化肥与牛粪基生物浆液施用对土壤性质及玉米籽粒重金属浓度影响的初步研究

本研究针对农业施肥中重金属污染风险，探讨了生物浆液(BS)与化肥(CF)施用对土壤理化性质及玉米籽粒重金属积累的影响。通过田间试验发现，BS与CF虽能改善土壤肥力，但会导致玉米籽粒中镍(Ni)和钴(Co)浓度超标，提示需对肥料进行预处理以保障粮食安全。该研究为可持续农业施肥策略提供了重要数据支撑。

　　

在非洲东部和南部，玉米（Zea mays L.）是数百万小农户的主要粮食作物和收入来源。然而，埃塞俄比亚等地的玉米产量长期受限于传统耕作方式、土壤肥力退化以及养分流失等问题。为提高产量，农民广泛使用化学肥料（CF），但过量施用不仅导致环境问题，还可能引入重金属污染，威胁食品安全。与此同时，有机肥料如牛粪基生物浆液（BS）因其成本低、易获取而受到关注，但其对土壤性质和作物重金属积累的影响尚不明确。

为此，来自霍萨大学的研究人员开展了一项田间试验，旨在评估BS与CF施用对土壤理化性质及玉米籽粒重金属浓度的影响。该研究不仅关注肥料的农艺效益，更聚焦于其潜在的健康风险，成果发表于《Journal of Food Protection》。

研究团队在埃塞俄比亚西达玛地区的霍萨大学实验农场进行了雨养条件下的田间试验。试验采用随机区组设计，设置三种处理：100% BS（5吨/公顷）、100% CF（90公斤氮/公顷+30公斤磷/公顷+13公斤硫/公顷）以及空白对照。通过采集土壤和玉米籽粒样本，利用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）等分析技术，系统测定了重金属浓度及土壤理化指标。

土壤理化性质分析

试验前土壤呈酸性（pH 5.64），有机质含量中等（4.74%）。施用BS和CF后，土壤pH、有机碳（OC）、总氮（TN）和钾（K）含量均有所提升，其中BS的效果优于CF。此外，两种肥料均改善了土壤物理结构，降低了容重（BD），提高了孔隙度（Po）。然而，土壤中的有效磷（P）和阳离子交换量（CEC）在处理后反而下降，可能与作物吸收或淋溶有关。

重金属在土壤中的动态

BS施用显著降低了土壤中锰（Mn）、铅（Pb）、砷（As）、镉（Cd）、铬（Cr）、镍（Ni）和钴（Co）的浓度，但增加了铜（Cu）、铁（Fe）和锌（Zn）等必需元素的含量。CF则提高了Cu和Fe的水平。值得注意的是，BS和CF处理均未能使土壤中的Cd浓度降至安全限值（3 mg/kg）以下，提示当地土壤本身存在Cd污染风险。

玉米籽粒的安全性评估

在玉米籽粒中，Ni和Co的浓度尤为引人关注。BS和CF处理组的Ni含量（11.29 mg/kg和12.71 mg/kg）均超过FAO/WHO标准（1.63 mg/kg），CF组Co浓度（5.87 mg/kg）也远超安全限值（0.1 mg/kg）。尽管其他重金属（如Zn、Fe、Mn）未超标，但Ni和Co的积累已构成潜在的食品安全隐患。

结论与展望

本研究首次揭示了BS和CF在改善土壤肥力的同时，可能通过肥料中的重金属残留导致玉米籽粒污染。尤其是Ni和Co的超标，警示需对肥料来源进行严格质量控制及预处理。未来研究应关注长期施用BS与CF对土壤-作物系统的累积效应，并探索重金属钝化技术，以平衡农业增产与食品安全之间的矛盾。