不同土壤调理剂对生菜产量及重金属累积的影响

Effects of Different Soil Conditioners on Lettuce Yield and Heavy Metal Accumulation

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2023.05.003

刘海萍 Haiping LIU , 杨阳 Yang YANG , 贾聪 Cong JIA , 尹娇 Jiao YIN , 刘鑫祖 Xinzu LIU , 胡浪浪 Langlang HU , 肖植特 Zhite XIAO , 王劲松 Jinsong WANG

1 云南省土壤肥料工作站云南昆明 650034 Soil and Fertilizer Station of Yunnan, Kunming, Yunnan 650034, China 2 宜良县农业农村局云南昆明 652100 Agriculture and Rural Bureau of Yiliang County, Kunming, Yunnan 652100, China 3 云南云测农化科技发展有限公司云南昆明 650000 Yunnan Yunce Agrochemical Technology Development Co., Ltd., Kunming, Yunnan 650000, China 4 曲靖市土壤肥料工作站云南曲靖 655000 Soil and Fertilizer Station of Qujing City, Qujing, Yunnan 655000, China

Author notes:

Correspondence to: 王劲松(1969—)，男，硕士，正高级农艺师，主要从事土壤肥料及植物营养研究和推广工作；634369853@qq.com

摘要：

为考察被重金属污染的土壤施用土壤调理剂后对农作物产量和地上部重金属累积的影响，选用5种土壤调理剂产品(C1~C5)，以生菜为对象，不施土壤调理剂的为对照(CK)处理，开展了田间小区试验。结果表明：C5、C4、C2处理可提高生菜的产量，与CK处理相比，增产率分别为9.78%、6.64%、6.85%；C5处理能有效抑制生菜对Cd、Cr、Pb、As等重金属元素的吸收，C2、C4的效果次之，C1、C3的效果不理想；与CK处理相比，C5处理的生菜地上部Cd、Cr、Pb、As含量分别降低了19.77%、27.64%、11.41%、20.62%。

关键词：

土壤调理剂; 生菜; 产量; 重金属; 累积;

Abstract：

In order to investigate the effect of soil conditioner application on crop yield and aboveground heavy metal accumulation in heavy metal contaminated soil, five soil conditioner products (C1-C5) are selected, with lettuce as the object and no soil conditioner as the control (CK) treatment, a field plot experiment is conducted. The results show that C5, C4 and C2 treatments can increase the yield of lettuce, compared with CK treatment, the yield increase rates are 9.78%, 6.64% and 6.85%, respectively. C5 treatment can effectively inhibit the absorption of heavy metal elements such as Cd, Cr, Pb, As in lettuce, followed by C2 and C4 treatment, and the effect of C1 and C3 treatment is not ideal. Compared with CK treatment, the Cd, Cr, Pb and As contents in the aboveground parts of lettuce treated with C5 decreased by 19.77%, 27.64%, 11.41%, and 20.62%, respectively.

Keyword：

soil conditioner; lettuce; yield; heavy metal; accumulation;

近年来，由于工业的快速发展、农业污水灌溉和化肥的过量施用^[1]，农田土壤的重金属污染已经成为威胁土壤环境质量的主要问题之一^[2]。据统计，我国约有19.4%的农田土壤重金属含量超标，主要污染元素为镉(Cd)、汞(Hg)、砷(As)、铜(Cu)和铅(Pb)^[3]。土壤重金属污染不仅会影响土壤质量与作物产量，还能通过食物链危害人体健康。随着物质生活水平的提高，人们对健康问题越来越关注，土壤质量和蔬菜品质的提升已成为重要的研究方向。

设施土壤是我国城郊典型的商业化旱耕土，由于重金属累积程度逐年加深，引起设施土壤生产力逐年下降和生态环境破坏，导致农产品品质和经济效益也逐渐降低。因此，改善设施土壤重金属污染和环境健康状况，对提高城郊区生态环境功能和设施农业经济效益具有重要的现实意义^[4]。

农田土壤重金属污染的治理措施主要包括工程修复、化学修复、生态修复和生物修复等^[5]。多数土壤调理剂是由化学和生物修复技术相结合的产品，具有成本低廉、效果显著和见效快等优点，目前已成为市场上土壤调理与修复的热门产品。将土壤调理剂运用于设施土壤中重金属累积较多的区域，对蔬菜产量提升和品质改善有较好的作用^[6]。运用生物技术和化学方法将土壤微生物技术与肥料施用有效结合，再通过钝化修复和农艺调控等措施^[7-8]，可达到降低土壤重金属有效性、抑制作物对重金属吸收的目的。

