有机物料输入对土壤及玉米籽粒重金属来源解析及风险评估

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来源：《农业环境科学学报》2020 年 06 期

作者：李传哲1，杨苏1,3，姚文静2，汪吉东1*，张永春1，杨凤娟4，艾玉春1

单位：1. 江苏省农业科学院农业资源与环境研究所/农业农村部江苏耕地保育科学观测试验站；2. 南京林业大学竹类研究所/生物与环境学院；3. 南京农业大学资源与环境科学学院；4. 南京市六合区龙袍街道农业服务中心

摘 要

在黄泛冲积区添加不同有机物料可以提升土壤肥力，但是否对土壤环境及作物带来潜在的重金属污染风险尚未知。本研究开展了连续2 a 的大田环境监测试验，在玉麦轮作条件下采用随机区组设计，分别为CK（对照，不施有机物料）、M1（有机肥用量6 t·hm-2）、M2（有机肥用量12 t·hm-2）、M3（有机肥用量18 t·hm-2）、S1（秸秆质菇渣用量6 t·hm-2）、S2（秸秆质菇渣用量12 t·hm-2）、S3（秸秆质菇渣用量18 t·hm-2）、B1（木质菇渣用量6 t·hm-2）、B2（木质菇渣用量12 t·hm-2）、B3（木质菇渣用量18 t·hm-2）。通过测定各处理0~20 cm 土层土壤以及玉米籽粒重金属含量变化，运用Pearson 相关分析和聚类分析探究土壤重金属来源和作物品质与不同有机物料的关系，应用潜在生态风险评价法以及污染负荷指数法对土壤进行污染评价。

结果表明：以上不同有机物料投入的综合潜在生态风险危害程度均为中等风险，重金属Cd 为主要生态危害贡献因子。等量不同有机物中，施用有机肥处理对玉米产量的影响最显著，但对土壤重金属含量的影响也最大；施用木质菇渣处理提升土壤有机质含量的效果最好，且对籽粒重金属含量影响效果最小。同种物料添加下，土壤及籽粒重金属的含量随着施用量的增加而增加，其中M2、M3、S3 处理下玉米籽粒中重金属Pb 含量超标（0.2~0.295 mg·kg-1），其超标率为35%。应用污染负荷指数法分析结果表明所有处理土壤单因子Cd 污染等级属于重污染等级，但除Cd 以外的其他重金属含量都远低于我国农用地土壤污染风险管控最低标准，因此土壤重金属含量整体而言仍属于安全等级。

研究表明，目前所有处理的土壤重金属含量属于安全等级，但存在潜在的中等生态风险，部分处理玉米籽粒出现轻微Pb 超标现象，从快速提高土壤肥力及最大限度减少土壤重金属和农产品污染风险角度，应减少商品有机肥及秸秆质菇渣的高量施入，提倡施用木质菇渣更有利于土壤环境和农产品健康的可持续发展。

结 论：

（1）添加不同有机物料均可使土壤重金属含量增加，增幅在0.9%~369.1%，除Cd 以外其他重金属含量都低于我国农用地土壤污染风险管控最低标准。随着施用有机物料量的增加玉米籽粒重金属含量呈增加趋势；等量有机物料施用条件下，有机肥对玉米产量的影响最显著，同时对土壤重金属含量的影响最大；M2、M3、S3 处理条件下玉米籽粒中重金属Pb 含量超标（0.200~0.295 mg·kg-1）。

（2）相关性分析表明研究区域内重金属Cu、Zn、Hg、As 较易从土壤向玉米籽粒迁移积累，不同有机物料用量对籽粒中重金属风险影响表现为秸秆质菇渣>有机肥>木质菇渣。根据污染负荷指数分级标准，在所有处理条件下土壤均为安全等级，但存在潜在的中等风险，等量物料添加下，有机肥处理的综合潜在生态风险危害程度最大。

（3）木质菇渣在快速提升土壤有机质含量、增加作物产量以及最大限度减少土壤重金属污染风险等方面具有显著优势，结合当地土壤状况和推广成本等因素，从农业环境可持续发展、农产品质量安全角度综合考虑，应减少商品有机肥以及秸秆质菇渣的高量施入，提倡施用木质菇渣。