砂姜黑土区周年麦玉轮作沼液替代对土壤养分及重金属积累的影响.pdf

引文格式：陈园园,豆红光,丁文金,等.砂姜黑土区周年麦玉轮作沼液替代对土壤养分及重金属积累的影响J.云南农业大学学报(自然科学),2023,38(4):684693.DOI:10.12101/j.issn.1004-390X(n).202301005砂姜黑土区周年麦玉轮作沼液替代对土壤养分及重金属积累的影响*陈园园，豆红光，丁文金，陶斯娜，张海鹏*(安徽农业大学农学院，安徽合肥230000)摘要:【目的】探讨砂姜黑土区周年麦玉轮作下沼液部分替代化学肥料对作物和土壤的养分和重金属累积的影响。【方法】设置空白对照(CK)、常规施肥(CF)、沼液+常规施肥减量 40%(BRF)和缓控释肥(较 CF 减量20%，CRF)4 种施肥处理开展田间试验，在小麦和玉米播种和收获时测定作物和土壤的养分和重金属含量。【结果】周年麦玉轮作，BRF 和 CRF 处理可提高 060cm 土层中的碱解氮和有机质含量，但对全氮含量的影响较小；CRF 处理可提高土壤有效磷含量，BRF 处理的土壤有效磷含量显著低于其他施肥处理。玉米季，CRF 处理的土壤速效钾含量高于其他施肥处理；小麦季，BRF 处理2060cm 土层中土壤速效钾含量显著高于其他施肥处理。麦玉两季各处理土壤 Cu 和 Zn 含量随着土层深度的增加而逐渐降低，BRF 处理土壤 Cu、Zn 和 As 含量均未超过国家土壤环境质量二级标准，且麦玉两季作物籽粒中 Cu、Zn 和 As 含量未超过国家粮食卫生标准。【结论】周年麦玉轮作下，沼液+常规施肥减量 40%不会增加作物和土壤重金属含量，沼液+常规施肥减量 40%和缓控释肥能提高土壤地力水平。关键词:周年麦玉轮作；沼液；重金属；养分含量中图分类号:S344.1文献标志码:A文章编号:1004390X(2023)04068410Effects of Biogas Slurry Replacement on Soil Nutrients andHeavy Metal Accumulation in Annual Wheat-maizeRotation in Shajiang Black Soil AreaCHENYuanyuan，DOUHongguang，DINGWenjin，TAOSina，ZHANGHaipeng(CollegeofAgriculture,AnhuiAgriculturalUniversity,Hefei230000,China)Abstract:PurposeToinvestigatetheeffectsofbiogasslurrypartialreplacementofchemicalfer-tilizerontheaccumulationofnutrientsandheavymetalsincropsandsoilundertheannualwheat-maizerotationmodeinShajiangblacksoilarea.MethodsFieldtrialswereconductedwithblankcontrol(CK),conventional fertilization(CF),biogas slurry+conventional fertilization reduction of40%(BRF)andslowcontrolledreleasefertilizer(20%reductionofCF,CRF),andtheaccumulationofnutrientsandheavymetalsincropsandsoilweremeasuredwhenwheatandmaizeweresownandharvested.ResultsInannualwheat-maizerotation,BRFandCRFtreatmentsincreasedsoilalkali-云南农业大学学报（自然科学），2023，38(4)：684693http:/JournalofYunnanAgriculturalUniversity(NaturalScience)E-mail:收稿日期：2023-01-10修回日期：2023-06-27网络首发日期：2023-08-02*基金项目：2022 年度支持平台建设协同创新项目(GXXT-2022-068)。作者简介：陈园园(1994)，女，安徽宿州人，在读硕士研究生，主要从事作物高产栽培生理生态研究。