程麥鳳，王嬌愛，張 晶，高 璐，黨建友，裴雪霞，馬愛平

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 小麥研究所，山西 臨汾 041000）

農(nóng)田是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的基石，提升農(nóng)田肥力水平及規(guī)避農(nóng)田污染是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的主線。20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)初，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的生產(chǎn)方式是“高投入高產(chǎn)出”，不惜犧牲環(huán)境片面追求高產(chǎn)。其間化肥的大量投入等不合理的生產(chǎn)方式導(dǎo)致農(nóng)田遭受污染，特別是土壤重金屬污染形勢(shì)嚴(yán)峻，已對(duì)糧食安全構(gòu)成威脅[1]。為此廣大科技工作者針對(duì)農(nóng)田重金屬污染進(jìn)行了研究，曾希柏[2]等人研究表明，我國(guó)農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田重金屬存在明顯的累積趨勢(shì)。陳世寶[3]等人研究認(rèn)為污染土壤中主要以Cd、As、Hg、Pb 和Cr 這5 種健康風(fēng)險(xiǎn)重金屬元素為主，其中以Cd 風(fēng)險(xiǎn)最高。宋偉[4]等人研究結(jié)果表明，遼寧和山西的耕地土壤重金屬污染可能尤其嚴(yán)重；陸安祥[5]等人2005 年—2009 年間對(duì)北京農(nóng)田土壤重金屬含量監(jiān)測(cè)表明，Hg 和Cr的含量有逐年上升的趨勢(shì)，其他重金屬含量呈上下波動(dòng)的變化趨勢(shì)，表明Cr 和Cd 來(lái)源于農(nóng)業(yè)活動(dòng)中肥料的過(guò)量使用；李本銀[6]等人研究結(jié)果表明，經(jīng)17a 連續(xù)施用豬糞及秸稈還田顯著增加了土壤Cu、Zn 和Cd 全量，陸美斌[7]等人開展了中國(guó)兩大優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)小麥重金屬鎘含量調(diào)查與膳食暴露評(píng)估研究，結(jié)果表明長(zhǎng)江中下游小麥優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)的小麥鎘含量水平高于黃淮海小麥優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)的小麥鎘含量水平，不同品種、同一品種的小麥鎘含量亦存在一定的差異；強(qiáng)承魁[8]等人開展了小麥富集重金屬的品種差異及其在健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，富集程度在不同品種間差異程度不同，12 個(gè)小麥品種的籽粒對(duì)6種重金屬的平均富集系數(shù)由大到小依次為Hg、Cd、As、Pb、Ni 和Cr。高巍[9]等人開展了不同小麥品種對(duì)重金屬鎘吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)的差異研究，結(jié)果表明，隨著鎘施加量的增加，土壤中各個(gè)形態(tài)鎘含量均有不同程度的增加，小麥品種籽粒鎘的積累能力與鎘在根莖葉中的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)能力有關(guān)，中、高鎘濃度（5，15 mg?kg-1）時(shí)，高吸收品種對(duì)鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)能力比低吸收品種強(qiáng)很多。以上研究成果，較好提示了我國(guó)農(nóng)田重金屬污染狀況，并明確了不同品種對(duì)重金屬的富集程度，為防治農(nóng)田重金屬污染提供了理論和技術(shù)支撐。但以往研究成果對(duì)不同海拔區(qū)域、不同來(lái)源牛糞及其不同施肥量區(qū)間的麥田重金屬含量缺乏研究，本項(xiàng)研究通過(guò)在不同海拔區(qū)域、不同來(lái)源牛糞及其施肥量區(qū)間的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，開展其麥田重金屬含量測(cè)定，以期為區(qū)域麥田增施農(nóng)家肥料實(shí)現(xiàn)綠色種植提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)域概況

試驗(yàn)于2018 年分別在低海拔（459 m）平川區(qū)臨汾（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所試驗(yàn)基地）和高海拔（998 m）低山丘陵區(qū)鄉(xiāng)寧（山西省鄉(xiāng)寧縣雙鶴鄉(xiāng)紅凹）試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行。其中低海拔（459 m）平川區(qū)臨汾試驗(yàn)點(diǎn)，常年平均降水455.1 mm，年平均氣溫13.08℃。試驗(yàn)?zāi)甓刃蓍e期降水333.2 mm 較常年（313.3 mm）多19.90 mm；高海拔（998 m）低山丘陵區(qū)鄉(xiāng)寧試驗(yàn)點(diǎn)，常年平均降水515 mm，年平均氣溫10.48℃。2 個(gè)試驗(yàn)基地的土壤均為輕黏土質(zhì)，pH值均＞7.5。

1.2 試驗(yàn)材料

低海拔平川區(qū)臨汾麥田農(nóng)家肥牛糞由山西省臨汾市堯都區(qū)回歸養(yǎng)牛廠生產(chǎn)，高海拔低山丘陵區(qū)鄉(xiāng)寧麥田農(nóng)家肥牛糞由鄉(xiāng)寧縣光華鎮(zhèn)養(yǎng)牛廠生產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)方法

