全 文 ：收稿日期：!""#$"%$"& 接受日期：!""#$"’$%#
基金项目：国家科技支撑计划（()*!""+,-."’,"/）；现代农业产业技术体系建设项目资助。
作者简介：李本银（%#&!—），男，河南信阳人，博士，主要从事环境与农产品安全方面的研究工作。012345：67894854: ;)<2345 * =)2
! 通讯作者 >75："!’$?+??%%?"；012345：@2AB)C: 4DD3D* 3=* =8
长期施用有机肥对土壤和糙米
铜、锌、铁、锰和镉积累的影响
李本银%，!，黄绍敏%，张玉亭%，周东美!!，吴晓晨!，沈阿林%，徐建明E，李忠佩!
（% 河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，郑州 /’"""!；! 中国科学院南京土壤研究所，南京 !%"""?；
E 浙江大学环境与资源学院，杭州 E%""’?）
摘要：设施氮、磷、钾肥（(FG）、施氮、磷、钾肥兼稻草还田（(FGH）、施氮、磷、钾肥兼 !倍稻草还田（(FGH!）、施氮、磷、
钾肥兼施紫云英（(FGI）和施氮、磷、钾肥兼施猪粪 ’个处理的长期定位试验，探讨了长期施用有机肥对土壤和糙米
铜、锌、铁、锰和镉含量的影响。结果表明，土壤全铜、全锌和全镉因秸秆还田或施用紫云英、猪粪有明显提高，尤其
是施用猪粪，土壤全铜、全锌和全镉较仅施用氮、磷、钾肥分别增长 ’EJ+K、!EJ+K、/"+J!K，达到极显著水平；而全
铁和全锰各处理间没有显著差异。长期施用有机肥增加了土壤有效态铜、锌和镉含量，其中施用猪粪土壤有效铜、
锌和镉含量增加最为显著，分别比 (FG处理增长了 EE’J#K、E!"J?K、/!%J/K。长期施用猪粪明显地增加了糙米中
镉含量，并超过国家卫生标准。长期施用畜禽粪便类的有机肥对农产品的安全应予以足够的关注。
关键词：长期施用有机肥；土壤；糙米；微量元素
中图分类号：H%’?JE 文献标识码：- 文章编号：%""?$’"’L（!"%"）"%$"%!#$"&
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植物营养与肥料学报 !"%"，%+（%）：%!#$%E’
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有机肥料曾是农业生产的重要肥源之一，在粮
食生产中发挥了重要的作用。长期以来，许多学者
在施用有机肥改良土壤物理化学性质，培肥地力、提
高土壤微生物活性方面做了许多研究，并认为有机
肥在提高作物产量和改善品质等方面具有重要作
用［567］。有机肥种类主要有农家肥（厩肥）、农作物
秸秆、绿肥和商品有机肥、生物废弃物、污泥和畜禽
粪便等，它主要含有机质、氮、磷、钾、钙、镁以及微量
元素等，既能为作物提供氮、磷、钾大量元素，也能补
充作物必需的 84、9*、:$、;*、;"、<等微量元素，所
以一些企业将其经过一系列处理作为商用有机肥。
施用有机肥符合国内外学者提出的“有机农业”或
“生态农业”，强调有机肥在物质循环和环境保护上
具有不可替代的作用。
目前由于农村青壮年劳力向非农业领域转移，
农家肥、农作物秸秆和绿肥等传统有机物施用量有
明显减少趋势，秸秆的直接还田有可能影响播种育
苗、滋生病虫害，同时由于大众生活水平的提高和膳
食结构变化，需要家畜家禽养殖规模化和集约化，于
是产生的大量畜禽粪便会直接或间接地作为有机肥
施入农田。另外随着工业化和城市化进程的推进，
生物废弃物、城市污泥的产量也越来越高，这些物质
均有可能作为有机肥施入农田土壤。所以从 => 世
纪 ?>年代以来，越来越多的学者将有机肥研究的关
注点转移到大量施用有机肥对温室气体排放的影
响［@］，有机肥中氮、磷在土壤中的积累、迁移、淋溶风
险以及有机肥对水体富营养化贡献等领域［A6B］。现
在的有机肥已不同与传统意义的有机肥，研究表明，
施用有机肥会增加土壤重金属含量，大量施用导致
发生土壤次生盐渍化［C］，增加作物特别是蔬菜对重
金属吸收积累的风险［?］，影响土壤微生物的多样性
等［5>］。相对上述研究，大田作物如水稻施用有机肥
研究相对薄弱，特别是施用有机肥对糙米的影响研
究较少。所以本研究借助长期肥料定位试验，分析
长期施用不同种类有机肥对水稻耕层土壤微量元素
全量、有效态以及对糙米、稻草中微量元素和重金属
吸收积累的影响，为合理施用有机肥提供参考。
) 材料与方法
)*) 试验设计
长期定位试验位于江西省鹰潭市余江县，隶属
于中国科学院生态试验站，始于 5?C?年。该地年降
雨量 5BC@ ..，年均温 5BDCE，F 5>E积温 @@=CE。
每年种双季稻即早稻和晚稻（ !"#$% &%’()% G)），冬季
休耕。本试验的取样为 =>>A年晚稻，试验共有 @个
处理：5）施氮、磷、钾肥（对照，HIJ）；=）施氮、磷、钾
肥和本小区稻草全部还田（HIJK）；L）施氮、磷、钾肥
和 =倍于该小区稻草量还田（HIJK=）；7）施氮、磷、
