白玲玉，曾希柏，李蓮芳，等

不同農(nóng)業(yè)利用方式對(duì)土壤重金屬累積的影響及原因分析

白玲玉，曾希柏，李蓮芳，等

目的：土地利用方式變化通常也會(huì)引起土地管理措施的改變，這些改變對(duì)土壤質(zhì)量產(chǎn)生深刻的影響。土壤重金屬含量由于關(guān)系到食物安全及人類和動(dòng)物健康，作為土壤質(zhì)量的一個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)越來越受到人們的關(guān)注。本研究以吉林四平市為研究區(qū)域，通過對(duì)設(shè)施菜地、露天菜地、玉米地及林地土壤中重金屬元素含量變化進(jìn)行分析，探討不同農(nóng)業(yè)利用方式對(duì)土壤中重金屬累積的影響及其成因。方法：根據(jù)吉林四平市主要土地利用方式，布點(diǎn)時(shí)以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位，用蛇形5點(diǎn)法分別采集了設(shè)施菜地、露天菜地、玉米地及林地等4種利用類型的0～20 cm表層土壤樣品148個(gè)（不同年限設(shè)施菜地樣83個(gè)、露天菜地樣18個(gè)、玉米地樣37個(gè)、林地樣10個(gè)）。采用美國(guó)國(guó)家環(huán)保局（USEPA）推薦HNO3-H2O2消煮法，加入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)土壤參比物質(zhì)（GSS-1、GSS-4）進(jìn)行質(zhì)量控制，用ICP-MS（PQ-ExCell，TJA Solutions，USA）測(cè)定待測(cè)液中的重金屬元素含量。以單項(xiàng)污染指數(shù)法Pi＝Ci/Si作為土壤重金屬累積評(píng)價(jià)方法（Pi為土壤單項(xiàng)重金屬污染指數(shù)，Ci為土壤中重金屬i的實(shí)測(cè)值，Si為重金屬i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)）。結(jié)果：4種不同利用類型土壤中重金屬元素Cr、Ni、Cu、As、Cd、Pb、Zn含量分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，土地利用方式對(duì)土壤重金屬累積產(chǎn)生了顯著影響：（1）在4種不同土地利用類型中，除Pb外，土壤中重金屬元素Cr、Ni、Cu、As、Cd、Zn含量平均值排列順序均為設(shè)施菜地＞露天菜地＞玉米地＞林地；（2）與林地相比，設(shè)施菜地中Cr、Ni、Cu、As、Cd、Zn的含量均達(dá)到顯著或極顯著水平，露天菜地土壤中Cr、Ni、Cu、As、Zn平均含量達(dá)到極顯著或顯著水平，玉米地土壤中Cr、Ni、Cu、As、Zn含量達(dá)顯著水平。與玉米地相比，設(shè)施菜地中Cr、Cu、As、Cd、Zn平均含量達(dá)極顯著或顯著水平，露天菜地土壤中Cr、Cu、As、Zn平均含量達(dá)到極顯著或顯著水平。與露天菜地相比，設(shè)施菜地土壤中Cr、Cu、As、Cd、Zn平均含量達(dá)到極顯著或顯著水平；（3）以四平市20世紀(jì)80年代調(diào)查的土壤重金屬背景值為依據(jù)，用單因子污染指數(shù)法對(duì)4種土地利用方式下土壤中7種重金屬的現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)，表明4種利用方式中林地土壤的7種重金屬Pi值均未大于1.0，林地未出現(xiàn)重金屬累積。