E-mail：*通信作者 Correspondingauthor：张海鹏(1979)，男，安徽宿州人，博士，副教授，主要从事作物高产栽培生理生态研究。E-mail：网络首发地址：https:/ rotation,biogas slurry+conventional fertilization reduction of 40%should not increase theheavymetalcontentofcropsandsoil,biogasslurry+conventionalfertilizationreductionof40%andslowcontrolledreleasefertilizercanincreasethesoilfertilitylevel.Keywords:annualwheat-maizerotation;biogasslurry;heavymetal;nutrientcontent化肥在促进粮食生产和农业发展中起着关键作用1，在小麦和玉米生产过程中，化肥的施用是保证小麦和玉米高产、优质的重要措施2。然而，过量施用化肥会给皖北主要土壤类型砂姜黑土带来酸化、板结以及污染等环境问题3，因此，减少化肥施用量和改善土壤环境已成为当前农作物生产面临的重要挑战。沼液是粪便厌氧发酵后形成的液态混合物，含有丰富的 N 和 P 等营养元素以及氨基酸等微生物代谢产物4-5，施用沼液可以优化土壤养分含量，促进土壤养分的供给能力，使植物更好地吸收土壤中的养分6。有研究发现：沼液含有大量 Cu、Zn 和 As 等金属元素7，且沼液中 As 含量远超农田灌溉水质标准(GB50842005)的标准8，施用沼液不仅会造成耕层土壤 Cu、Zn 和 As 积累，还会引起其向深层土壤迁移9，重金属通过土壤根系界面被植物吸收，造成重金属在土壤作物系统中富集，被人体吸收而危害健康10-11。研究发现：相较于单施沼液，沼液与化肥混施可以降低植株中Cu、Zn 和 As 含量9，且能增加土壤养分、减少化肥使用量12-13，因此，研究沼液部分替代化学肥料对中国农牧结合生态农业的可持续发展具有重要意义。皖北地区是典型的砂姜黑土区，农作物播种面积占安徽省播种面积的 53.15%14。刘盼盼等15研究表明：在皖北麦玉轮作体系秸秆还田的基础上施用 30006000kg/hm2有机肥料、减少 30%50%的化肥用量，对小麦和玉米产量没有显著影响。随着当地畜牧业的发展，出现了种养分离问题，过量使用化肥而不是有机肥替代造成了环境污染及资源的浪费14，但沼液部分替代化学肥料对作物养分利用、重金属吸收及土壤养分和重金属积累的研究鲜有报道。本研究结合皖北典型砂姜黑土区减肥增效和沼液综合利用的需求，在麦玉轮作模式下，选用周边规模养殖企业沼液开展周年大田试验，以沼液部分替代常规化学肥料和缓释肥料减量 20%为施肥处理，研究周年土壤养分、重金属积累和作物重金属吸收情况，为砂姜黑土区实际生产中沼液的合理利用和保障农产品质量安全提供理论依据。1 材料与方法1.1试验地概况试验于 2020 年 6 月2021 年 6 月在安徽省宿州市埇桥区安徽农业大学皖北综合试验站(N334117，E11758，海拔 2030m)进行，该地属华北暖温带半湿润季风气候。分别于小麦和玉米播种前取土样，对耕作层土壤养分状况进行检测分析。2020 年 610 月玉米播种前供试土壤 pH 值为 7.60，有机质含量 16.41g/kg，全氮含量 0.95g/kg，有效磷含量 11.43mg/kg，速效钾含量 411mg/kg，碱解氮含量 49.68mg/kg；2020 年10 月2021 年 6 月小麦播种前土壤的 pH 值为7.66，有机质含量 11.46g/kg，全氮含量 0.95g/kg，第4期陈园园，等：砂姜黑土区周年麦玉轮作沼液替代对土壤养分及重金属积累的影响685有效磷含量13.96mg/kg，速效钾含量389.46mg/kg，碱解氮含量 91.76mg/kg。1.2试验设计与方法供试夏玉米品种为金秋 119，播种密度为67500 株/hm2；冬小麦品种为安农大 1216，播种量为 225kg/hm2。沼液采自埇桥区国家现代农业示范区内规模养殖场，其全氮含量为 498mg/L，全磷含量为 18.82mg/L，全钾含量为 79.01mg/L，总铜含量为 0.04mg/L，总锌含量为 0.067mg/L，总砷含量为 0.0033mg/L，重金属含量符合农田灌溉水质标准(GB50842005)。