农业生产中将含硅、钙和镁等物质添加到土壤调理剂产品中，能有效起到钝化作用，减少土壤重金属向地上部的转运量，起到区室化阻隔的作用^[9-10]。将含磷肥料运用到农田土壤的重金属污染修复中已经取得很好的成效^[11]，有研究表明施用磷肥后，可以减少Cd在植物木质部的长距离输送，植物地上部分Cd含量降低^[12]。土壤中的磷可以与有效态Pb生成沉淀，运用磷酸盐材料修复土壤中有效态Pb，也是导致作物Pb含量减少的重要原因^[13]。鉴于此，云南优土农化科技有限公司通过添加改良土壤的功能微生物菌剂和硅、钙、镁等化学元素，研制了一批土壤调理剂。本文拟探讨在城郊蔬菜连续种植区域且重金属含量高的土壤中，施用不同土壤调理剂后种植的生菜对土壤重金属吸收累积的情况，筛选能有效抑制生菜吸收重金属的土壤调理剂，以期为大面积推广该土壤调理剂提供理论指导与技术支撑，同时为类似区域控制土壤重金属污染、提高蔬菜品质及经济效益提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2021年在云南省昆明市某蔬菜种植基地进行，试验点海拔1 512 m，年平均降雨量1 175 mm，年平均积温22 ℃，试验区地势平坦。供试土壤为水稻土，质地为壤土，土壤肥力中上等。供试土壤基本理化性状：pH为6.04，w(有机质)为20.20 g/kg，w(全氮)为1.22 g/kg，w(全磷)为1.11 g/kg，w(全钾)为13.80 g/kg。

供试肥料：有机肥料，云南保山山田生物有机肥有限公司；尿素，云南云天化股份有限公司；钙镁磷肥，云南福贵磷化工有限公司；硫酸钾，云南绿之源肥业有限公司。供试肥料的基本理化性状见表 1。

表 1

供试肥料的基本理化性状

肥料	pH	w(有机质)/(g·kg^-1)	w(水)/%	w(N)/(g·kg^-1)	w(P₂O₅)/(g·kg^-1)	w(K₂O)/(g·kg^-1)
有机肥料	6.85	33.26	27.64	21.38	17.95	33.78
尿素	-	-	-	464	-	-
钙镁磷肥	-	-	-	-	180	-
硫酸钾	-	-	-	-	-	520
注：1)“-”表示未检测出，下同

供试作物：生菜，品种为当地主栽的意大利生菜。

供试土壤调理剂：云南优土农化科技有限公司生产的土壤调理剂1号、2号、3号、4号和5号产品，5个产品中硅、钙、钾、镁、磷和枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等微生物菌的配比不同，其养分含量见表 2。

表 2

供试土壤调理剂养分含量

土壤调理剂	w(SiO₂)/%	w(CaO)/%	w(K₂O)/%	w(MgO)/%	w(P₂O₅)/%	微生物菌/(亿·g^-1)
1号	32.00	36.00	4.00	-	-	-
2号	28.00	34.00	-	10.00	5.00	-
3号	25.00	29.00	-	16.00	-	-
4号	25.00	32.00	3.00	8.00	12.00	-
5号	14.00	25.00	-	6.00	12.00	2.00

1.2 试验设计

为研究不同土壤调理剂施用后生菜产量及对土壤重金属吸收累积的情况，试验设6个处理：对照(CK)，常规施肥；C1，常规施肥+1号土壤调理剂；C2，常规施肥+2号土壤调理剂；C3，常规施肥+ 3号土壤调理剂；C4，常规施肥+4号土壤调理剂；C5，常规施肥+5号土壤调理剂。每个处理设3次重复，小区面积20 m²，各小区随机排列。

常规施肥的化肥施用量按照N ∶P₂O₅ ∶K₂O为12 ∶8 ∶10的配比进行，分基肥和追肥施用。基肥施用量为有机肥800 kg/亩(1亩=667 m²)、尿素13.11 kg/亩、钙镁磷肥44.44 kg/亩和硫酸钾13.24 kg/亩。追肥分两次进行，第1次于生菜移栽成活一周后追施尿素和硫酸钾，施用量为尿素15.00 kg/亩和硫酸钾2.00 kg/亩；第2次于生菜莲座期追施尿素和硫酸钾，施用量为尿素15.00 kg/亩和硫酸钾4.00 kg/亩。土壤调理剂产品全部按照试验方案作基肥一次性施入，施用量均为150 kg/亩。

1.3 样品采集与分析

在试验收获前, 各小区取生菜地上部分植株样进行测试。生菜中Cd、Cr、Pb、As的含量按照《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762—2017)中的方法进行测定，小区测产采用全部实收测产方式进行，测产前记录生菜的株高、冠径等生物学性状指标数据。

