长期化肥配施不同有机肥对土壤和玉米中重金属累积的影响

  【目的】  明确长期化肥配施有机肥对重金属元素在土壤和农作物籽粒、秸秆中积累的影响及其环境效应，为安全高效施肥提供科学依据。  【方法】  在北京市农林科学院新型肥料长期定位试验站进行了为期10年的田间试验，其种植模式为冬小麦–夏玉米轮作，试验处理为不施肥 (CK)、单施化肥 (NPK)、氮磷钾 + 鸡粪堆肥的有机肥料 (NPKJF)、氮磷钾 + 污泥堆肥的有机肥料 (NPKWN)、氮磷钾 + 垃圾堆肥的有机肥料 (NPKLJ) 和氮磷钾 + 秸秆粉碎还田 (NPKJG) 共6个处理，施肥处理依据等氮量施肥原则，每季作物施 N 180 kg/hm2、P₂O₅ 90.0 kg/hm2、K₂O 90.0 kg/hm2。在玉米收获后测定了玉米秸秆、籽粒和0—20 cm耕层土壤中重金属全量。  【结果】  添加污泥处理显著提高了土壤中Cd、Hg、As、Cu、Zn的含量，单因子污染指数分别比对照提高了45.10%、150.00%、104.00%、44.60%、65.80%。不同施肥处理对土壤中全量Cd、Cr、Hg、Cu、Zn存在一定的富集效果。各处理重金属单项污染指数在0.02～0.46，远小于1，综合污染指数为0.23～0.36，均小于0.7，试验区土壤重金属均为无污染等级。施用有机废弃物堆肥的处理玉米籽粒Cd、Cu、Zn含量比对照显著增加，各处理间Hg、As、Cr、Pb、Ni含量差异不显著，连续10年定位施肥后试验站土壤以及玉米籽粒中重金属含量均未超标。同一作物不同部位对重金属的富集能力不同，玉米秸秆对重金属的富集能力大于籽粒。玉米籽粒中Pb、Cu、Zn含量与土壤Pb、Cu、Zn含量存在正相关性，玉米秸秆中Cd、Hg、Cr、Ni含量与土壤中Cd、Hg、Cr、Ni含量呈正相关或者显著负相关。  【结论】  在施氮总量不变的前提下，连续施用供试有机堆肥10年后，土壤重金属含量均未超标，土壤重金属单项污染指数在0.02～0.46，综合污染指数为0.23～0.36，无污染风险。只有污泥堆肥需要加强土壤Cd的监测。玉米秸秆对重金属的富集能力大于籽粒。玉米籽粒中Pb、Cu、Zn含量与土壤相应重金属含量存在正相关性，秸秆中Cd、Pb、Hg、Zn与Cr、Ni含量与土壤中相应重金属含量呈正相关，而秸秆中Cr、Ni含量与土壤中相应重金属含量呈负相关。     

污泥农用对土壤和作物重金属累积及作物产量的影响

以3 a定位试验为基础,比较3种不同处理的污泥肥料（消化污泥、污泥堆肥及污泥复混肥）农田施用下土壤养分、土壤和作物籽粒中Mn、Cu、Zn、Pb、Cd 5种重金属的积累以及作物产量的变化情况,以阐明污泥农用对土壤及作物的影响。研究表明,3种污泥肥料提高了土壤中氮素和有机质的含量;与空白和普通化肥处理相比,3种污泥肥料增加了土壤中Mn和Cu的含量,而对土壤交换态重金属含量没有显著影响;3种污泥处理均增加了小麦籽粒中Zn的含量;相对普通化肥处理,3种污泥肥料处理对小麦和玉米产量均无显著影响。合理施用污泥肥料可以有效地提高作物产量;污泥肥料施用对土壤重金属有一定累积效应,但短期施用对土壤比较安全。     

