張耿苗,張麗君,章明奎,顧國(guó)平

(1.浙江省諸暨市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 諸暨 311800；2.浙江省平陽(yáng)縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，浙江 平陽(yáng) 325400；3.浙江大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州 310058；4.浙江省紹興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 紹興 312003)

近30年來(lái)，我國(guó)農(nóng)田土壤污染面積和污染程度均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)[1-2]。為保障食品安全，國(guó)內(nèi)科研部門(mén)紛紛開(kāi)展了污染土壤的治理與修復(fù)工作，提出了眾多的污染土壤修復(fù)技術(shù)，包括植物修復(fù)技術(shù)，固化、穩(wěn)定化、異位填埋、原位封裝技術(shù)，土壤化學(xué)淋洗技術(shù)，土壤氧化/還原調(diào)控技術(shù)，電動(dòng)(分離)修復(fù)技術(shù)，污染場(chǎng)地/土壤制度控制技術(shù)等[3-6]。這些技術(shù)或多或少在重金屬污染土壤修復(fù)中發(fā)揮了作用，但由于技術(shù)本身的缺陷或因處理費(fèi)用高、處理周期長(zhǎng)，尚難大規(guī)模地應(yīng)用于農(nóng)田土壤的治理?；谖覈?guó)污染耕地多以輕度和中度污染為主[1]，近年來(lái)國(guó)內(nèi)許多學(xué)者認(rèn)為污染農(nóng)田治理應(yīng)走安全利用的道路，并認(rèn)為通過(guò)農(nóng)藝措施可在一定程度上控制農(nóng)產(chǎn)品重金屬的積累[7-8]?？蓱?yīng)用的農(nóng)藝措施包括低重金屬吸收品種、灌溉管理、替代種植、調(diào)節(jié)pH、科學(xué)施肥和深耕改土等[9-16]。有學(xué)者介紹[17]，日本和中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)曾采用翻耕稀釋方法治理污染土壤，并獲得了一定的效果。但深耕稀釋重金屬的同時(shí)，也可能造成表土有機(jī)質(zhì)含量的降低，需要加強(qiáng)培肥。為此，本文通過(guò)試驗(yàn)提出適度深耕配施有機(jī)肥來(lái)進(jìn)行中輕度重金屬污染農(nóng)田的修復(fù)。

1 材料與方法

試驗(yàn)在浙江2處污染程度不同(輕度和中度)的農(nóng)田上進(jìn)行。每一類農(nóng)田上各設(shè)置6個(gè)主處理，由3種耕作深度(20、30和40 cm)與2個(gè)有機(jī)肥施用水平(0、30 t/hm2)因素組合而成。另外，在中度污染農(nóng)田施30 t/hm2有機(jī)肥處理中還增設(shè)了裂區(qū)(即把原小區(qū)一分為二)，在其中的一半裂區(qū)增設(shè)了施用凹凸棒石+石灰，施用量各為7.5 t/hm2。試驗(yàn)小區(qū)面積為6 m2，重復(fù)3次。施用的有機(jī)肥中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量分別為513、26.8、13.8和9.8 g/kg，Cu、Zn、Pb、Cd、Co、Hg、As的含量分別為73.5、153.6、7.67、0.48、7.89、0.27、5.34 mg/kg。有機(jī)肥、凹凸棒石和石灰在耕作前作基肥施用。為達(dá)到較為全面混勻的目的，每一小區(qū)按照試驗(yàn)設(shè)置的耕作深度連續(xù)耕翻2遍。采用育苗移栽方法種植蔬菜，品種為蘇州青，苗齡選擇在30 d左右。蔬菜移栽15 d后，追肥化肥，N、P施用量分別為250、30 kg/hm2，施用的化肥氮為尿素，化肥磷為過(guò)磷酸鈣。

于蔬菜生長(zhǎng)75 d后，采集0～20和20～30 cm土樣和蔬菜樣品用于分析。蔬菜收獲時(shí)測(cè)算蔬菜的產(chǎn)量(鮮重)。每一混合土樣由各小區(qū)內(nèi)5個(gè)分樣混合而成。采集的土壤樣品經(jīng)風(fēng)干后分別過(guò)2 mm和0.15 mm塑料土篩，用于土壤養(yǎng)分和重金屬測(cè)定。蔬菜樣依次用含少量洗潔精的自來(lái)水、自來(lái)水沖洗2～3次，去除附著的灰塵及其污染物質(zhì)，之后繼續(xù)用去離子水沖洗2～3次。將清洗后的蔬菜樣切碎、混勻，用于重金屬分析。

