壤中Cd含量升高或降低。趙晶等[17]研究表明，氮肥的使用降低了土壤pH，并提高了Cd的濃度。但本研究中Cd在各處理下的含量相差較小，可能原因是氮肥的施用促進微生物活動[18]，從而穩定了Cd含量。氮肥的施用對土壤中Pb和Cr積累都有一定的影響。本試驗中在板栗關鍵生育期三次施肥和四次施肥下土壤Pb含量呈現上升趨勢，可能由于隨著氮肥量水平增加，植物對Pb吸收能力逐漸降低，導致土壤Pb含量升高，這與何雪蓮等[19]的研究結果相似。李順江等[20]也發現在白菜中大量施肥會引起表層土壤Cr的富集，隨著化肥施用量的增加，白菜對Cr的吸收富集也顯著增加。本研究中在板栗關鍵生育期三次施肥和四次施肥下土壤Cr含量總體呈現下降趨勢，可能原因是氮肥的長期施用會促使作物吸收Cr，從而導致土壤Cr含量的降低。

通過對土壤重金屬污染評價，N9處理即萌芽期、開花期、果實膨大期與采收期按照10∶20∶20∶50的比例施用氮肥不會導致土壤重金屬As、Cd、Pb和Cr的污染；其余處理會導致上述重金屬的輕微污染。

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