河北省集约化养殖场畜禽粪便中重金属含量及变化特征

通过对河北省全省区域典型集约化养殖场的主要畜禽粪便采样,分析测定畜禽粪便中Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、As、Hg、Ni 8种重金属含量并进行数据分析,结果表明河北省集约化养殖场畜禽粪便中8种重金属的含量(中位值)均符合德国腐熟堆肥标准和中国有机肥料标准,但数据离散且呈偏态分布。按德国腐熟堆肥标准和中国有机肥(NY 525—2012)的标准,河北省畜禽粪便的Cu、Zn、Cr、Cd、Pb、Ni、Hg和As超标率分别为41.73%、50.39%、31.50%、5.51%、0.79%、7.87%、4.63%和12.60%。鸡粪重金属超标率顺序为ZnCrCuNiAsCdPbHg,其中,Cu、Zn、Cr超标率分别为22.22%、40.74%和33.33%。猪粪重金属超标率顺序为CuZnCrAsNi和Cd,其中,Cu、Zn、Cr和As超标率分别为80.43%、78.26%、30.43%和21.74%,Pb和Hg不超标。牛粪重金属超标率顺序为CrHgZn,其他重金属均不超标。按施用量15 t·hm~(-2)推算出猪粪、鸡粪和牛粪的最严格土壤安全施用年限分别为26、79年和207年。因此,施用集约化畜禽粪便有机肥带来的环境风险需要引起足够的重视。     

长期定位施肥对土壤重金属含量的影响

在25年长期定位试验研究基础上，分析了无肥、N、NP、NPK、N＋有机肥和N＋秸秆6个不同施肥处理的0～20cm土壤重金属Cu、Zn、Cd、Cr、Hg和As的含量变化。结果表明：6种元素含量都呈现增加趋势。N＋有机肥处理的Zn含量超过土壤环境质量标准2级（pH6.5～7.5）的限界，Hg含量增加幅度较大，比试验基础值增加了114％。单施N肥（尿素）对土壤重金属影响不大，施用P肥使土壤重金属含量增加。垃圾或畜禽排泄物为原料的有机肥，可使土壤重金属含量提高。特别是Cu、Zn、Hg增加幅度较大。对垃圾或畜禽排泄物为原料的有机肥也要合理施用，施肥是影响土壤重金属含量变化的重要因素之一。     

长期定位施肥对棕壤重金属全量及其有效性影响

以沈阳农业大学长期定位试验为基础,选取（0～20cm）不同年限土壤样品,分析了无肥对照（CK）、单施化肥（N4P2）、中量有机肥（M2）、高量有机肥（M4）和高量有机肥＋化肥（M4＋N2P1）5个处理下土壤重金属元素Cu、Zn、Pb和Cd全量及其有效态含量的变化。结果表明,20多年的定位施肥增加了土壤中重金属元素Cu、Zn、Pb和Cd全量,虽然有所波动但总的趋势明显,其中以M4＋N2P1处理对Cu和Zn增加最为明显,而Pb和Cd在M4处理增长量最大,单施N4P2处理对4种重金属元素全量影响不明显。施有机肥能显著提高Cu、Zn和Cd有效态含量,与对照相比分别平均提高61.28%、169.3%和123.7%,不同施肥处理土壤中Cd含量已超标,属污染水平。有效态Pb在N4P2处理要显著高于其他各处理,而各年份M4处理有效态Pb的含量要低于CK处理。20年来有效态Pb含量相对于CK平均降低了4%。土壤中4种重金属全量与其有效态含量相关性表明：Cu、Zn和Cd全量与其有效态含量呈极显著正相关关系,全量Pb与有效态Pb呈显著负相关而与有效态Cu和Zn不显著相关。     

长期定位施肥对土壤重金属含量的影响及环境评价

以设置在陕西合阳县28年的长期定位施肥试验为依托,研究不同施肥对土壤Cd、Cr、As、Hg、Pb、Cu、Zn、Ni含量的影响,并以GB15618-1995中国土壤环境质量标准二级标准为标准,通过单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法对土壤环境质量进行评价。结果表明,氮磷有机肥配施、氮磷化肥+秸秆覆盖、氮磷有机肥+秸秆覆盖能增加土壤Cu、Zn、As、Pb的含量,降低土壤Hg含量,对土壤Cd、Cr、Ni的影响不显著;施用氮磷化肥对各种重金属的影响不明显。各处理单项污染指数为0.069 5～0.499 0,内梅罗综合污染指数为0.367 9～0.395 1,试验区土壤均未受到重金属污染。施肥使Hg含量的降低程度明显大于使Pb、As、Cu、Zn的升高程度,因此对综合污染指数的影响较小,变化幅度为-0.2%～7.2%。     

