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农田土壤重金属污染是人们高度关注的环境问题之一。农业生态系统的长期试验为常规农业管理条件下农田土壤重金属污染研究提供了基础和丰富的可靠信息。本研究以中国生态系统研究网络和国家土壤肥力及肥料效益长期定位监测网络为平台，选择了8个分布于我国不同区域、有较强代表性的农业生态系统长期定位试验站，采集或收集了9个长期施肥试验、14个土壤剖面的土壤、肥料及其他样品613个。在分析土壤基本理化性质、土壤重金属全量及有效态含量的基础上，探讨了典型主要农田土壤Cd、Pb、Cu、Zn的污染状况及其影响因素，以污染程度较高的重金属Cd为重点，分析了长期施肥条件下土壤重金属污染的历史过程，并通过相关模型的建立对农田土壤重金属积累的趋势进行了预测；在追踪严重污染农田土壤Cd的来源及其污染途径基础上，阐述了不同施肥措施对农田土壤重金属污染的可能性和普遍性；同时，对几种长期定位试验点土壤重金属吸附解吸特征及化学形态进行了探索。
研究结果表明，我国几种长期定位试验点表层土壤中，中厚黑土和旱地红壤存在土壤Cd超标(土壤环境质量二级标准值)的情况，旱地红壤Cd含量的最高值可达1760μg kg-1。Cd含量超标样品数占全部152个表层土壤样品的9.9％。旱地红壤Cu含量超过土壤环境质量二级标准值，其最高含量为62.3 mg kg-1，超标样品数占全部152个表层土壤样品的3.9％，Cd和Cu超标样品主要来自施用猪粪的处理。常规农业管理条件下，影响农田土壤重金属积累过程的主要因素是土壤母质和肥料；长期施用化肥对农田土壤重金属的积累作用不明显，施用有机肥对土壤重金属，尤其是Cd、Cu、Zn的积累及其有效性影响显著，但不同有机肥来源差异较大。土地利用方式相似条件下，旱地红壤、乌栅土、中厚黑土的表层Cd、Pb、Cu、Zn全量和有效态含量均较高，且变异较大。不同土地利用方式可影响土壤重金属的剖面分布，黄潮土发育菜地表层DTPA可提取态Cd含量显著高于旱地。
不同有机肥对土壤Cd积累的影响差异很大，积累作用大小与有机物来源有关。在所施用的有机肥中，秸秆还田对乌栅土和中厚黑土Cd的积累无显著影响；添加饼肥(大豆饼、棉籽饼)的秸秆，还田后可使黄潮土Cd含量增加；长期施用农户收集的猪粪可显著增加中厚黑土Cd的积累；施用规模化养殖场的猪粪使旱地红壤Cd积累速度明显提高。不同来源的猪粪对土壤Cd的积累作用作用差异较大，所测定的几个实验站猪粪样品中，猪粪对土壤Cd积累影响的顺序为：养殖场猪粪＞农户收集的猪粪＞有机物料循环的猪粪。所测定的湖南、江西、吉林、江苏以及浙江等地的厩肥样品Cd含量差异较大，同一区域不同时期的猪粪Cd含量存在较大变异。即使猪粪Cd含量未超过相关的行业标准，但长期施用后，土壤Cd含量仍可高于土壤环境质量二级标准值。规模化养殖场猪粪中的Cd主要来源于含Cu和含Zn的饲料添加剂；几个实验站土壤、猪粪、饲料及饲料添加剂样品Cd含量的分析结果表明，规模化养殖场产生的猪粪是农田土壤Cd污染的主要来源。
中厚黑土对Cd2+的吸附量较大，旱地红壤吸附量较小。5种土壤对Cd2+的吸附均可用Langmuir方程、Freundlich方程拟合。旱地红壤吸附Cd的解吸率最高，乌栅土的解吸率最低。黄潮土和旱地红壤Cd形态分配顺序均为：残渣态＞弱酸提取态＞可还原态＞可氧化态，但黄潮土残渣态Cd的比例显著高于旱地红壤残渣态Cd。化肥和有机肥对黄潮土和旱地红壤Cd的形态分配有一定的影响。