低海拔平川區(qū)臨汾麥田、高海拔低山丘陵區(qū)鄉(xiāng)寧麥田均采用大區(qū)對(duì)比方法，試驗(yàn)均設(shè)9個(gè)處理，見表1。

表1 不同區(qū)域麥田農(nóng)家肥牛糞使用量試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab.1 The experimental design of application amount of farm manure and cow dung in wheat field soil in different regions

低海拔平川區(qū)臨汾麥田小區(qū)長(zhǎng)10 m，寬4.0 m，每個(gè)處理試驗(yàn)面積40 m2；高海拔低山丘陵區(qū)鄉(xiāng)寧麥田試驗(yàn)小區(qū)長(zhǎng)6 m，寬5.0 m，每個(gè)處理試驗(yàn)面積30 m2。2個(gè)試驗(yàn)基地農(nóng)家肥牛糞均通過(guò)充分腐熟，于播種前施入并深翻。在小麥成熟期，于2019年6月8日、2019年6月11日分別對(duì)低海拔平川區(qū)臨汾、高海拔低山丘陵區(qū)鄉(xiāng)寧麥田各處理0～20 cm土層取樣。

1.4 測(cè)定方法

鉛、鎘、鉻：前處理參照GB/T 17141-1997，ICP-MS 檢測(cè)；砷：土壤總砷采用NY/T 1121.11-2006 方法測(cè)定；汞：土壤總汞的測(cè)定NY/T 1121.10-2006。5 種重金屬均由“中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所分析測(cè)試中心”測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同海拔區(qū)域麥田土壤對(duì)重金屬含量的影響

從表2 看出，不同海拔區(qū)域麥田土壤對(duì)5 種重金屬含量的影響不同。對(duì)不同海拔區(qū)域的不施農(nóng)家肥牛糞空白麥田的5種重金屬測(cè)定，鉛、鎘、鉻、汞4種重金屬含量低海拔平川區(qū)臨汾麥田均高于高海拔低山丘陵區(qū)鄉(xiāng)寧麥田，而砷重金屬含量低海拔平川區(qū)臨汾麥田低于高海拔低山丘陵區(qū)鄉(xiāng)寧麥；但2 個(gè)區(qū)域的5 種重金屬均未超出風(fēng)險(xiǎn)篩選值和風(fēng)險(xiǎn)管制值。表明2個(gè)試驗(yàn)基地土壤均安全。

表2 不同區(qū)域麥田土壤重金屬含量Tab.2 The contents of heavy metals in wheat field soil in different regions

2.2 不同區(qū)域農(nóng)家肥牛糞對(duì)重金屬含量的影響

從表3 看出，不同區(qū)域農(nóng)家肥牛糞的重金屬含量不同。鉛、鎘、砷、汞的4 種重金屬含量低海拔平川區(qū)臨汾農(nóng)家肥牛糞均低于高海拔區(qū)域鄉(xiāng)寧農(nóng)家肥牛糞，而鉻低海拔平川區(qū)臨汾農(nóng)家肥牛糞略高于高海拔低山丘陵區(qū)鄉(xiāng)寧農(nóng)家肥牛糞，而2 個(gè)區(qū)域的農(nóng)家肥的5 種重金屬含量均未超出風(fēng)險(xiǎn)篩選值和風(fēng)險(xiǎn)管制值。

表3 不同區(qū)域牛糞對(duì)重金屬含量的影響Tab.3 The effects of cow dung on heavy metal content in different regions

2.3 不同海拔區(qū)域不同農(nóng)家肥牛糞使用量對(duì)麥田重金屬含量的影響

從表4 看出，2 個(gè)不同海拔區(qū)域的不同牛糞使用量（15～120 t/hm2）對(duì)麥田重金屬含量的影響不同。5 種重金屬含量的均值及鉛、鎘、砷、汞的4 種重金屬含量極值均表現(xiàn)為低海拔平川區(qū)域臨汾麥田大于高海拔低山丘陵區(qū)鄉(xiāng)寧麥田，鉻含量二者為同一水平。但2個(gè)不同海拔區(qū)域麥田不同牛糞使用量（15～120 t/hm2）的5種重金屬含量的均值、極植均未超出風(fēng)險(xiǎn)篩選值和風(fēng)險(xiǎn)管制值。

表4 不同區(qū)域不同牛糞使用量對(duì)麥田重金屬含量的影響Tab.4 The effects of different amount of cow dung used in different regions on the content of heavy metals in wheat field soil

3 結(jié)論

研究結(jié)果表明，不同海拔區(qū)域麥田及其農(nóng)家肥牛糞的5種重金屬含量均存在差異。不同海拔麥田的重金屬含量低海拔平川區(qū)大于高海拔低山丘陵區(qū)，麥田重金屬含量產(chǎn)地環(huán)境條件大于農(nóng)家肥牛糞。晉南平川低海拔區(qū)域和高海拔低山丘陵區(qū)的麥田在15～120 t/hm2（濕質(zhì)量）范圍內(nèi)，其5種重金屬含量均值及其極值均未超出風(fēng)險(xiǎn)篩選值和風(fēng)險(xiǎn)管制值，表明晉南平川低海拔區(qū)域和高海拔低山丘陵區(qū)麥田是安全的。