长期不同施肥下我国3种典型土壤重金属的累积特征

采用现场采样及室内分析测试方法,观测了1989年开始的红壤、黑土和灰漠土17a不同施肥（不施肥、施用化肥、化肥与有机肥配施和单施有机肥）下重金属元素Cu、Cd、Zn、Pb和Cr含量随时间序列的变化,阐明长期施肥下3种土壤中重金属元素的累积变化过程和富集特征。结果表明,灰漠土各处理的重金属含量在17a间持平;红壤和黑土中Zn、Pb和Cr含量17a间没有显著变化,各个处理间也没有显著差异,但施用有机肥处理的Cu和Cd含量则显著增加,其快速增加期起始于试验开始的5～6a后。其中红壤Cu含量在1996年之后的3a中由41mg·kg^-1左右快速增加到64mg·kg^-1左右,之后在高浓度持平;Cd含量则在最近的10a中从0.20～0.30mg·kg^-1直线上升到1.30～1.50mg·kg^-1。黑土Cd在6a中快速增加了2.4倍和1.4倍,2000年后在高浓度基本持平。红壤的Cu和Cd、黑土的Zn和Cd之间存在极显著正相关关系,表明其可能来源一致。长期施用有机肥是红壤和黑土中重金属显著富集的重要原因,有机肥的质量对土壤重金属的累积起重要作用。     

长期施用有机肥对稻田土壤重金属含量及其有效性的影响

以湖南省7个稻田长期定位试验为基础,分析了无肥对照（CK）、化肥（NPK）、中量有机肥＋化肥（MOM）和高量有机肥＋化肥（HOM）4个处理下0～20cm土壤重金属Zn,Cu,Cd和Pb全量及其有效态含量的变化。结果表明：长期施用有机肥加大了稻田土壤受重金属污染的风险。仅施化肥对土壤Zn,Cu,Cd和Pb全量、有效态含量及活化率的影响均较小,而中、高量有机肥处理明显提高了土壤Zn,Cu,Cd的全量、有效态含量及活化率,只对土壤Pb的影响较小。且高量有机肥处理下其增幅最大,土壤Zn,Cu,CA全量分别比对照增加了6．1％,18．7％和8．3％,有效态含量分别比对照增加了87．3％,65．8％和41．4％,活化率分别比对照增加了77．5％,32．0％和29．8oA。有机肥的“激活”效应是导致土壤有效态重金属含量大幅提高的主要机制。各试验点土壤全Cd含量均大大超出了土壤环境质量二级标准（0．30mg／kg）,表明各试验点稻田土壤都存在着不同程度的Cd污染问题。     

不同施肥雷竹林土壤重金属含量的动态分析

为了解早产高效雷竹林施肥与土壤重金属有效态含量关系,在浙江省雷竹主产区布置了肥料试验,动态采集了各处理土壤样品,用ICP法分析了土壤重金属有效态含量。结果表明:Pb、Cd、Zn、Cr和Cu5种重金属有效态含量,无论是在有机肥化肥混合处理区还是纯化肥处理区随时间变化均有较大波动,5种重金属有效态含量均表现为8月份含量较高,以后则明显下降,到次年4月份又明显升高。比较不同施肥处理土壤重金属有效态含量发现,有效Zn和有效Cr含量在3个不同用量的纯化肥间有显著差异,而不同用量有机肥化肥混施处理间所有重金属有效态含量均无显著差异,有效Pb、Cd、Cu在不同用量纯化肥处理间差异性也不显著。土壤有效Pb、Cr和Zn含量覆盖区显著高于不覆盖区,3种重金属有效态含量覆盖区分别是不覆盖区的1.59倍、1.30倍和1.26倍。     

