周偉，鄧良基，賈凡凡，熊雷

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源學(xué)院，成都 611130）

基于土壤重金屬風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)效益的雙孢蘑菇菌渣還田量估算

周偉，鄧良基*，賈凡凡，熊雷

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源學(xué)院，成都 611130）

為確定既能避免較高的土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)，又滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)較大經(jīng)濟(jì)效益的雙孢蘑菇菌渣還田量，設(shè)置不施肥對(duì)照（CK），常規(guī)化肥（CF），雙孢蘑菇菌渣分別提供25%、50%、75%、100%和125%的N（M1～M5）共7個(gè)施肥處理，研究兩年稻麥輪作周期土壤重金屬Cu、Pb、Zn、Cd含量及污染指數(shù)和作物投入產(chǎn)出比。結(jié)果表明，隨著菌渣年施用量的增加，Cu、Pb和Zn年凈增加值呈上升趨勢，而Cd年凈增加值表現(xiàn)出先減小后增加的趨勢。土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)、綜合污染系數(shù)和投入產(chǎn)出比均與菌渣年施用量存在明顯的二次函數(shù)關(guān)系（P＜0.05）?；谕寥乐亟饘偕鷳B(tài)風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)效益考慮，雙孢蘑菇菌渣適宜還田量應(yīng)為11 763～12 850 kg·hm-2。

菌渣；還田量；重金屬風(fēng)險(xiǎn)；經(jīng)濟(jì)效益

我國食用菌平均每年產(chǎn)量已超過2.26×107t，其培養(yǎng)基廢料（菌渣）年產(chǎn)量亦達(dá)到1.13×108t以上，大部分菌渣被焚燒、丟棄或就地堆棄，不僅給環(huán)境帶來了巨大的危害，還造成了大量農(nóng)業(yè)可利用有機(jī)物料的浪費(fèi)[1-3]。國內(nèi)外已有研究表明，菌渣能改良土壤結(jié)構(gòu)，并含有能夠供給植物生長所需的營養(yǎng)元素，已在生產(chǎn)實(shí)踐中作為肥料施用，取得了比較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[4-7]。然而，由于食用菌培養(yǎng)基原料中添加有畜禽糞便等物料，可能導(dǎo)致菌渣中殘留大量的重金屬元素，如Cu、Pb、Zn和Cd等，若長期大量施用可能會(huì)給土壤帶來重金屬污染[8]。因此，菌渣還田如何在體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的同時(shí)，避免農(nóng)田土壤的重金屬污染，是當(dāng)前菌渣還田利用急需解決的問題。因而，基于土壤重金屬風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的菌渣適宜還田量評(píng)估具有重要研究意義。

目前針對(duì)農(nóng)業(yè)廢棄物還田后的土壤重金屬風(fēng)險(xiǎn)研究，多集中于利用綜合污染指數(shù)法、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法、地累積法等重金屬污染評(píng)價(jià)法與環(huán)境容量法等評(píng)估施用農(nóng)業(yè)廢棄物多年后農(nóng)田土壤重金屬含量的污染狀況[9-10]。然而，少有文獻(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)廢棄物還田后土壤重金屬年凈增加值進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，以此來評(píng)估農(nóng)業(yè)廢棄物還田對(duì)于土壤重金屬的風(fēng)險(xiǎn)情況。同時(shí)，當(dāng)前對(duì)于農(nóng)業(yè)廢棄物還田的經(jīng)濟(jì)價(jià)值研究較多，也比較成熟，多以投入產(chǎn)出比為基礎(chǔ)來衡量農(nóng)業(yè)廢棄物還田的利用方式和評(píng)估適宜還田量，但是鮮有文獻(xiàn)基于投入產(chǎn)出比評(píng)估菌渣還田量[11-12]。因此，本文將借鑒重金屬污染評(píng)價(jià)法中的綜合污染指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)農(nóng)田土壤重金屬年凈增加值進(jìn)行評(píng)價(jià)，并結(jié)合菌渣還田下的投入產(chǎn)出比分析，對(duì)菌渣適宜還田量進(jìn)行評(píng)估。

