洪 寧，艾 鹥，澤讓東科，鄒德強(qiáng)，金潔茹，趙洪文，文勇立*

(1.西南民族大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610041；2.西南民族大學(xué) 青藏高原研究院，四川 成都 610041)

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種養(yǎng)結(jié)合模式下土壤重金屬的含量特征

洪 寧1，艾 鹥2，澤讓東科2，鄒德強(qiáng)1，金潔茹1，趙洪文1，文勇立2*

(1.西南民族大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610041；2.西南民族大學(xué) 青藏高原研究院，四川 成都 610041)

分析種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)利用模式下春秋兩季土壤中重金屬全量和有效態(tài)含量變化，運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)和GIS及地統(tǒng)計(jì)等方法，對(duì)試驗(yàn)組(施用沼液)和對(duì)照組6種土壤重金屬含量進(jìn)行方差、空間格局、主成分綜合評(píng)價(jià)等分析。結(jié)果表明，春秋兩季試驗(yàn)組重金屬Cd、Cu和Pb全量顯著低于對(duì)照組(P<0.01)；As、Cr、Cd和Cu全量不同季節(jié)差異極顯著(P<0.01)；土壤重金屬有效態(tài)含量主要受成土母質(zhì)、地形地貌等結(jié)構(gòu)性因素影響；不同季節(jié)試驗(yàn)地土壤質(zhì)量得分均優(yōu)于對(duì)照地。試驗(yàn)結(jié)果顯示，長(zhǎng)期灌溉沼液對(duì)土壤重金屬積累有明顯改善作用。

種養(yǎng)結(jié)合；重金屬全量；有效態(tài)含量；主成分分析；空間分布

土壤是農(nóng)作物賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，對(duì)于環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化具有重要的影響。重金屬在土壤生態(tài)系統(tǒng)中所產(chǎn)生的污染具有隱蔽性強(qiáng)、殘留時(shí)間長(zhǎng)、不易降解、毒性強(qiáng)和不可逆轉(zhuǎn)等特點(diǎn)[1]，其含量作為土壤污染評(píng)價(jià)的指標(biāo)受到人們的普遍關(guān)注。王俊偉[2]等進(jìn)行水稻重金屬鎘與土壤質(zhì)量關(guān)系研究，結(jié)果表明高質(zhì)量比的鎘對(duì)水稻生長(zhǎng)有明顯抑制作用。王振中[3]等研究表明重金屬Cd、As、Zn、Pb的過量積累，導(dǎo)致蚯蚓種類明顯下降。從物理化學(xué)角度來看，土壤中不同形態(tài)的重金屬在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件下可以相互轉(zhuǎn)化[4]。目前對(duì)土壤重金屬累積影響的研究主要集中在大田、露天菜地、林地、果園[5-8]等，對(duì)不同灌溉及施肥方式下土壤重金屬積累問題的研究較少。種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)利用是指利用耕作土地消納經(jīng)厭氧和耗氧發(fā)酵處理的養(yǎng)殖糞污，所獲農(nóng)產(chǎn)品一般又用做家畜飼料，如此往復(fù)的一種生態(tài)學(xué)模式。國(guó)內(nèi)外普遍采用這種模式來防止家畜養(yǎng)殖帶來的環(huán)境污染。但目前對(duì)長(zhǎng)期在該模式下土壤重金屬積累的研究鮮有報(bào)道。本研究旨在研究實(shí)施種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)利用模式的糧油輪作土壤及其它灌溉方式下土壤6種重金屬含量的差異與累積變化規(guī)律，探討種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)利用模式對(duì)土壤重金屬元素的影響，為種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)利用模式的生態(tài)效益提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

雙流縣地處四川省中西部，年平均氣溫16.2 ℃，年降雨量921 mm，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，植被多為農(nóng)業(yè)植被。土壤類型主要以水稻土為主，占總耕地面積的78.62 %，pH為5.5～8.5，適宜水稻、油菜、小麥等作物生長(zhǎng)。

