设施黑土Zn分布特征及影响因素探析

于志民，吕　品

（黑龙江省科学院自然与生态研究所湿地与生态保育国家地方联合工程实验室，哈尔滨150040）

设施黑土Zn分布特征及影响因素探析

于志民，吕品*

（黑龙江省科学院自然与生态研究所湿地与生态保育国家地方联合工程实验室，哈尔滨150040）

对黑龙江省绥化市北林区设施型黑土土壤中Zn含量分布及来源进行了研究。结果表明，随温室种植年限的增加，土壤总Zn、交换态Zn、碳酸结合态Zn、铁锰氧化态Zn及有机态Zn含量呈逐年增加积累的趋势，其中总Zn含量与种植年限呈极显著正相关，交换态Zn、碳酸结合态Zn、铁锰氧化态Zn及有机态Zn含量与种植年限呈显著正相关，残渣态Zn含量与种植年限不相关；0-80cm剖面含量分析，总Zn、交换态Zn、碳酸结合态Zn、铁锰氧化态Zn及有机态Zn含量均呈逐层下降的趋势，0-60cm降幅较大，60-80cm降幅变缓，残渣态Zn含量变化不显著；同时对设施黑土Zn来源进行探索分析，发现大量施用猪粪、鸡粪等有机肥是Zn的主要来源。

设施型黑土；Zn；分布特征；影响因子

地处世界三大黑土区之一的黑龙江省位于我国的东北部，是全国重要的商品粮生产基地。耕地土壤中黑土达到全省总耕地面积的31.23%，其土壤环境的安全也倍受重视。经过多年的过渡耕种和不当肥药使用，造成黑土资源的严重退化、污染等一系列问题［1］。近年来，学者们针对黑土有机质含量、养分环境特征及重金属污染状况等展开了卓有成效的研究［2-4］，尤其在东北黑土区土壤重金属污染研究方面取得了较大进展［5-9］；Zn属于中等毒性重金属，既是植物生长的必需营养元素又是有害元素，土壤中过量积累Zn易造成污染［10］。研究表明［11，12］，长期过量施肥会导致Zn元素在土壤中积累，当积累达到一定程度时，重金属便会随农作物进入食物链，最终对人体健康造成威胁。笔者针对东北典型黑土区域，以黑龙江省绥化市北林区设施型黑土重金属Zn为研究对象，通过分年限采样、检测分析，研究其分布特征及来源，旨在揭示设施型黑土的健康状况，为黑土生态系统的科学管理提供理论依据。

l　材料与方法

试验于2015年4-10月在绥化市北林区永安镇永安村取具有代表性的4年、7年、12年、18年及23年温室土壤剖面土样，取样深度分别为0-20cm、20-40cm、40-60cm和60-80cm，每个种植年限温室土壤取3户，测定0-80cm土体中总Zn及不同形态Zn含量。基于科学性、代表性和准确性的调查原则，选取绥化市北林区、庆安县、明水县、海伦县、望奎县及青冈县具有规模的设施蔬菜种植基地，于2016年3月对这些地区10个村共计60个农户的设施蔬菜大棚进行调查。为了使调查信息全面、准确和易于操作，采用问卷调查的方法，调查内容包括2015年蔬菜种植模式、肥料种类、肥料养分含量、施肥量、施肥时期、大棚面积、蔬菜产量、灌溉水源等多项指标，同时对其所施用的粪便有机肥、农药样品进行采集分析。试验在15个大棚中进行，每个大棚采用“S”形取样法用土钻取5点0-80cm分层土样制成混合土壤样品，装入塑料袋中标记密封，带回实验室，并用GPS定位标记。土样采回后风干，磨细过筛，消煮处理，用于测定土壤Zn含量。

土壤总Zn及不同形态Zn含量使用CEM公司的MARS6微波消解仪，采用王水—氢氟酸—高氯酸混合消解，ICP-OES法测定。

采用SPSS16.0和Excel2007进行数据分析和图表的绘制。

2　结果与分析

2.1设施型黑土土壤Zn含量分布特征

结果表明：绥化北林区设施黑土Zn含量随种植年限增加而呈现明显的积累特征。随种植年限增加，0-20cm土层土壤总Zn含量逐年递增，由4年的166.32mg/kg增至23年的304.31mg/kg，总Zn含量呈快速增加趋势，在12年棚龄时含量达到污染临界值（HJ 333-2006），18、23年棚龄土壤中均出现Zn污染现象，温室土壤总Zn含量与种植年限呈极显著正相关（r=0.9569**，n=50）；交换态Zn、碳酸结合态Zn、铁锰氧化态Zn及有机态Zn含量随种植年限的增加亦呈现增加的趋势，18年以内棚龄土壤含量增速较快，18年以上增速趋缓，不同形态Zn含量与种植年限呈显著正相关（r=0.816*，n=50），而残渣态Zn含量与种植年限关系不密切。

分析纵向剖面含量可知，总Zn含量由表及里呈现下降趋势，0-60cm下降速度较快，降幅超过51.44%，60cm以下降幅趋缓；交换态Zn、碳酸结合态Zn、铁锰氧化态Zn及有机态Zn含量在0-60cm下降速度极快，降幅较大，下降幅度均超过71.05%，残渣态Zn含量由上至下没有规律性变化（见表1）。

