滤泥有机肥对镉砷复合污染农田玉米吸收重金属的影响

王学礼++黄小青++杜芮萍++何冰++顾明华

摘要：通过大田试验评估滤泥有机肥在促进玉米增产和消减玉米籽粒累积重金属的影响。研究结果表明，施加滤泥有机肥后玉米籽粒产量达到7137kg/hm2，明显高于对照的5649kg/hm2；同时也降低了玉米籽粒中镉砷含量，镉由对照的0.038mg/kg下降到0.031mg/kg，差异不显著；砷含量由对照的0.35mg/kg下降到0.21mg/kg，降低率达40%。研究结果将为滤泥有机肥的推广应用及在保证农产品安全方面提供依据，为受到镉砷复合污染的农田土壤的修复提供材料支持。

关键词：滤泥有机肥；镉砷；复合污染；玉米；吸收

中图分类号：X131.3

文献标识码：A

文章编号：1003-4374（2015 ）03-0024-04

Effects of filtered mud organic fertilizer on heavy metal accumulation in maize planted atCd/As combined polluted farmland

Wang Xue-li et al

Abstract：Effects of filtered mud organic fertilizer on maize yield increase and heavy metal accumulationin maize planted at Cd/As combined polluted farmland has been studied in a field experiment. The resultsshowed that the grain yield of filtered mud organic fertilizer treatment reached 7137 kg/hm2，which signifi-cantly higher than the control group （5649 kg/hm2）. Meanwhile， the Cd/As content in maize grain was de-creased in the filtered mud organic fertilizer applied treatment ， and the Cd content decreased from 0.038mg/kg in control group t0 0.031 mg/kg， in which the difference is not obvious， while the As content decreasedfrom 0.35 mg/kg in control group t0 0.21 mg/kg in the filtered mud organic fertilizer aplilied treatment ， with40% decreased. The research results will provide a basis in the filtered mud organic fertilizer application andin ensuring the safety of agricultural products， also provide material support to remediation of soil with Cd/Ascombined pollution.

Key words： Filtered mud organic fertilizer； Cd/As； combined pollution； maize； accumulation

环境保护部和国土资源部2014年4月17日联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示全国土壤总点位超标率为16.1%，耕地土壤点位超标率更高达19.4%。其中在8种调查的无机污染物中，镉、砷的点位超标率分别列第1和3位，是需要重点关注的重金属污染物。镉、砷均为极具生物毒性的环境污染元素，其在土壤中的累积不仅影响土壤的生态功能，还可通过土壤一植物系统危害作物生长以及通过食物链途径最终危害人类健康。同时广西又是有色金属之乡，长年累月的开采冶炼给矿区和冶炼厂周边的农田带来了严重的重金属污梨。如何保证这些区域的农产品质量安全成为重要的课题。

广西是国内最大的甘蔗产区，甘蔗制糖每年约产生鲜湿滤泥240万-400万t。蔗糖滤泥中70%为有机质，30%为灰分，含有糖分、蛋白质、氨基酸、维生素等，是一种很好的制备有机肥和土壤物理性状改良剂的原料。研究表明，有机质不仅影响土壤重金属的积累，而且能与重金属元素形成络合物，影响各形态重金属的迁移转化，进而影响土壤重金属的有效性。因此文章通过研究施用蔗糖滤泥对玉米生长和重金属累积的影响，探索滤泥农用在保障农产品安全性方面的作用，为受重金属污染农田的安全利用提供材料支持。

材料与方法

试验材料

田间试验于2014年3月-8月在广西刁江流域某示范基地区内进行。试验土壤的基本理化性状：pH为5.5，有机质13.22 g/kg，全氮1.54 g/kg，全磷1.70 g/kg，全钾5.95 g/kg，碱解氮79.9 mg/kg，速效磷18.25 mg/kg，速效钾55.01 mg/kg，全镉含量12.4 mg/kg，全砷含量669.6 mg/kg。土壤中Cd、As含量分别超出GB 15618-1995二级标准41.3倍和22.3倍。

供试玉米品种为迪卡008，该品种为桂西北地区的主推品种之一。试验所用滤泥有机肥为甘蔗糖厂碳酸法滤泥，经高温堆制而成，pH值为7.9，有机质含量为23.1%，其中镉含量为1.48 mg/kg，砷含量为4.27 mg/kg，镉、砷含量低于《有机肥料标准》（ NY525-2011）。

试验设计

试验共设2个处理，处理l为对照处理（CK），处理2为滤泥处理（L），滤泥有机肥的施用量为15t/hm2。每个处理设3次重复，共6个小区。每小区4.5mx12m=54 m2。每小区种植玉米6行，每行41株。行距70cm，株距30cm。随机区组排列。生育期全程肥料用量如下：尿素390 kg/hm2、过磷酸钙750 kg/hm2、氯化钾300 kg/hm2，其中尿素基施150 kg/hm2，苗期和拔节期结合培土分别追施120 kg/hm2，氯化钾基施180 kg/hm2，苗期和拔节期分别追施60 kg/hm2。