肥料由中盐安徽红四方肥业股份有限公司生产。麦玉两季均设空白对照(CK)、常规施肥(CF)、沼液+常规施肥减量 40%(BRF)和缓控释肥(较 CF 减量 20%，CRF)4 种不同施肥处理；其中，玉米季 CF 和 BRF 处理选用玉米专用肥(mN mP2O5 mK2O=2866)，CRF 处理选用缓控释肥(mN mP2O5 mK2O=2866)；小麦季 CF 和BRF 处理选用小麦专用肥(mN mP2O5 mK2O=25137)，CRF处理选用缓控释肥(mN mP2O5 mK2O=25137)；麦玉两季CF处理施肥量为750kg/hm2，BRF 处理施肥量为 450kg/hm2，CRF 处理施肥量为 600kg/hm2。每种处理 3 次重复，共 12 个小区，每个小区面积 90m2，各小区随机排列。各处理肥料均为播前一次性施用，其中 BRF 处理于小麦和玉米播后 1d、苗期和花期各使用沼液灌溉 1 次，冬小麦灌溉量每次 133.4m3/hm2，夏玉米灌溉量每次 111.2m3/hm2，其他处理用等量清水灌溉。各处理除施肥不同外，其他田间管理措施完全相同。具体施肥方案见表 1。1.3测定项目与方法1.3.1样品获取在小麦和玉米播种和收获时，采用五点取样法在各小区按 X 形线段布置采样点(小区四角采样点距离小区边界 1m 以上)，采集 020、2040 和4060cm 土层的土壤，每个土层各取 5 个样点分别混合成各土层的土壤样品16，风干过2mm 筛备用。于夏玉米冬小麦成熟期采集植株样品，每个小区随机选取小麦样品 30 株和玉米样品3 株，分别混匀为 1 个样品，将秸秆和籽粒分别装入信封中，先于 105 杀青，再于 85 烘干至恒质量。1.3.2样品测定土壤理化性状的测定：参照土壤农业化学分析方法16，分别采用碱解扩散法、钼锑抗比色法、火焰光度计和凯式定氮法测定土壤碱解氮、有效磷、速效钾和全氮的含量；有机质含量采用重铬酸钾浓硫酸外加热法测定；pH 值采用数字显示离子计测定。植株重金属含量的测定：植株样品采用干灰化法分解，再用稀 HCl(V浓盐酸V纯水=11)溶解灰分，制备成待测液。采用原子吸收分光光度计测定植株 Cu 和 Zn 的含量，As 含量采用原子荧光光谱法测定。土壤重金属含量的测定：(1)Cu 和 Zn 含量表 1 麦玉施肥方案Tab.1Fertilizationplanofwheatandmaize作物crop处理treatments基肥/(kghm2)basefertilizer沼液追施/(kghm2)applicationofbiogasslurryNP2O5K2ONP2O5K2O冬小麦winterwheatCK000000CF187.5097.5052.50000CRF150.0078.0042.00000BRF112.5058.5031.50199.307.5331.62夏玉米summermaizeCK000000CF210.0045.0045.00000CRF168.0036.0036.00000BRF126.0027.0027.00166.006.2826.35注：CK.空白对照，CF.常规施肥，BRF.沼液+常规施肥减量40%，CRF.缓控释肥。Note:CK.blankcontrol,CF.conventionalfertilization,BRF.biogasslurry+conventionalfertilizationreductionof40%,CRF.slowcontrolledreleasefertilizer.686云南农业大学学报第38卷采用原子吸收分光光度法测定；(2)As 含量的测定方法为：称取风干土样 0.35g(精确至 0.0001g)置于 50mL 具塞比色管中，加数滴水润湿样品，加入配制的王水(V浓盐酸V浓硝酸=31)10mL，加塞后小心摇匀，在温室下放置过夜；于沸水浴中加热消解 3h，中间水位不够时补加热水，期间摇动 1 次，取出冷却，加水定容，放置一段时间后取上清液，采用双道原子荧光光度计测定。1.4数据处理与分析采用 Excel2021 对数据进行处理和计算；采用 SPSS 和 OriginPro 等进行方差分析和绘图。2 结果与分析2.1不同施肥处理对夏玉米冬小麦土壤养分的影响2.1.1对土壤全氮的影响由图 1 可知：土壤全氮含量随着土层深度的增加而降低。