1.2 樣地設(shè)置

試驗(yàn)樣地遠(yuǎn)離交通要道，并實(shí)施種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)利用模式3年以上(糞污通過干濕分離，液體經(jīng)厭氧技術(shù)處理后灌溉)，共6.1×105m2，試驗(yàn)區(qū)位于西側(cè)(A區(qū))，占地4.05×105m2，對(duì)照區(qū)位于東側(cè)(B區(qū))，占地2.05×105m2，中間為緩沖帶(D)。研究區(qū)內(nèi)立地條件一致，耕作模式相同，均為油菜和水稻兩級(jí)輪作，每年5～9月種植水稻，10月至翌年4月種植油菜。試驗(yàn)區(qū)連續(xù)施用豬沼液55 m3/hm23年以上，不施用其它肥料和農(nóng)藥；對(duì)照區(qū)按照水稻常規(guī)耕作制度施用化肥，氮肥為150 kg/hm2，磷肥為75 kg/hm2，兼施少量農(nóng)家肥10 m3/hm2，不噴灑農(nóng)藥。

1.3 樣品采集與預(yù)處理

利用GPS進(jìn)行測(cè)繪，將地理信息坐標(biāo)導(dǎo)入MapGIS進(jìn)行矢量化，轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)系作出樣地的直角坐標(biāo)圖。研究區(qū)共設(shè)置78個(gè)樣點(diǎn)，試驗(yàn)區(qū)47個(gè)，對(duì)照區(qū)31個(gè)(圖1)，采用60 cm×60 cm網(wǎng)格法分別于春季的4月收割油菜后和秋季的9月收割水稻后采集表層土壤(0～20 cm)，混勻后用四分法保留2～3 kg編號(hào)分裝，風(fēng)干后過100目篩。

土壤鎘、鉻、銅、鋅、鉛、砷全量的消解采用改進(jìn)的三酸消解法[9]，其有效態(tài)含量的前處理采用改進(jìn)的DTPA浸提法[10]，測(cè)定采用ICP-OES。

圖1 樣點(diǎn)分布圖

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS19.0相關(guān)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)、t檢驗(yàn)及Person相關(guān)分析，參照文獻(xiàn)[11-12]進(jìn)行主成分分析，采用SUFER軟件Kriging插值法進(jìn)行網(wǎng)格化處理生成等值線圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬全量及有效態(tài)含量變化

2.1.1 不同季節(jié)土壤重金屬全量及有效態(tài)含量變化 不同季節(jié)土壤重金屬全量和有效態(tài)的描述性統(tǒng)計(jì)見表1。由表1可以看出，春秋兩季土壤重金屬Cd、Pb、Cu、Cr、Zn和As全量和有效態(tài)含量的平均值試驗(yàn)地均低于對(duì)照地，且春季Cd、Pb、Cu和Zn全量組間差異極顯著(P<0.01)，As全量差異顯著(P<0.05)；秋季Cd、Pb、Cu、Cr和As全量組間差異極顯著(P<0.01)。春季土壤除As、Cd、Cr有效態(tài)含量組間無(wú)明顯差異外，Cu、Pb、Zn有效態(tài)含量差異極顯著(P<0.01)，秋季土壤As、Zn有效態(tài)含量組間差異極顯著(P<0.01)，Cu有效態(tài)含量差異顯著(P<0.05)。

2.1.2 不同樣地土壤重金屬全量及有效態(tài)含量的季節(jié)性變化 由表1知，試驗(yàn)地與對(duì)照地秋季除Pb全量外， As、Cd、Cr、Cu和Zn全量的平均值均低于春季，其中試驗(yàn)地As、Cd、Cr和Cu全量春秋季差異極顯著(P<0.01)，對(duì)照地全量As、Cd、Cu和Zn春秋季差異極顯著(P<0.01)，Cr全量春秋季差異顯著(P<0.05)，試驗(yàn)地與對(duì)照地Pb全量秋季極顯著高于春季(P<0.01)，其平均值秋季均高于春季一倍。試驗(yàn)地與對(duì)照地春季As、Cd、Cu和Pb有效態(tài)含量平均值高于秋季，其中As差異極顯著(P<0.01)，Cd差異顯著(P<0.05)，Cr隨季節(jié)變化含量增加，且秋季含量極顯著高于春季(P<0.01)。

