唐夏軍，臧一天，朱緒平，劉寶金，袁興云，舒鄧群*

(1．江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330045；2．南昌縣蓮塘畜牧獸醫(yī)站，江西 南昌 330200； 3．樂平市金園牧業(yè)有限責(zé)任公司， 江西 樂平 333300)

畜禽養(yǎng)殖業(yè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，是畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)中的支柱產(chǎn)業(yè)。然而，畜禽養(yǎng)殖業(yè)在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時，也產(chǎn)生了大量的養(yǎng)殖糞污廢棄物，嚴(yán)重影響到周圍居民的居住環(huán)境和畜禽養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1]。因此，對畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的污染物進(jìn)行無害化處理和資源化利用，變廢為寶，成為了當(dāng)今養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的必由之路。

“豬-沼-水芹菜”循環(huán)模式是沼液資源化利用的一種良好形式[2]，既可以較好的解決沼液的二次污染問題，又可以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的水芹菜。然而，目前關(guān)于沼液和水芹菜在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的研究多側(cè)重于沼液對水芹菜產(chǎn)量、品質(zhì)以及水芹菜對沼液的凈化效果等[3-5]，而關(guān)于沼液灌溉對水芹菜-土壤系統(tǒng)中重金屬累積含量變化的相關(guān)研究較少。因此，本研究通過檢測施用沼液后水芹菜-土壤系統(tǒng)中重金屬的累積含量，探究施用沼液的環(huán)境風(fēng)險，以期能為沼液在水芹菜種植上的安全應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與水芹菜種植

1.1.1 試驗地點 江西省某規(guī)?；i場“豬-沼-水芹菜”循環(huán)模式水芹菜生產(chǎn)基地。

1.1.2 試驗設(shè)計 水芹菜于2017年8到9月份進(jìn)行移栽。種植期間除了使用豬場沼液灌溉水田外，不使用其它任何化肥和農(nóng)藥。設(shè)相鄰的3塊水田作為試驗區(qū)，每個試驗區(qū)的面積為600 m2(30 m×20 m)；試驗區(qū)田埂筑高約28 cm。2017年8月16日選擇株高10 cm的水芹幼苗，全部移栽至試驗區(qū)。處理組的沼液總用量設(shè)計為3 000 kg/ hm2，每批次水芹菜沼液施用量按照當(dāng)?shù)厥┓柿?xí)慣，分3次施入，用肥比例為基肥∶第一次追肥∶第二次追肥=40%∶35%∶25%，基肥在水芹移栽時一次性施入，第一次追肥在水芹幼苗基本成活時進(jìn)行，第二次追肥在第一次追肥后10 d左右，每個批次的沼液使用量保持一致。水芹菜田間管理按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)措施進(jìn)行，分區(qū)施沼液，各種管理措施一致，并在同一日完成，且保證各區(qū)每次灌溉水分總量基本相等。收獲第一茬水芹菜在12月底，第二茬水芹菜在次年1月底，第三茬水芹菜在次年3月底。前期試驗發(fā)現(xiàn)[2]，沼液中重金屬 Cu、Fe、Mn、Zn、Pb、Cd、Cr6+、Hg和Se含量均符合《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084-2005)[6]。

1.2 樣本的采集與預(yù)處理

1.2.1 水芹菜的采集 如圖1所示，分別于2018年12月24日(批次1)、2019年1月24日(批次2)和2019年3月24日(批次3)在相鄰的3塊試驗田同一取樣點(每塊水芹菜田如圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ5個點所示進(jìn)行采樣)采集水芹菜，下一批次水芹菜也在同樣的點采集。每塊水田均按對角線法隨機(jī)采取5個水芹菜混合樣，每種樣品3個重復(fù)，每個樣品1 kg左右，采集長勢相近的水芹菜，連根拔起。采集后洗凈裝袋，當(dāng)天送回實驗室，處理表面水分，清除腐敗葉，并于105 ℃恒溫干燥箱中殺青2 h，于65 ℃繼續(xù)烘干至恒重，保存，待測。

1.2.2 土壤樣本的采集 如圖1所示，采集水芹菜的同時采集水芹菜根際0～20 cm耕作層的土壤，土樣采集位置與水芹菜樣品采集位置一致，同一地點采集3個土壤樣本，每個土樣1 kg左右，保持一致。采樣時用竹鏟鏟取土壤，并把樣品放置于塑料袋中，帶回實驗室分析。

圖1 水芹菜和土壤樣采集點位置示意圖Fig.1 Schematic diagram of the location of water celery and soil sample collection points

1.3 測定指標(biāo)與方法

水芹菜樣品的處理參照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》[7]，土壤樣品的處理參照《土壤農(nóng)化分析方法》[8]。重金屬使用原子吸收分光光度計進(jìn)行檢測。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)使用Excel進(jìn)行整理，SPSS 22.0進(jìn)行顯著性檢驗。水芹菜測定數(shù)據(jù)與《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》(GB2762-2017)相對比。土樣測定的數(shù)據(jù)與《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》[9](GB 15618-2018)標(biāo)準(zhǔn)值相比較，評價水芹菜和土壤中重金屬的累積情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同批次水芹菜中重金屬含量

