长期不同施肥措施对土壤铜、锌、镉形态及生物有效性的影响

为研究长期不同施肥措施对典型土壤中铜、锌、镉形态分布特征及生物有效性的影响,采用BCR连续提取法测定了黑土、潮土和红壤在20多年不同施肥措施(不施肥、施化肥、化肥有机肥配施)下土壤中Cu、Zn、Cd形态的含量。结果表明,黑土施用磷肥提高了Cu、Zn的酸提取态和氧化物结合态比例,施用有机肥增加了土壤Cu、Zn的酸提取态和有机结合态比例,降低了Cd的有机结合态比例;潮土单施化肥或配施有机肥均能提高酸提取态、氧化物结合态和有机结合态Zn比例;红壤施磷肥提高了Zn的酸提取态和有机结合态比例,施有机肥提高了Cu、Zn氧化物结合态和有机结合态比例。对作物籽粒和秸秆Cu、Zn、Cd浓度与其在土壤中各形态含量作逐步回归分析表明,黑土中Cu、Zn、Cd的生物有效态以酸提取态为主;潮土中Zn、Cd的生物有效态以氧化物结合态和有机结合态为主;红壤中土壤酸提取态、氧化物结合态和有机物结合态Cu、Zn、Cd都具有一定的生物有效性。Cu、Zn、Cd总量和EDTA-可提取态是黑土和红壤重金属形态的主要影响因子。     

长期不同施肥塿土对外源Cr（Ⅲ）形态转化的影响

以23年长期不同施肥处理(不施肥CK,施氮磷钾化肥NPK,有机肥配合化肥MNPK)土壤为材料,外源添加浓度为500mg·kg-1Cr,经过90 d的室内培养,研究了土壤pH、有效态Cr及各个形态Cr含量随培养时间的变化。结果表明:外源添加Cr导致土壤pH下降了0.4~0.6个单位;施肥显著降低了土壤有效Cr含量,在培养结束后,NPK处理土壤有效态Cr较CK下降了约34%,MNPK处理土壤有效态Cr的含量几乎为零。长期施用NPK处理土壤铁锰氧化物结合态Cr和有机结合态Cr含量分别较CK提高了12%和38%,而可交换态Cr含量却较CK下降了约27%,但碳酸盐结合态和残渣态Cr含量与CK相比无显著差异;长期施用MNPK土壤可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态Cr含量分别较NPK处理降低了100%、44%和29%,而有机结合态和残渣态Cr含量却分别提高了72%和17%。研究表明长期合理施肥,尤其是化肥配合有机肥施用可以显著提高塿土恢复力,降低塿土重金属Cr污染的危害。     

秸秆炭化后还田对不同镉污染农田土壤中镉生物有效性和赋存形态的影响

通过土壤培养试验和生物盆栽试验,研究不同镉污染土壤上作物秸秆炭化后还田对不同镉污染土壤中镉的赋存形态和生物有效性影响,结果表明:在碱性的镉污染土壤上,秸秆炭化后还田降低了玉米地上部生物量,但对玉米地上部镉含量和镉吸收量无显著影响;在酸性的模拟镉污染土壤上秸秆炭化后还田对玉米生长无影响,但还田含镉的油菜秸秆黑炭显著增加了玉米地上部镉含量和镉吸收量;还田不含镉的玉米秸秆黑炭对镉污染土壤中DTPA提取态镉含量没有明显影响,但还田含镉的油菜秸秆黑炭显著增加了镉污染土壤中DTPA提取态镉含量;施用含镉的油菜秸秆黑炭增加了镉污染土壤中水溶和交换态镉含量;施用玉米和油菜秸秆黑炭均显著降低了模拟镉污染土壤中水溶和交换态镉含量;增加了松有机结合态、碳酸盐结合态和紧有机结合态镉含量;模拟镉污染土壤施用玉米和油菜秸秆黑炭6个月后土壤中水溶和交换态镉仍然是土壤镉的主要赋存形态,水溶和交换态镉占土壤全镉的70％以上.综合以上结果可知,秸秆黑炭不能降低污染土壤中镉的生物有效性和植物对土壤镉的吸收量.     

