论文部分内容阅读
重金属是人类生产生活过程中释放到环境中的主要污染物之一。农药化肥等的施用，污水灌溉、污泥处理等都能增加对农田生态系统土壤重金属的人为输入量。土壤重金属的迁移转化是土壤圈物质循环研究的重要内容之一。本文研究了粮果生态系统土壤重金属的含量变化、形态分级以及迁移转化规律，一方面可丰富生态系统重金属迁移转化理论；另一方面为防止黄土高原土壤环境污染，实现区域经济与生态环境可持续发展，具有重要的理论意义和实际应用价值。本研究主要内容及结果如下：
⑴施用微肥小麦多年平均增产6％以上，其增产效应在不同降雨年型差异显著。常态年微肥增产机率大于54％，施Cu肥时平均增产13.1％，施B、Zn、Mn肥时增产6.3％以上。干旱年施用铜肥和硼肥增产机率为83.3％，小麦分别增产11.8％和10.8％；施用锌肥增产5.5％。丰水年施Mn肥平均增产10.5％，施Zn肥平均增产9.3％，增产机率为80％。
⑵长期施用微肥能增加耕层土壤相应微量元素含量，施铜肥时土壤全Cu增加75.2％，有效Cu含量增加5.75倍。施锌肥时土壤有效Zn含量增加3.58倍。施用锰肥时有效Mn含量增加40.1mg/kg。不同微量元素的剖面分布不同，20-60cm土层有效Cu含量降低，60-100cm含量略有增加；100cm以下土壤有效Cu含量逐渐减少。有效Zn含量在0-60cm差异显著，含量随土层加深而迅速下降。土壤有效Mn在80cm左右土层有累积现象。
⑶长期施用微肥时土壤砷含量降低；土壤汞含量因施肥和土层而异，施Cu肥时0-5cm土层汞含量为0.064mg/kg，降低19.0％，5-10cm汞含量为0.606mg/kg，增加1.9倍；10-20cm汞含量为0.369mg/kg，增加3.9倍；Mn肥能增加0-5cm土层汞含量，5-10cm和10-20cm土层含量明显下降；施B、Zn和K肥时汞含量降低。土壤镉含量在施Zn、Mn、Cu肥时增加3.4％～12.1％，施B肥时降低11.8％。土壤铅含量在施用B、Mn、Cu肥及K肥时降低8.6％～28.9％。土壤铬含量因微肥种类而异。
⑷小麦连作单施化肥或肥料配施时0-5cm土层汞增加6～182％；单施磷肥及肥料配施时5-10cm土层汞含量增加，10-20cm汞含量的变化与5-10cm相似。0-5cm土层砷含量仅在施NP时增加5.9％，单施氮肥或磷肥及肥料配施能增加5-10cm土层砷含量。施N、P、M、NP、NPM时10-20cm土层砷含量增加，施NM、PM时土壤砷含量降低。长期小麦连作不施肥，0-5cm、10-20cm土层汞含量较裸地减少36.5％和26.0％。
⑸玉米连作施NPM和轮作施NP肥时，0-5cm土层汞含量分别增加82.7％和48.1％；5-10cm分别增加18.6％和74.4％:10-20cm土层汞含量在连作施NPM时降低20％，轮作施NP肥时增加48.0％。玉米连作施NPM，0-5cm土层砷含量增加，5-10cm、10-20cm砷含量降低：轮作施NP时0-5cm、5-10cm和10-20cm土层砷含量分别较裸地增加47.3％、40.5％和43.3％。
⑹豌豆和苜蓿地土壤砷含量增加极显著，苜蓿连作施用NPM时0-5cm、5-10cm、10-20cm土层砷含量较裸地分别增加29.0％、31.3％和26.5％；小麦和玉米系统次之。不同作物系统0-5cm土层砷含量增加1.5％～41.7％，汞含量在0-5cm土层增加15.4％～82.7％，5-10cm土层增加4.7％～107.0％：在10-20cm土层，苜蓿、玉米系统汞含量分别减少52.0％和20.0％，小麦、豌豆系统汞含量分别增加78.0％和22.0％，不同土层汞含量差异显著。豌豆和苜蓿系统土壤Cd含量分别增加26.4％和8.6％。苜蓿、豌豆、玉米、小麦系统土壤Cr含量分别为70.93mg/kg、70.92mg/kg、77.30mg/kg和77.87mg/kg。
⑺土壤铜含量随树龄增加而增加，0-60cm土层Cu含量增加7％以上；6a果园深层土壤铜含量较高，6a以上果园耕层铜含量较高。果园土壤残渣态铜约占80％，其作物有效性低，在土壤中累积量超过了50kg/hm2。0-60cm土层潜在可利用态铜的累积量为30-40 kg/hm2；可交换态铜的累积量约为10kg/hm2。果园土壤锌含量因树龄而异，26a果园耕层锌含量为114.89mg/kg，较6a果园增加2.43倍，铁锰氧化物态锌超过了56％，残渣态约占35％。果园土壤0-40cm土层锌的累积量为166.9～468.1kg/hm2，作物可利用态锌仅4.7～14.6kg/hm2，大部分以不可利用态或潜在可利用态存在。
⑻土壤Cr含量随树龄线性递增，36a果园Cr含量较6a果园增加17％以上。果园土壤耕层Cr的累积量为100～150kg/hm2。6a、15a果园土壤耕层可交换态Cr和铁锰氧物态Cr各占22～25％，36a果园可交换态Cr占1/4，较6龄果园增加58.9％，潜在可利用态Cr较6a果园增加51.9％。20-40cm土壤Cr含量以0.797mg/kg.a的年均增长速率线性增加。40-60cm土壤Cr的累积量为110～135kg/km2，潜在可利用态铬占52～60％，15a以上果园较6a果园增加15％以上，36a果园较6a果园增加41.9％。长期种植苹果树能改变土壤可交换态Cr和潜在可利用态Cr的含量和组成。
⑼果园土壤Cd含量0-20cm>20-40cm>40-60cm，随树龄的增加先增加后减少。6a、15a、36a果园0-40cm土壤残渣态镉约占70％，其它形态含量较少。26a果园耕层土壤残渣态镉占39.7％、铁锰氧化物态镉占26.9％、可交换态镉占23.8％；20-40cm土层残渣态镉占51.7％、铁锰氧化物态占25.8％：可交换态占3.5％～l6.8％；40-60cm土层，65％以上的镉以残渣态存在于土壤中，铁锰氧化物态占16～22％，可交换态小于7％。
⑽果园生态系统土壤铅含量随树龄按抛物线规律变化；土壤汞、砷含量也随着树龄的增加而变化，15年是果园土壤汞、砷含量变化的转折点，15年前与后，果园土壤汞、砷含量呈现不同的变化趋势。