蔬菜樣品用高氯酸消化，用石墨爐-原子吸收光譜法測(cè)定Cu、Zn、Cd和Pb，用熒光原子吸收法測(cè)定Hg和As。土壤重金屬采用標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定，其中，Cu、Zn、Cd和Cr采用鹽酸-硝酸-高氯酸消解，用石墨爐原子吸收分光光度法測(cè)定Cd，用原子光譜吸收法測(cè)定Cu、Zn、Pb和Ni，熒光原子吸收法測(cè)定As；Hg用硝酸-高錳酸鉀消解，用冷原子吸收光譜法測(cè)定；Pb用鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸消解，用石墨爐原子吸收分光光度法測(cè)定。分析過(guò)程中采用質(zhì)量控制，各重金屬測(cè)試誤差控制在5%以內(nèi)，重復(fù)樣間相對(duì)誤差控制在10%以下。土壤中有機(jī)質(zhì)、全N、全P等養(yǎng)分和pH采用常規(guī)方法測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 對(duì)土壤肥力和蔬菜產(chǎn)量的影響

由表1可知，無(wú)論是輕度污染土壤還是中度污染土壤，與常規(guī)耕作(20 cm)相比，深耕(30 cm和40 cm)導(dǎo)致了0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)、全N、有效P和速效K含量的下降，下降程度隨耕作深度的增加而增加。深耕30 cm后，輕度污染土壤 0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)、全N、有效P和速效K含量比對(duì)照(常規(guī)耕作，下同)分別下降18.15%、14.38%、6.18%和10.94%；中度污染土壤 0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)、全N、有效P和速效K含量比對(duì)照分別下降15.86%、13.89%、29.87%和10.74%。深耕40 cm后，輕度污染土壤 0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)、全N、有效P和速效K含量比對(duì)照分別下降21.63%、22.22%、11.54%和18.39%；中度污染土壤 0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)、全N、有效P和速效K含量比對(duì)照分別下降22.68%、24.07%、38.87%和14.57%。深耕后，20～30 cm土層有機(jī)質(zhì)、全N、有效P和速效K含量呈上升趨勢(shì)。深耕同時(shí)配施有機(jī)肥可減緩?fù)寥鲤B(yǎng)分的下降，其中對(duì)減緩0～20 cm土層有效P、速效K含量最為明顯。對(duì)于輕度污染土壤，在配施有機(jī)肥的情況下，深耕30 cm和40 cm后，土壤 0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量分別比對(duì)照下降10.50%和17.77%；全N含量分別下降13.07%和16.34%；對(duì)于重度污染土壤，在配施有機(jī)肥的情況下，深耕30 cm和40 cm后，土壤 0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)分別比對(duì)照下降7.86%和3.80%；全N含量分別下降9.26%和17.59%。深耕后養(yǎng)分含量的變化顯然與表層與下層土壤混合有關(guān)，導(dǎo)致表層養(yǎng)分的下降和下層養(yǎng)分含量的增加。

表1 深耕和施有機(jī)肥對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

注:表中相同土壤相同深度土層數(shù)據(jù)后字母不同者差異顯著(P<0.01)。

表2為以常規(guī)耕作(20 cm)及不施有機(jī)肥情況下蔬菜產(chǎn)量為100%計(jì)算的各處理小區(qū)相對(duì)產(chǎn)量。從中可知，深耕可導(dǎo)致蔬菜產(chǎn)量的下降，以深耕40 cm的蔬菜產(chǎn)量下降最為明顯；但同時(shí)配施有機(jī)肥后由深耕引起的蔬菜產(chǎn)量下降幅度明顯減弱。蔬菜根系主要生長(zhǎng)在0～20 cm土層中，因此在不配施有機(jī)肥的情況下深耕可導(dǎo)致土壤肥力的下降，影響蔬菜的正常生產(chǎn)；但深耕同時(shí)配施有機(jī)肥可減少因深耕帶來(lái)的負(fù)影響。

2.2 對(duì)土壤重金屬含量的影響

深耕顯著降低了0～20 cm土層中重金屬的含量，相應(yīng)地增加了20～30 cm土層中重金屬的水平(表3)。在不施用有機(jī)肥的條件下，深耕30 cm后，輕度污染土壤 0～20 cm土層Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg和As含量比對(duì)照分別下降21.61%、9.17%、10.53%、9.29%、12.43%、6.75%和4.90%；中度污染土壤 0～20 cm土層Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg和As含量比對(duì)照分別下降16.03%、18.86%、10.28%、14.97%、8.99%、13.12%和9.30%。深耕40 cm后，輕度污染土壤 0～20 cm土層Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg和As含量比對(duì)照分別下降32.82%、14.87%、20.23%、15.93%、19.79%、13.18%和9.74%；中度污染土壤 0～20 cm土層Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg和As含量比對(duì)照分別下降25.71%、29.90%、15.78%、24.70%、14.44%、21.64%和18.52%。與不施有機(jī)肥相比，配施有機(jī)肥輕微增加了土壤重金屬水平，但與不施有機(jī)肥的情況并無(wú)顯著的差異。

