在我国畜禽养殖业的规模化快速发展的同时，畜禽粪便排放量也在不断增加。集约化养殖过程中普遍使用含重金属的饲料添加剂，而畜禽对这些添加剂的吸收率较低，多数重金属随畜禽粪便排出[1-3]，增加了污染土壤环境的风险[4-6]。据统计，全国畜禽粪便排放总量在2010年已达到22.35亿t[7]，其中2.27亿t已形成污染，2020年全国畜禽粪便总污染量大幅增加[8]。为避免畜禽粪便排放导致的环境污染等问题，将其作为肥料施入农田不但是一种经济高效的资源利用措施，也能够改善土壤理化性质[9]，提高土壤肥力，提高作物产量和品质[10-11]。目前在蔬菜生产中施用畜禽粪便十分普遍，长期超量或不合理施用畜禽粪便会造成土壤-蔬菜系统中重金属含量的富集[12]，对土壤环境、蔬菜生产以及通过食物链对动物和人类的健康都会产生不良影响[13]。

据统计，我国耕地面积约2000万hm2受镉、铬、铅等重金属污染，其中中、重度污染面积达333hm2左右，不能再继续耕种[14]，我国仅Cd污染的农田就超过1.09×104hm2，而且还有上升的趋势[15-17]。所以，我国菜地土壤重金属超标问题已较为严重，人体中70%的Cd来自于食品中的蔬菜[18]，所以，有机肥重金属污染已成为一项迫切需要解决的问题。

萝卜是根茎类的主要蔬菜，研究萝卜吸收累积土壤重金属规律意义重大。本研究以萝卜招福为试验材料，采用大田土盆栽法，探究畜禽有机肥的施用对土壤及萝卜不同生长发育时期中Cd含量的影响，为萝卜种植中有机肥的合理施用及防治有机肥源重金属在土壤、萝卜中的污染提供参考依据。

1、材料与方法

1.1 供试材料

萝卜，品种为招福。土壤取自张掖市三闸镇三闸村（38°60′02″N,100°24′36″E，海拔1454m）田地的盐碱潮土。供试鸡粪、猪粪购买自当地养殖场，工艺为二次翻堆发酵，且符合农用标准。基本理化性状见表1。

表1土壤和粪便基本理化性质

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

试验采用盆栽方式进行，猪粪和鸡粪均设对照组0(CK）和15、30、45、60(t/hm2)5个处理，每个处理3个重复，试验前取施入不同用量猪粪和鸡粪的潮土作为种植前土样，每盆装土5.5kg，平衡一周后，点播萝卜种子。期间不再施肥，各处理日常管理一致。

1.2.2 土壤样品的采集

分别在萝卜种植前、叶片生长旺盛期、肉质根生长旺盛期、收获期用对角线法采集耕层混合土样（0～20cm）约0.4kg，将土样置于自封袋中带回实验室，去除可见的碎石、根系、枯枝落叶等杂质，自然风干后用全自动磨土机磨细，然后过0.25mm筛保存，用于Cd含量的测定。

1.2.3 蔬菜样品的采集

分别在叶片生长旺盛期（从破肚到露肩）、肉质根生长旺盛期（从“露肩”到肉质根形成）、收获期（抽苔）对萝卜样品（包括根和叶）进行随机取样，取回后的萝卜样品先用自来水冲洗，再用去离子水冲洗根部和叶片三遍，然后将根和叶分别在105℃杀青2h,80℃烘干至恒重，称重，研磨，过0.25mm筛，贮存在干燥器中用于Cd含量的测定。

1.2.4 测定项目及方法

土壤Cd含量的测定：先用优级纯浓HCL-HNO3-HF-HCLO4对土壤样品进行消解，采用原子吸收分光光度计（SP-3520AA）进行测定（GB/T17138-1997)[19]。

植物样品Cd含量的测定：先用干灰化法对植物样品进行消解，采用原子吸收分光光度计（SP-3520AA）进行测定（GB/T5009-2003)[20],Cd含量单位表示为mg/kg。

1.2.5 Cd的富集系数和转移系数

富集系数（BCF）是萝卜根部Cd的含量与土壤中Cd的含量的比值，反映萝卜从土壤中吸收Cd的能力。转移系数（TF）是萝卜叶中Cd含量与萝卜根部Cd的含量的比值，评价萝卜将Cd从地下部分向地上部分运输的能力。

1.3 数据处理与分析

所有试验数据均采用Microsoft Excel 2016进行处理，所得结果为3个重复的平均值。

1.4 评价标准

采用国家土壤环境质量二级标准（GB15618-2008）评价土壤Cd污染状况，评价指标，见表2。

表2土壤环境质量标准

2、结果与分析

2.1 不同处理条件下土壤全Cd含量的变化

表3不同处理条件下土壤全Cd含量的变化

从表3可知，不同猪粪用量情况下萝卜在叶片生长旺盛期、肉质根生长旺盛期、收获期的土壤Cd含量与对照及各用量之间差异显著，且在叶片生长旺盛期60t/hm2处理下明显增加，比对照增加0.0175mg/kg；肉质根生长旺盛期时，土壤Cd含量在施用量为15,30,60t/hm2时明显高于对照组。