由表1可以看出，三個批次中Cu的含量第二批次相對第一批次降低了3.7%，第三批次相對第二批次提高了41.6%，最高的為第三批次，Cu的含量為8.47 mg/kg， Cu含量第三批與第一批、第二批差異顯著(P<0.05)；三個批次中Zn的含量第二批次相對第一批次增加了23.5%，第三批次相對第二批次降低了46.8%，最高的為第二批次，Zn的含量為23.19 mg/kg，且不同批次間的差異性不顯著(P>0.05)。

表1 不同批次水芹菜中重金屬含量Table 1 Heavy metal content in different batches of water celery

Pb、Cd在水芹菜中的含量均隨收割批次的增加而升高，具有明顯的累積效果。第三批次水芹菜中Pb、Cd的含量顯著高于前兩批(P<0.05)，前兩批含量無顯著差異(P>0.05)；各批次Cd含量均符合食品中污染物限量的相關(guān)要求，第三批次水芹菜中Pb含量較高。

2.2 不同批次土壤中重金屬含量

由表2可以看出，Cu含量第一、二批次之間增長并不顯著(P>0.05)，但第三批次相對前兩個批次增長顯著(P<0.05)。Zn含量符合安全標(biāo)準(zhǔn)，且3個批次之間增長都不顯著(P>0.05)。

表2 不同批次土壤中重金屬含量Table 2 Heavy metal content in different batches of soil

三個批次中Pb含量處于逐漸增加的趨勢。第二批次相對第一批次提高了0.8%，第三批次相對第二批次提高了7.5%，最高的為第三批次， Pb的含量為26.04 mg/kg，且不同批次間的差異性不顯著(P>0.05)，但均低于農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)。

第二批次Cd含量相對第一批次降低了6.7%，第三批次相對第二批次提高了20%，最高的為第三批次，Cd的含量為0.18 mg/kg，且不同批次間的差異性不顯著(P>0.05)，但均低于農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 沼液、土壤和水芹菜重金屬相關(guān)性分析

沼液、土壤、水芹菜莖葉中重金屬Cu、Zn、Pb和Cd濃度的相關(guān)性系數(shù)結(jié)果見表3～6。由表3～6可見，土壤與沼液中的Cu、Zn含量呈顯著性正相關(guān)(P<0.05)，表明土壤中的Cu、Zn大部分來自沼液的灌溉。土壤和水芹菜莖葉中Cu、Zn呈顯著性負(fù)相關(guān)(P<0.05)，這可能是因為水芹菜莖葉部分對Cu、Zn有一定的抵制作用。土壤與水芹菜莖葉中Cd呈顯著性正相關(guān)(P<0.05)，表明水芹菜莖葉中的Cd主要來自土壤。水芹菜莖葉與沼液和土壤中的Pb無顯著相關(guān)性(P>0.05)，表明沼液的灌溉在試驗期間對每一批次水芹菜莖葉中Pb的積累影響較小。

表3 沼液、土壤、水芹菜莖葉中Cu濃度的相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of Cu concentration in stems and leaves of biogas slurry, soil and water celery

表4 沼液、土壤、水芹菜莖葉中Zn濃度的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis of Zn concentration in stems and leaves of biogas slurry, soil and water celery

表5 沼液、土壤、水芹菜莖葉中Pb濃度的相關(guān)性分析Table 5 Correlation analysis of Pb concentration in stems and leaves of biogas slurry, soil and water celery

表6 沼液、土壤、水芹菜莖葉中Cd濃度的相關(guān)性分析Table 6 Correlation analysis of Cd concentration in stems and leaves of biogas slurry, soil and water celery

3 討 論

3.1 不同批次水芹菜中重金屬含量變化

本試驗表明，隨著水芹菜種植茬數(shù)的增加，Cu可在水芹菜內(nèi)逐漸富集，造成第三批次水芹菜中Cu含量顯著高于第一和第二批次(P<0.05)，與黃新燦[10]的研究結(jié)果較為一致。

第三批次水芹菜中Zn含量相對于第一批次和第二批次有所降低，這與張妍等[11]的研究結(jié)果較為一致，可能是沼液的不斷灌溉可提高水芹菜田有機(jī)質(zhì)含量，有機(jī)質(zhì)強(qiáng)力吸附Zn及腐殖質(zhì)分解形成腐殖酸可與沼液中Zn形成絡(luò)合物從而降低水芹菜對Zn的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)能力[12],造成各批次水芹菜中Zn含量未表現(xiàn)出顯著性差異。而在第一批次和第二批次時由于沼液灌溉量小，土壤中有機(jī)質(zhì)含量低，使有機(jī)質(zhì)、腐殖酸等對沼液中Zn的絡(luò)合效果較差，水芹菜中Zn含量因?qū)φ右旱奈兆饔枚?。Pb在水芹菜各批次中含量逐漸升高，這與殷山紅等[13]發(fā)現(xiàn)的多茬蔬菜隨著種植茬數(shù)的增加，后續(xù)茬數(shù)的蔬菜中Pb含量顯著高于前面同一茬數(shù)的結(jié)果相似，說明水芹菜隨著種植茬數(shù)的增加，水芹菜中Pb含量會呈現(xiàn)顯著性累積。Cd在第三批次中的含量顯著高于第一批次和第二批次(P<0.05)， 這可能是由于沼液灌溉量的增加，使土壤pH值上升，活化重金屬元素能力增強(qiáng)，造成Cd 更易被水芹菜所富集[14]。第一批次和第二批次的水芹菜中Cd含量變化差異不顯著(P>0.05)可能與沼液中Cd含量較低或水芹菜生長周期較短有關(guān)。