2.3 對(duì)蔬菜中重金屬積累的影響

深耕顯著降低蔬菜中重金屬的積累(表4)。在不施用有機(jī)肥的條件下，深耕30 cm后，輕度污染土壤上生長(zhǎng)蔬菜的Cu、Zn、Pb、Cd、Hg和As含量比對(duì)照分別下降10.74%、23.68%、21.37%、40.79%、26.14%和8.89%；中度污染土壤上生長(zhǎng)蔬菜的Cu、Zn、Pb、Cd、Hg和As含量比對(duì)照分別下降5.30%、8.33%、12.82%、10.26%、13.64%和8.82%。深耕40 cm后，輕度污染土壤上生長(zhǎng)蔬菜的Cu、Zn、Pb、Cd、Hg和As含量比對(duì)照分別下降28.32%、37.48%、34.35%、52.63%、38.64%和22.22%；中度污染土壤上生長(zhǎng)蔬菜的Cu、Zn、Pb、Cd、Hg和As含量比對(duì)照分別下降5.50%、15.86%、25.64%、21.37%、28.03%和19.11%。與土壤重金屬含量變化不同，配施有機(jī)肥蔬菜中重金屬含量一般比不施有機(jī)肥的情況低，這可能與施用有機(jī)肥增加了蔬菜的產(chǎn)量、對(duì)蔬菜中重金屬有稀釋作用有關(guān)。

與GB 18406.1—2001標(biāo)準(zhǔn)比較，對(duì)于輕度污染土壤，在常規(guī)耕作情況下，其上生長(zhǎng)的蔬菜除Cd超標(biāo)外，其它金屬元素均沒(méi)有超標(biāo)。深耕特別是配施有機(jī)肥后，其上生長(zhǎng)的蔬菜重金屬含量均在超標(biāo)臨界值以下。對(duì)于中度污染土壤，在常規(guī)耕作情況下，其上生長(zhǎng)的蔬菜中Pb、Cd、Hg、As含量均明顯超標(biāo)，深耕及配施有機(jī)肥后，雖然蔬菜中各重金屬含量均有明顯的下降，但多數(shù)情況下蔬菜中重金屬含量仍在標(biāo)準(zhǔn)以上，這表明對(duì)于重金屬污染較嚴(yán)重的土壤僅僅采用一般的深耕(深耕深度小于40 cm)還不足以消除其對(duì)蔬菜的影響。裂區(qū)試驗(yàn)表明，在深耕及配施有機(jī)肥的同時(shí)，施用凹凸棒石+石灰各7.5 t/hm2后，蔬菜中重金屬含量都達(dá)到限制值以下；其中，深耕30 cm后蔬菜的Pb、Cd、Hg和As含量比對(duì)照分別下降51.28%、58.97%、29.55%和32.35%；深耕40 cm后，蔬菜的Pb、Cd、Hg和As含量比對(duì)照分別下降56.41%、64.96%、34.09%和36.76%。

表2 深耕和施有機(jī)肥對(duì)蔬菜產(chǎn)量的影響

注:表中同一土壤類型后字母不同表示差異顯著(P<0.01)。

表3 深耕和施有機(jī)肥對(duì)土壤重金屬含量的影響

注:表中相同土壤相同深度土層數(shù)據(jù)后字母不同者差異顯著(P<0.01)。

表4 深耕和施有機(jī)肥對(duì)蔬菜中重金屬積累的影響

注:表中相同土壤相同深度土層數(shù)據(jù)后字母不同者差異顯著(P<0.01)。

3 結(jié)論

研究表明，適度深耕(30 cm和40 cm)配施有機(jī)肥可顯著稀釋0～20 cm土壤重金屬水平、減少蔬菜吸收土壤中的重金屬。對(duì)于輕度污染土壤，深耕后蔬菜中重金屬含量都達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值以下；但對(duì)于中度污染土壤，在深耕同時(shí)需增施凹凸棒石+石灰混合改良劑才可使蔬菜中重金屬含量達(dá)標(biāo)。研究也發(fā)現(xiàn)，深耕后0～20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)和全N、有效P、速效K含量也因稀釋而下降，可影響蔬菜生長(zhǎng)，因此需配施有機(jī)肥維持土壤肥力。我國(guó)耕地土壤重金屬污染多呈輕度，污染物主要分布在表層，可考慮采用適度深耕配施有機(jī)肥的方法加以修復(fù)治理。