不同鸡粪用量情况下萝卜叶片生长旺盛期、收获期的土壤Cd含量与对照及各用量之间差异显著，在叶片生长旺盛期施用量为30t/hm2时明显增多，比对照增加0.0115mg/kg，而在60t/hm2处理下明显少于对照组；肉质根生长旺盛期时，土壤Cd含量除施用量为45t/hm2外其余施用量与对照组差异显著，且在施用量为30、60t/hm2时明显高于对照；收获期时，土壤Cd含量均高于对照组，其中在60t/hm2处理下达到最大0.3651mg/kg，比对照增加0.0549mg/kg。

2.2 不同处理条件下萝卜Cd含量的变化

2.2.1 萝卜根部Cd含量的变化

表4不同处理条件下萝卜根部Cd含量的变化

从表4可知，不同猪粪用量情况下萝卜叶片生长旺盛期的根部Cd含量均与对照组差异显著，但在15、30、45t/hm2之间差异不显著。肉质根生长旺盛期和收获期，根部Cd含量与对照及各用量之间差异显著，肉质根生长旺盛期根部Cd含量在施用量为30t/hm2时达到最大0.0495mg/kg，比对照增加0.0085mg/kg；收获期时，根部Cd含量在施用量为15t/hm2时明显增多，比对照增加0.0118mg/kg。

不同鸡粪用量情况下萝卜叶片生长旺盛期、肉质根生长旺盛期、收获期的根部Cd含量与对照及各用量之间差异显著；叶片生长旺盛期施用量为15t/hm2时明显少于对照组，而在60t/hm2处理下明显高于对照组，在施用量为30与45t/hm2之间差异不显著；肉质根生长旺盛期时，根部Cd含量在施用量为15与60t/hm2之间差异不显著。

2.2.2 萝卜叶部Cd含量的变化

从表5可知，不同猪粪用量情况下萝卜叶片生长旺盛期、肉质根生长旺盛期、收获期的茎叶部Cd含量与对照之间差异显著；肉质根生长旺盛期时，茎叶部Cd含量在施用量为15t/hm2时明显增多，比对照增加0.0078mg/kg，在45t/hm2处理下明显少于对照组；收获期时，茎叶部Cd含量在施用量除15t/hm2时外其余施用量均明显高于对照组。

表5不同处理条件下萝卜叶部Cd含量的变化

不同鸡粪用量情况下萝卜叶片生长旺盛期、肉质根生长旺盛期、收获期的茎叶部Cd含量与对照之间差异显著；叶片生长旺盛期茎叶部Cd含量均低于对照组，肉质根生长旺盛期时，均高于对照组，其中在60t/hm2处理下达到最大0.0430mg/kg，比对照增加0.0118mg/kg。

总之，从表（3,4,5）可以看出，猪粪和鸡粪在不同用量情况下，在土壤、萝卜根部和叶部Cd含量与对照及各用量之间差异显著。在收获期时，施用猪粪比施用鸡粪明显增加茎叶部Cd含量，其中在60 t/hm2处理下，猪粪和鸡粪处理中茎叶部Cd含量分别比对照增加18.99%、5.79%。而在其他各时期的土壤、根和茎叶中的Cd含量则没有表现出明显的规律。

2.3 不同处理条件对萝卜Cd富集系数和转移系数的影响

2.3.1 不同处理条件下对萝卜Cd富集系数的影响

图1不同处理下萝卜对Cd的富集系数的变化

由图1可知，从不同处理同一生育时期看，叶片生长旺盛期，Cd富集系数随着鸡粪施肥量的增加而增加，在施肥量为60t/hm2时达到最大，而不同猪粪施肥量Cd富集系数之间没有明显差异；肉质根生长旺盛期，Cd在猪粪施肥量为30t/hm2时的富集系数达到最大值，其余施肥量之间富集系数相近，不同鸡粪施肥量Cd富集系数之间没有明显差异；收获期时，Cd富集系数在猪粪施肥量为15t/hm2时的富集系数达到最大值，其余施肥量之间并没有明显差异，但随鸡粪施肥量的增加呈现先降低后增加的趋势。从相同处理不同生育时期看，Cd富集系数在不同鸡粪施肥量与对照相比都出现不同程度的下降现象，在猪粪施肥量为15t/hm2时有显著增加，其余施肥量变化不大，总之，在不同处理条件下萝卜Cd富集系数呈现一定的波动，除个别处理出现增加现象外并没有表现出明显的差异，且富集系数均小于1.00。

