有机肥连续施用对菜田重金属行为的影响——基于地球化学模型研究
2017年起,农业部连续多年出台化肥减量增效行动工作方案,要求适当增加有机肥投入,发展循环农业.但连续施用的有机肥进入土壤后,会对土壤pH、有机质和重金属含量等产生影响,改变土壤重金属行为.科学评估有机肥料施用的影响至关重要.仅通过总含量评估重金属污染风险被认为是片面的,不同化学提取剂提取的重金属含量不能完全代表实际污染状况.地球化学模型具有良好的适用性,比传统的提取方法能够更全面地解释重金属的行为.在集约化农业种植区黄淮海平原,多次施用不同比例的粪源有机肥于旱地菜田,并引入地球化学模型,结合pH依赖性浸出试验,明确连续施肥对菜田土壤重金属行为的主要影响机制.研究发现,有机肥中的铜锌含量远高于土壤中的含量,施用后,它们在土壤中的淋溶浓度随着施用比例增加而显著增加,最多可超过十倍以上,并且活性大大增加,与施肥后溶解性有机物含量的升高呈正相关.不同处理条件下的土壤重金属浸出趋势相似:在中性pH下浸出浓度最低,然后逐渐向强酸和强碱增加,呈现出V型变化.地球化学模型LeachXS展示出较好的模拟结果,其模拟值与实测浓度具有良好的相关性(71.02％).模拟结果显示,有机肥的施用不会明显改变重金属在土壤固相表面的主要吸附过程,但可以通过提高液相中溶解性有机物和重金属含量,增加重金属在土壤中的浸出,从而提升重金属的活性.有机物,铁铝(氢)氧化物,粘土矿物等决定了几乎所有重金属的浸出特性,其中土壤有机物(包括溶解性有机物和颗粒有机物)对重金属的吸附和络合作用大于其他物质,是影响重金属在土壤固液相间行为的最主要因素,随着有机肥添加比例提高,POM络合态重金属含量明显升高,并高于其他固相态,尤其是Cu、Zn、Cr,而DOM络合态重金属含量的升高直接导致了它们的活性增强.对于Ni、Pb,铁铝(氢)氧化物络合态与POM络合态含量接近或更高,但与施肥比例关系不明显.高DOM高铜锌含量的猪粪有机肥施用后会明显增加重金属在土壤和作物中的累积,连续施用和过量施用可能造成的土壤污染风险极高.在选择连续施用畜禽粪便有机肥时,必须减低其重金属含量并关注可能带来的污染,真正实现有机循环农业健康、可持续发展.
有机肥连续施用;土壤重金属;地球化学模型;pH依赖性浸出;污染风险
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中国科学院战略性先导科技专项;中国科学院战略性先导科技专项;国家重点研发计划;中国科学院青年创新促进会项目
2022-03-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
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