玉米地Cd、Cu、Ni、Cr的Pi值均大于1.0，表明大田玉米地有一定程度的累積。露天菜地和設(shè)施菜地土壤Cr、Ni、Cu、As、Cd、Zn的Pi值均大于1.0，表明露天菜地和設(shè)施菜地中等重金屬均出現(xiàn)了一定的累積，以Cd累積最為嚴(yán)重，其次是Cu；（4）以國(guó)家《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618-1995）II級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)計(jì)算，林地、玉米地和露天菜地土壤Cr、Ni、Cu、As、Cd、Pb、Zn和設(shè)施菜地土壤中Cr、Ni、Cu、As、Pb、Zn含量平均值低于國(guó)家土壤II級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但設(shè)施菜地土壤Cd平均值到達(dá)0.467 mg·kg－1，為林地土壤Cd含量平均值的5.2倍，超過了國(guó)家土壤II級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（0.3 mg·kg－1，6.5＜pH＜7.5)，其中，分別有27.7%、12.1%的樣點(diǎn)超過了國(guó)家II級(jí)和III級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；（5）研究區(qū)域不同土地利用方式的施肥量大小順序?yàn)樵O(shè)施菜地＞露天菜地＞玉米地＞林地，設(shè)施菜地中化肥（復(fù)合肥、氮肥為主）的投入量一般為1500～9000 kg·hm2，是玉米地的3～20倍，有機(jī)肥（以豬糞、雞糞為主）施用量（干重）為20 t·hm2左右，露天菜地次之，而玉米地則基本上不施用有機(jī)肥；（6）研究區(qū)域施用的豬糞中Cu、Zn、As、Cd平均值分別為337.97、528.86、32.63、1.79 mg·kg－1，最高值分別達(dá)到1006.8、830.87、66.80、6.12 mg·kg－1，復(fù)合肥中Cd含量平均值為6.26 mg·kg－1，最高達(dá)到54.12 mg·kg－1。結(jié)果表明，與土地利用年限相比，農(nóng)用化學(xué)品、特別是肥料的質(zhì)量和數(shù)量是導(dǎo)致不同利用方式下土壤重金屬含量差異的重要原因。結(jié)論：土地利用方式對(duì)土壤中重金屬累積具有顯著影響，其中以設(shè)施菜地中重金屬的累積最為顯著，其次是露天菜地、大田玉米地，而林地的影響則最小，未出現(xiàn)重金屬累積。土壤中重金屬累積以Cd最為嚴(yán)重，其次是Cu，部分設(shè)施菜地土壤中Cd的含量超過國(guó)家土壤限值，危及土壤質(zhì)量安全，應(yīng)對(duì)設(shè)施菜地中Cd的累積問題予以密切關(guān)注。重金屬高含量的化肥、有機(jī)肥的施用是土壤中重金屬累積的重要來源，施肥量的差異是導(dǎo)致調(diào)查區(qū)內(nèi)不同利用方式下土壤重金屬累積不同的主要原因。避免施用重金屬高含量化肥、有機(jī)肥是防止土壤重金屬累積、促進(jìn)土壤健康及可持續(xù)利用的重要保障。