2.1.3 不同季節(jié)土壤重金屬生物有效性 從不同季節(jié)土壤重金屬生物有效性表2中表明不同季節(jié)試驗(yàn)地與對(duì)照地重金屬生物有效性系數(shù)的變化規(guī)律基本一致，其中As、Cd、Cr、Cu和Zn的生物有效性系數(shù)隨季節(jié)變化而升高，Pb的變化相反，隨季節(jié)變化而降低。Cu和Pb的生物有效性系數(shù)較高，春季Pb的有效性系數(shù)最高，為32.91 %。

表1 土壤重金屬元素含量統(tǒng)計(jì)特征分析表Table 1 Statistical characteristic of soil heavy metals content mg/kg

注：*表示試驗(yàn)地與對(duì)照地同行數(shù)據(jù)間比較；括號(hào)內(nèi)字母表示春秋兩季全量間、有效態(tài)含量間比較；*及括號(hào)內(nèi)小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，**及括號(hào)內(nèi)大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。

Notes:* marked data comparison between the test land with the control land；the letters in parentheses indicated the total amount and the effective content to data in spring and autumn；*and lowercase superscripts in parentheses indicated significant difference (P<0.05), **and uppercase superscripts in parentheses indicated highly significant difference(P<0.01).

表2 不同季節(jié)土壤重金屬生物有效性系數(shù)Table 2 Bioavailability coefficient(BC)of soil heavy metals in spring and autumn %

2.2 重金屬全量與有效態(tài)含量的關(guān)系

由表3知，春季試驗(yàn)地中Cd和Cr元素全量與其有效態(tài)含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，As、Pb和Zn元素全量與其有效態(tài)含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，春季對(duì)照地中As、Cd、Pb和Zn元素全量與其有效態(tài)含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；秋季試驗(yàn)地中Cu和Pb元素全量與其有效態(tài)含量分別呈極顯著正相關(guān)和顯著正相關(guān)(P<0.01，P<0.05)，秋季對(duì)照地所有元素全量與其有效態(tài)含量相關(guān)關(guān)系均不顯著(P>0.05)。

表3 土壤重金屬全量與有效態(tài)含量的相關(guān)系數(shù)Table 3 Correlation coefficient among available heavy metals and heavy metals in soils

注：**表示在0.01的水平上顯著相關(guān)，*表示在0.05水平上顯著相關(guān)。

Notes：Values with superscript ** meant highly significant relevancy whenP<0.01;values with superscript *meant significant relevancy whenP<0.05．

2.3 不同季節(jié)土壤質(zhì)量的PCA綜合評(píng)判

2.3.1 不同季節(jié)土壤特征量主成分得分表達(dá)式 參照文獻(xiàn)[11-12]對(duì)樣地不同季節(jié)6種重金屬元素的全量值分別進(jìn)行主成分分析，選取特征根大于1，累積貢獻(xiàn)率能反映重金屬元素的絕大多數(shù)信息的前兩個(gè)因子作為主成分，代表樣地土壤主要污染物指標(biāo)，由主成分載荷矩陣計(jì)算出相應(yīng)的主成分表達(dá)式，以各主成分所對(duì)應(yīng)的特征值占所提取主成分總的特征值之和的比例作為權(quán)重計(jì)算主成分綜合模型。

春季各主成分表達(dá)式為：

F1=0.133As+0.525Cd+0.233Cr+0.357Cu+0.551Pb+0.471Zn

F2=0.694As-0.154Cd-0.663Cr+0.195Cu+0.022Pb+0.128Zn

秋季各主成分表達(dá)式為：

F3=0.456As+0.455Cd+0.349Cr+0.486Cu+0.473Pb+0.062Zn

F4=0.199As+0.115Cd+0.429Cr-0.297Cu-0.407Pb+0.713Zn

由各主成分得分表達(dá)式得綜合模型：

春季F=0.327As+0.291Cd-0.076Cr+0.301Cu+0.368Pb+0.353Zn

秋季F=0.385As+0.360Cd+0.371Cr+0.267Cu+0.227Pb+0.243Zn

2.3.2 不同樣地土壤質(zhì)量綜合評(píng)分與排序 將不同土壤重金屬全量濃度值與相應(yīng)主成分得分系數(shù)的乘積相加得到土壤污染物的主成分得分，根據(jù)主成分得分綜合模型即可對(duì)土壤質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，得分越高，表明土壤重金屬含量越高，土壤質(zhì)量越差，其結(jié)果見表4。

