长期施肥对紫色土-作物重金属含量的影响

摘要

施肥等农业生产活动将一定量的重金属带入土壤，重金属在土壤中难以移动，能够长期累积，从而造成土壤质量的恶化，给农业生产安全带来隐患。因此，开展农田土壤重金属环境行为的研究，对于保护土壤生态环境，保证农产品质量，实现农业的可持续发展都具有重要的理论和现实意义。目前，关于长期施肥对土壤养分演变规律和产量变化研究较多，对土壤重金属含量变化的研究较少。本文以紫色士肥力和肥料效益长期定位试验为基础，在15年定位试验研究的基础上，探讨不同施肥措施下紫色土和作物重金属含量及形态变化，分析了重金属的生物有效性，评价了长期不同施肥对紫色土农田环境质量和农产品质量的影响。 15年定位试验结果表明，Pb、Cd、Zn、Fe、Cu在耕层(0-20cm)土壤中具有明显的富积，15年后耕层十壤全Pb、Cd、Zn、Fe、Cu含量比试验前分别提高5l。6％、30.9％、8.7％、72.8％、25.2％：而全Cr和Mn含量比试验前降低15.7％、9.7％。土壤镉含量(1.87mg/Kg-2.66mg/Kg)超过了国家土壤环境质量三级标准(1.00mg/Kg)，而铅、铬、铜、锌、铁含量都在土壤环境质量一级标准所要求的范围之内，在短期内不会对土壤环境造成危害。 0-20cm耕层和20-40cm犁底层土壤全Pb含量与试验前相比各处理都有大幅度的增加，积累在耕层十壤的Pb高于犁底层，耕层土壤全Pb含量比试验前提高51.6％(各处理平均)；犁底层土壤提高19.5％。15年后，长期不施肥处理土壤全Pb含量比试验前升高56.5mg/kg，而施肥处理则升高51.0mg/kg，而且不同施肥处理之间差异不明显，说明近15年来十壤Pb的积累主要来源于干湿沉降等外界环境，外界环境对土壤Pb的累积贡献高于施肥。长期施肥提高了土壤有效Pb含量，而不施肥土壤有效Pb含量变化不大。 15年定位施肥后，耕层土壤全Cd提高，而犁底层主壤全Cd含量变化不大；施用磷肥提高了土壤Cd含量，施用P肥的PK、NPK、NPK+秸秆处理土壤Cd含量明显高于其它处理。长期施肥提高了耕层土壤有效Cd含量，施肥处理有效Cd含量比不施肥处理高23.4％．从而提高了土壤Cd的植物有效性。与其它重金属不同，土壤Cr含量是犁底层高于耕作层；与试验前相比，15年土壤全Cr呈下降趋势；所有施肥处理土壤有效Cr含量均为增加的趋势，其中犁底层有效Cr增加幅度高于耕作层。与试验前相比，耕层土壤全Zn含量呈增加趋势，而犁底层土壤全Zn则呈下降趋势；除长期不施肥处理(0-20cm耕层)和NK处理土壤(20-40cm犁底层)有效Zn降低外，其它处理有效Zn有一定增加；但是土壤有效Zn含量除有机肥和秸秆还田处理大于1.0mg/kg外，其它处理多在0.4～1.0mg/kg之间，处于水稻缺锌的边缘，在水稻种植中应注意锌肥的施用。 0-20cm土壤无论是全Mn或是有效Mn都呈下降的趋势；20-40 cm土壤全Mn有一定的增加，但是20-40cm土壤有效Mn则由试验前的平均43.3mg/kg下降到4.5mg/kg；水旱轮作干湿交替条件下，土壤锰有向下迁移或淋失的趋势，在旱作小麦时应注意锰肥的施用。15年稻麦水旱轮后，O-40cm土壤全Fe明显升高，各处理差异较小；有效Fe含量长期施肥处理明显升高，不施肥处理则降低。所有处理士壤全Cu含量比试验前约有升高，除秸秆还田处理外，其他处理有效Cu含量则明显降低。 土壤重金属全量与有效态的相关分析表明，土壤中有效态Cu、Cr含量与土壤全量Cu、Cr呈显著的正相关，其对作物的有效性主要取决于土壤本底含量；而Zn、Pb、Cd、Fe、Mn的有效态含量与土壤全量的相关性不显著，说明这5种重金属元素的对作物的有效性主要受土壤环境和外在条件的影响。 土壤Pb、Cd、Zn、Cu的存在形态都以残渣态为主，土壤Pb的残渣态(占60.8％)＞铁锰氧化物结合态(28.6％)＞有机物结合态(8.2％)＞可交换态(2.4％)，不同施肥对可交换态和有机物结合态Pb的影响较大，而对残渣态和Fe-Mn氧化物结合态的影响较小。施肥处理与不施肥处理相比，施肥降低了土壤中可交换态Pb的含量，提高了有机物结合态Pb含量。土壤Cd的存在形态为残渣态(占58.5％)＞可交换态(18.1％)＞铁锰氧化物结合态(14.2％)＞碳酸盐结合态(9.2％)，不同施肥对可交换态和碳酸盐结合态Cd的影响较大，钾肥提高了可交换态Cd含量，施化肥和有机肥明显降低碳酸盐结合态Cd的含量。土壤重金属各形态与水稻重金属含量相关性低，重金属Pb、Cu的铁锰氧化物结合态与小麦籽粒中重金属含量呈显著正相关。重金属的生物活性和迁移能力大小顺序是Cd＞Pb＞Zn＞Cu。 小麦、水稻对土壤Cr的富集能力强，尽管不同施肥处理对Cr的影响小，但小麦和水稻籽粒Cr含量则超过了食品安全卫生标准，这主要是紫色土Cr本底值较高、作物对Cr富集能力强。长期不同施月巴影响了小麦和水稻中重金属含量，与不施肥对照相比，长期施肥处理小麦、水稻籽粒中Cd、Pb含量明显增加(除单施氮肥的处理Pb含量低于对照外)；长期施用磷钾及有机肥提高了稻麦Cd、Pb含量；所有处理小麦和水稻籽粒Pb含量都超过了食品卫生标准；施磷处理水稻耔粒中Cd含量超过了食品安全标准；但小麦籽粒Cd含量却没有超标，原因在于水稻对Cd的富集能力高于小麦。在本试验条件下，应控制外源重金属对土壤和作物的污染。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章文献综述