石灰对重金属污染土壤上镉形态及芥菜镉吸收的影响

通过盆栽试验研究石灰对镉污染土壤镉的形态和芥菜镉吸收的影响，结果表明，施用石灰后，土壤交换态和松结有机态镉的含量降低，碳酸盐结合态、紧结有机态和残留态镉的含量提高，交换态和松结有机态镉是土壤中活性镉和植株吸收镉的主要来源。施用石灰显著降低芥菜镉含量，提高芥菜产量。     

水分和有机物料对土壤锌-镉形态及化学性质的影响

为探求镉-锌复合污染土壤的有效治理途径,通过室内模拟培养试验,在不同水分条件下,运用连续提取法研究草炭和猪粪对土壤锌、镉形态及土壤化学性质的影响。结果表明,草炭和猪粪的施用明显降低了土壤中可交换态锌、镉的含量,增加了铁、锰氧化物结合态锌、镉的含量,随培养时间的增加,影响更显著。其中淹水的效果优于65%相对含水量,猪粪的效果优于草炭。有机结合态锌、镉的含量亦增加,但猪粪处理的增幅小于草炭。不同水分条件下,施用草炭和猪粪对土壤pH值的影响不同,与镉、锌各形态无显著相关性。施用草炭和猪粪增加了土壤无定形氧化铁的含量,其含量与铁锰氧化物结合态锌、镉的含量呈显著正相关关系。     

不同改良剂对铅镉污染稻田的改良效应研究

试验于1999年在湖南省郴州市苏仙区白露塘镇的铅、镉中度污染稻田进行.设4种改良剂,3种用量水平外加空白对照计13个处理,研究不同改良剂处理对水稻生长发育和产量以及糙米和土壤中铅、镉含量的影响,并分析了土壤铅、镉的形态变化.结果表明,除中、高量石灰处理外,其他各处理均能改善水稻的生长发育,促进干物质生产,提高产量;所有处理均可在一定程度上降低土壤和糙米中有效铅、镉含量;施用改良剂对土壤铅、镉形态变化的影响突出表现为交换态含量下降及碳酸盐态和专性吸附态含量增加,处理间有差异.     

长期施肥对稻田土壤镉锌铜积累及其有效性的影响

为明确长期不同施肥方式对稻田土壤Cd、Zn和Cu积累及其有效性的影响,以设立于1986年的长期定位施肥试验为对象,对比分析不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、秸秆还田配施化肥(ST)、低量有机肥配施化肥(LM)、高量有机肥配施化肥(HM)5个处理耕层土壤重金属全量、有效态、形态分布以及水稻各部位重金属含量变化,结合土壤理化性质变化,探讨了长期施肥下重金属累积效应及其有效性变化机理。结果表明,NPK和ST处理对土壤全量及有效态Cd、Zn和Cu均无显著提高效应。而施用低量和高量有机肥30 a后,土壤Cd、Zn和Cu全量显著提高35.00%～80.00%、63.91%～82.55%、118.41%～180.21%,有效态显著提高28.57%～71.43%、407.12%～783.15%、336.59%～573.17%,稻米Cd、Cu则提高100.00%～150.00%、63.30%～85.64%。相关分析结果证实,有机肥中较高的重金属含量是造成稻田土壤Cd、Zn和Cu累积和有效性显著提高的主要原因,同时其改变的土壤理化性质,尤其是P也会影响重金属的有效性,但其作用机理有待深入研究。总体来看,长期施用有机肥具有更好的培肥效应,但会造成土壤Cd、Zn和Cu的富集以及稻米吸收量的增加,虽然目前稻米重金属含量尚未超出国家食品卫生标准限值,其风险仍不可忽视,在采取有机肥培肥土壤的过程中应严格控制其中的Cd、Zn和Cu等重金属含量。     