玉米季，不同耕层土壤全氮含量均以 CRF 处理最高，BRF 处理次之，总体表现趋势为 CRFBRFCFCK；与 CF 处理相比，CRF和 BRF 处理的全氮含量分别提高了 2.08%和1.04%(020cm)、11.27%和 2.82%(2040cm)、28.30%和 13.21%(4060cm)。小麦季，除2040cm 土层外，其他土层的全氮含量均以 BRF 处理最高，CRF 处理次之；与 CF 处理相比，CRF 和BRF 处理的全氮含量分别提高了 9.52%和 13.10%(020cm)、2.56%和 1.28%(2040cm)、10.42%和 12.5%(4060cm)。可见，沼液+常规施肥减量 40%和缓控释肥有利于增加土壤全氮含量。2.1.2对土壤碱解氮的影响由图 2 可知：各处理土壤碱解氮含量均随着土壤深度的增加而下降。玉米和小麦两季，BRF和 CRF处理的碱解氮含量均高于 CK 和 CF 处理，且玉米季的 020cm 土层以及小麦季的2040 和4060cm 土层各处理间的土壤碱解氮含量差异均达到显著水平。玉米季，2040cm 土层中，CRF 处理的碱解氮含量分别较 BRF 和 CF 处理显著提高 61.04%和 66.29%，BRF 和 CF 处理间无显著差异；4060cm 土层中，除 CK 处理外，其他处理间的碱解氮含量差异未达到显著水平。小麦季，020cm 土层中，BRF 处理的碱解氮含量较 CF 处理显著提高 7.82%，CRF 处理的碱解氮含量较 CF 处理有所提高但差异不显著。可见，沼液+常规施肥减量 40%和缓控释肥均能提高土壤碱解氮的含量。2.1.3对土壤有效磷的影响由图 3 可知：各处理的土壤有效磷含量随着土壤深度的增加而降低。玉米季和小麦季，除玉米季 020cm 土层外，各耕层中 BRF 处理的有效磷含量均显著低于 CF 处理；除小麦季4060cm土层外，各耕层中 CRF 处理的有效磷含量均最高。玉米季，CRF 处理的有效磷含量较 BRF 和CF 处理分别提高了 24.50%和 28.31%(020cm)、34.05%和 12.65%(2040cm)、28.17%和 4.93%(4060cm)。小麦季，CRF 处理的有效磷含量较 BRF 和 CF 处理分别提高了 34.18%和 3.41%bbcabbbcaabbaaacabbcaabaaaabaa0202040406000.20.40.60.81.0CKCFBRFCRF全氮含量/(gkg1)total nitrogen content土壤深度/cmsoil depth0202040406000.20.40.60.81.0小麦季wheat season玉米季maize season注：CK.空白对照，CF.常规施肥，BRF.沼液+常规施肥减量 40%，CRF.缓控释肥；不同小写字母表示差异显著(P0.05)；下同。Note:CK.blankcontrol,CF.conventionalfertilization,BRF.biogasslurry+conventionalfertilizationreductionof40%,CRF.slowcontrolledreleasefertil-izer;differentlowercaselettersindicatesignificantdifferences(P2040cm)。可见，缓控释肥有利于有效磷含量的提高。2.1.4对土壤速效钾的影响由图4 可知：玉米季，020cm 土层中，与CF处理相比，CRF 处理的土壤中速效钾的含量显著提高 4.44%；2040cm 土层中，与 BRF 和 CF处理相比，CRF 处理的土壤速效钾含量分别显著提高 9.03%和 7.40%；4060cm 土层中，除02020404060土壤深度/cmsoil depth02020404060dcbcbabbbabaaacddbccabaabab020406080100120140160碱解氮含量/(mgkg1)alkali-hydrolytic nitrogen content020406080100120140160CKCFBRFCRF小麦季wheat season玉米季maize season图 2 不同施肥处理对夏玉米一冬小麦土壤碱解氮含量的影响Fig.2Effectsofdifferentfertilizationtreatmentsonsoilalkali-hydrolyticnitrogencontentofsummermaize-winterwheatcdcbbabcbaaabcdaaabbcaab05101520有效磷含量/(mgkg1)available