表4 不同季節(jié)土壤重金屬主成分得分排序Tablel 4 Score and range of soil contamination in spring and autumn

2.4 土壤重金屬有效態(tài)含量半方差圖的繪制

對(duì)土壤中各重金屬有效態(tài)元素進(jìn)行最優(yōu)模型擬合，擬合出來的土壤重金屬半變異函數(shù)模型及參數(shù)見表5，決定系數(shù)r2和殘差值RSS是擬合模型的精度評(píng)價(jià)參數(shù)，其中決定系數(shù)r2是回歸平方和占總平方和的百分比，其值越接近1，表示該模型所擬合的理論曲線的經(jīng)度越高；殘差值RSS表示模型被研究對(duì)象的解釋效率，其值越接近0，表示模型被研究對(duì)象的解釋效率越高，即模型擬合的效果越好[13]。決定系數(shù)r2除春季有效As為0.000，秋季有效Cr、Zn為0.011、0.096外，其余r2值均在0.103～0.820之間，表明秋季有效Cr、Zn的空間變化連續(xù)性和空間自相關(guān)程度較低；殘差值各種重金屬有效態(tài)均在5.426E-07-0.120之間，都接近于0，表明所有模型的模擬效果都較好。秋季有效Cr、Zn的變程也較低，據(jù)此也可以看出秋季有效Cr、Zn的空間可變性較高，與決定系數(shù)的結(jié)果相一致。

表5 土壤屬性變異函數(shù)屬性表Table 5 Parameters of semivariogram of soil

2.5 不同季節(jié)重金屬空間格局分析

春季有效態(tài)As

秋季有效態(tài)As

春季有效態(tài)Cd

秋季有效態(tài)Cd

春季有效態(tài)Cr

秋季有效態(tài)Cr

春季有效態(tài)Cu

秋季有效態(tài)Cu

春季有效態(tài)Pb

秋季有效態(tài)Pb

春季有效態(tài)Zn

秋季有效態(tài)Zn

根據(jù)所得到的變異函數(shù)模型，以經(jīng)度為橫坐標(biāo)，緯度為縱坐標(biāo)，各采樣點(diǎn)不同重金屬有效態(tài)含量進(jìn)行普通克里格插值，繪制春季和秋季土壤重金屬有效態(tài)含量的插值預(yù)測(cè)圖。斑塊與梯度不同顏色表明重金屬有效態(tài)含量的高低，顏色趨近于藍(lán)色，表明重金屬有效態(tài)含量越低，顏色趨近于紅色，表明重金屬有效態(tài)含量越高，由圖2可以看出，不同季節(jié)土壤各重金屬有效態(tài)含量的高值區(qū)域呈現(xiàn)出一定的方向性，存在自西向東逐漸升高的趨勢(shì)，且斑塊與梯度相結(jié)合的分布特征，西側(cè)樣點(diǎn)主要為試驗(yàn)區(qū)土壤樣品，而東側(cè)為對(duì)照區(qū)內(nèi)土壤樣品，出現(xiàn)這種趨勢(shì)與前面不同樣地土壤重金屬有效態(tài)含量分析得到的結(jié)果一致，可見由空間分布格局圖可以更加直觀地顯示出對(duì)照區(qū)土壤重金屬含量值偏高。

