深耕技术对土壤-苋菜系统中迁移与再分配的影响

诸彩霞，钱炜樱，孙叶芳，闻秀娟

(1.绍兴市越城区皋埠街道事业综合服务中心，浙江 绍兴 312000； 2.绍兴市农业科学研究院，浙江 绍兴 312000)

1 引言

2014年环境保护部和国土资源部发布的《全国土壤污染状况调查公报》指出，全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染严重，耕地土壤环境质量堪忧。耕地土壤点位超标率为19.4%，主要污染物为镉、镍、铜、砷、汞、铅、滴滴涕和多环芳烃[1]。土壤重金属污染问题亟待多措并举，进行有效缓解。

近年来，国内许多学者认为污染农田治理可采用安全利用的措施，且可通过农艺措施在一定程度上控制农产品中重金属的积累[2，3]，如低重金属吸收品种的种植、灌溉管理、科学施肥、调节土壤酸碱度和深耕等农艺措施[4～9]。有研究报道，采用翻耕稀释方法治理污染土壤，并获得了一定的效果[10],但深耕之后重金属在植株中的迁移与分配的研究仍较少报道。鉴于此，本试验通过不同翻耕深度处理，在浙江一铅、砷污染地进行了耕作深度对苋菜-土壤系统中迁移与再分配的影响，探究了深耕对于修复重金属污染土壤的作用。

2 材料与方法

2.1 供试材料

供试土壤：试验在浙江某地污染农田上进行，试验地基本土壤理化性质见表1。

表1 试验地土壤基本理化性质

2.2 试验设计

试验设3个处理，分别为CK(即常规处理，翻耕深度20 cm)、翻耕深度30 cm和翻耕深度40 cm。小区面积长为2 m，宽为1.5 m，每个小区之间用30 cm宽，40 cm深的沟作分隔，每个处理3个重复，按随机区组排列。苋菜按常规密度播种，并按常规管理进行管理。以发酵后的羊粪作为有机肥在耕作前作基肥施用。为达到较为全面混匀的目的，每一小区按照试验设置的耕作深度连续耕翻 2 遍。苋菜播种 20 d 后，追肥化肥，N、P 施用量分别为 250、30 kg/hm2，施用的化肥氮为尿素，化肥磷为钙镁磷肥。

2.3 样品采集与测定

2.3.1 样品采集

苋菜生长75 d后，分别采集表层土样和苋菜样品用于分析。每一混合土样由各小区内 5 个分样混合而成。采集的土壤样品经风干后分别过2 mm 和 0．15 mm 塑料土筛，用于土壤养分和重金属测定。苋菜样依次用含少量洗洁精、自来水冲洗 2 ～ 3 次，去除附着的灰尘及其污染物质，之后继续用去离子水冲洗 2 ～ 3 次。将清洗后的苋菜样切碎、混匀，用于重金属分析。

2.3.2 样品测定

苋菜样品用高氯酸消化，用石墨炉-原子吸收光谱法测定 Pb，用荧光原子吸收法测定As。土壤重金属采用标准方法测定，其中As采用盐酸-硝酸-高氯酸消解，荧光原子吸收法测定；Pb 用盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸消解，用石墨炉原子吸收分光光度法测定。分析过程中采用质量控制，各重金属测试误差控制在 5% 以内，重复样间相对误差控制在10%以下。土壤中有机质、全 N、全 P 等养分和 pH值采用常规方法测定。

3 结果与分析

3.1 耕作深度对土壤中重金属的影响

表2是耕作深度对供试土壤中Pb、As的影响。由表2中测得数据可知，随着耕作深度的增加，土壤中全铅、有效态铅、全砷、有效态砷的含量均呈现下降趋势。当耕作深度为40 cm时，与常规处理耕作深度20 cm时相比，耕作层有效态Pb含量下降16.84%，有效态As含量下降22.86%。由此得出，深耕可以减少耕作层土壤有效态Pb、As的含量，从而减少重金属Pb、As向苋菜植株中迁移。