phosphorus content051015200202040406002020404060土壤深度/cmsoil depthCKCFBRFCRF小麦季wheat season玉米季maize season图 3 不同施肥处理对夏玉米一冬小麦土壤有效磷含量的影响Fig.3Effectsofdifferentfertilizationtreatmentsonsoilavailablephosphoruscontentofsummermaize-winterwheatcbbbbabbbabaaa c c c b c c bcaaa b b0100200300400500600700速效钾含量/(mgkg1)available potassium content01002003004005006007000202040406002020404060土壤深度/cmsoil depthCKCFBRFCRF小麦季wheat season玉米季maize season图 4 不同施肥处理对夏玉米一冬小麦土壤速效钾含量的影响Fig.4Effectsofdifferentfertilizationtreatmentsonsoilavailablepotassiumcontentofsummermaize-winterwheat688云南农业大学学报第38卷CRF 处理与 CK 处理差异显著外，其他处理间差异均不显著。小麦季，除 020cm 土层外，其他土层的速效钾含量表现为 BRFCRFCFCK；2060cm 土层中，BRF 和 CRF 处理的土壤速效钾含量显著高于 CK 和 CF 处理。可见，缓控释肥有利于土壤速效钾含量的提高，而在小麦季则沼液+常规肥料减量 40%效果较优。2.1.5对土壤有机质的影响由图 5 可知：各处理土壤有机质含量随着土壤深度的增加而降低。玉米季，各耕层的土壤有机质含表现为 CRFBRFCFCK；与 CF 处理相比，CRF 和 BRF 处理的有机质含量分别提高了22.03%和11.88%(020cm)、5.93%和0.60%(2040cm)、26.75%和 8.54%(4060cm)。小麦季，各耕层的土壤有机质含量表现为 BRFCRFCFCK；与 CF 处理相比，CRF 和 BRF 处理的有机质含量分别提高了 14.92%和 15.17%(020cm)、21.25%和24.48%(2040cm)、33.44%和38.51%(4060cm)。可见，沼液+常规施肥减量 40%和缓控释肥可有效提高土壤有机质含量。2.2不同施肥处理对夏玉米冬小麦土壤重金属含量的影响2.2.1对土壤 Cu 含量的影响由图 6 可知：各处理的土壤中 Cu 含量随着土壤深度的增加而降低。玉米季，不同处理在不同土层的 Cu 含量变幅为 12.4122.47mg/kg，BRF处理的 Cu 含量最高，CK 处理的 Cu 含量最低；在 020和4060cm 土层中，不同处理间的 Cu含量差异不显著；2040cm 土层中，BRF 处理的 Cu 含量较 CK 和 CF 处理分别显著提高 25.83%和 20.82%。小麦季，不同处理不同土层的 Cu 含量变幅为 18.4179.85mg/kg，CK 处理的 Cu 含量最高，BRF 处理的 Cu 含量最低，且 BRF 处理的 Cu 显著低于 CK 处理。dcdcbcbbbaaacccbbbaaaaaa02468101214有机质含量/(gkg1)organic matter content024681012140202040406002020404060土壤深度/cmsoil depthCKCFBRFCRF小麦季wheat season玉米季maize season图 5 不同施肥处理对夏玉米一冬小麦土壤有机质含量的影响Fig.5Effectsofdifferentfertilizationtreatmentsonsoilorganicmattercontentofsummermaize-winterwheatabaabaaaaaabaaaaacbbdbaba020406080铜含量/(mgkg1)copper content020406080（0202040406002020404060土壤深度/cmsoil