第2章绪论

2.1研究目的和意义

2.2研究目标

2.3研究内容

2.4技术路线（附图）

第3章材料与方法

3.1试验地点

3.2供试材料

3.3试验设计

3.4样品的采集和制备

3.5分析测定方法

3.6统计分析

第4章结果与讨论

4.1长期施肥对紫色土重金属含量的影响

4.1.1长期施肥对紫色土Pb含量的影响

4.1.2长期施肥对紫色土Cd含量的影响

4.1.3长期施肥对紫色土Cr含量的影响

4.1.4长期施肥对紫色土Zn含量的影响

4.1.5长期施肥对紫色土Fe含量的影响

4.1.6长期施肥对紫色土Mn含量的影响

4.1.7长期施肥对紫色土Cu含量的影响

4.1.8土壤重金属有效态与全量的相关性分析

4.2不同施肥对作物体内重金属含量的影响

4.2.1不同施肥对小麦重金属含量的影响

4.2.2不同施肥对水稻重金属含量的影响

4.2.3小麦和水稻对重金属的富集系数

4.3不同施肥对紫色土重金属形态分布的影响

4.3.1不同施肥对紫色土Pb形态分布的影响

4.3.2不同施肥对紫色土Cd形态分布的影响

4.3.3不同施肥对紫色土Zn形态分布的影响

4.3.4不同施肥对紫色土Cu形态分布的影响

4.4土壤中各形态重金属的生物有效性

4.4.1土壤重金属的生物活性评价

4.4.2土壤中各形态重金属的生物有效性分析

4.5长期施肥对土壤环境质量和农产品安全质量的评价

4.5.1长期施肥对土壤环境质量的评价

4.5.2长期施肥对农产品安全质量影响的评价

第5章主要结论及研究展望

5.1结论

5.2研究展望

5.3研究创新与不足

5.3.1创新

5.3.2不足

参考文献

致谢

发表论文及参加课题