3 討 論

3.1 土壤重金屬全量、有效態(tài)含量分析

土壤重金屬全量在春季和秋季總體表現(xiàn)出試驗(yàn)地低于對(duì)照地，且試驗(yàn)地與對(duì)照地As、Cr、Cu、Pb和Zn平均值均符合GB15618-1995國(guó)家《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的土壤Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但試驗(yàn)地與對(duì)照地Cd含量略有超標(biāo)，原因可能是Cd元素具有較強(qiáng)的遷移性，一旦進(jìn)入土壤便會(huì)長(zhǎng)期滯留在耕作層中[14-15]。沼液是畜禽糞便發(fā)酵后產(chǎn)生高濃度的有機(jī)廢水，含有豐富的營(yíng)養(yǎng)元素[16]，富含利于土壤改良的有機(jī)質(zhì)[17]，長(zhǎng)期使用沼液能促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，改善土壤理化特性[18]，降低土壤重金屬含量。有研究表明施用化肥在一定程度上增加了土壤中重金屬全量含量[19]。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明不同季節(jié)試驗(yàn)地重金屬全量Cd、Cu和Pb極顯著低于對(duì)照地(P<0.01)，與其他學(xué)者的研究一致[20-21]。有效態(tài)是指以水溶態(tài)和離子交換態(tài)在土壤中存在的重金屬元素，其含量主要決定其生物有效性及風(fēng)險(xiǎn)，比全量更能反映對(duì)作物的危害程度。本研究中土壤重金屬有效態(tài)的變化趨勢(shì)基本與全量保持一致，且對(duì)照地有效態(tài)含量總體上高于試驗(yàn)地，與趙明等[22]研究結(jié)果相一致。

3.2 不同樣地土壤重金屬全量、有效態(tài)含量的季節(jié)性變化

重金屬在土壤中以多種形態(tài)存在，受土壤的物理、化學(xué)、生物性質(zhì)等多種因素的影響，土壤微生物以及根系化學(xué)作用會(huì)造成土壤pH的周期性季節(jié)變化[23]，進(jìn)而影響重金屬形態(tài)間的變化，同時(shí)由于農(nóng)業(yè)耕作、降水、作物吸附等因素，重金屬含量存在一定遷移轉(zhuǎn)化。試驗(yàn)地和對(duì)照地重金屬As、Cr、Cd和Cu全量春季極顯著高于秋季，引起兩季土壤重金屬含量差異原因。其一很可能是由不同植物對(duì)土壤重金屬的不同吸收能力引起，本試驗(yàn)區(qū)先種植水稻，后種植油菜，兩季輪作對(duì)土壤重金屬影響較大，魏世強(qiáng)等[24]、陳事榮等[25]研究發(fā)現(xiàn)種植水稻會(huì)促進(jìn)土壤中的鋅向非活性的殘余態(tài)轉(zhuǎn)化，Zn有效態(tài)含量降低，種植油菜后土壤鋅的有效態(tài)含量增加。趙小蓉等[26]通過田間試驗(yàn)，對(duì)成都平原區(qū)6種蔬菜對(duì)重金屬的富集能力進(jìn)行研究，表明不同蔬菜品種對(duì)同一重金屬元素的吸收富集差異較大，同一蔬菜品種對(duì)不同重金屬元素的富集系數(shù)也不相同結(jié)果相吻合。其二，與春秋季節(jié)不同氣溫、降雨量、光照等條件有關(guān)，成都平原不同時(shí)期外界環(huán)境因素氣溫和降雨量表現(xiàn)出很大差別，秋季氣溫高于春季，降雨頻繁，不同環(huán)境條件對(duì)植物生理活動(dòng)產(chǎn)生不同影響，導(dǎo)致土壤重金屬產(chǎn)生季節(jié)差異，與史錕等[15]研究土壤淺剖面含Cd量的變化規(guī)律，表明不同季節(jié)土壤含Cd量差異顯著，春夏秋季不斷減少的結(jié)果相一致。試驗(yàn)地與對(duì)照地Cu、Pb、Zn有效態(tài)在兩個(gè)季節(jié)變化中無(wú)顯著差異，而As、Cr差異極顯著，Cd差異顯著，說明季節(jié)變化和作物輪作，對(duì)土壤重金屬As、Cr、Cd有效態(tài)具有一定影響。有研究表明，能夠影響土壤重金屬形態(tài)分布的因素，都會(huì)影響其生物有效性[27]，至于施用沼液后如何影響重金屬有效態(tài)含量，有待于進(jìn)一步研究。