depthCKCFBRFCRF小麦季wheat season玉米季maize season图 6 不同施肥处理对不同耕层土壤中 Cu 含量的影响Fig.6EffectsofdifferentfertilizationtreatmentsontheCucontentindifferenttopsoils第4期陈园园，等：砂姜黑土区周年麦玉轮作沼液替代对土壤养分及重金属积累的影响6892.2.2对土壤 Zn 含量的影响由图 7 可知：玉米季不同处理在不同耕层的Zn 含量变幅为 45.1562.25mg/kg，其中含量最高的为 BRF 处理；在 020cm 土层中，BRF 处理的 Zn 含量较 CRF 和 CK 处理显著提高 4.634.75mg/kg；2040cm 土层中，与 CK 相比，CF 和 CRF 处理的 Zn 含量显著降低，而 BRF 处理的 Zn 含量显著升高 10.17%；4060cm 土层中，BRF 处理的 Zn 含量较 CF 处理显著提高5.15%，其他处理间差异未达到显著水平。小麦季不同处理在不同耕层的土壤 Zn 含量变幅为42.52128.73mg/kg，其中含量最高的为 CF 处理；020cm 土层中，CF 处理的 Zn 含量显著高于其他 3 个处理；2040cm 和4060cm 土层中，与 CK 处理相比，3 种施肥处理的 Zn 含量均显著增加，但 BRF 和 CRF 处理的 Zn 含量显著低于 CF 处理。2.2.3对土壤 As 含量的影响由图 8 可知：玉米季不同处理在不同耕层的As 含量变幅为 5.3011.95mg/kg，除 020cm 土层外，其他土层均为 CF 处理的 As 含量最高；与 CF 处理相比，BRF 和 CRF 处理的 As 含量分别下降7.67%和17.44%(020cm)、28.88%和8.62%(2040cm)、4.52%和 30.29%(4060cm)。小麦季，不同处理在不同耕层的 As 含量变幅为9.4112.22mg/kg；与 CRF 处理相比，BRF 处理土壤 As 含量在不同土层中分别下降 7.34%(020cm)、5.92%(2040cm)和6.90%(4060cm)。两季作物不同耕层土壤的 As 含量均未超过国家土壤环境质量二级标准(GB156181995，As25mg/kg)。bbababcbaaabcabbccaaabcbbcbb020406080100120140锌含量/(mgkg1)zinc content0204060801001201400202040406002020404060土壤深度/cmsoil depthCKCFBRFCRF小麦季wheat season玉米季maize season图 7 不同施肥处理对不同耕层土壤中 Zn 含量的影响Fig.7EffectsofdifferentfertilizationtreatmentsontheZncontentindifferenttopsoilsacbaaaabbabbacabaaca cbca bcaa b02468101214砷含量/(mgkg1)arsenic content024681012140202040406002020404060土壤深度/cmsoil depthCKCFBRFCRF小麦季wheat season玉米季maize season图 8 不同施肥处理对不同耕层土壤中 As 含量的影响Fig.8EffectsofdifferentfertilizationtreatmentsontheAscontentindifferenttopsoils690云南农业大学学报第38卷2.3不同施肥处理对夏玉米冬小麦植株重金属含量的影响由图 9 可知：玉米季，与 CK 和 CF 处理相比，CRF 处理对玉米籽粒和秸秆的 Cu 含量无显著影响，而 BRF 处理的籽粒 Cu 含量分别显著增加 48.88%和 30.30%、秸秆 Cu 含量分别显著增加 42.52%和 36.78%；3 种施肥处理的籽粒 Zn 含量差异未达到显著水平，但均显著高于 CK 处理，而 BRF 和 CRF 处理玉米秸秆的 Zn 含量分别较 CF 显著降低 27.41%和 14.82%；各处理间籽粒和秸秆中的 As 含量差异显著，与 CF 处理相比，BRF 处理籽粒中的 As 含量显著增加 58.80%、秸秆中的 As 含量显著降低 58.33%，而 CRF 处理籽粒中 As 含量显著降低 50.00%、秸秆中的 As含量显著增加 52.78%。