成都平原作為四川省重要的食用菌生產(chǎn)基地之一，其菌渣產(chǎn)量隨食用菌產(chǎn)量增長而與日俱增，由于菌渣利用手段少，利用效率低，若處理不當(dāng)容易給成都平原帶來污染風(fēng)險(xiǎn)[13]。隨著“化肥零增長”行動(dòng)方案的實(shí)施和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，我國主要商品糧基地之一的成都平原需要尋找能夠代替化肥的安全有機(jī)肥源，因此結(jié)合土壤重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估菌渣適宜還田量，對(duì)成都平原的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本研究以成都平原稻麥輪作區(qū)作為研究對(duì)象，以成都平原主要食用菌品種之一的雙孢蘑菇的菌渣作為主要供試材料，以菌渣還田下農(nóng)田土壤重金屬年凈增加值的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)及菌渣還田的投入產(chǎn)出比情況為基礎(chǔ)，評(píng)估成都平原稻麥輪作區(qū)的菌渣適宜還田量，以期為成都平原菌渣還田利用提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試土壤理化性質(zhì)

2014年5月到2016年5月在成都市榿泉鎮(zhèn)開展田間試驗(yàn)，試驗(yàn)地為水稻田，其耕作層土壤（0～20 cm）理化性質(zhì)如下：砂粒、粉粒和粘粒分別為16%、55%和29%，pH為6.45、有機(jī)質(zhì)含量為27.18 g·kg-1、全氮含量為2.36 g·kg-1、全磷為1.93 g·kg-1、全鉀為21.92 g·kg-1、Cu為35.81 mg·kg-1、Pb為40.32 mg·kg-1、Zn為81.20 mg·kg-1、Cd為0.17 mg·kg-1。

1.2 供試材料

供試菌渣為雙孢蘑菇培養(yǎng)基廢料，由當(dāng)?shù)厥秤镁献魃缣峁?jīng)測定含水量為15.38%，另含有機(jī)質(zhì)331.56 g·kg-1、全氮15.57 g·kg-1、全磷25.35 g·kg-1、全鉀19.67 g·kg-1、Cu 34.86 mg·kg-1、Pb 25.69 mg·kg-1、

Zn 64.88 mg·kg-1和Cd 0.29 mg·kg-1。

供試化肥為試驗(yàn)地周邊農(nóng)戶稻麥種植常用化肥，有尿素（含N量為46%）、過磷酸鈣（含P2O5量為12%）和鉀肥（含K2O量為60%）。經(jīng)測定，尿素中Cu、Pb、Zn和Cd含量分別為0.73、8.34、19.78 mg·kg-1和0.47 mg·kg-1；過磷酸鈣中Cu、Pb、Zn和Cd含量分別為36.54、38.68、75.21 mg·kg-1和3.99 mg·kg-1；鉀肥中Cu、Pb、Zn和Cd含量分別為2.11、16.65、24.75 mg· kg-1和1.94 mg·kg-1。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)計(jì)7個(gè)處理，分別為不施肥對(duì)照（CK），常規(guī)化肥（CF），菌渣分別提供25%、50%、75%、100%和125%的N（M1～M5），參照試驗(yàn)地周邊農(nóng)戶水稻季施肥量（N、P2O5和K2O分別為150、75 kg·hm-2和75 kg·hm-2）和小麥季施肥量（N、P2O5和K2O分別為180、90 kg·hm-2和90 kg·hm-2）為標(biāo)準(zhǔn)，若菌渣提供的養(yǎng)分不足由化肥補(bǔ)充，化肥和菌渣均在作物種植前作為底肥一次性施入，具體試驗(yàn)方案見表1。水稻和小麥供試品種分別為宜香優(yōu)2115和內(nèi)麥3號(hào)。試驗(yàn)小區(qū)采用隨機(jī)區(qū)組排列，各小區(qū)面積30 m2，重復(fù)3次，試驗(yàn)期間保持同一小區(qū)的位置和處理不變，作物產(chǎn)量按照各小區(qū)實(shí)際收獲量計(jì)產(chǎn)。第一個(gè)稻麥輪作周期從2014年5月30日到2015年5月12日，第二個(gè)稻麥輪作周期從2015年5月22日到2016年5月13日。