不同施肥处理对棕壤无机态氮含量的影响

为了研究不同施肥处理对棕壤耕层土壤无机态氮含量的影响。以玉米品种丹玉16为试材,采用长期定位施肥试验(1979~2003年),设不施有机肥区(CK)、低量有机肥区(M1)和高量有机肥区(M2),有机肥施肥量分别为13.50、27.00 t/(hm2.a),研究不同施肥处理对玉米不同时期耕层土壤硝态氮、铵态氮含量变化的影响。播种前有机肥可以显著提高耕层土壤硝态氮、铵态氮的含量,这种规律在玉米施肥后以及抽穗期较为明显。多种化肥配合施用也可以提高土壤硝态氮含量,土壤硝态氮含量在作物播种前、施肥后、苗期、抽穗期都明显高于单施氮肥处理。在拔节期施用高量氮肥处理土壤硝态氮含量最高。有机肥与化肥配合施用土壤硝态氮含量和铵态氮含量在玉米整个生长期都高于其他处理。该研究探明了不同施肥处理对土壤无机态氮含量影响的季节变化规律,为玉米合理施肥,提高氮肥利用率提供理论依据。     

油菜连作及施用堆肥对土壤镉赋存形态和生物有效性的影响

通过温室土培盆栽试验,研究了重金属镉污染土壤上连作油菜及施用堆肥对土壤中镉赋存形态及牛物有效性的影响.结果表明:(1)在油菜连作体系下,施用堆肥显著降低油菜地上部镉含量.施用堆肥改变了土壤镉赋存形态,显著降低土壤易溶态和碳酸盐结合态镉含量而增加土壤铁锰氧化物结合态镉含量,从而降低土壤镉的生物有效性.(2)在相同堆肥处理下,种植两茬油菜后的土壤易溶态和碳酸盐结合态镉含量与不种植油菜的处理相比显著降低;而土壤硫化物及有机结合态镉含量较对照有所上升,种植油菜对土壤铁锰氧化物结合态镉和残渣态含量影响不显著,但是不同积累镉能力油菜朱苍花籽和川油Ⅱ-93之间对土壤镉形态的影响差异不显著.     

腐植酸矿粉钝化红沙泥中镉的效应与作用机理研究

通过室内培养实验,研究了45%WHC(饱和田间持水量)和110%WHC两种水分条件下,施用腐植酸矿粉钝化红沙泥中外源镉(10 mg Cd/kg)的效应及其作用机理。结果表明:红沙泥中外源镉经陈化后约80%以交换态镉形态存在,施用腐植酸矿粉,能有效降低红沙泥中DTPA提取镉的含量,其降幅为4.8%-25.8%,并促使土壤中对植物有效性高的交换态镉向有效性低的碳酸盐结合态镉和铁锰氧化物结合态镉的转化,其效果是随着腐植酸矿粉用量的增加而显著增强,且45%WHC水分条件下的效果更好。其作用机理是:腐植酸矿粉中含有的大量活性基团与土壤镉直接发生了各种物理或化学反应,从而降低了土壤中镉的活性;同时,施用腐植酸矿粉改变了土壤的DOC、Eh和CEC等基本性质,进而改变了土壤中镉的赋存形态。研究结果还表明,在110%WHC水分条件下,降低DTPA提取态镉含量的主要影响因子是土壤的DOC与Eh,而45%WHC水分条件下,降低DTPA提取态镉含量的主要影响因子则是土壤的CEC。     

生石灰和钙镁磷肥对晚稻生长及稻米镉含量的影响

为研究不同培肥措施对镉污染稻田的修复效果,采用小区试验的方法,研究了生石灰和钙镁磷肥及与化肥、有机肥配施对土壤镉有效性、水稻生长和稻米镉含量的影响。结果表明:施用生石灰、钙镁磷肥可以显著提高土壤pH值,其增幅为10.5%～16.1%,其中耦合石灰、钙镁磷肥和化肥(NPKML)处理增幅最大,达到16.1%,施用生石灰次之、钙镁磷肥增幅最小。有机肥与生石灰、有机肥与化肥和生石灰配施可使土壤有效镉含量降低7.9%～23.5%、使糙米的镉含量降低35.1%～47.5%,其中NPKML对两者的降低效果最佳。施用生石灰、钙镁磷肥等对水稻生长和稻谷品质没有显著影响。研究表明,有机肥、化肥、钙镁磷肥和石灰合理配施,对镉污染稻田修复具有较好的效果。     