测定项目与方法

土壤基本理化性质的测定参见《土壤农化分析》的方法：土壤、滤泥有机肥pH值采用1：2.5的土水比，用酸度计进行测定；土壤、滤泥有机肥中有机质采用H2S04-K2Cr207外加热法测定；土壤全氮采用半微量开氏法测定；全磷采用NaOH熔融一钼锑抗比色法测定；全钾采用NaOH熔融一火焰光度法测定；土壤速效磷采用0.05 mol/LH Cl-0.025mol/L（1/2H2S04）法测定。植株、土壤和滤泥有机肥样品中镉、砷采用微波消解，原子吸收分光光度计测定镉含量，原子荧光光度计测定砷含量。土壤有效态镉采用DTPA浸提，原子吸收分光光度计测定；有效态砷采用0.5mol/LNaH2P04浸提，原子荧光光度计测定。

为了保证消煮和测定过程的准确性，加入了玉米标准物物质GBW10012（GSB-3，中国地质科学院地球物理地球化学勘察研究所）和土壤标准物质GBW07404（ GSS-4，中国地质科学院地球物理地球化学勘察研究所）进行质量控制。实验所用所有器皿均事先在10% HN03中浸泡24h以上，并用去离子水洗净晾干；所用试剂均为优级纯或分析纯，试剂溶液均用去离子水配制。

试验数据计算及统计方法

采用Microsoft Excel 2007软件进行试验数据的处理、作图，采用SPSS17.0统计软件进行数据的统计分析，采用Duncan检验法进行多重比较检验处理间的差异显著性。

结果与分析

施用滤泥对玉米产量的影响

由图l可知，施用滤泥有机肥可显著的提高玉米的产量。施用滤泥有机肥后玉米的产量（ 7137 kg/hm2）比对照（ 5649kg/hm2）显著提高了26.3%。说明施用滤泥有机肥有利于提高玉米的产量，这与滤泥有机肥的成分有关，滤泥中有机质高达23.1%，除此之外，还含有大量N、P、K元素及微量元素，能改善土壤结构、增强土壤保水保肥能力，改善土壤微生物状况。

施用滤泥有机肥对玉米籽粒中镉、砷含量的影响

图2表示玉米籽粒中镉砷含量。可以看出，施用滤泥有机肥对玉米籽粒中镉砷累积的影响总体上趋势一致，即都降低了籽粒对镉和砷的累积，但又有所不同。其中施用滤泥的籽粒中镉含量为0.031mg/kg，而对照处理籽粒中镉含量为0.038mg/kg，显然滤泥有机肥处理降低了籽粒中镉的累积，但差异不显著（p<0.01）。滤泥有机肥处理的玉米籽粒中砷含量为0.21mg/kg，明显低于对照处理籽粒中的0.35mg/kg，降低率达到了40%。虽然籽粒中镉砷含量均低于《食品中污染物限量》（ GB2762-2012），但施用滤泥有机肥可显著降低玉米籽粒的安全风险，特别是针对砷，这对于在金属矿区周边和冶炼厂周边地区农田种植玉米提供了安全保障。

施用滤泥有机肥对土壤pH和有效态镉、砷含量的影响

由表l可知，施用滤泥有机肥可显著提高土壤pH，土壤pH值（5.84）比对照处理（5.41）提高了0.43个pH单位，pH值的提高对土壤中镉、砷的生物有效性产生明显影响，但这种影响对镉和砷有所不同。对镉来说，pH值的提高使土壤中有效态镉的含量降低，施用滤泥有机肥的土壤有效态镉含量为6.18mg/kg，比对照处理土壤中的有效态镉含量（7.40mg/kg）显著降低，降低率达16.5%。这也反映在玉米籽粒中镉的累积量上，滤泥处理的玉米籽粒中镉含量低于对照处理。而土壤中砷的生物有效态含量则随着土壤pH值的升高而有所增加，从对照土壤的49.37mg/kg显著提高到了54.59mg/kg，升高率达到了10.57%。但大田试验的结果表明虽然施用滤泥有机肥处理下土壤中砷的生物有效态含量增加了，但籽粒中的砷含量却比对照区有所降低。这可能跟玉米籽粒的产量增加有关。滤泥处理的玉米产量比对照处理增加26.3%，产量的增加客观上稀释了籽粒中砷的浓度。

结论

施用滤泥有机肥显著提高了玉米籽粒产量

施加滤泥有机肥后其籽粒产量达到7137kg/hm2，与对照相比提高了26.3%。

施用滤泥有机肥明显提高了土壤的pH值

施用滤泥有机肥后土壤pH值（5.84）比对照处理（5.41）提高了0.43个pH单位。

施用滤泥有机肥对土壤中镉、砷有效态含量产生明显影响

施用滤泥有机肥的土壤有效态镉含量为6.18mg/kg，与对照相比降低率达16.5%。砷的生物有效态含量从对照土壤的49.37 mg/kg显著提高到了54.59mg/kg。

施用滤泥有机肥降低了玉米籽粒对镉、砷的吸收

籽粒中镉含量由对照的0.038mg/kg下降到滤泥有机肥处理的0.031mg/kg，但差异不显著。砷含量由对照的0.35mg/kg下降到0.21 mg/kg，降低率达400。