长期不同施肥模式对紫色水稻土团聚体有机碳、重金属含量及作物重金属吸收的影响

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长期定位试验凭借其时间尺度上的优势,对研究不同施肥模式下土壤肥力质量变化(包括团聚体特征)和土壤环境质量(重金属)的变化问题具有重现性高,可信度高的优势。本研究依托四川省遂宁市船山区钙质紫色水稻土和重庆市江津区酸性紫色水稻土上的长期定位试验平台,研究了长期不同施肥模式下土壤养分与重金属含量、有机碳及重金属在团聚体中的分布、作物重金属吸收量的变化,揭示长期不同施肥对土壤肥力和环境质量的影响。(1)遂宁市船山区长期试验:长期施肥土壤pH降低0.44~0.79个单位,MNP、MNPK最低,NP、NPK次之;施肥提高土壤有机质含量,提高5.19%~29.24%,N处理提高最小;CK处理土壤阳离子交换量含量最高,无机-有机肥配施处理土壤阳离子交换量较相应单施化肥处理有所降低;总氮、碱解氮含量提高25.33%~77.46%、6.16%~70.58%,配施有机肥处理效果更好;施化学磷肥处理总磷、速效磷含量显著提高,土壤磷素状况取决于外界磷肥的输入;长期氮磷肥、氮磷钾肥及其与有机肥配施降低土壤pH、土壤阳离子交换量,提高土壤有机质、总氮、总磷、碱解氮和速效磷含量,改善土壤肥力,且配施有机肥效果更优;土壤大团聚体占比约10%,小团聚体和微团聚体占比约20%~30%,粉粘粒占比约40%~50%,不同粒级团聚体分布呈现随粒级的减小而增大的规律,粉粘粒是团聚体的主要组分,且受施肥影响较小;施肥使大团聚体、小团聚体质量分数提高2.56%~34.23%、4.00%~36.20%,>0.25mm水稳定团聚体质量分数和平均重量直径均以CK最小,施肥改善土壤结构,提高团聚体的稳定性;各粒级团聚体有机碳含量以粉粘粒最低,但水稻季有机碳主要分布于粉粘粒;长期施用化肥后土壤重金属全量含量无明显变化,含有机肥处理土壤Fe、Mn、Pb含量变化不明显,但Cd略有增加,Cu、Zn含量显著提高,但其含量远低于《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618-2018)的风险筛选值(Cu100(其他,pH>7.5)、Zn300(pH>7.5)、Pb 170(其他,pH>7.5)mg·kg-1和Cd 0.6(其他,pH>7.5)mg·kg-1);磷肥能够显著提高有效Fe含量,降低有效Mn含量;有机肥提高Cu和Pb有效量,尤其是Cu,对其有活化作用。相关分析结果表明,土壤重金属有效量与理化性质、元素总量间的相关性因元素的不同而异;施肥降低团聚体Fe、Mn含量,微团聚体Fe含量显著低于其它粒级,水稻季Mn含量随粒径的减小而减小,小麦季相反;团聚体Cu、Zn含量也表现为微团聚体最低,有机肥提高各粒级团聚体Cu、Zn含量,特别是Cu;各粒级团聚体Pb含量因种植作物差异而不同,Cd含量表现为微团聚体和粉粘粒较低;团聚体重金属分布状况与其粒级分布规律一致;长期施肥对作物重金属含量的影响因作物种类、作物部位及其金属元素的不同存在差异,个别施肥存在籽粒Pb、Cd超标问题,因此粮食重金属安全应引起足够的重视。(2)江津区黄庄村长期试验:土壤pH为4.96~5.24,以SA最低;施肥土壤有机质含量提高19.97%~41.16%,以SA最高;土壤阳离子交换量含量提高10.52%~25.17%,以OF最高;施肥处理总氮、总磷、总钾、速效磷含量均较NF不同程度提高;团聚体组分分布也随粒级的减小而增大,粉粘粒组分占比约50%,处于绝对优势,>0.25mm水稳性团聚体质量分数和平均重量直径以NF最低;不同团聚体粒径有机碳含量为小团聚体>大团聚体>微团聚体>粉粘粒,粉粘粒含量最低却同样有较高分布,施肥条件下,各粒径团聚体中有机碳含量均提高。OF和SA均会显著影响土壤pH,提高土壤有机质、阳离子交换量和氮磷养分含量,增强土壤团聚体结构的稳定性;土壤重金属含量均以NF处理最低,Fe、Mn、Zn含量以OF处理最高,Cu含量以SA处理最高,Pb和Cd含量以CF处理最高;除Pb外,重金属有效量对施肥的响应与其全量对施肥的响应基本一致;微团聚体中重金属含量最低,其重金属含量因施肥而增加,且重金属分布近50%,施肥提高重金属在大团聚体和小团聚体中的分布,微团聚体和粉粘粒中相应减小;水稻秸秆重金属含量大于籽粒,籽粒符合《食品安全国家标准粮食》(GB 2715-2016),优化施肥抑制秸秆Pb向籽粒中转运。从土壤培肥和粮食安全角度考虑,OF是适宜的选择。
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