长期施肥对两种稻田土壤微生物量氮及有机氮组分的影响

【目的】土壤有机氮和微生物量氮（MBN）是土壤肥力的重要指标，并对土壤质量演变具有重要的指示意义。本文旨在研究长期不同施肥处理对稻田土壤MBN和酸解有机氮（AHON）及其组分的影响。【方法】以湖南省新化县和桃江县两个稻田肥力长期定位试验点的土样作为研究对象，采用氯仿熏蒸-K2SO4提取法和酸解-蒸馏法分别对土壤的MBN及AHON进行了测定。【结果】不施肥处理（对照）土壤的MBN含量分别为30 mg•kg-1（新化）和28 mg•kg-1（桃江）。与对照相比，单施化肥对土壤MBN含量没有显著的影响，而化肥配施有机肥则显著提高了土壤MBN的含量。AHON占土壤全氮的69%～89%，是土壤氮的主体。长期不同施肥处理对AHON含量及其组分有显著的影响。对照处理的土壤AHON含量在新化和桃江两试验点分别为821.54和1 471.35 mg•kg-1。化肥配施有机肥可以提高土壤AHON及其组分中的氨基酸氮（AAN）、氨基糖氮（ASN）和氨态氮（AN）的含量。与对照处理相比，不同施肥处理使土壤酸解未知氮（HUN）的含量有所降低，而使非酸解性氮（NHN）的含量有所增加。土壤TN与MBN和AHON之间的相关性均达极显著水平，土壤MBN与AHON和氨基态氮之间存在显著的正相关关系。【结论】土壤氮素含量的提高和演变与施肥措施密切相关，化肥配合有机肥施用能提高土壤有机氮及微生物量氮的含量，增加了与土壤微生物密切相关的氨基态氮含量。     

长期不同施肥对钙质紫色水稻土重金属累积及有效性的影响

为探讨长期不同施肥对石灰性紫色水稻土重金属累积及有效性的影响,以四川省农业科学院土壤肥料研究所长期定位试验为依托,研究了8种不同施肥条件下[不施肥(CK)、氮肥(N)、氮磷肥(NP)、氮磷钾肥(NPK)、有机肥(M)、有机肥+氮肥(M+N)、有机肥+氮磷肥(M+NP)和有机肥+氮磷钾肥(M+NPK)]土壤理化性质、重金属全量及有效量的变化。结果表明:长期施用氮磷、氮磷钾肥会降低土壤pH、CEC含量,提高土壤有机质、碱解氮及速效磷含量,改善土壤肥力,且与有机肥配施效果更优。长期施用化肥,土壤Fe、Mn、Cu、Zn、Pb和Cd含量变化不明显,有机肥及其与化肥配施后土壤Fe、Mn、Pb含量变化也不明显,Cd略有增加,Cu、Zn含量显著提高,但均低于我国农用地土壤环境质量风险筛选值(GB 15618—2018)。化肥对Cu、Zn、Pb和Cd的有效量影响不明显,磷肥可显著提高有效Fe含量,降低有效Mn含量,而有机肥提高Cu、Pb、Cd有效量,对其有活化效应。相关分析结果表明,土壤重金属有效量与理化性质、元素总量间的相关性因元素的不同而异。研究表明,长期施用化肥及有机肥不会造成石灰性紫色水稻土重金属含量超标的风险。     

