菌渣还田对稻麦轮作土壤重金属形态及生物有效性的影响

发布时间：2020-10-25 01:19

　　 菌渣量大且含有丰富的营养成分,施用菌渣能提高土壤质量,改善作物品质。但目前菌渣的循环利用率较低,造成了资源浪费和环境污染。菌渣中残留有一定量的重金属,长期施用可能造成土壤重金属污染风险并通过食物链危害人体健康。研究表明,重金属风险更多地取决于其形态和生物有效性。所以试验依托成都平原常见的稻麦轮作制度,探究菌渣还田对土壤重金属形态及生物有效性的影响。为了使田间试验与一般施肥管理具有一致性和可比性,便于系统性分析,试验以常规施氮量为平衡基准,以菌渣带入氮量为施肥量的计算基础,并用菌渣施用量计算重金属Cu、Cd、Pb、Zn的带入量。试验共设8个处理,分别为不施肥对照(CK)、常规化肥对照(CF)、菌渣提供25%N(M1)、菌渣提供50%N(M2)、菌渣提供75%N(M3)、菌渣提供100%N(M4)、菌渣提供125%N(M5)和菌渣提供150%N(M6)。试验采集水稻和小麦成熟期的土壤和作物样品,采用BCR连续提取法提取土壤中重金属的弱酸提取态、可还原态、可氧化态和残渣态,采用原子吸收光谱法测定土壤和作物籽粒中重金属Cu、Cd、Pb、Zn的总量及土壤重金属各形态含量,并对土壤重金属各化学形态的生物有效性进行分析。同时进一步对土壤重金属总量和形态进行生态污染评价,对作物进行健康风险评价,以期得到适宜的菌渣还田施肥方案,为成都平原菌渣还田的利用与推广提供支撑与依据。得到以下研究结果:(1)水稻季和小麦季土壤重金属Cu、Pb、Zn的总量随菌渣施用量增加呈上升趋势;土壤重金属Cd的总量随菌渣施用量增加呈先减少后增加的趋势。水稻季时土壤Cd含量在M1和M2处理下与常规化肥CF处理相比显著降低了6.60%和4.51%;小麦季时土壤Cd含量在M1和M2处理下与常规化肥CF处理相比显著降低了7.64%和6.15%。(2)除个别重金属元素外,施用菌渣后土壤重金属形态发生了惰性转化,由生物有效性较高的形态转化为生物有效性较低的形态。与常规化肥对照相比,M2处理能降低水稻季土壤重金属的活性态分配系数,菌渣与化肥配施(M1~M3)处理可以降低小麦季土壤重金属的活性态分配系数。(3)小麦籽粒中的重金属含量高于水稻籽粒。在M1~M6处理下,作物籽粒中的重金属含量随菌渣施入量的增加均呈上升趋势。与常规化肥对照相比,M1处理显著降低了水稻籽粒中重金属Cu、Cd、Pb、Zn的含量和小麦籽粒中重金属Cd、Pb和Zn的含量。(4)除土壤中重金属Pb和Zn的活性态含量和水稻籽粒重金属含量间无显著相关性外,其余重金属活性态含量与作物籽粒重金属含量间均有显著或极显著相关性,说明可以用活性态含量来表征土壤重金属的生物有效性。通过多元线性回归方程分析可知,在不同的土壤环境中重金属各形态的生物有效性不同。总体来说,可还原态对水稻籽粒重金属含量影响大,生物有效性高;弱酸提取态和可氧化态对小麦籽粒重金属含量影响大,生物有效性高。(5)与常规化肥CF相比,水稻季时和小麦季时,土壤pH在M1处理下显著提高了0.13和0.16个单位;土壤有机质在M1~M6处理下显著提高了9.15%~21.19%和8.32%~16.67%;土壤CEC在M1~M6处理下显著提高了15.58%~20.77%和13.14%~20.52%。相关分析结果表明,影响土壤重金属活性态含量的主要因子是pH和OM,其中土壤重金属生物有效性与土壤pH均呈负相关关系,与OM均呈正相关关系,CEC对土壤重金属各活性态生物有效性的影响相对较弱。(6)土壤重金属内梅罗综合指数分析法和潜在生态风险法表明,水稻季和小麦季土壤在各处理下均处于无污染状态,且在M1处理下土壤的污染风险最小。土壤重金属次生相原生相比值法表明,M1和M2处理较常规化肥对照处理可以降低重金属次生相所占比例,减少重金属对环境的潜在危害。健康安全风险评价法分析表明,菌渣和化肥配施(M1~M3)较常规化肥对照处理而言可以降低当地人食用米面对人体健康的威胁,且籽粒的健康风险在M1处理下最低。建议:综合各评价方法,M1处理即菌渣提供25%N与化肥配施的处理方案带来的重金属污染风险最小。因此适宜成都平原稻麦轮作的具体施肥方案为:水稻季施用菌渣2408kg·hm~(-2),尿素245kg·hm~(-2),过磷酸钙121kg·hm~(-2),钾肥47kg·hm~(-2);小麦季施用菌渣2890kg·hm~(-2),尿素293kg·hm~(-2),过磷酸钙146kg·hm~(-2),钾肥56kg·hm~(-2)。
【学位单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X53
【部分图文】：