來源出版物：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010, 43(1): 96-104

入選年份：2015

粳型超級(jí)稻產(chǎn)量構(gòu)成因素協(xié)同規(guī)律及超高產(chǎn)特征的研究

吳桂成，張洪程，錢銀飛，等

摘要：目的：追求高產(chǎn)、超高產(chǎn)是水稻生產(chǎn)的主要目標(biāo)。因生態(tài)區(qū)域、品種類型、產(chǎn)量水平、栽培技術(shù)等方面差異，水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素不盡相同，其相互間協(xié)同規(guī)律亦難尋。在立足長(zhǎng)江中下游地區(qū)，在超高產(chǎn)栽培條件下，就不同產(chǎn)量等級(jí)進(jìn)行分析，探索粳型超級(jí)稻產(chǎn)量構(gòu)成因素協(xié)同規(guī)律，提出超高產(chǎn)特征。方法：2005—2006年，在國(guó)家糧食豐產(chǎn)科技工程江蘇省水稻項(xiàng)目實(shí)施區(qū)中，選取常熟、如東、興化、東海4個(gè)市（縣）千畝連片豐產(chǎn)方，以4個(gè)超級(jí)粳稻品種（武粳15、淮稻9號(hào)、徐稻3號(hào)、常優(yōu)1號(hào)）為材料，在高產(chǎn)（8250～9750 kg·hm－2）、更高產(chǎn)（9750～11250 kg·hm－2）和超高產(chǎn)（＞11250 kg·hm－2）3個(gè)產(chǎn)量等級(jí)上，對(duì)群體產(chǎn)量及其結(jié)構(gòu)、群體穎花量與產(chǎn)量的關(guān)系、穗數(shù)和每穗粒數(shù)與群體穎花量的關(guān)系以及群體庫(kù)容充實(shí)度與充實(shí)量進(jìn)行系統(tǒng)的比較。結(jié)果：（1）產(chǎn)量水平由高產(chǎn)到更高產(chǎn)再到超高產(chǎn)，4個(gè)粳型超級(jí)稻品種的群體穎花量不斷提高（差異顯著），結(jié)實(shí)率與千粒重在3個(gè)產(chǎn)量等級(jí)間略有增減（差異不顯著）。（2）在高產(chǎn)、更高產(chǎn)2個(gè)產(chǎn)量等級(jí)上，穗數(shù)與群體穎花量呈正相關(guān)、每穗粒數(shù)與其呈負(fù)相關(guān)（水平均不顯著），與群體穎花量的通徑系數(shù)前者大于后者；在超高產(chǎn)水平上，畝穗數(shù)、每穗粒數(shù)與群體穎花量均呈正相關(guān)（水平不顯著），與群體穎花量的通徑系數(shù)后者大于前者。（3）對(duì)群體穎花量的凈貢獻(xiàn)率，在高產(chǎn)、更高產(chǎn)2個(gè)產(chǎn)量等級(jí)上，4個(gè)粳型超級(jí)稻品種的穗數(shù)起主要作用，每穗粒數(shù)則起弱的負(fù)作用；在超高產(chǎn)水平下，其穗數(shù)、每穗粒數(shù)均起作用，后者大于前者。（4）在高產(chǎn)到更高產(chǎn)水平上，4個(gè)粳型超級(jí)稻品種的穗數(shù)與群體穎花量呈顯著、極顯著正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)分別為r武粳15＝0.817**、r淮稻9號(hào)＝0.685**、r徐稻3號(hào)＝0.713*、r常優(yōu)1號(hào)＝0.783**），每穗粒數(shù)與其呈弱的正相關(guān)（水平不顯著）；在更高產(chǎn)到超高產(chǎn)水平上，其穗數(shù)與群體穎花量呈弱的正相關(guān)（水平不顯著），每穗粒數(shù)與其呈顯著、極顯著正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)分別為r武粳15＝0.799**、r淮稻9號(hào)＝0.789**、r徐稻3號(hào)＝0.742**、r常優(yōu)1號(hào)＝0.756*）。（5）在安全成熟條件下，粳型超級(jí)稻群體庫(kù)容充實(shí)度在3個(gè)產(chǎn)量等級(jí)間因種略有增減，差異不顯著，而群體庫(kù)容實(shí)際充實(shí)量則隨產(chǎn)量的增加而增加。結(jié)論：（1）在安全成熟的情況下，粳型超級(jí)稻群體穎花量與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)；群體穎花量的增加在產(chǎn)量等級(jí)由高產(chǎn)提高到更高產(chǎn)的水平上，主要依靠單位面積穗數(shù)的增加，而由更高產(chǎn)提高到超高產(chǎn)水平上，則主要依靠足穗基礎(chǔ)上增加每穗粒數(shù)；隨產(chǎn)量的增加，群體庫(kù)容充實(shí)度正常，其實(shí)際充實(shí)量隨之增加。（2）以足量大穗構(gòu)成群體安全大庫(kù)容（安全成熟的群體高穎花量），通過保持正常的充實(shí)度（即保證常年的結(jié)實(shí)率與千粒重），從而提高群體庫(kù)容總充實(shí)量是粳型超級(jí)稻超高產(chǎn)特征。