长期施肥对土壤重金属积累和有效性的影响

以红壤稻田和红壤旱地长期定位施肥试验土壤为材料,对长期施肥后土壤Cu、Zn、Pb和Cd的含量及其有效性进行了研究,旨在为常规农业管理条件下农田重金属污染提供更多可靠及有用信息。结果表明:红壤稻田土壤Cu、Zn、Pb含量分别为27.2~34.4、83.8~96.1、41.0~62.0 mg·kg~(-1),不同施肥处理土壤Cu、Zn、Pb含量均未超过土壤环境质量二级标准;土壤Cd含量为0.49~1.04mg·kg~(-1),Cd含量均超过土壤环境二级标准。红壤旱地土壤Cu、Zn、Pb全量范围分别为34.6~88.3、79.4~173.7、56.7~81.1 mg·kg~(-1),其中施加有机肥处理的土壤Cu超过土壤环境二级标准,Cd为0.14~1.35 mg·kg~(-1),超标率为42.9%。通过红壤稻田和旱地各处理土壤Cd有效性比较,施用猪粪旱地(33.8%)高于稻田(23.9%),而施用化肥旱地土壤Cd有效性最高处理(NP 14.8%)低于稻田最低处理(NPK 31.2%)。从红壤稻田和红壤旱地长期施肥试验结果看出:长期施用化肥和稻草还田未见明显的重金属积累,但施用猪粪处理的土壤中Cd有显著积累。红壤稻田施用Ca肥可明显降低土壤Cd的有效性;施用猪粪在增加土壤Cd全量的同时,也提高了旱地红壤Cd的有效性。     

长期施用猪粪和化肥对稻田土壤Cu、Zn和Cd含量及有效性的影响

为研究有机肥与化肥处理下稻田土壤Cu、Zn、Cd含量之间的差异,并探明关键影响因子,本研究利用持续了35 a的长期定位试验,分析了土壤重金属全量及有效态、土壤理化性质和水稻产量,并利用多种统计分析方法研究了猪粪组和化肥组土壤Cu、Zn和Cd与土壤理化指标之间的关系。结果表明：与对照（不施肥）相比,长期施用猪粪使土壤Cu、Zn、Cd全量和有效态含量分别提高了134%~239%、57%~124%、58%~171%和191%~380%、285%~811%、61%~184%,并显著提升了土壤有机质（SOM）、阳离子交换量（CEC）及氮磷养分含量;而化肥处理对土壤重金属全量及有效态含量无显著影响,对土壤理化指标的提升相对较小。冗余分析（RDA）发现,猪粪组土壤全氮（TN）、CEC和速效磷（AP）分别解释了重金属方差变异的89.1%、6.4%和2.0%,化肥组土壤pH和全磷（TP）分别解释了方差变异的45.0%和22.2%,达到显著水平。进一步通过偏最小二乘路径模型（PLS-PM）分析发现,猪粪对重金属有效态的贡献远大于化肥,主要通过影响土壤重金属全量和CEC从而影响重金属有效性,其路径系数分别为0.621 7和0.295 3,均达到显著水平。猪粪组土壤重金属与理化指标之间由于“同源”关系呈显著正相关,而化肥组两者的关系受水稻生长活动等因素影响较大。研究表明,长期施肥可以通过调控土壤理化指标等影响重金属有效性,施用猪粪进行稻田土壤培肥的同时,需要注意土壤重金属的累积风险。     

黄土高原地区连续施锌条件下土壤锌的形态及有效性

 采用连续浸提形态分级方法，研究了连续施用锌肥后锌的土壤化学特性变化。结果表明，经过17年连续施用锌肥，锌在土壤中有明显的累积。0～60 cm各土层土壤全锌和有效锌（DTPA-Zn）含量均高于对照，并且表现出锌在表层土壤（0～15 cm）累积和向深层土壤迁移的特点。土壤中的锌主要以矿物态锌存在，占土壤全锌含量的95.57%～99.11%。其次为松结态锌，约占全锌的0.82%～3.58%。其它形态锌占全锌的比例很小，不到1.00%。锌肥施入土壤后各形态锌的含量都有较大幅度的增加，施入土壤中的锌有很大一部分转化为矿物态锌，只有一小部分进入土壤溶液，或与有机质、碳酸盐及氧化锰相结合。在土壤各形态锌中，交换态、松结态和碳酸盐态锌均能不同程度反映土壤锌的有效性。长期施用锌肥改善了小麦的锌营养状况，促进了小麦对锌的吸收，施锌小麦各器官锌含量和吸锌量均高于对照。     