1.4 測定方法及質(zhì)量控制

土壤重金屬含量測定：在2014年5月25日、2015年5月12日和2016年5月13日，小區(qū)內(nèi)土樣（0～20 cm）采用五點(diǎn)法采集并混合成一個(gè)代表樣帶回實(shí)驗(yàn)室，自然風(fēng)干后，研磨過100目篩（0.15mm）待測。經(jīng)HNO3-HF-HClO4三酸消煮并過濾，采用火焰原子吸收光譜法（SolaarM6，ThermoFisherScientific，美國）測定濾液Cu、Pb、Zn含量，采用石墨爐原子吸收光譜法（Solaar M6，ThermoFisherScientific，美國）測定Cd含量[14-15]。

表1 試驗(yàn)方案（kg·hm）Table 1 Experiment schemes（kg·hm-2）

化肥及菌渣重金屬含量測定：經(jīng)HNO3-HClO4消煮，過濾后采用火焰原子吸收光譜法（Solaar M6，Thermo Fisher Scientific，美國）測定Cu、Pb和Zn含量，采用石墨爐原子吸收光譜法（Solaar M6，Thermo Fisher Scientific，美國）測定Cd含量[16-17]。

質(zhì)量控制：試驗(yàn)中試劑均為優(yōu)級(jí)純，試驗(yàn)分析用水均為超純水（Milli-Q儀器制成）。試驗(yàn)所用器皿均浸泡于硝酸溶液中至少24 h，然后用去離子水沖洗和超純水潤洗。每批樣品在消解過程中均會(huì)添加土壤標(biāo)樣和空白作為分析質(zhì)量控制。重金屬Cu、Pb和Zn回收率均處于允許范圍內(nèi)（95%～105%），重金屬Cd回收率均處于允許范圍內(nèi)（90%～110%）。

1.5 計(jì)算公式

1.5.1 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

本文借鑒潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)法，對(duì)土壤重金屬凈增加值進(jìn)行潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)計(jì)算，為菌渣適宜量評(píng)估提供數(shù)據(jù)支撐。其公式為：

式（1）、（2）中，Ei是土壤i重金屬元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)；Ci為土壤i重金屬元素實(shí)測含量，mg·kg-1；Si為土壤i重金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)值[《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（HJ/T 332—2006）旱作水作標(biāo)準(zhǔn)（pH＜6.5），Cu、Pb、Zn和Cd標(biāo)準(zhǔn)值分別為50、80、200 mg· kg-1和0.3 mg·kg-1]；Ti為i重金屬的毒性系數(shù)，Cu、 Pb、Zn和Cd毒性系數(shù)分別為5、5、1和30；P是指土壤綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)；En是土壤第n種重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)[18-19]。

1.5.2 綜合污染指數(shù)

本文借鑒綜合污染指數(shù)法，對(duì)土壤重金屬凈增加值進(jìn)行綜合污染系數(shù)計(jì)算，為評(píng)估菌渣適宜量提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。其公式為：

式（3）、（4）中，CPI為n種重金屬的綜合污染指數(shù)；PIi為i重金屬元素的污染指數(shù)；Mi是i重金屬元素的實(shí)測值；Si是i重金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)值，為便于比較，將標(biāo)準(zhǔn)值與式（1）和（2）統(tǒng)一，Cu、Pb、Zn和Cd標(biāo)準(zhǔn)值分別為50、80、200和0.3 mg·kg-1。

1.5.3 投資利潤率

利用投入產(chǎn)出比對(duì)菌渣還田的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評(píng)估，以此來評(píng)估菌渣還田量[11]。其計(jì)算公式為：

式（5）、（6）中，NI為凈收入，元·hm-2；ROI為投入產(chǎn)出比；B為作物的全部經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出，元·hm-2；C為生產(chǎn)成本，元·hm-2。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

應(yīng)用SPSS 19.0軟件，利用單因素方差分析（ANOVA）對(duì)土壤Cu、Pb、Zn和Cd含量及凈增加值的差異性及顯著性進(jìn)行SNK檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 農(nóng)田土壤Cu、Pb、Zn和Cd含量