由图 10 可知：小麦季，与 CK 处理相比，3 种施肥处理下植株的 Cu、Zn 和 As 含量均降低，且籽粒中 Cu 和 Zn 含量均低于秸秆；与 CK和 CF 处理相比，BRF 处理小麦籽粒的 Cu 含量分别显著降低 46.67%和 38.46%，CRF 处理小麦籽粒的 Cu 含量分别显著降低 50%和 42.31%；BRF 处理与 CRF、CF、CK 处理小麦籽粒的 Zn含量均无显著差异；CRF 处理小麦秸秆的 Cu 和Zn 含量均显著低于 CK 和 BRF 处理；各处理植株中 As 含量差异未达到显著水平。3 讨论沼液中含有作物所需的各种养分、水解酶及微生物等，施用沼液能够增加土壤全氮、碱解氮、有效磷、速效钾和有机质含量，沼液养分释放速度低，与化肥配施可以改良土壤，为作物提供长效养分17-19。有研究发现：在不同类型土壤上施用缓控释肥均能大幅度提升肥料利用率，是化肥减施增效的有效手段之一20。本研究表明：玉米季土壤碱解氮、有机质和速效钾含量以缓控释肥(CRF)处理最优，小麦季土壤碱解氮含量以沼液+常规施肥减量 40%(BRF)处理最优，BRF和 CRF 处理的土壤有机质含量无显著差异但均显著优于常规施肥(CF)处理，土壤速效钾主要富集于2060cm 土层中，且以 BRF 处理最优。沼液bbabbbabbacbbaaaabcacbadCKCFBRFCRF01020籽粒 grain秸秆 strawCu 含量/(mgkg1)Cu content（CKCFBRFCRF020406080Zn 含量/(mgkg1)Zn content处理treatments（CKCFBRFCRF00.10.20.3As 含量/(mgkg1)As content（图 9 不同施肥处理对夏玉米植株重金属含量的影响Fig.9EffectsofdifferentfertilizationtreatmentsontheheavymetalcontentinsummermaizeplantsabababccabababababaaaaaaaaCKCFBRFCRF00.040.080.120.160.20Cu 含量/(mgkg1)Cu contentCKCFBRFCRF00.040.080.120.16 Zn 含量/(mgkg1)Zn contentCKCFBRFCRF00.40.81.2As 含量/(mgkg1)As content籽粒 grain秸秆 straw处理treatments图 10 不同施肥处理对冬小麦植株重金属含量的影响Fig.10Effectsofdifferentfertilizationtreatmentsontheheavymetalscontentinwinterwheatplants第4期陈园园，等：砂姜黑土区周年麦玉轮作沼液替代对土壤养分及重金属积累的影响691施用效果易受降雨影响，试验区玉米季降雨量占全年降雨量的 70%，因而玉米季 BRF处理的土壤碱解氮、有机质和速效钾含量增加不明显，但整体而言，相较于常规施肥，麦玉周年施用沼液+常规施肥减量 40%和缓控释肥能增加土壤有机质和碱解氮的含量，稳定土壤速效钾含量。沼液中的氮主要以易被植株吸收的速效氮为主，因而沼液施用在增加土壤碱解氮的同时对土壤全氮的影响较弱21。前人研究表明：沼液中的养分含量变化会影响土壤养分平衡22，施用沼液可促进玉米和小麦对磷素的吸收利用23，而土壤有效磷含量与土壤有机质含量呈显著正相关24，且会随着施氮水平的降低而增加25。本研究发现：BRF处理的土壤有效磷含量较其他处理低，而 CRF 处理较优。这主要是因为 BRF 处理的总磷投入少于其他处理，加上植株对磷素的吸收利用，使得土壤有效磷含量低于其他施肥处理；而 CRF 处理的有机质含量在玉米季显著高于其他施肥处理、在小麦季则与 BRF 处理无显著差异且显著高于 CF处理，使得其土壤有效磷含量高于 BRF 和 CF 处理。前人研究表明：较常规施肥处理，缓控释肥减氮 30%处理的土壤养分含量轻微下降26；而本研究发现：连续 1 年施用缓控释肥可提高土壤养分状况，这与前人研究不一致，分析其原因可能是减氮量差异。规模化养殖给生态环境带来巨大的污染风险27。为了资源合理化利用，采用沼液灌溉农田实现种养循环，但重金属富集是沼液灌溉模式的敏感问题4。沼肥的重金属含量主要存在于沼渣中，沼液重金属含量相对较少28-30。