1.4 数据统计分析

试验结果均为3次重复的平均值。采用软件Excel 2016和全国农业技术推广服务中心3414田间试验设计与数据分析管理系统对试验数据进行统计分析，选取最小显著差异法(LSD)进行多重比较，差异显著性水平设为P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 不同土壤调理剂处理对生菜生物学性状和产量的影响

施用不同土壤调理剂后，对生菜的株高、冠径和产量的影响见表 3。

表 3

不同土壤调理剂处理的生菜生物学性状和产量

处理	株高/cm	冠径/cm	小区产量/kg
CK	22.37 c	26.70 cd	165.90 c
C1	23.40 ab	27.34 bc	169.76 c
C2	24.07 ab	28.46 ab	177.27 b
C3	22.88 c	26.05 d	166.69 c
C4	24.19 ab	28.43 ab	176.92 b
C5	24.54 a	29.21 a	182.13 a
注：1)同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著(P＜0.05)，下同

从表 3中株高的数据看：不同土壤调理剂处理的生菜株高与CK处理的相比，均有不同程度的增加，具体表现为C5＞C4＞C2＞C1＞C3＞CK，C1、C2、C3、C4和C5处理分别比CK处理增加4.60%、7.60%、2.28%、8.14%和9.70%；C3处理的株高与CK处理的相比差异不显著，其他处理的差异均达到显著水平。

从表 3中冠径的数据看：不同土壤调理剂处理的冠径与CK处理的相比均有不同程度的变化，具体表现为C5＞C2＞C4＞C1＞CK＞C3，C1、C2、C3、C4和C5处理分别比CK处理增加2.40%、6.59%、-2.43%、6.48%和9.40%；C1、C3处理的冠径与CK处理的相比差异不显著，其他处理的差异均达到显著水平。

从表 3中小区实收测产的数据看：不同土壤调理剂处理的小区产量与CK处理的相比均有不同程度的增加，具体表现为C5＞C2＞C4＞C1＞C3＞CK，C1、C2、C3、C4和C5处理分别比CK处理增加2.33%、6.85%、0.48%、6.64%和9.78%；C1、C3处理的小区产量与CK处理的相比差异不显著，其他处理的差异均达到显著水平。

2.2 不同土壤调理剂处理对生菜地上部分重金属累积的影响

从图 1可以看出：施用不同土壤调理剂后，生菜地上部分Cd含量有明显的变化，Cd含量从高到低的顺序为C3＞CK＞C1＞C4＞C2＞C5，除C3处理的Cd含量比CK处理的增加2.33%外，C1、C2、C4和C5处理的Cd含量分别比CK处理的下降1.16%、19.77%、15.12%和19.77%；C1、C3处理的Cd含量与CK处理的相比差异不显著，其他处理的差异呈显著水平。

图 1

不同土壤调理剂处理的生菜地上部分Cd含量

从图 2可以看出：施用不同土壤调理剂后，生菜地上部分Cr含量有明显变化，Cr含量从高到低的顺序为CK＞C3＞C1＞C4＞C2＞C5，C1、C2、C3、C4和C5处理的Cr含量分别比CK处理的下降1.45%、24.55%、0.73%、24.18%和27.64%；C1、C3处理的Cr含量与CK处理的相比差异不显著，其他处理的差异呈显著水平。

图 2

不同土壤调理剂处理的生菜地上部分Cr含量

从图 3可以看出：施用不同土壤调理剂后，生菜地上部分Pb含量有明显变化，Pb含量从高到低的顺序为CK＞C1＞C3＞C2＞C4＞C5，C1、C2、C3、C4、C5处理的Pb含量分别比CK处理的下降0.53%、6.37%、0.80%、7.16%、11.41%；C1、C3处理的Pb含量与CK处理的相比差异不显著，其他处理的差异呈显著水平。

图 3

不同土壤调理剂处理的生菜地上部分Pb含量

从图 4可以看出：施用不同土壤调理剂后，生菜地上部分As含量有明显变化，As含量从高到低的顺序为C3＞CK＞C1＞C2＞C4＞C5，除C3处理的地上部分As含量比CK处理的增加1.03%外，C1、C2、C4、C5处理的地上部分As含量分别比CK处理的下降1.55%、17.53%、18.04%、20.62%；C1、C3处理的As含量与CK处理的相比差异不显著，其他处理的差异呈显著水平。

图 4

不同土壤调理剂处理的生菜地上部分As含量

3 结语

本研究中施用不同土壤调理剂产品，对生菜的生物学性状和产量有较明显的影响，其中以C5、C2、C4处理的效果较好，C1、C3处理的效果一般。这应该与不同土壤调理剂产品的原料组成有很大关系，原料中添加了较多的肥料养分及微生物菌剂等，都能有效促进作物生物学性状改善和产量增加。