由菌渣還田下農(nóng)田土壤重金屬含量（圖1）可知，試驗(yàn)開始前各個(gè)處理農(nóng)田土壤重金屬含量差異不顯著（P＞0.05）。隨著化肥和菌渣的施用和時(shí)間的推移，各處理之間土壤重金屬含量差異逐漸顯現(xiàn)，Cu、Pb、Zn和Cd含量均有不同程度增加，都符合《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（HJ/T 332—2006）要求。其中，施入高量菌渣的M5處理下農(nóng)田土壤Cu、Pb和Zn含量最高，均顯著高于菌渣與化肥混施的M1～M3處理和常規(guī)施肥CF處理（P＜0.05）。常規(guī)施肥CF處理與M5處理農(nóng)田土壤Cd含量最高，兩者之間差異不顯著（P＞0.05），但均顯著高于其他處理（P＜0.05）。這一情況可能與化肥和菌渣等物料帶入土壤的重金屬種類及含量不同有關(guān)[20]。

2.2 基于農(nóng)田土壤重金屬風(fēng)險(xiǎn)的菌渣還田量評(píng)估

為直觀了解菌渣對(duì)土壤重金屬Cu、Pb、Zn和Cd的影響，經(jīng)CF、M1～M5處理下土壤重金屬Cu、Pb、Zn和Cd含量得到Cu、Pb、Zn和Cd年凈增加值，通過回歸分析得到菌渣年施用量與土壤重金屬Cu、Pb、Zn和Cd年凈增加值的回歸關(guān)系，如圖2所示。Cu、Pb和Zn年凈增加值與菌渣年施用量的回歸關(guān)系分別為yCu= 4.98×10-6x+1.84×10-1，yPb=6.16×10-6x+2.39×10-1和yZn= 1.42×10-6x+2.10×10-1，顯著性均為P＜0.05，表明Cu、 Pb和Zn年凈增加值與菌渣年施用量的回歸關(guān)系具有顯著性。由圖可知，隨著菌渣年施用量的增加，Cu、Pb和Zn年凈增加值呈現(xiàn)上升的趨勢。而Cd年凈增加值與菌渣年施用量的回歸關(guān)系為yCd=3.01×10-11x2-7.53×10-7x+1.02×10-2，其P=0.046＜0.05，表明Cd年凈增加值與菌渣年施用量的回歸關(guān)系同樣具有顯著性，呈現(xiàn)出隨菌渣年施用量增高，Cd年凈增加值先減小后增大的趨勢。有研究表明，這種情況可能與化肥特別是過磷酸鈣有一定的關(guān)系[20]。由于受到生產(chǎn)原料及生產(chǎn)工藝影響，造成過磷酸鈣中重金屬含量尤其是Cd含量普遍高于其他化肥，長期施用后土壤Cd含量增加明顯[20]。因而，隨著菌渣年施用量逐漸增加，過磷酸鈣等化肥的施用量緩慢減少，造成了Cd年凈增加值減少。而隨著菌渣年施用量不斷增多，農(nóng)田土壤Cd年凈增加值受到菌渣影響超過化肥對(duì)其的影響，Cd年凈增加值隨菌渣年施用量增多而不斷上升。

由于農(nóng)田土壤重金屬風(fēng)險(xiǎn)受到多種重金屬的毒性、生態(tài)敏感性等因素的影響，應(yīng)用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法，得到菌渣年施用量與農(nóng)田土壤重金屬年凈增加值潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)的回歸方程yP=2.78×10-9x2-6.89×10-5x+1.05，P=0.049＜0.05，回歸關(guān)系具有顯著性，其曲線趨勢如圖3所示，與yCd回歸方程的趨勢類似，這可能與潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法中設(shè)定的Cd元素毒性系數(shù)較高有關(guān)系。有研究表明，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法的結(jié)果受到Cd等毒性系數(shù)較高的重金屬影響較大，容易造成評(píng)價(jià)結(jié)果趨勢與毒性系數(shù)較高的重金屬的含量趨勢相近[21]。通過方程計(jì)算，當(dāng)x=12 390時(shí)，即菌渣施用量為12 390 kg·hm-2時(shí)，農(nóng)田土壤重金屬年凈增加值的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)最低，為0.618 9。從農(nóng)田土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)角度考慮，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)小于0.62時(shí)，經(jīng)計(jì)算，菌渣施用量為11 763～13 018 kg·hm-2。