2.3.2 不同处理条件下对萝卜Cd转移系数的影响

图2不同处理下萝卜对Cd的转移系数的变化

由图2可知，从不同处理同一生育时期看，叶片生长旺盛期Cd转移系数随鸡粪施肥量的增加而逐渐降低，在施用量为15t/hm2时达到最大值1.00，而与猪粪施肥量的关系不大；肉质根生长旺盛期时，在猪粪施肥量为15t/hm2时达到最大值1.16，鸡粪施用量为60t/hm2时达到最大值1.02，其余各处理间的差异不大；收获期时，Cd转移系数随施肥量的增加呈现增加的趋势，但鸡粪施用量为45t/hm2时达到最大值1.10，猪粪施肥量为60t/hm2时达到最大值1.25。从相同处理不同生育时期看，Cd转移系数随生育时期的延长而逐渐增加，均在收获期达到最大，猪粪处理条件下除15t/hm2外其余转移系数均超过1，鸡粪处理下只有在45t/hm2时超过1.00。

3、讨论与结论

3.1 讨论

本研究结果表明粪便有机肥中含有一定量的Cd，粪便的施用明显提高了土壤Cd的含量（表3），可见有机肥的施用不可避免的引起土壤Cd的累积。这与刘全东[21]研究结果基本一致。从施用有机肥后萝卜的种植结果看，最初富集在土壤中的Cd随着萝卜的生长逐渐下降，可见植物体对于Cd呈现的一定的吸收和积累趋势，说明了植物的种植其根系对土壤重金属吸收作用[22]，最终危害到食用作物的人群，因此有机肥的投入要适量，并且对于有机肥重金属污染的指标要严格控制[23-24]。

根系作为萝卜主要的营养吸收器官来说，其在叶片生长旺盛期的时候Cd含量最高，一方面这个时期根系的生物量小，体内的Cd浓度相对较高。另一方面，这个时期根系刚刚生长，最先接触到施用在土壤中的有机肥，正是生长和吸收养分的时期，所以对于Cd的吸收要高一些[14]。而在相同处理条件下，随萝卜生长期的延长，根系Cd浓度有降低的趋势。主要原因可能有以下两方面：一是随着萝卜根系生物量的增加，体内Cd含量表现了稀释效应，含量逐渐下降[25]。二是吸收到根系中的Cd会随着地上部生物量的增加而向地上部转移，因此根系中的含量就会逐渐下降[26]。随着萝卜生长期的延长，叶部Cd的浓度有增加的趋势。在萝卜收获期时，随着猪粪施用量的增加，萝卜叶部Cd浓度显著增加。在肉质根生长旺盛期时，随着鸡粪施用量的增加，萝卜叶部Cd浓度也显著增加。可能原因是随着萝卜生育时期的延长，根系中的养分向叶片中转移（表5），导致叶片中Cd含量有一个升高的变化趋势。本试验由于采用盆栽种植，在管理和生长条件方面与大田有很大的不同，后续将结合试验结果在大田实施更进一步的试验，以期为生产实践提供更科学的依据。

由表（3,4,5）可以看出，萝卜叶和根中的Cd浓度均分别远远低于土壤中的浓度，Cd在萝卜不同部位的分布规律是根>茎叶。同时由图1、2可以看出，在施用有机肥处理下，萝卜对土壤中的Cd有一定的富集能力，但并不是很强，而萝卜根中Cd有部分向叶中进行了迁移。

3.2 结论

施用粪便处理中的Cd含量在土壤中呈现一定的积累。在60t/hm2处理下，猪粪和鸡粪处理中土壤全Cd含量分别达到0.3618mg/kg、0.3591mg/kg，分别比对照增加0.0244mg/kg、0.0249mg/kg。随着萝卜生育时期的进行，猪粪和鸡粪处理中土壤全Cd含量逐渐降低，收获期与叶片生长旺盛期相比，分别降低12.97%、11.16%。粪便施用会使萝卜根部和叶部Cd含量提高，且不同器官对Cd的吸收和积累表现不同。与对照相比，施用猪粪时，萝卜根系Cd浓度在收获期增加明显，施用鸡粪时，在叶片生长旺盛期增加明显。在相同处理条件下，萝卜随着生长时间的延续，Cd的浓度在根系有降低的趋势，在叶部有增加的趋势。在收获期时，施用猪粪比施用鸡粪明显增加叶部Cd含量。不同处理下，萝卜对Cd元素的富集系数最大值达到0.31,Cd元素从萝卜根部到叶部的转移系数最大值达到1.25。在各处理条件下土壤中全Cd含量均未超过中国土壤环境质量二级标准（GB15618-2008），萝卜根部Cd含量也未超过食品安全国家标准（GB2762-2017）。表明粪便施用量在该范围内对土壤和萝卜是安全的，但是连续施用后有可能对土壤和萝卜根部造成污染引起萝卜食用不安全，还需要进一步研究。

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基金资助:国家自然科学基金资助项目(41461075);

文章来源:马国泰,关天霞,王玉,等.有机肥施用对土壤-萝卜体系中Cd迁移积累的影响[J].河西学院学报,2024,40(05):55-61.