3.3 不同季節(jié)土壤重金屬生物有效性

重金屬生物有效性系數(shù)是重金屬有效態(tài)含量占重金屬總量比例，能較總量和有效態(tài)含量更清楚指示環(huán)境污染對(duì)土壤質(zhì)量的影響[28]。春季Pb和Cu的生物有效性系數(shù)分別達(dá)到14.87%、32.91%，秋季Cu的生物有效性系數(shù)達(dá)到18.89%，表明土壤受Cu、Pb有效態(tài)累積的風(fēng)險(xiǎn)較大。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，Cr、Cu、Zn被不同作物的累積順序?yàn)橛筒?水稻，Pb為水稻>油菜。本試驗(yàn)中試驗(yàn)地與對(duì)照地土壤重金屬As、Cr、Cu、Pb、Zn的生物有效性系數(shù)隨季節(jié)變化而升高，Pb隨季節(jié)變化而降低，原因可能是不同種植模式下土壤中水分含量和組成、氧化還原狀況、pH等發(fā)生了變化，不同重金屬在作物中的累積效應(yīng)也表現(xiàn)出了差異[29]。劉毅等[30]研究表明成都平原土壤中Pb具有較高的活性，高紅莉[31]等研究表明施用沼肥對(duì)重金屬元素沒有顯著影響，但青菜中Pb含量超標(biāo)，本試驗(yàn)結(jié)果表明長(zhǎng)期灌溉沼液應(yīng)注意Pb在土壤植物系統(tǒng)中的積累風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 重金屬全量與有效態(tài)含量的關(guān)系

土壤重金屬全量與其有效態(tài)含量之間存在良好的相關(guān)性。鐘曉蘭等[32]研究表明，土壤重金屬的各形態(tài)含量與重金屬總量呈極顯著正相關(guān)，重金屬形態(tài)含量主要受總量決定。本試驗(yàn)結(jié)果表明春季土壤重金屬全量與有效態(tài)含量存在良好的正相關(guān)關(guān)系，秋季相關(guān)關(guān)系不明顯，原因可能是因?yàn)楦鲝?qiáng)度和灌排水等人為擾動(dòng)改變了土壤結(jié)構(gòu)以及有機(jī)質(zhì)的組成，進(jìn)而影響重金屬全量和有效態(tài)含量的關(guān)系。

3.5 不同季節(jié)土壤質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)

主成分分析法是通過降維將多個(gè)變量轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合變量的統(tǒng)計(jì)分析方法，能夠減少原始數(shù)據(jù)信息損失、簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及避免主觀隨意性，目前在水、土壤等環(huán)境介質(zhì)中的污染物評(píng)價(jià)研究中得到大量應(yīng)用。主成分分析可以弱化變量間的自相關(guān)性，形成互不相關(guān)主成分，獲得各主成分得分，同時(shí)通過計(jì)算得到綜合評(píng)價(jià)得分，從而達(dá)到對(duì)土壤質(zhì)量的精確評(píng)價(jià)[33]。

由于重金屬之間存在相關(guān)性，用主要的指標(biāo)代替多個(gè)指標(biāo)，依然能反應(yīng)原有的全部信息，本研究將主成分分析嵌入到因子分析中，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。對(duì)不同季節(jié)土壤質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)結(jié)果見表5，其中不同季節(jié)試驗(yàn)地土壤污染物得分均低于對(duì)照地，說明試驗(yàn)地土壤質(zhì)量均優(yōu)于對(duì)照地，表明沼液灌溉能減少土壤重金屬積累，對(duì)土壤質(zhì)量有明顯改善作用。

