水稻秸秆还田量对土壤重金属及小麦产量的影响

水稻秸秆还田量对土壤重金属及小麦产量的影响

曹 阳1, 陈新兵2, 沙之敏1, 董洋阳3, 袁 婧1, 曹林奎1

【摘 要】 研究了上海地区不同水稻秸秆还田量:25%、50%、100%、150%及秸秆不还田对照对麦季土壤重金属含量和小麦产量的影响。2年试验结果表明,水稻秸秆还田能够显著降低土壤中铅、镉和铬的含量,与不还田处理相比平均分别下降了8.96%、11.08%和9.20%;秸秆还田能够增加小麦产量并降低土壤容重,其中100%还田处理小麦产量最高、容重最低,分别比秸秆不还田处理小麦产量提高21.3%,容重降低5.26%;150%还田处理的土壤总氮、碳含量最高,分别比秸秆不还田处理提高11.1%和5.66%。因此,全量秸秆还田可提高小麦产量、改善土壤理化性质,且不会引起小麦土壤铅、镉和铬污染的风险。研究结果为上海地区水稻秸秆科学还田及资源化利用提供了理论依据。 【期刊名称】《上海交通大学学报（农业科学版）》 【年(卷),期】2019(037)004 【总页数】6

【关键词】 小麦; 秸秆还田; 土壤重金属; 产量

基金项目：国家重点研发计划课题(2016YFD0801106);上海市科技兴农重点攻关项目[沪农科攻字(2015)第1-4号];上海市国内科技合作项目(16295810300);上海市科技兴农推广项目[沪农科攻字(2018)第4-7号]

中国作为世界农业大国,作物秸秆资源十分丰富。据初步统计,我国秸秆每年产量可达到8亿t,这个量已经占世界总秸秆量的40%[1],近年来,全国很多地区已经开始大面积秸秆还田,并取得了明显的生态、社会以及经济效益[2]。国内外许多研究表明,作物秸秆中含有的多种营养元素(氮、磷、钾等)和丰富的蛋白质、纤

维素和木质素等[3],秸秆还田可以促进养分在“土壤-作物-土壤”中的循环利用[4]。作物秸秆还田不仅能提高土壤养分总储量,还能够显著改善土壤基本理化性状[5]。与此同时,谭德水等人研究表明,作物秸秆还田可能会带来土壤中重金属富集等相关问题[6]。徐永刚等人研究表明,随着秸秆还田量的增加,土壤可能会有一定的重金属富集现象,土壤中重金属化学形态的分布会随着秸秆还田发生改变[7]。秸秆还田可以提高土壤结合有机态Pb和Cd的含量,抑制了作物的吸收,有利减少重金属的富集现象[8]。为了探索最佳秸秆还田量,避免直接就地焚烧秸秆造成的环境污染或过度秸秆还田造成的农田污染现象。本研究就上海市奉贤区作物秸秆还田后的土壤中重金属含量以及小麦产量情况进行试验研究,重点研究了不同秸秆还田量对麦田土壤铅、镉、铬和小麦产量影响,为当地的农田实际生产提供一定科学参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

研究采用野外大田试验,地点位于上海市奉贤区,地处长江三角洲东南部。奉贤地区临海,属亚热带季风气候,长年主东南风,空气温润,阳光照射充足,四季划分分明,雨水量充足。年降雨量1 162.6 mm,无霜期227 d,年平均气温16.7 ℃。该试验田为小麦-水稻轮作模式。土地土壤类型为黄泥土。试验季开始前期采集土壤耕层0～20 cm土壤样品分析,土壤理化性质如下:小麦种植前土壤容重为1.33×109 mg/m3,含水量为221 g/kg,pH 7.14、全氮0.96 g/kg、全磷20.12 g/kg、速效钾110.70 mg/kg、有机质24.12 g/kg、阳离子交换量15.40 cmol/kg、铅含量23.64 mg/kg、镉含量0.02 mg/kg、铬含量37.71 mg/kg。

1.2 试验设计

试验共设6个处理:25%秸秆还田(CFS1/4)、50%秸秆还田(CFS1/2)、100%秸秆还田(CFS)、150%秸秆还田(CFS3/2)、常规施肥处理(CF)和空白处理(不施肥,CK),除CK处理不施肥外,所有小区施肥量分别为:240 kg/hm2 N、90 kg/hm2 P2O5、60 kg/hm2 K2O。每个处理3次重复,小区面积110 m2,完全随机区组排列。磷肥、钾肥以及70%的氮肥作为基肥施入,30%的氮肥于拔节期追肥。小麦品种为扬麦16号。其中,全量秸秆还田量为4 688 kg/hm2。 1.3 供试材料

秸秆名称:稻草,是稻麦轮作体系下上一季水稻秸秆。秸秆中铅含量3.53 mg/kg、镉含量0.08 mg/kg和铬含量4.62 mg/kg。

秸秆收割后,晒干,粉碎,根据各小区还田方案,由人工均匀撒入,并进行翻埋。氮肥为尿素,含氮量46%。 1.4 样品采集及测定 1.4.1 样品采集

本实验土壤采样方式为S形5点采样法,分别在小麦播种前和成熟期采集耕作层土壤(0～20 cm)。取约100 g新鲜土壤置于铝盒中,放于通风处自然风干,通过2 mm孔径筛后用于测定土壤基本理化性质。 1.4.2 指标测定

土壤样品:称5 g土,按照水土比2.5∶1加入去离子水,搅拌均匀后过滤,使用pH计(型号Mettler FE20K,美国)测定pH值。土壤含水率采用烘干法测定。土壤容重采用环刀法测定。土壤全氮和全碳含量用元素分析同位素质谱联用仪(型号Vario EL III/Isoprime,德国)进行测定。称1 g土壤,用2 mL硝酸、1 mL双氧