3.2 耕作深度对苋菜中重金属的影响

3.2.1 耕作深度对苋菜中各器官中Pb的影响

表3是耕作深度对苋菜植株各部位铅含量的影响。由表3中测得数据可知，在不同耕作深度时，根中的Pb含量均明显高于茎、叶中的Pb含量，这说明苋菜对Pb的吸收积累主要集中在根部，且苋菜各部位中重金属Pb的积累量排序为根>茎>叶。另外，随着耕作深度的增加，苋菜中各器官中Pb含量随之下降。当耕作深度为40 cm时，与常规处理耕作深度20 cm时相比，苋菜根、茎、叶中Pb的含量分别下降了19.28%、42.30%、2.16%。由此可知，深耕可以有效减少重金属Pb在苋菜各器官中的积累。

表2 耕作深度对土壤中重金属Pb、As的影响

表3 耕作深度对苋菜中各器官Pb的影响

3.2.2 耕作深度对苋菜中各器官中As的影响

表4是耕作深度对苋菜植株各部位砷含量的影响。由表4可知，在不同耕作深度时，根中重金属As的含量大于茎、叶中重金属As的含量，这说明苋菜对重金属As的积累主要集中在根部，且苋菜各部位中重金属As的积累量排序均为根>叶>茎。同时，由表3可知，苋菜各器官中As含量均随着耕作深度的增加而下降。当耕作深度为40 cm时，与常规处理耕作深度20 cm相比，苋菜根、茎、叶中As的含量下降了3.28%、3.70%、25.7%。由此可知，深耕可以有效减少重金属As在苋菜各器官中的积累。

表4 耕作深度对苋菜中各器官As的影响

3.3 深耕对重金属Pb、As在苋菜各器官中富集的影响

吸收富集系数不仅可以用来表征土壤-苋菜体系中重金属元素迁移的难易程度，而且也能较清楚地比较苋菜不同器官对重金属元素的吸收积累能力[11]。通过计算苋菜根、茎、叶中Pb、As含量与土壤有效态Pb、As含量比值，得出苋菜各器官对土壤重金属Pb、As的富集系数，结果如表5所示。在不同耕作深度时，根对Pb、As的富集系数均明显大于茎、叶的富集系数，这说明苋菜根对Pb、As的富集起了最明显的作用。另外，苋菜根、叶对As的吸收富集能力明显大于对Pb的富集能力，苋菜茎对Pb的吸收富集能力稍大于对As的吸收富集能力。

3.4 深耕对苋菜植株体内重金属Pb、As转运的影响

重金属在植物体内的转运系数是用来表征植物由某种器官或组织向另一种器官或组织运输重金属的能力。分别计算成熟期茎与根、叶与茎中的重金属Pb、As含量比值得出苋菜的转运系数，结果见表6。随着耕作深度的增加，苋菜茎对根中重金属Pb的转运系数下降，叶对茎中重金属As的转运系数下降，而叶对茎中Pb的转运系数有所上升，茎对根中As的转运系数基本保持。由此可知，耕作深度的增加，可以有效降低重金属Pb由根向茎中转移，As由茎向叶转移，降低重金属Pb、As在食用部分茎、叶中的积累。

表5 耕作深度对苋菜富集系数的影响

表6 耕作深度对苋菜转运系数的影响

4 结论

(1)随着耕作深度的增加，耕作层土壤中全铅、有效态铅、全砷、有效态砷的含量均呈现下降趋势。

(2)苋菜中重金属Pb、As主要积累在根部。各部位中Pb积累量顺序为根>茎>叶，As积累量顺序为根>叶>茎。

(2)随着耕作深度的增加，苋菜根、茎、叶中的重金属Pb、As含量均呈现下降趋势。

(3)苋菜根、叶对As的吸收富集能力明显大于对Pb的富集能力，苋菜茎对Pb的吸收富集能力稍大于对As的吸收富集能力。

(4)随着耕作深度的增加，苋菜茎对根中重金属Pb的转运系数下降，叶对茎中重金属As的转运系数下降，而叶对茎中Pb的转运系数有所上升，茎对根中As的转运系数基本保持。由此可知，耕作深度的增加，可以有效降低重金属Pb由根向茎中转移，As由茎向叶转移，降低重金属Pb、As在食用部分茎、叶中的积累。

因此，在中轻度污染地区深耕能有效降低土壤耕作层重金属含量，从而降低植株中重金属含量，因此可考虑采用深耕进行污染治理。