浙江省商品有机肥中重金属含量变化趋势及风险管控对策

  【目的】  有机肥是农业生产的重要肥源，了解有机肥质量安全现状，可为有机肥合理施用和管控提供参考。  【方法】  于2017年采集浙江省96家有机肥生产企业共99个商品有机肥样品，研究分析其Hg、As、Cd、Pb、Cr、Cu、Zn和Ni 8种重金属含量、分布特征、污染成因及施用风险。并与2013年文献进行比较，分析重金属含量的变化。  【结果】  1) 商品有机肥中Hg、As、Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni的平均含量分别为0.17、5.5、0.63、17.3、33.2、213.8、660.5、17.7 mg/kg，变异系数为54.9%～151.3%，含量差异较大。相比2013年，Cd、Pb、Cr、Hg和As含量在2017年均有所降低，降幅为23.0%～72.7%，其中Hg和As含量大体呈逐年下降趋势，2017年较2009年平均含量分别下降74.2%和51.8%，Cr和Pb平均含量较2010年分别下降74.9%和54.4%，Cd平均含量在近4年降幅明显，2017年较2013年下降72.7%。但商品有机肥中As仍有8.1%超标，Cu、Zn含量偏高，Ni含量有增加趋势。Cu、Zn、Ni是浙江省商品有机肥主要风险因子。2) 主成分和相关性分析表明，Cu-Zn、Cr-Ni-Hg、Cd-Pb重金属污染来源具有同源性。Cu、Zn、As以饲料添加来源为主，Cr、Hg、Ni主要来源于饲料原料本身，Cd、Pb则以饲料原料本身、生产粘结剂或生产环境来源为主。3) 商品有机肥成分配方复杂，猪粪原料占比较大，其次为鸡粪和牛粪。根据NY 525—2012有机肥重金属限量标准，以猪粪为主要原料的有机肥As超标率9.6%，以鸡粪、羊粪为主要原料的有机肥未出现重金属超标，根据德国腐熟堆肥重金属限量标准，以猪粪和鸡粪为主要原料的有机肥Cu、Zn超标样品较多，Ni只在以猪粪和鸡粪为主要原料的有机肥中出现超标。4) 长期施用含重金属商品有机肥，存在土壤重金属积累风险。按有机肥年施肥量30 t/hm2推算，Cu、Zn和Cd风险相对较大，安全使用年限分别为14、18、34 年。  【结论】  浙江省商品有机肥总体质量安全程度较高，有机肥中Cr、Pb、Hg、As、Cd含量近年来得到较好的控制，但Cu、Zn、Ni含量偏高，部分As含量超标，长期施用条件下存在土壤重金属累积风险，因此需加强对有机肥中重金属的管控，制定商品有机肥中Cu、Zn、Ni限量标准，以保障土壤长期可持续利用。     

农业废弃物中重金属含量特征及农用风险评估

为了解江西省主要农业废弃物中重金属污染状况和评估其再利用产物农用的安全性,在江西省内采集了水稻秸秆、蔬菜废弃物、猪粪和牛粪等样品,对样品中铬、镍、铜、锌、砷、镉、汞和铅重金属含量进行了测定与风险评估。结果表明,动物性废弃物中重金属含量和超标率明显高于植物性废弃物,其中猪粪属于重度污染,牛粪为轻度污染,植物性废弃物尚处于安全水平。若以江西省农业废弃物为原料制成有机肥,并长期施用于设施菜地,猪粪有机肥施用8.4、15.3和23.9 a后土壤中Cu、Cd和Zn将陆续超标,牛粪有机肥施用23.3 a后土壤中Cu将超标,水稻秸秆、蔬菜废弃物有机肥施用约29a后土壤中Cd将超标,故农业废弃物有机肥须严格控制原料中重金属含量,其农用的长期安全性有待加强监测。     