2.2设施黑土Zn超标来源分析

有研究表明，土壤Zn污染来源主要有矿产开采“三废”排放带来的污染，农业生产带来的污染，城市化进程带来的污染，污水、污泥带来的污染及交通运输带来的污染［13］。通过试验实施过程观察以及对当地种植管理方式进行调查后得知，主要锌来源为农业生产带来的，并对使用的肥料、农药及灌溉水进行了Zn含量测定：腐熟猪粪总Zn含量1697.6mg/kg，交换态Zn含量21.81mg/kg，腐熟鸡粪总Zn含量1503.21mg/kg，交换态Zn含量20.5mg/kg，代森锰锌Zn含量2.5%，灌溉水中未检出。同时对相关性进行分析，与猪粪、鸡粪极显著正相关（r=0.9906**，n=20，r=0.9889**，n=20），与代森锰锌相关性一般（r= 0.5738，n=20），这与杨子怡研究结果一致［14］。

3　结论

3.1绥化北林区设施黑土Zn含量随种植年限增加而呈现明显的积累特征。总Zn、交换态Zn、碳酸结合态Zn、铁锰氧化态Zn及有机态Zn含量随种植年限增长而逐渐增加，总Zn含量在12年时达到污染临界值（HJ 333-2006），总Zn含量与种植年限呈极显著正相关，不同形态Zn含量与种植年限呈显著正相关，而残渣态Zn含量与种植年限关系不密切。

3.2剖面含量分析表明，总Zn、交换态Zn、碳酸结合态Zn、铁锰氧化态Zn及有机态Zn含量在0-60cm下降速度极快，降幅较大，60cm以下降幅趋缓，残渣态Zn含量未表现规律性变化。

3.3通过试验实施过程观察以及对当地种植管理方式进行调查后得知，主要锌来源为农业生产过量施用禽畜粪便等有机肥造成的。

表1　设施黑土Zn含量分析

［1］王粟，孙彬，汪潮柱，等.东北典型黑土区土壤重金属污染现状评价与分析［J］.安徽农业科学，2013，41（10）：4350-4352.

［2］隋跃宇，张兴义，张少良，等.黑龙江典型县域农田黑土土壤有机质现状分析［J］.土壤通报，2008，39（1）：186-188.

［3］缪驰远，汪亚峰，魏欣，等.黑土表层土壤颗粒的分形特征田［J］.应用生态学报，2007，9（18）：1987-1993.

［4］陈玉东，王火焰，周健民，等.黑龙江省海伦市农田土壤重金属分布特征及污染评价田［J］.土壤，2012，44（4）：613-620.

［5］高璐，沙迪，张雪萍.松嫩平原耕作黑土Cu、Pb、Zn的污染现状分析［J］.中国农学通报，2011，27（6）：261-265.

［6］赵永存，汪景宽，王铁宇，等.吉林公主岭土壤中砷、铬和锌含量的空间变异性及分布规律研究［J］.土壤通报，2002，33（5）：372-376.

［7］汪景宽，赵永存，张旭东，等.海伦县土壤重金属含量的空间变异研究［J］.土壤通报，2003，34（5）：398-403.

［8］郭观林，周启星.中国东北北部黑土重金属污染趋势分析［J］.中国科学院研究生院学报，2004，21（3）：386-392.

［9］曹会聪，王金达，张学林.BCR法在污染农田黑土重金属形态分布研究中的应用［J］.水土保持学报，2006，20（6）：163-166.

［10］黄昌勇，李保国，潘根兴，等.土壤学［M］.北京：中国农业出版，2000.

［11］杨子仪，等.不同类型有机物料对黑上中Cu、Zn含量及有效性的影响［J］.水土保持学报，2015，29（5）：314-319.

［12］李影，吴景贵，陈猛.不同有机物料与化肥配施对黑土重金属各形态的影响［J］.水土保持学报，2013，27（2）：178-182.

［13］陈玉真，王峰，王果，等.土壤锌污染及其修复技术研究进展［J］.福建农业学报，2012，27（8）：901-908.

［14］杨子仪，吴景贵，冯娜娜，陈闯.不同畜禽粪肥与化肥配施下黑土中Zn含量及形态变化特征［J］.农业环境科学学报，2014，33（9）：1728-1735.

（2016-06-28收稿刘晓佳编辑）

Distribution Characteristics Analysis of Zn Element and Its Im pact Factors in Black Soil of Facilities

YU Zhi-m in et al
（Institute of Natural Resources and Ecology，HAS.National and Provincial Joint Engineering Laboratory of Wetlands and Ecological Conservation，Harbin 150040，China）

We studied content，distribution and sources of Zn element in black soil of facilities in forests of Suihua city，Heilongjiang province.Results indicated that as service life of warm-house increased，contents of total，exchangeable，carbonic acid bound，Fe-Mn oxides bound and organic Zn increased too. Total Zn content were highly significantly positive related to service life，and contents of exchangeable，carbonic acid bound，Fe-Mn oxides bound and organic Zn were significantly positive related to service life.Residual Zn was not related to service life. Analysis results of Zn content of soils from 0-80cm profile indicated that contents of total，exchangeable，carbonic acidbound，Fe-Mn oxides bound and organic Zn decreased as depth increased，with bigger decrease amplitude between 0-60cm，and smaller decrease amplitude between 60-80cm.Residual Zn content changed little.Analysis results of Zn sources indicated that pig and chicken manure were the main sources of Zn element.

Black soil of facility；Zn；Distribution characteristics；Impact factor

S153

A

1003-7853（2016）04-0063-03

黑龙江省院所基本应用技术研究专项项目（STJB2015-4）；黑龙江省科学院基金项目“设施黑土—蔬菜系统中Cd、Zn迁移转化过程研究”；黑龙江省科技攻关计划项目（GC12C205）

于志民（1974-），男，副研究员，主要从事植物营养与土壤环境安全研究。

吕品，女，副研究员。