淹水环境下有机肥在重金属稻田土壤中的应用研究

　　近几年，污水灌溉、污泥回用、有机肥施用等 地力培肥措施的运用有力地支撑了农作物增产，但同时也导致部分农田土壤遭受重金属污染[1 -2].虽然土壤中重金属的总量在一定程度上可以反映土壤污染的程度，但无法阐述其迁移能力、生物毒性及对环境的污染风险[3].重金属在土壤中的迁移性和生物毒性很大程度上取决于其化学形态及分布[4].因此，要评估重金属在土壤中的迁移风险，必须了解其在土壤中的形态分布特征。在土壤中，重金属的存在形态一般可分为水溶态、交换态或吸附交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残留态等。但是将土壤中重金属元素按上述形态完全分开是不可能的，在一定的条件下，这些形态可以互相转化。

　　目前，重金属形态分析中比较经典的方法是修正的 Tessier 提取法和 BCR 提取法。BCR 方法能较好地反映土壤中重金属元素的形态分布情况，较Tessier 法简单易行，重现性强，易标准化[5 -6],越来越多地应用于农田土壤中重金属形态的分析方面[3,7 -8].土柱试验是研究溶质在土壤中迁移转化的重要工具[9].在淹水条件下，因为水体的动力学作用，比较容易使溶质在土壤剖面发生纵向迁移而渗入到深层土壤中，从而造成对深层土壤和地下水的污染。但是现阶段的研究表明，重金属在土壤中很难垂直迁移，主要积累在表层，难以向底层迁移。如 Besnard 等[10]测定了葡萄园铜污染土壤不同深度土壤剖面的可交换态铜含量，结果发现随土层加深，可交换态铜含量依次下降，0-3 cm 处 264 mg·kg- 1,15 cm 处 149 mg·kg- 1,50 cm 处 18 mg·kg- 1.另有研究显示，土壤可溶性有机质（ DOM） 可以提高重金属离子在土体中的移动性[11 -12],如谭长银等[13]、王开峰等[14]的研究表明，稻田土壤中长期施用有机肥会提高 Zn和 Cd 的有效性，增加土壤中重金属污染的风险。

　　本试验拟采用 BCR 连续提取法，通过室内土柱试验，模拟长期淹水的稻田土壤中有机肥（ 猪粪） 施用对重金属在稻田土壤中的垂直迁移及形态分布的影响，为有机肥施用后土壤中重金属污染风险评估提供理论依据和技术支持。

　　1 材料与方法

　　1. 1 供试土壤及有机肥

　　供试土壤分别选取嘉兴市某农场未受重金属污染的农田土壤（ 以下简称“试验土壤”） 和杭州市富阳区受重金属污染的农田土壤（ 以下简称“污染土壤”） .有机肥分别为采自余杭某有机养殖农场未受重金属污染的猪粪（ 以下简称“清洁有机肥”） 和平湖某规模化养殖农场受重金属铜锌污染的猪粪（ 以下简称“污染有机肥”） .试验土壤的基本理化性质： pH 5. 62,有机质 17. 15 g·kg- 1,碱解氮 248. 7 mg·kg- 1,有效磷 35. 3 mg·kg- 1,速效钾 46. 0 mg·kg- 1; 污染土壤的基本理化性质： pH 6. 95,有机质 22. 05 g·kg- 1,碱解氮163. 7 mg·kg- 1,有效磷 54. 6 mg·kg- 1,速效钾32. 0 mg·kg- 1.供试土壤及有机肥的重金属含量见表 1 和表 2.

　　1. 2 试验设计与样品采集

　　试验地点位于浙江农林大学东湖校区。为模拟稻田实际状态，将土壤装入高 100 cm,直径10 cm 的 PVC 管中，上部 20 cm（ 0-20 cm） 采用污染土壤，装土密度为 1. 0 g·cm- 3.并将污染土壤进行不同有机肥的处理，即分别施用污染有机肥和清洁有机肥，有机肥用量均按土壤质量的1% 计，将有机肥与土壤混匀后，装入土柱中。下部 50 cm（ 20-70 cm） 采用试验土壤，按照1. 2 g·cm- 3的土壤密度装土（ 图 1） .土柱装好后，保持 PVC 管上部淹水约 5 cm,分别淹水 3 个月、6 个月和 9 个月。每个处理重复 3 次，共计 18 个土柱。淹水 3,6,9 个月后，采集土壤样品，采样时运用土钻采样器从土柱上部垂直采样，摒除土柱壁的影响，分别采集 0-10,10-20,20-22,22-24,24-26,26-28,28-30,30-32,32-34,34-36,36-38,38-40 cm 土壤样品。样品经自然风干后，粉碎、过筛。土样过10 目筛用于土壤 pH、速效养分和有效态重金属的测定，过 100 目筛供土壤有机质、重金属全量及形态分级分析用。
　　
　　1. 3 分析方法

　　土壤 pH、有机质以及速效养分均采用常规分析方法测定[15].土壤重金属全量参照国家行业标准 NY/T1613-2008 方法，用电感耦合等离子发射光谱仪（ ICP-OES,PerkinElmer 7000 DV） 进行测定。

　　土壤重金属形态分析采用 BCR 三步连续提取法，将土壤重金属分为 4 种形态： 酸溶态（ 包括水溶态、交换态及部分碳酸盐结合较弱的金属） 、可还原态（ 较易还原的 Fe-Mn 氧化物结合态、锰氧化物及小部分铁氧化物结合态） 、可氧化态（ 有机物及一些易氧化的硫化物结合态） 和残渣态。其中，残渣态分析用王水（ HNO3和HCl 体积比为 1 ∶ 3 ） 消解，ICP-OES 测定。提取方法详见表 3.分析过程中采用平行样、加标（ 国家标准土壤样品 GSS-4） 等方法进行质量控制。

　　1. 4 数据处理

　　采用 Excel 2007 和 Origin 8. 0 进行数据处理和作图，利用 SPSS 18. 0 进行方差分析及显着性检验（ P <0. 05） .
　　
　　2 结果与讨论

　　2. 1 淹水对重金属在土柱中迁移的影响

　　由图 2 可知，经过 9 个月淹水处理后，重金属 Zn,Cu,Pb,Cd 在土柱中都向下迁移，迁移趋势集中在 20-22 cm 土层，即 4 种重金属向下迁移了2 cm 左右。土层22-40 cm 之间，土壤中重金属含量并未受到污染土壤的影响，基本接近试验土壤本底值。说明清洁有机肥和污染有机肥对污染土壤中重金属向下迁移的影响基本一致。