有研究者認(rèn)為潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法中重金屬元素的毒性加權(quán)系數(shù)具有一定主觀性[21]。為使得結(jié)果更具科學(xué)性，利用綜合污染指數(shù)法，得到菌渣年施用量與農(nóng)田土壤重金屬年凈增加值綜合污染系數(shù)的回歸方程yCPI=9.30×10-11x2-2.09×10-6x+4.15×10-2，P=0.038＜0.05，回歸關(guān)系具有顯著性，其趨勢如圖3，經(jīng)計(jì)算得到當(dāng)x=11 237時(shí)，即菌渣施用量為11 237 kg·hm-2時(shí)，農(nóng)田土壤重金屬年凈增加值的綜合污染系數(shù)最低，為0.029 8。從農(nóng)田土壤重金屬綜合污染指數(shù)角度考慮，年凈增加值綜合污染系數(shù)小于0.03時(shí)，得到菌渣施用量為9623～12 850 kg·hm-2。因此，結(jié)合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)和綜合污染系數(shù)的結(jié)果，菌渣年施用量應(yīng)為11 763～12 850 kg·hm-2。

2.3 基于投入產(chǎn)出比的菌渣適宜還田量評(píng)估

經(jīng)調(diào)查，生產(chǎn)成本包括種子、化肥、菌渣、農(nóng)藥、機(jī)械（打田及收割）、人工（施肥、播種等），經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出包括籽粒（當(dāng)?shù)匕凑账?.2元·kg-1和小麥1.6元·kg-1收購）和秸稈（用于菌渣培養(yǎng)基生產(chǎn)，當(dāng)?shù)匕凑?00元·t-1收購）。由菌渣還田下稻麥輪作周期的平均生產(chǎn)成本與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出情況（表2）可知，菌渣還田下隨著菌渣年施用量逐漸增加，化肥和菌渣等施入物料成本比例由16.04%增漲到26.11%，由于試驗(yàn)地菌渣均為人工搬運(yùn)并施入農(nóng)田，導(dǎo)致人工費(fèi)用比例也由31.45%增漲到33.14%。然而，作物籽粒和秸稈的產(chǎn)出隨著菌渣施入量的增多呈現(xiàn)出先上升后下降的狀況。已有研究表明，菌渣中能夠被作物利用和吸收的N不到10.8%，因而需要增施無機(jī)化肥才能滿足作物生長的需求?？梢姡m量的菌渣配施無機(jī)化肥，可促進(jìn)作物生產(chǎn)及產(chǎn)出，但是隨著菌渣施用量不斷增多，無機(jī)化肥施入量明顯減少，導(dǎo)致作物所能利用的營養(yǎng)物質(zhì)減少，不利于作物生長，造成經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出表現(xiàn)出“凸”趨勢[5，11]。其中M2和M3處理下經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出最高，較常規(guī)施肥CF處理顯著高出14.84%和16.48%（P＜0.05）。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，隨著菌渣施入量增多，各處理的凈收入呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，其中M2處理凈收入最高，達(dá)到13 366元· hm-2，比CF處理高23.14%，M5處理凈收入最低，只有6393元·hm-2，僅為M2處理的47.83%。

為探究菌渣年施用量與菌渣還田的經(jīng)濟(jì)價(jià)值的關(guān)系，將菌渣年施用量與菌渣還田下投入產(chǎn)出比進(jìn)行回歸分析，得到y(tǒng)ROI=-1.80×10-9x2+3.15×10-5x+0.896（圖4），P=0.001＜0.05，表明菌渣還田投入產(chǎn)出比與菌渣年施用量的回歸關(guān)系具有顯著性，隨菌渣年施用量增加，投入產(chǎn)出比出現(xiàn)先增加后減少的趨勢。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)菌渣施用量為8750 kg·hm-2時(shí)，投入產(chǎn)出比最高可達(dá)到1.03。若從經(jīng)濟(jì)價(jià)值角度出發(fā)，將投入產(chǎn)出比設(shè)定為大于1，經(jīng)計(jì)算菌渣適宜還田量為4429～13 071 kg·hm-2。