稻田土壤微生物磷变化对土壤有机碳和磷素的响应

 研究了湖南省5个典型稻田长期定位监测点的土壤微生物磷（MB-P）对土壤有机碳和磷素变化的响应。结果表明，各监测点土壤MB-P含量对施肥的反应存在较大差异。大多数监测点的土壤MB-P对化肥的反应不敏感，而施有机肥（物）有利于土壤MB-P的增加。土壤MB-P对土壤有机碳和全磷的变化虽有响应，而其关系并不确定，但土壤MB-P与土壤微生物碳和Olsen法提取磷（Olsen-P）的关系却极为密切。土壤MB-P占土壤全磷的1.16%～3.19%，与Olsen-P占全磷的比例较为接近。在土壤Olsen-P含量低于8 mg·kg-1 的较低水平下，不论施肥与否，土壤MB-P含量均高于Olsen-P，较高的土壤MB-P有利于补充土壤Olsen-P。在不同形态的无机磷中，土壤MB-P与Al-P和Fe-P的相关性最好，Ca-P次之，但与闭蓄态磷（O-P）无显著相关性。微生物对土壤Al-P、Fe-P和Ca-P的利用可能是促进其向Olsen-P方向转化的关键途径。     

长期不同施肥下紫色土-作物体系镉累积及安全性评估

【目的】利用连续施肥23年(1991—2014)的稻麦长期定位试验,研究长期不同施肥对土壤-小麦/水稻轮作体系镉(Cd)累积的影响,为西南紫色土地区农产品质量安全和合理施肥提供科学依据。【方法】利用8个长期不同施肥处理:(1)CK(不施肥对照);(2)N(只施氮肥);(3)NK(只施氮、钾肥);(4)NPK(施氮、磷、钾肥);(5)NPK+M(化肥+猪、牛粪);(6)NPK+S(化肥+稻草还田);(7)1.5NPK+S(1.5倍化肥+稻草还田);(8)(NK)_(Cl)P+S(含氯化肥+稻草还田)。分别测定不同年际间土壤中全镉和有效镉含量以及作物中的镉含量,并评估镉的累积程度。【结果】随着施肥年限的增加,土壤全镉含量逐年提高;长期不施磷肥的CK、N、和NK处理土壤全镉累积提升较慢,施用磷肥、有机肥及含氯化肥处理提升较快,其中以NPK+M、1.5NPK+S和(NK)_(Cl)P+S处理土壤全镉含量提升最快,23年后分别增加了1.18、1.18、1.15 mg·kg~(-1);除不施磷肥处理外,其他所有处理土壤全镉含量均超过土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(GB15618—2018)中的土壤镉污染风险筛选值0.6mg·kg~(-1)。长期施肥处理的土壤有效镉含量均明显高于不施肥对照,其中长期施用N、(NK)_(Cl)P+S和1.5NPK+S处理土壤有效镉含量提升幅度较大。随着试验年份的增加各施肥处理水稻籽粒中镉含量呈上升趋势,但均未超过食品安全国家标准(GB 2762—2017,Cd≤0.2 mg kg~(-1));小麦籽粒中镉含量在不同年际间没有明显变化,除长期施用含氯化肥(NK)_(Cl)P+S处理籽粒中镉含量超过食品中污染物限量标准外(GB 2762—2017,Cd≤0.1 mg kg~(-1)),其他处理均未超标。【结论】本试验条件下,长期不同施肥、特别是施用磷肥和猪、牛粪有机肥均提高了土壤全镉含量,增加了其生态风险;而长期施用含氯化肥因使土壤p H下降而提高了有效镉含量,并导致小麦籽粒中镉含量超标。因此,防止镉因施肥等途径进入农田,是保证农产品安全生产的重要环节。