不同氮肥水平与外源汞的土壤效应研究

2011-04-30闫双堆史小凯刘利军

山西农业科学 2011年6期

闫双堆，史小凯，刘利军

（山西农业大学资源与环境学院，山西太谷030801）

Hg是一种植物非必需元素，自工业化以来，大规模的汞被排放到了环境中[1-2]。Reimann等[3]通过实地监测，发现欧美各国垃圾中汞含量高达2～5mg/kg。萧蕴英等[4]研究发现，西安郊区的污灌区土壤汞含量均处于0.52～0.90mg/kg之间。另外，一些化学肥料的汞含量也很高，如磷肥的平均汞含量为0.25mg/kg[5]。这些汞随着土壤进入植物体内，伴随着汞在植物体内的积累，将会对植物造成毒害作用[6-11]、破坏微生物群落的结构和多样性[12-13]。同时，进入人体会对人体健康造成危害。因此，重金属汞污染研究成为土壤污染研究的重点。

本试验通过在外源汞添加的土壤中施入不同量的氮肥，研究氮肥对土壤中不同形态汞之间的转化状况的影响，同时对土壤中不同形态的汞进行了生物有效性分析，旨在研究氮肥水平与各种形态汞转化之间的内在联系，为汞污染土壤的修复提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试作物为油菜，品种为四月蔓，生育期为40 d。供试肥料为尿素，含氮量46%。供试土壤为石灰性褐土，其理化性状如表1所示。

表1 供试土壤基本理化性状

1.2 试验设计与实施方案

本研究采用二因素完全随机设计，采用盆栽试验，因素A为氮肥水平，4种施肥处理分别为：T1.不施肥（CK）；T2.施尿素 0.2 g/kg；T3.施尿素0.4 g/kg；T4.施尿素0.6 g/kg。因素B为重金属汞的含量，设每千克土壤施入氯化汞0，1，10，20mg 4个水平，共16个处理（表2），4次重复，共64盆。

表2 施肥与重金属汞的组合

1.3 试验实施及管理

盆栽试验在山西农业大学资源与环境学院试验站进行。2010年3月1日，选取大小均一的种子于温室内播种、育苗，育苗当天浇足水，以后每2 d浇1次水。同时取过2mm筛风干土5 kg装入已准备好的塑料盆中（盆中铺好石子、纱布及注水管），按照表2各处理添加重金属汞及不同量氮肥，在室内放置稳定1周，保持一定的含水量。3月20日，取长势大小一致的幼苗移植到塑料盆中，每盆移植15株，定期浇水。在此期间，测定基础土样中有机质、全磷、全氮、速效磷、速效钾含量及pH值等基本理化性状。4月初，期待幼苗生长稳定后间苗，每盆留苗10株。油菜生长期间定期浇水并及时去除杂草和防治害虫。

1.4 测定项目及方法

全Hg采用氢氟酸-高氯酸-硝酸消解原子荧光法测定。形态分级采用Tessier对重金属的分级方法进行，即采用连续提取程序分析可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化态、有机结合态、残渣态汞。

试验数据采用Excel2003和DPS 7.05软件进行处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥水平与外源汞对土壤中全汞含量的影响

由图1可知，在各种施肥条件下，土壤全汞含量随着外源汞浓度的升高出现了逐渐升高的趋势。T1水平下土壤全汞含量最大，T3水平下土壤全汞含量最低；T2水平下土壤全汞含量平均比T1水平下减少了21.6%，T3水平下土壤全汞含量平均比T1水平下减少了33.7%，T4水平下土壤全汞含量平均比T1水平下减少了30.1%；汞含量为1mg/kg处理下土壤全汞含量平均比0处理下增加了57.8%，汞含量为10mg/kg处理下土壤全汞含量平均比0处理下增加了622.9%，汞含量为20mg/kg处理下土壤全汞含量平均比0处理下增加了1 030.6%。

2.2 不同氮肥水平与外源汞对土壤汞形态分布的影响

从图2可以看出，施入外源汞用量为0～1 mg/kg时，汞形态以残渣态为主；汞用量为10～20mg/kg时，汞形态虽仍以残渣态为主，但可交换态与碳酸盐结合态比汞用量为0～1 mg/kg时显著增加，且汞可交换态含量比碳酸盐结合态含量高，说明施入低用量外源汞对土壤汞形态影响不显著，但施入高用量外源汞后，可交换态汞含量与碳酸盐结合态含量显著增加。

氮肥施入后，铁锰氧化态汞与有机结合态汞含量变化不大，可交换态汞含量和碳酸盐结合态汞含量显著增加，残渣态含量与T1水平相比有所降低，说明氮肥有助于汞的活化。

2.3 不同氮肥水平与外源汞处理下土壤中汞的生物有效性

根据相关性分析，确定本试验中土壤汞的生物有效性系数为（可交换态汞含量+碳酸盐结合态汞含量+铁锰氧化态汞含量）/（可交换态汞含量+碳酸盐结合态汞含量+铁锰氧化态汞含量+有机结合态汞含量+残渣态汞含量）。

施氮肥后土壤汞的生物有效性系数均比不施肥的大（图3），T3水平下生物有效性最高，平均比T1水平提高了79.8%；T4水平次之，平均比T1水平下提高了59.0%；T2水平下生物有效性平均比T1水平提高了33.5%。汞的用量为1mg/kg时，土壤汞生物有效性系数平均比0处理提高了22.0%；汞用量为10mg/kg时，土壤汞生物有效性系数平均比0处理提高了42.8%，汞用量为20mg/kg时，土壤汞生物有效性系数平均比0处理提高了57.3%。

施氮肥处理与不同汞用量对土壤汞生物有效性系数的影响差异均达到了显著水平。T3与T2，T3与T1，T2与T4之间对土壤汞生物有效性系数的影响差异达到了显著水平；20mg/kg汞处理与0处理之间对土壤汞生物有效性系数的影响差异达到了显著水平，10mg/kg汞处理与0处理之间对土壤汞生物有效性系数的影响差异也达到了显著水平，其余的汞用量处理两两之间对土壤汞生物有效性系数的影响差异未达到显著水平。

3 结论

施氮肥后能够降低土壤中总汞的含量，同时随着外源汞用量的升高，残渣态汞、铁锰氧化态汞含量显著增加，施入高用量汞（10～20mg/kg）后，土壤中可交换态汞含量有所增加，但增加不显著。施入后的外源汞大部分会转化为残渣态，少部分转化为铁锰氧化态。此外，施入氮肥后残渣态汞的含量显著减少，铁锰氧化态汞含量显著增加，在施入汞用量为10～20mg/kg时，可交换态汞含量亦显著增加。不同施肥水平对土壤汞形态活化程度不同，各处理对汞的有效态转化程度的大小顺序为：T3＞T4＞T2＞T1。

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