3.2 不同批次土壤中重金屬含量變化

本試驗表明，隨著沼液灌溉量的增加，三個批次的土壤中重金屬Cu呈現(xiàn)逐漸增加趨勢，分析其可能原因是沼液灌溉量的增加使水芹菜田土壤中的有機(jī)質(zhì)含量增加，而有機(jī)質(zhì)對Cu具有較強(qiáng)的親合力，使土壤中Cu有機(jī)結(jié)合態(tài)Cu的濃度不斷增加，導(dǎo)致土壤對Cu的逐步累積[15]。Zn主要在土壤表層積累[16]，大部分以結(jié)合態(tài)形式存在，不易被植物吸收[17]。本試驗中發(fā)現(xiàn)，隨著沼液的不斷灌溉，土壤中總Zn含量呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，但差異不顯著(P<0.05)，這與李曉光[18]研究的研究結(jié)果具有較好的一致性，可見沼液的短期灌溉對水芹菜中Zn的累積效應(yīng)并不明顯。殷山紅等[13]在對施用豬糞有機(jī)肥種植葉菜的試驗中發(fā)現(xiàn)，隨著施肥量的增加，第一茬、第二茬和第三茬的葉菜土壤中Pb含量總體變化趨勢不顯著(P>0.05)，本試驗結(jié)果與其具有較好的一致性，分析其原因可能與沼液中Pb含量偏低或水芹菜生長周期較短有關(guān)。第二批次土壤中Cd含量相對于第一批次降低了6.7% ，而第三批次相對于第二批次提高了20%，說明短期有機(jī)肥施用可降低土壤中Cd 含量，但連續(xù)施用有機(jī)肥可增加土壤Cd含量[13]。注意到各批次土壤中Cd含量雖有所變化，但未表現(xiàn)出顯著差異(P>0.05)，分析其原因可能與沼液中Cd含量較低有關(guān)。

3.3 水芹菜中Pb含量超標(biāo)的原因分析

本試驗中發(fā)現(xiàn)，盡管沼液和土壤中Pb含量都符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但各批次水芹菜中出現(xiàn)Pb含量持續(xù)升高的現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)，植物在逆境中，細(xì)胞原生質(zhì)膜中不飽和脂肪酸發(fā)生過氧化反應(yīng)產(chǎn)生的丙二醛會破壞質(zhì)膜，而丙二醛含量和相對電導(dǎo)率這兩個指標(biāo)可以反映質(zhì)膜受傷害的程度[19-20]。代杰等[21]發(fā)現(xiàn)當(dāng)外界Pb濃度超過10 mg/L時，隨著Pb處理濃度的升高，水芹菜中丙二醛和相對電導(dǎo)率也顯著升高(P<0.05)。此外，董園園等[22]研究發(fā)現(xiàn)，長期的深水灌溉，水芹菜的根、莖均能直接從灌溉水中吸收Pb，當(dāng)灌溉水中Pb濃度升高時，成熟期水芹菜莖中Pb含量呈極顯著增加(P<0.01)。實際生產(chǎn)中由于沼液灌入后就貯存在水芹菜田直至完全消納。因此，盡管沼液中的Pb含量較低，但隨著沼液的不斷灌溉會使沼液和土壤中Pb持續(xù)累積，而長期的深水灌溉栽培方式又使Pb一直被水芹菜的根和莖吸收、富集，同時濃度較高的Pb損害水芹菜的質(zhì)膜，改變通透性，使Pb2+以被動吸收的形式通過質(zhì)膜[23]，從而造成水芹菜中Pb含量持續(xù)升高。

樸明浩等[24]研究發(fā)現(xiàn)，追施磷酸二銨能大幅度降低白芹鉛含量，并且對白芹產(chǎn)量沒有顯著影響。因此，建議當(dāng)?shù)卦谒鄄松a(chǎn)中，除了密切監(jiān)測沼液和土壤中Pb的含量之外，還可選用磷酸二銨作為追肥品種，降低水芹菜中Pb的含量。

4 結(jié) 論

在水芹菜不同收割階段重金屬含量不同，隨沼液澆灌時間延長，水芹菜中重金屬明顯累積。在不同的水芹菜種植階段，其土壤中Cu、Zn元素的含量均有所提高。土壤Pb、Cd累積量均符合農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)。