3.6 土壤重金屬有效態(tài)空間結(jié)構(gòu)和空間分布特征

春季土壤有效Cd、Pb、Zn、As和秋季土壤有效Cr、Zn、Pb的塊金系數(shù)均低于25%，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的空間相關(guān)性，其變異來源主要是成土母質(zhì)、地形地貌等結(jié)構(gòu)性因素，其他土壤重金屬有效態(tài)塊金系數(shù)在25%～75%之間，屬中等程度空間相關(guān)，說明這些土壤有效態(tài)的空間變異由結(jié)構(gòu)性因素和隨機(jī)性因素共同決定。本研究結(jié)果表明該地區(qū)土壤有效態(tài)含量變化取決于結(jié)構(gòu)性因素，人為因素影響較小。變程反映變量在空間上的自相關(guān)尺度，其變化反映出引起土壤要素變異的主要過程變化。春季各重金屬有效態(tài)元素的變程大小順序?yàn)椋篊u>Cr>Zn>Cd>As>Pb，秋季為：As>Cu>Cd>Cr>Pb>Zn，和春季相同，隨變程依次減小，空間相關(guān)性范圍也表現(xiàn)出依次減小的趨勢(shì)。

本研究中，春季和秋季研究區(qū)土壤重金屬有效態(tài)的空間分布具有相似性，但兩個(gè)季節(jié)之間重金屬有效態(tài)空間分布是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化過程，總體表現(xiàn)出自西向東逐漸升高，且斑塊與梯度相結(jié)合的分布特征，說明土壤重金屬有效態(tài)含量試驗(yàn)區(qū)低于對(duì)照區(qū)，說明長(zhǎng)期施用沼液后，有利于降低土壤中重金屬有效態(tài)含量。

4 結(jié) 論

不同季節(jié)和作物輪作對(duì)土壤重金屬有不同的富集效果，春季土壤重金屬全量與有效態(tài)含量顯著正相關(guān)，Cu、Pb全量及Cu有效態(tài)含量春季與秋季具有顯著正相關(guān)，具有季節(jié)連動(dòng)關(guān)系；土壤重金屬有效態(tài)主要受成土母質(zhì)、地形地貌等結(jié)構(gòu)性因素影響；依本試驗(yàn)所施用的沼液量進(jìn)行施肥，可有效減少土壤重金屬的積累，有益于控制土壤重金屬的污染。至于灌溉沼液后如何影響重金屬全量及有效態(tài)含量，有待于進(jìn)一步研究。

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Features of Heavy Metal Contents in the Planting-breeding Combinative Recycling Model

HONG Ning1, AI Yi2, Tserang Donko Mipam2, ZOU De-qiang1,JIN Jie-ru1, ZHAO Hong-wen1, WEN Yong-li2*

(1.CollegeofLifeScienceandTechnology,SouthwestUniversityforNationalities,Chengdu,Sichuan610041,China; 2.InstituteofQinghai-TibetPlateau,SouthwestUniversityforNationalities,Chengdu,Sichuan610041,China)

The variation of heavy metal total content and available content in soil were analyzed in the recycling model of planting and breeding combination. With methods of multivariate statisticals, GIS and geostatistical etc, six kinds of soil heavy metals from the experimental group(biogas slurry irrigation) and the control group were analyzed by variance, spatial distribution and PCA. The results showed that the total contents of Cd, Cu and Pb in the experimental group were lower than these in the control group in spring and autumn(P<0.01);the total contents of As, Cr, Cd and Cu revealed significant difference between seasons(P<0.01);the available content in soil were mainly affected by the structure factors such as soil parent material and landforms; the soil quality in the experimental group scored higher than that in control area in seasons. The results suggested that the soil heavy metal content sedimentation could be decreased effectively by biogas slurry irrigation.

combination of planting and breeding; heavy metal total content; available content; PCA; spatial distribution

2014-10-16，

2014-12-16

國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題(2014BAD13B03)；西南民族大學(xué)“青年教師基金項(xiàng)目”(13NZYQN20)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(2014NZYQN35)；西南民族大學(xué)創(chuàng)新型科研項(xiàng)目(CX2014SZ109)

洪 寧(1989-)，男，四川平昌人，碩士研究生，研究方向?yàn)榄h(huán)境生態(tài)學(xué)。E-mail：244963273@qq.com

*[通訊作者] 文勇立(1959-)，男，四川小金人，教授，博士，研究方向?yàn)榧倚笊鷳B(tài)環(huán)境與生產(chǎn)。E-mail:wansit99@163.com

S811.6

A

1005-5228(2015)04-0044-09