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施肥等农业生产活动将一定量的重金属带入土壤,重金属在土壤中难以移动,能够长期累积,从而造成土壤质量的恶化,给农业生产安全带来隐患。因此,开展农田土壤重金属环境行为的研究,对于保护土壤生态环境,保证农产品质量,实现农业的可持续发展都具有重要的理论和现实意义。目前,关于长期施肥对土壤养分演变规律和产量变化研究较多,对土壤重金属含量变化的研究较少。本文以紫色土肥力和肥料效益长期定位试验为基础,在15年定位试验研究的基础上,探讨不同施肥措施下紫色土和作物重金属含量及形态变化,分析了重金属的生物有效性,评价了长期不同施肥对紫色土农田环境质量和农产品质量的影响。15年定位试验结果表明,Pb、Cd、Zn、Fe、Cu在耕层(0-20cm)土壤中具有明显的富积,15年后耕层土壤全Pb、Cd、Zn、Fe、Cu含量比试验前分别提高51.6%、30.9%、8.7%、72.8%、25.2%;而全Cr和Mn含量比试验前降低15.7%、9.7%。土壤镉含量(1.87mg/Kg-2.66mg/Kg)超过了国家土壤环境质量三级标准(1.00mg/Kg),而铅、铬、铜、锌、铁含量都在土壤环境质量一级标准所要求的范围之内,在短期内不会对土壤环境造成危害。0-20cm耕层和20-40cm犁底层土壤全Pb含量与试验前相比各处理都有大幅度的增加,积累在耕层土壤的Pb高于犁底层,耕层土壤全Pb含量比试验前提高51.6%(各处理平均):犁底层土壤提高19.5%。15年后,长期不施肥处理土壤全Pb含量比试验前升高56.5mg/kg,而施肥处理则升高51.0mg/kg,而且不同施肥处理之间差异不明显,说明近15年来土壤Pb的积累主要来源于干湿沉降等外界环境,外界环境对土壤Pb的累积贡献高于施肥。长期施肥提高了土壤有效Pb含量,而不施肥土壤有效Pb含量变化不大。15年定位施肥后,耕层土壤全Cd提高,而犁底层土壤全Cd含量变化不大:施用磷肥提高了土壤Cd含量,施用P肥的PK、NPK、NPK+秸秆处理土壤Cd含量明显高于其它处理。长期施肥提高了耕层土壤有效Cd含量,施肥处理有效Cd含量比不施肥处理高23.4%,从而提高了土壤Cd的植物有效性。与其它重金属不同,土壤Cr含量是犁底层高于耕作层;与试验前相比,15年土壤全Cr呈下降趋势:所有施肥处理土壤有效Cr含量均为增加的趋势,其中犁底层有效Cr增加幅度高于耕作层。与试验前相比,耕层土壤全Zn含量呈增加趋势,而犁底层土壤全Zn则呈下降趋势;除长期不施肥处理(0-20cm耕层)和NK处理土壤(20-40cm犁底层)有效Zn降低外,其它处理有效Zn有一定增加;但是土壤有效Zn含量除有机肥和秸秆还田处理大于1.0mg/kg外,其它处理多在0.4～1.0mg/kg之间,处于水稻缺锌的边缘,在水稻种植中应注意锌肥的施用。0-20cm土壤无论是全Mn或是有效Mn都呈下降的趋势;20-40 cm土壤全Mn有一定的增加,但是20-40cm土壤有效Mn则由试验前的平均43.3mg/kg下降到4.5mg/kg;水旱轮作干湿交替条件下,土壤锰有向下迁移或淋失的趋势,在旱作小麦时应注意锰肥的施用。15年稻麦水旱轮后,0-40cm土壤全Fe明显升高,各处理差异较小;有效Fe含量长期施肥处理明显升高,不施肥处理则降低。所有处理土壤全Cu含量比试验前约有升高,除秸秆还田处理外,其他处理有效Cu含量则明显降低。土壤重金属全量与有效态的相关分析表明,土壤中有效态Cu、Cr含量与土壤全量Cu、Cr呈显著的正相关,其对作物的有效性主要取决于土壤本底含量;而Zn、Pb、Cd、Fe、Mn的有效态含量与土壤全量的相关性不显著,说明这5种重金属元素的对作物的有效性主要受土壤环境和外在条件的影响。土壤Pb、Cd、Zn、Cu的存在形态都以残渣态为主,土壤Pb的残渣态(占60.8%)>铁锰氧化物结合态(28.6%)>有机物结合态(8.2%)>可交换态(2.4%),不同施肥对可交换态和有机物结合态Pb的影响较大,而对残渣态和Fe-Mn氧化物结合态的影响较小。施肥处理与不施肥处理相比,施肥降低了土壤中可交换态Pb的含量,提高了有机物结合态Pb含量。土壤Cd的存在形态为残渣态(占58.5%)>可交换态(18.1%)>铁锰氧化物结合态(14.2%)>碳酸盐结合态(9.2%),不同施肥对可交换态和碳酸盐结合态Cd的影响较大,钾肥提高了可交换态Cd含量,施化肥和有机肥明显降低碳酸盐结合态Cd的含量。土壤重金属各形态与水稻重金属含量相关性低,重金属Pb、Cu的铁锰氧化物结合态与小麦籽粒中重金属含量呈显著正相关。重金属的生物活性和迁移能力大小顺序是Cd>Pb>Zn>Cu。小麦、水稻对土壤Cr的富集能力强,尽管不同施肥处理对Cr的影响小,但小麦和水稻籽粒cr含量则超过了食品安全卫生标准,这主要是紫色土Cr本底值较高、作物对Cr富集能力强。长期不同施肥影响了小麦和水稻中重金属含量,与不施肥对照相比,长期施肥处理小麦、水稻籽粒中Cd、Pb含量明显增加(除单施氮肥的处理Pb含量低于对照外);长期施用磷钾及有机肥提高了稻麦Cd、Pb含量:所有处理小麦和水稻籽粒Pb含量都超过了食品卫生标准;施磷处理水稻籽粒中Cd含量超过了食品安全标准:但小麦籽粒Cd含量却没有超标,原因在于水稻对Cd的富集能力高于小麦。在本试验条件下,应控制外源重金属对土壤和作物的污染。