我国商品有机肥和有机废弃物中重金属、养分和盐分状况

【目的】 分析我国主要菜区商品有机肥和有机废弃物的重金属、养分和盐分状况,为蔬菜高效安全施肥和菜田土壤质量改善提供一定的理论依据。【方法】 针对全国主要菜区包括北方6省（市）和南方12省（市）典型商品有机肥和有机废弃物展开调查,取样时间是2014年1月上旬,共采取商品有机肥样品126个和有机废弃物样品255个,对3类商品有机肥和5类有机废弃物中重金属、养分和盐分状况进行了研究。【结果】 1）按照我国现有的NY525-2012有机肥料中重金属限量标准,商品鸡粪中Cd、Pb和Cr超标率分别为10.3%、17.2%和17.2%,商品猪粪中Cd和As超标率分别为20.0%和6.7%,其它商品有机肥中Cr、Cd、As和Hg超标率分别为13.4%、2.4%、2.4%和2.4%;鸡粪中Cd、As和Hg超标率分别为2.4%、7.1%和2.4%,猪粪中Cd、Pb、As和Hg超标率分别为1.5%、3.1%、15.4%和1.5%,牛粪中Cd和Hg超标率分别为1.7%和1.7%,羊粪中Cd超标率为12.5%,其它有机废弃物中Cr和As超标率分别为4.5%和13.6%。现在的畜禽粪便与传统有机肥已经大不相同,尤其是鸡粪和猪粪中Cu、Zn含量远高于上个世纪90年代初,分别增加1.5~16.2倍和1.3~4.7倍。2）商品有机肥中全氮含量、全钾含量和氮磷钾总含量较有机废弃物平均分别高出51.2%、32.0%和15.0%,有机废弃物中全磷含量、有机质含量、C/N比值和C/P比值较商品有机肥平均分别高出23.7%、41.5%、22.7%和15.2%。商品有机肥中,商品猪粪的全磷含量、有机质含量和C/N比值均相对较高,其它商品有机肥的全氮含量、全钾含量、氮磷钾总含量和C/P比值均相对较高;有机废弃物中,鸡粪和猪粪的全氮含量、全磷含量和氮磷钾总含量均相对较高,鸡粪、羊粪和其它有机废弃物的全钾含量相对较高,猪粪、牛粪和羊粪的有机质含量相对较高,牛粪的C/N比值相对较高,牛粪和羊粪的C/P比值相对较高。3）商品有机肥的EC值（平均23.5 mS/cm,n=126）较有机废弃物（平均7.7 mS/cm,n=255）高出2.1倍。商品有机肥中其它商品有机肥的EC值很高,其次是商品猪粪,商品鸡粪的EC值相对较低;有机废弃物中鸡粪和其它有机废弃物的EC值相对较高,其次是羊粪,猪粪和牛粪的EC值相对较低。【结论】 商品鸡粪以Cd、Pb和Cr超标为主,商品猪粪以Cd和As超标为主,其它商品有机肥以Cr超标为主;猪粪、鸡粪和其它有机废弃物以As超标为主,羊粪以Cd超标为主。商品有机肥中全氮含量、全钾含量和氮磷钾总含量均高于有机废弃物,有机废弃物中全磷含量、有机质含量、C/N比值和C/P比值均高于商品有机肥。商品有机肥的EC值远高于有机废弃物。     

Effects of long-term fertilizer applications on peanut yield and quality and plant and soil heavy metal accumulation

The status of essential and potentially toxic trace elements in soils and crops can be affected by long-term fertilization practices. This study aimed to investigate changes in peanut (Arachis hypogaea L.) yield and kernel quality, and changes in copper (Cu), zinc (Zn), lead (Pb), and cadmium (Cd) concentrations in soil and peanut kernels after 16 years of continuous cropping with different fertilization treatments. Five fertilization treatments were applied at a red soil site in Southeast China:chemical fertilizer (F) containing nitrogen, phosphorus, and potassium, F + trace elements (FT), pig manure (M), M + effective microorganisms (MB), and MB + trace elements (MBT). Properties of soil and pig manure, heavy metal contents in soil and peanut kernels, and the compositions of amino and fatty acids in kernels were determined. Application of pig manure significantly increased peanut biomass, kernel yield, and crude protein and total amino acid contents in kernels, but led to higher amounts of Cu, Zn, and Cd in soil and higher amounts of Zn and Cd in peanut kernels compared with that of chemical fertilizer. There should be greater concern about potential kernel Cd and Zn contaminations resulting from long-term application of pig manure contaminated with potentially toxic metals as an organic fertilizer.     