結(jié)合基于土壤重金屬風(fēng)險(xiǎn)所得到的菌渣年還田量11 763～12 850 kg·hm-2來計(jì)算，菌渣還田下農(nóng)田土壤重金屬凈增加值潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)小于0.62，綜合污染系數(shù)小于0.03，投入產(chǎn)出比大于1，既能使農(nóng)田土壤重金屬污染程度較低，也能達(dá)到菌渣還田促進(jìn)農(nóng)戶增收的效果。綜上所述，菌渣適宜還田量應(yīng)為11763～12 850 kg·hm-2，即水稻季菌渣適宜還田量為5347～6416 kg·hm-2，小麥季菌渣還田量宜為5841～7009kg·hm-2。

表2 菌渣還田下稻麥輪作周期生產(chǎn)成本與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出（元·hm-2）Table 2 Production cost and economic output in the rice-wheat rotation period under mushroom residue recycling（Yuan·hm-2）

為進(jìn)一步確保菌渣還田量的安全性，將菌渣施用量與菌渣適宜還田量相近的M2處理所種植的水稻和小麥籽粒進(jìn)行化學(xué)分析。其結(jié)果表明，作物籽粒Cu、Pb、Zn和Cd含量均滿足國家食品安全標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762—2005）要求。因此，該菌渣還田量不會(huì)給水稻和小麥籽粒帶來Cu、Pb、Zn和Cd的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)[22]。

3 結(jié)論

（1）隨著菌渣年施用量的增加，Cu、Pb和Zn年凈增加值呈現(xiàn)出上升的趨勢，而Cd年凈增加值表現(xiàn)出先減小后增加的趨勢。

（2）當(dāng)菌渣施用量為11 763～12 850 kg·hm-2時(shí)，農(nóng)田土壤重金屬年凈增加值生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低；當(dāng)菌渣施用量為4429～13 071 kg·hm-2時(shí)，投入產(chǎn)出比大于1，經(jīng)濟(jì)效益較高。

（3）結(jié)合土壤重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)效益考慮，水稻季菌渣適宜還田量為5347～6416 kg·hm-2，小麥季菌渣還田量宜為5841～7009 kg·hm-2。經(jīng)測定，該菌渣還田量不會(huì)給作物籽粒帶來Cu、Pb、Zn和Cd的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)。

[1]Lou Z M,Zhu J,Wang Z X,et al.Release characteristics and control of nitrogen,phosphate,organic matter from spent mushroom compost amended soil in ASUS column experiment[J].Process Safety&Environmental Protection Transactions of the I,2015,98：417-423.

[2]Medina E,Paredes C,Pérez-Murcia M D,et al.Spent mushroom substrates as component of growing media for germination and growth of horticultural plants[J].Bioresource Technology,2009,100（18）：4227-4232.

[3]胡清秀,衛(wèi)智濤,王洪媛.雙孢蘑菇菌渣堆肥及其肥效的研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2011,30（9）：1902-1909.

HU Qing-xiu,WEI Zhi-tao,WANG Hong-yuan.Agaricus bisporus residue compost and its fertilizer efficiency[J].Journal of Agro-Environment Science,2011,30（9）：1902-1909.

[4]Zhang R H,Duan Z Q,Li Z G.Use of spent mushroom substrate ASUS growing media for tomato and cucumber seedlings[J].Pedosphere,2012, 22（3）：333-342.

[5]Hackett R.Spent mushroom compost as a nitrogen source for spring barley[J].Nutrient Cycling in Agroecosystems,2015,102（2）：253-263.

[6]Gbolagade J S,Mobolaji L M,Jacob O O.Effect of spent mushroom compost of pleurotus pulmonarius on growth performance of four nigerian vegetables[J].Mycobiology,2011,39（3）：164-169.

[7]Matute R G,Figlas D,Curvetto N.Agaricus blazei,production on noncomposted substrates based on sunflower seed hulls and spent oystermushroom substrate[J].World Journal of Microbiology&Biotechnology, 2011,27（6）：1331-1339.