施用不同土壤调理剂产品后，能有效抑制生菜地上部分重金属的累积。从试验结果看，对Cd、Cr的抑制，以C5处理效果最好，C2处理其次，C4处理第三，C1、C3处理效果一般；对Pb、As的抑制，以C5处理效果最好，C4处理其次，C2处理第三，C1、C3处理效果一般。总体来看，C5处理能有效抑制生菜对重金属的富集，C2处理效果其次，C4处理效果第三，C1、C3处理效果不佳。

通过对试验结果的分析，C5处理能提高生菜产量，同时可有效降低生菜对土壤重金属的吸收，建议扩大研究常规施肥+5号土壤调理剂处理的适用作物范围，增强示范推广运用力度。

试验中的土壤调理剂产品，即在添加含硅、钙和镁等化学物质的基础上，加入含磷的物质，既有效稳定了土壤中Pb、Cd等重金属，又降低了其有效态含量^[14]，取得了抑制生菜对重金属吸收的效果。

土壤调理剂产品添加改良土壤的功能微生物菌剂，对改善土壤微环境，改良土壤结构性障碍，提升作物产量和品质具有重要意义^[15-16]。试验所用产品正是利用微生物在修复被重金属污染的土壤方面具有独特的作用，一方面可以降低土壤中重金属的毒性，另一方面可以利用根际微生物对重金属的沉淀或吸附作用，实现重金属污染土壤的微生物稳定修复^[17-18]。

ckwx 参考文献

徐明岗, 武海雯, 刘景. 长期不同施肥下我国3种典型土壤重金属的累积特征[J]. 农业环境科学学报, 2010, 29(12): 2319-2324.

许剑臣, 李晔, 肖华锋, 等. 改良剂对重金属复合污染土壤的修复效果[J]. 环境工程学报, 2017, 11(12): 6511-6517.

鄢德梅, 郭朝晖, 黄凤莲, 等. 钙镁磷肥对石灰、海泡石组配修复镉污染稻田土壤的影响[J]. 环境科学, 2020, 41(3): 1491-1497.

段海芹, 秦秦, 吕卫光, 等. 有机肥长期施用对设施土壤全镉和有效态镉含量的影响[J]. 土壤学报, 2021, 58(6): 1486-1495.

徐良将, 张明礼, 杨浩. 土壤重金属镉污染的生物修复技术研究进展[J]. 南京师大学报(自然科学版), 2011, 34(1): 102-106.

殷丽萍, 刘思远, 蔡成梅, 等. 嘉博文土壤调理剂对萝卜产量品质、土壤理化性质的研究[J]. 中国农学通报, 2023, 39(6): 64-71.

庄国泰. 我国土壤污染现状与防控策略[J]. 中国科学院院刊, 2015, 30(4): 477-483.

王永宁, 王跃飞, 傅建伟, 等. 不同土壤调理剂和微生物菌剂在轻度重金属污染玉米田的应用效果[J]. 现代农业科技, 2022(23): 147-151.

张淼, 叶长城, 喻理, 等. 矿物硅肥与微生物菌剂对水稻吸收积累镉的影响[J]. 农业环境科学学报, 2016, 35(4): 627-633.

邓腾灏博, 谷海红, 仇荣亮. 钢渣施用对多金属复合污染土壤的改良效果及水稻吸收重金属的影响[J]. 农业环境科学学报, 2011, 30(3): 455-460.

钟心, 钟建, 黄占斌. 氮磷肥施用对保水剂钝化土壤重金属铅镉效果的影响[J]. 水土保持通报, 2019, 39(2): 88-93.

陈世宝, 朱永官, 杨俊诚. 土壤－植物系统中磷对重金属生物有效性的影响机制[J]. 环境污染治理技术与设备, 2003, 4(8): 1-7.

苗秀荣, 来雪慧, 李梦茜, 等. 不同钝化剂对土壤有效态重金属含量及其在小白菜中累积的影响[J]. 河南农业科学, 2020, 49(8): 63-71.

丁苏苏, 李凯华, 黄珏瑛, 等. 含磷材料修复铅、镉污染农田土壤效果及影响因素研究进展[J]. 环境污染与防治, 2020, 42(7): 929-936.

王东丽, 郑笑影, 刘阳, 等. 微生物菌剂协同有机肥对矿区复垦植物生长与养分的影响[J]. 生态学杂志, 2023, 42(8): 1928-1935.

吴凤芝, 王学征. 设施黄瓜连作和轮作中土壤微生物群落多样性的变化及其与产量品质的关系[J]. 中国农业科学, 2007(10): 2274-2280.

陈亚刚, 陈雪梅, 张玉刚, 等. 微生物抗重金属的生理机制[J]. 生物技术通报, 2009(10): 60-65.

张浩轩, 李龙, 董浩然. 固定化微生物技术修复重金属污染土壤的研究进展[J]. 能源环境保护, 2023, 37(2): 147-155.