污泥肥和生活垃圾肥对小麦-玉米重金属累积及产量的影响

以肥料定位试验为基础,比较了污泥肥、生活垃圾肥和常见农用肥料(化肥、鸡粪肥)农田施用下土壤和作物籽粒、秸秆中Cd、Cr、Pb、Hg、As、Cu、Zn、和Ni八种重金属的积累以及作物产量的变化情况,用来阐明污泥肥和生活垃圾肥施用对土壤和作物籽粒以及产量的动态影响规律。研究表明,与化肥和鸡粪肥分别比较,施用生活垃圾肥可以显著带来作物的增产,而污泥肥处理作物增产效果不明显;根据国家粮食卫生标准(GB 2715-2005)、MPCC以及《食品卫生标准》(GB2762-2005)的规定,施用污泥肥和生活垃圾肥处理的作物籽粒重金属含量均在其标准限量值范围之内,完全符合安全标准;污泥肥和生活垃圾肥比化肥、鸡粪显著增加了土壤Cr和Hg含量。所有处理的土壤重金属含量均在土壤环境质量一级标准(GB15618-1995)的重金属限量值(pH>7.5)范围内。     

沼肥替代化肥对设施蔬菜产量和土壤养分及重金属累积的影响

针对盲目施用沼肥可能带来的土壤环境问题,该研究采用5年8茬的设施番茄-甜椒田间轮作试验,研究不同沼肥和化肥配比对蔬菜产量、设施土壤氮磷养分及重金属累积的影响.结果表明:在等氮钾养分投入下,沼肥和化肥以不同比例配施的各处理没有影响蔬菜产量;氮素盈余和0~180cm土层土壤全氮含量随沼肥施用比例增加没有显著差异;磷素盈余随沼肥施用比例增加显著增加,完全沼肥处理0~30cm土层土壤Olsen-P及CaCl2-P含量分别达到151和8.0mg/kg,高于其他2个处理,且明显超出环境阈值.与完全沼肥处理相比,减量沼肥施用(3/5沼肥处理)明显降低了土壤氮素淋洗风险和磷素累积.与不施肥处理相比,施用沼肥后30~60、60~90、150~180cm土层土壤全Hg含量均低于不施肥处理;除30~60cm土层使用沼肥处理土壤中全As含量显著高于不施肥处理,其他土层各处理间均没有显著差异,而完全沼肥处理全Cr、全Cd、全Pb含量有所下降,且全Pb含量下降最为显著,但均没有出现重金属污染风险.沼肥替代化肥施用可有效实现废弃物中的养分资源循环利用,但增加菜田土壤磷素累积和淋失风险,本研究为设施菜田合理施用沼肥提供技术支持,为实现沼肥资源的循环利用和化肥替代模式提供理论参考.     

长期施用有机肥对稻田土壤重金属含量及其有效性的影响

以湖南省7个稻田长期定位试验为基础,分析了无肥对照(CK)、化肥(NPK)、中量有机肥 化肥(MOM)和高量有机肥 化肥(HOM)4个处理下0~20 cm土壤重金属Zn,Cu,Cd和Pb全量及其有效态含量的变化。结果表明:长期施用有机肥加大了稻田土壤受重金属污染的风险。仅施化肥对土壤Zn,Cu,Cd和Pb全量、有效态含量及活化率的影响均较小,而中、高量有机肥处理明显提高了土壤Zn,Cu,Cd的全量、有效态含量及活化率,只对土壤Pb的影响较小。且高量有机肥处理下其增幅最大,土壤Zn,Cu,Cd全量分别比对照增加了6.1%,18.7%和8.3%,有效态含量分别比对照增加了87.3%,65.8%和41.4%,活化率分别比对照增加了77.5%,32.0%和29.8%。有机肥的"激活"效应是导致土壤有效态重金属含量大幅提高的主要机制。各试验点土壤全Cd含量均大大超出了土壤环境质量二级标准(0.30 mg/kg),表明各试验点稻田土壤都存在着不同程度的Cd污染问题。