[8]Song X C,Liu M Q,Wu D,et al.Heavy metal and nutrient changes during vermicomposting animal manure spiked with mushroom residues [J].Waste Management,2014,34（11）：1977-1983.

[9]王改玲,李立科,郝明德,等.長期定位施肥對(duì)土壤重金屬含量的影響及環(huán)境評(píng)價(jià)[J].水土保持學(xué)報(bào),2010,24（3）：60-63.

WANG Gai-ling,LI Li-ke,HAO Ming-de,et al.Effects of long-term fertilization on heavy-metal contents of soil and environmental quality evaluation[J].Journal of Soil and W ater Conservation,2010,24（3）：60-63.

[10]王瓊瑤,李森,周玲,等.豬糞-秸稈還田對(duì)土壤、作物重金屬銅鋅積累及環(huán)境容量影響研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2016,35（9）：1764-1772.

WANG Qiong-yao,LI Sen,ZHOU Ling,et al.Accumulation and environmental capacity of Cu and Zn in soil-crop with swine manure applying and straw returning[J].Journal of Agro-Environment Science,2016, 35（9）：1764-1772.

[11]吳海勇,李明德,劉瓊峰,等.農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物還田的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益研究[J].土壤,2012,44（5）：769-775.

WU Hai-yong,LI Ming-de,LIU Qiong-feng,et al.Ecological and economical effects of agricultural organic wastes returning on rice fields[J]. Soils,2012,44（5）：769-775.

[12]閆治斌,秦嘉海,張紅菊,等.固體廢棄物堆肥還田對(duì)制種玉米田理化性質(zhì)和玉米產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響[J].土壤通報(bào),2011,42（6）：1314-1318.

YAN Zhi-bin,QIN Jia-hai,ZHANG Hong-ju,et al.Effects of returning solid waste compost to soil on physical and chemical properties of soil in seed corn field and its corn yield and economic benefits[J].Chinese Journal of Soil Science,2011,42（6）：1314-1318.

[13]Wang B,Dong F Q,Chen M J,et al.Advances in recycling and utilization of agricultural wastes in China：Based on environmental risk,crucial pathways,influencing factors,policy mechanism[J].Procedia Environmental Sciences,2016,31：12-17.

[14]蔣雪芳,吳攀,張翅鵬,等.典型煉鋅廢渣堆場重金屬環(huán)境影響特征分析[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào),2014,14（3）：293-297.

JIANG Xue-fang,WU Pan,ZHANG Zhi-peng,et al.Analysis of the characteristic features of the environmental impact of heavy metal pollution on the typical smelting zinc slag heaps[J].Journal of Safety and Environment,2014,14（3）：293-297.

[15]楊忠平,王雷,翟航,等.長春市城區(qū)近地表灰塵重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].中國環(huán)境科學(xué),2015,35（4）：1247-1255.

YANG Zhong-ping,WANG Lei,ZHAI Hang,et al.Study on health risk of potentially toxic metals in near-surface urban dust in Changchun City[J].China Environmental Science,2015,35（4）：1247-1255.

[16]吳漢福,田玲,翁貴英,等.煤矸石山優(yōu)勢植物對(duì)重金屬吸收及富集特征[J].水土保持學(xué)報(bào),2016,30（2）：317-322.

WU Han-fu,TIAN Ling,WENG Gui-ying,et al.Study on heavy metal absorption and enrichment characteristics of dominant plants species settled naturally on coal gangue pile[J].Journal of Soil and Water Con-servation,2016,30（2）：317-322.

[17]涂杰峰,劉蘭英,羅欽,等.福建省稻米鎘含量及其健康風(fēng)險(xiǎn)[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2015,34（4）：695-701.

TU Jie-feng,LIU Lan-ying,LUO Qin,et al.Contents and health risk assessment of cadmium in milled rice in Fujian Province[J].Journal of Agro-Environment Science,2015,34（4）：695-701.

[18]Al-Anbari R,Al Obaidy A H M J,Abd Ali F H.Pollution loads and ecological risk assessment of heavy metals in the urban soil affected by various anthropogenic activities[J].International Journal of AdvancedResearch,2015,3（2）：104-110.