图 3.1 水稻季土壤重金属活性态含量与籽粒重金属含量之间的相关关系Fig.3.1 Correlation between heavy metals active form of soil and heavy metals in rice grain3.3.1.2小麦季土壤重金属活性态与作物籽粒重金属含量的相关分析如图 3.2，通过线性回归分析得到土壤重金属 Cu、Cd、Pb 和 Zn 活性态含量小麦籽粒重金属含量之间的关系分别为 yCu= 0.699x-6.530，P =0.015<0.05；yCd=1.0x+0.034，显著性 P<0.01；yPb= 0.009x-0.056，显著性 P<0.01；yZn=1.33x-27.25，显性 P<0.01。表明小麦季时土壤重金属 Cu 活性态含量与小麦籽粒重金属含量之间性回归关系具有显著正相关性，土壤 Cd、Pb 和 Zn 活性态含量与小麦籽粒重金属量之间线性回归关系具有极显著正相关性。

图 3.1 水稻季土壤重金属活性态含量与籽粒重金属含量之间的相关关系Fig.3.1 Correlation between heavy metals active form of soil and heavy metals in rice grain3.3.1.2小麦季土壤重金属活性态与作物籽粒重金属含量的相关分析如图 3.2，通过线性回归分析得到土壤重金属 Cu、Cd、Pb 和 Zn 活性态含量与小麦籽粒重金属含量之间的关系分别为 yCu= 0.699x-6.530，P =0.015<0.05；yCd=1.092x+0.034，显著性 P<0.01；yPb= 0.009x-0.056，显著性 P<0.01；yZn=1.33x-27.25，显著性 P<0.01。表明小麦季时土壤重金属 Cu 活性态含量与小麦籽粒重金属含量之间线性回归关系具有显著正相关性，土壤 Cd、Pb 和 Zn 活性态含量与小麦籽粒重金属含量之间线性回归关系具有极显著正相关性。

.4.1 菌渣还田对土壤理化因子的影响4.1.1 菌渣还田对土壤 pH 的影响由图 3.3 可知，在 M1 ~ M6 处理下，随着菌渣施入量的增加，水稻季和小麦土壤 pH 均呈下降趋势。这可能是由于菌渣施入量的增加使有机肥分解转化产有机酸增多，从而降低了土壤 pH[152]，而且作物的根系分泌物对土壤 pH 下降一定作用[153]。水稻季和小麦季的土壤 pH 在常规化肥 CF 处理下较空白处理 CK 分别下降05 和 0.03 个单位，这可能是因为氮肥促进土壤有机质降解，加速硝化作用，降土壤的 pH 值[154]。与常规化肥 CF 相比，水稻季时土壤 pH 在 M1 处理下显著了 0.13 个单位；小麦季时土壤 pH 在 M1 和 M2 处理下显著提高了 0.16 和 0.1位。总体而言，除 M6 处理外，其余处理下的土壤 pH 均高于常规化肥 CF 处理土壤 pH。说明菌渣和化肥配施可以有效缓解由于施用化肥造成的土壤酸化趋
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本文编号：2855249