來源出版物：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010, 43(2): 266-276

入選年份：2015

溫室栽培系統(tǒng)的養(yǎng)分平衡及土壤養(yǎng)分變化特征

余海英，李廷軒，張錫洲

摘要：目的：中國(guó)自20世紀(jì)70年代中期引進(jìn)溫室栽培技術(shù)以來，溫室生產(chǎn)在全國(guó)各地得到了大面積的推廣應(yīng)用，其栽培面積及總產(chǎn)量均居世界首位。但長(zhǎng)期以來，溫室栽培的數(shù)量增長(zhǎng)很快但質(zhì)量水平較低，實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)了諸多不同于露地常規(guī)栽培的生產(chǎn)問題，尤其是不合理施肥所產(chǎn)生的土壤質(zhì)量惡化及相關(guān)環(huán)境問題，從而導(dǎo)致溫室生產(chǎn)越來越偏離其優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、環(huán)境友好的發(fā)展方向。因此，本研究通過深入研究設(shè)施栽培系統(tǒng)的養(yǎng)分投入產(chǎn)出平衡和土壤養(yǎng)分的累積變化，為評(píng)判施肥制度的合理性，預(yù)測(cè)土壤肥力的發(fā)展方向和可能產(chǎn)生的環(huán)境影響，實(shí)現(xiàn)中國(guó)溫室栽培的可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。方法：以中國(guó)典型溫室栽培地區(qū)山東壽光具有代表性的18個(gè)溫室大棚為研究對(duì)象，基于對(duì)不同使用年限溫室的肥料投入、作物種類及產(chǎn)量等情況的詳細(xì)調(diào)查與統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合土壤剖面不同土層的養(yǎng)分測(cè)定結(jié)果，對(duì)當(dāng)前溫室生產(chǎn)中存在的施肥問題及養(yǎng)分的表觀平衡和土壤養(yǎng)分的累積變化特點(diǎn)進(jìn)行全面剖析。結(jié)果：（1）在中國(guó)典型溫室栽培生產(chǎn)基地，大量施用有機(jī)肥和化肥是實(shí)現(xiàn)設(shè)施栽培高產(chǎn)的重要措施。設(shè)施生產(chǎn)每年氮、磷、鉀養(yǎng)分的平均投入量為4088、3656和3438 kg·hm－2，其中隨化肥投入的氮、磷、鉀養(yǎng)分分別為2539、2184、2202 kg·hm－2，占各養(yǎng)分總量的63%、61%和66%，是土壤養(yǎng)分的主要來源。（2）溫室栽培系統(tǒng)中，養(yǎng)分投入的總量及結(jié)構(gòu)均不合理，高質(zhì)量有機(jī)肥投入不足，高濃度復(fù)合肥使用較多，養(yǎng)分投入量遠(yuǎn)高于作物需求量，氮、磷、鉀養(yǎng)分的利用率分別僅為24%、8%、46%，且施用比例（1︰0.9︰0.8）與作物的需求比例（1︰0.3︰1.4）嚴(yán)重不符，磷素投入比例過高，鉀素投入比例相對(duì)較低，從而造成溫室土壤普遍出現(xiàn)有機(jī)質(zhì)缺乏而速效養(yǎng)分過剩的問題。具體表現(xiàn)為耕層土壤有機(jī)質(zhì)的含量為10.8～30.1 g·kg－1，平均達(dá)16.7 g·kg－1（CV＝25%），其中88%處于缺乏水平（＜20 g·kg－1），而土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分的理論盈余量分別高達(dá)3214、3401和2322 kg·hm－2。（3）溫室土壤全氮、硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀的實(shí)際含量均顯著高于露地土壤，以耕層（0～20 cm）的累積量最高，其平均含量分別為露地土壤的1.9倍、21.2倍、5.4倍和3.7倍。各養(yǎng)分在土壤剖面存在不同程度的向下遷移現(xiàn)象，其中的大量累積和向下遷移是造成蔬菜硝酸鹽累積和當(dāng)?shù)氐叵滤廴撅L(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵因子。結(jié)論：溫室栽培系統(tǒng)中，盲目過量的施肥，不僅造成肥料資源的浪費(fèi)，破壞土壤－植物的養(yǎng)分供需平衡，引發(fā)土壤由“肥害”導(dǎo)致的鹽漬化、酸化、蔬菜硝酸鹽累積等問題，同時(shí)氮、磷的隨水淋失也會(huì)帶來巨大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。溫室生產(chǎn)中不僅應(yīng)重視高質(zhì)量有機(jī)肥的投入，還應(yīng)根據(jù)作物的需肥特性及土壤供肥能力進(jìn)行計(jì)量施肥，以實(shí)現(xiàn)溫室生產(chǎn)高效、優(yōu)質(zhì)、環(huán)境友好的發(fā)展目標(biāo)。

來源出版物：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010, 43(3): 514-522

入選年份：2015