研究发现：低量使用沼肥有利于降低土壤中 Cu 和 Zn 的有效性，高量沼肥则会增加 Cu 的有效性，污染环境31-33。本研究发现：土壤中 Cu 和 Zn 含量随着土壤深度的增加而降低，Cu 和 Zn 在表层土的富集能力总体高于中层土和深层土；较 CF 和 CRF处理，玉米季 BRF 处理的土壤 Cu 和 Zn 含量累积有不同程度的上升，小麦季土壤中 Cu 和 Zn 含量低于 CF 和 CRF 处理。相比于第 1 季，第 2 季沼液灌溉量增加，会导致第 2 季 BRF 处理的土壤有机质含量高于第 1 季，而 Cu 和 Zn 含量显著低于 CF 处理。前人研究发现沼液施用量与土壤As 含量显著正相关34。本研究发现：除玉米季2040cm 土层外，BRF 处理的土壤 As 含量与CF 处理无显著差异，可能是与沼液施用量和沼液中的 As 含量较低有关。沼液施入土壤后，土壤重金属含量均远低于国家土壤环境质量标准(GB156181995)二级标准，说明沼液替代在周年轮作模式上不会造成土壤重金属残留超标。不同作物对重金属的富集能力不同35。本研究发现：BRF 处理玉米籽粒的 Cu 和 As 含量显著高于其他处理，但小麦季 BRF 处理的籽粒Cu 和As 含量低于空白对照(CK)和CF 处理；BRF处理的玉米籽粒 Zn 含量较 CK 处理有所提高，而小麦籽粒 Zn 含量较 CK 处理有所降低，但均未超过国家粮食卫生标准(NY8612004)限值，说明沼液配施化肥短期施用不会造成作物重金属超标。本研究未对连续多年和间隔周年同一地块连续施用沼液，土壤重金属积累和作物产品质量的安全性探讨存在一定局限性，因此还需进一步深入研究。4 结论沼液+常规施肥减量 40%和缓控释肥可提高土壤有机质和碱解氮含量，维持稳定的土壤全氮、有效磷和速效钾含量。周年麦玉轮作下，沼液+常规施肥减量 40%不会造成土壤及作物重金属残留量超标，且沼液+常规施肥减量 40%和缓控释肥的施肥模式有利于农牧结合生态农业的可持续发展和种养循环资源化利用。参考文献朱兆良,金继运.保障我国粮食安全的肥料问题J.植物营养与肥料学报,2013,19(2):259.DOI:10.11674/zwyf.2013.0201.1赵颖,周枫,罗佳琳,等.稻秸还田下不同施肥管理措施对土壤养分、冬小麦产量和氮肥利用率的影响J.江苏农业学报,2021,37(5):1167.DOI:10.3969/j.issn.1000-4440.2021.05.011.2李孝良,胡立涛,王泓,等.化肥减量配施有机肥对皖北夏玉米养分吸收及氮素利用效率的影响J.南京农业大学学报,2019,42(1):118.DOI:10.7685/jnau.201804012.3罗旭辉,项赟,闫晶,等.沼液施灌模式下稻田系统重金属风险评估J.福建农业科技,2022,53(7):61.DOI:10.13651/ki.fjnykj.2022.07.011.4安文浩,许育新,罗学明,等.沼液在大棚青菜上的肥效试验J.浙江农业科学,2023,64(3):624.DOI:10.16178/j.issn.0528-9017.20220294.5徐坚,张建斌,吴玉勇,等.施用沼液对果桑产量与土壤养分的影响J.浙江农业科学,2021,62(12):2501.DOI:10.16178/j.issn.0528-9017.20212844.6692云南农业大学学报第38卷朱泉雯.重金属在猪饲料粪污沼液中的变化特征J.水土保持研究,2014,21(6):284.DOI:10.13869/ki.rswc.2014.06.053.7赵国华,陈贵,徐劼.猪粪尿源沼液中主要养分和重金属分布特性J.浙江农业科学,2014(9):1454.DOI:10.16178/j.issn.0528-9017.2014.09.112.8王桂良,寇祥明,张家宏,等.沼液替代化肥氮对水稻生长发育及稻米品质的影响J.生态学杂志,2018,37(9):2672.DOI:10.13292/j.1000-4890.201809.017.9SAKIZADEH M,GHORBANI H.Concentration ofheavymetalsinsoilandstaplecropsandtheassociatedhealthriskJ.ArchivesofHygieneSciences,2017,6(4):303.DOI:10.29252/ArchHygSci