[19]劉蘋,趙海軍,劉兆輝,等.山東省露地蔬菜產(chǎn)地土壤重金屬含量的環(huán)境質(zhì)量分析與評(píng)價(jià)[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2010,29（6）：1130-1136.

LIU Ping,ZHAO Hai-jun,LIU Zhao-hui,et al.Analysis and evaluation of soil heavy metal environmental quality in farmlands of vegetables cultivated in open field of Shandong Province,China[J].Journal of Agro-Environment Science,2010,29（6）：1130-1136.

[20]王美,李書田.肥料重金屬含量狀況及施肥對(duì)土壤和作物重金屬富集的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2014,20（2）：466-480.

WANG Mei,LI Shu-tian.Heavy metals in fertilizers and effect of the fertilization on heavy metal accumulation in soils and crops[J].Plant Nutrition and Fertilizer Science,2014,20（2）：466-480.

[21]謝志宜,張雅靜,陳丹青,等.土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方法研究——以廣州市為例[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2016,35（7）：1329-1337.

XIE Zhi-yi,ZHANG Ya-jing,CHEN Dan-qing,et al.Research on assessment methods for soil heavy metal pollution：A case study of Guangzhou[J].Journal of Agro-Environment Science,2016,35（7）：1329-1337.

[22]孫亞芳,王祖?zhèn)?孟偉慶,等.天津污灌區(qū)小麥和水稻重金屬的含量及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2015,34（4）：679-685.

SUN Ya-fang,WANG Zu-wei,MENG Wei-qing,et al.Contents and health risk assessment of heavy metals in wheat and rice grown in Tianjin sewage irrigation area,China[J].Journal of Agro-Environment Science,2015,34（4）：679-685.

Assessment of Agaricus bisporus residue application rate based on soil heavy metal risk and economic benefit

ZHOU Wei,DENG Liang-ji*,JIA Fan-fan,XIONG Lei
（College of Resources,Sichuan Agriculture University,Chengdu 611130,China）

It was important for agriculture waste recycling that what the annual waste application rate should be estimated based on soil heavy metal safety and economic benefits.The experiment contained seven treatments with fertilizer andAgaricus bisporusresidue,including CK（the control,no fertilizer）,CF（conventional fertilizer）,M1[25%N from mushroom residue（MR）],M2（50%N from MR）,M3（75% N from MR）,M4（100%N from MR）,M5（125%N from MR）,in Chengdu Plain from 2014 to 2016.The concentrations of Cu,Cd,Pb and Zn in soil（0～20 cm）were determined by atomic absorption spectrophotometer.The results showed that Cu,Pb and Zn concentrations showed increase trend with increasing MR application rates.Moreover,Cd concentrations first increased then decreased with adding MR application rates.Furthermore,the relationships among potential ecological risk index,comprehensive pollution index and economic benefits and annual MR application rate showed significant quadratic functions,respectively（P＜0.05）.Therefore,the MR rates from 11 763 to 12 850 kg·hm-2were recommended to be the annual MR application rate based on soil heavy metal safety and economic benefits.

Agaricus bisporusresidue；application rate；heavy metal risk；economic benefit

X712

A

1672-2043（2017）03-0507-08

10.11654/jaes.2016-1343

周偉，鄧良基，賈凡凡，等.基于土壤重金屬風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)效益的雙孢蘑菇菌渣還田量估算[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2017,36（3）：507-514.

ZHOU Wei,DENG Liang-ji,JIA Fan-fan,et al.Assessment of Agaricus bisporus residue application rate based on soil heavy metal risk and economic benefit [J].Journal of Agro-Environment Science,2017,36（3）：507-514.

2016-10-23

周偉（1987—），男，博士研究生，研究方向?yàn)樯鷳B(tài)農(nóng)業(yè)及農(nóng)業(yè)廢棄物利用。E-mail：zwszszsz@163.com

*通信作者：鄧良基E-mail：auh6@sicau.edu.cn

四川省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2014NZ0044，2013NZ0027）

Project supported：The Science and Technology Support Program of Sichuan Province,China（2014NZ0044，2013NZ0027）