钾肥和紫云英（HIJM）；@）施氮、磷、钾肥和猪粪
（HIJ;）。L个重复，小区面积 L> .=。氮肥为尿素，
施肥量为 H 5=> N+ O #.=，其中基肥施用量为 A5DA
N+ O #.=，剩余作为追肥施用；磷肥为钙镁磷肥，用量
为 I=P@ 5B= N+ O #.=；钾肥为氯化钾，用量为 J=P 5C>
N+ O #.=，磷、钾肥在水田翻耕时作为基肥全部施入。
紫云英施用量为 =@>>> N+ O #.=（以鲜重计），猪粪施
用量为 =@>> N+ O #.=（以干重计），HIJK和 HIJK= 稻
草还田量每年分别约为 LC>> N+ O #.= 或 BA>>
N+ O #.=，具体施用量随该处理小区的稻草实际生物
量。猪粪、紫云英（仅在早稻施入）和稻草均在稻田
翻耕时以基肥形式一次性施入。稻草、紫云英和猪
粪微量元素含量如表 5。
)*+ 样品采集与制备
土壤样品在晚稻收割时，每小区取耕层（>—5@
1.）土壤 ?个样点，混匀为一个土壤样品。土样经自
表 ) 试验在 ),-,!+../年期间施用的有机肥中铜、锌、铁、锰、镉的平均含量（01 2 31）
4567" ) 8"59 :%9;"9;( %< =>，?9，@"，89，59’ =’ A9 %&159A: <"&;A7AB"&( 5CC7A"’ A9 ;DA( "EC"&A0"9; ’>&A91 ),-,F+../
有机肥 P-+/*&1 %$-!&’&2$- 84 9* :$ ;* 8(
稻草 Q&1$ 3!-/R LDB 7?DA ==@D> 7ABD> >D?B
紫云英 8#&*$3$ .&’N S$!1# =ADB 55=D> =ABD> 5CLD> 5DB?
猪粪 I&+ ./*4-$ @>=D> @ALD> 575AD> LABD> 7DA@
>L5 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 5A卷
然风干后研磨先过 ! ""筛，供分析土壤微量元素
和重金属有效态用，然后取部分土样过 #$%&’ ""筛
供土壤全量分析。水稻分秸秆和子粒两部分称重计
产。秸秆先用自来水冲洗，再用去离子水冲洗干净，
放置于烘箱于 (#)烘干，剪碎用不锈钢粉碎机粉
碎。稻谷用砻谷机脱去稻谷外壳，所得糙米用高速
粉碎机粉碎，过 #$!* ""筛备用。
!"# 样品分析、质量控制及数据处理
土壤 +,值、有机质（-.）、速效磷、速效钾和碱
解氮含量等按常规方法［%%］测定。土壤 /0、12、34、
.2、56、/7 全量用 ,8-9 :,/;-& :,3消化，而水稻样
品采用 ,8-9 :,/;-& 消化［%%］。土壤微量元素和重
金属有效态含量采用 #$% "<; = > ,/;按水土比 %# ? %
连续浸提 ! @后离心过滤［%!］。土壤或植物样品的待
测液用 ,ABCD@A %E#—E#原子吸收仪测定 /0、12、34、
.2、/7含量。如果 /7 含量低于检测限，则在待测
液加入 8,&,!5-& 并使其浓度为 #$9F后用石墨炉
法测定。
本试验分析微量元素用的所有试验试剂均为优
级纯，定容所用的水为去离子重蒸水。所用的器皿
都在 !F 的洗涤剂中浸泡过夜，用自来水冲净后放
入 %*F（G = G）,8-9溶液中浸泡过夜，再用去离子水
冲洗干净，晾干后放保鲜袋中待用。每一批样品均
加入相应土壤或植株标样（HIJ#(&#%，HIJ#(&#!，
HIJ%##%#，HIJ%##%*）做质量控制，在标样符合推
荐值范围内，其结果可采用，否则重做。
所有数据用 K5KK %%$*软件，在 ! L #$#*水平下
进行统计分析。图表中有关氮、磷、钾、生物产量和
土壤:作物中的微量元素等数据，均在 ! L #$#*的置
信水平下比较（除特别注明外），以不同字母表示达
到显著差异水平。用 J$ 结果分析
$"! 长期施用有机肥对土壤基本理化性质的影响
长期不同施肥处理对土壤基本理化性质的影响
（表 !）看出，在施等量的氮、磷、钾肥的基础上，配合
施用不同量的水稻稻草、紫云英和猪粪，与 85N处
理相比，施用稻草、紫云英和猪粪，土壤 +,值有下
降趋势，尤其施紫云英的处理，+,下降最多，达 #$9!
个单位，并与 85N处理存在显著差异。其次，稻草
还田也能降低土壤 +,值，并且稻草还田量越大，土
壤 +, 下降就越多。这与在白浆土上稻草还田土壤
+,下降最多的结果相同［%9］。有研究指出，施用紫
云英比施用稻草更能提高土壤 +, 值［%&］，与本研究
施用紫云英更易降低土壤的 +, 值的结果不同。其
原因可能是紫云英分解过程中释放出较多的质子，
导致土壤 +, 降低。
长期施用稻草、紫云英和猪粪，均能提高土壤有
机质的含量，与 85N 相比，85NK、85NK!、85NH 和
85N.处理的土壤有机质分别提高 ’$%F、%9$OF、
%&$OF和 %O$9F；其中 85NH和 85N.处理有机质
显著高于 85N处理（! L #$#*）。
碱解氮的含量因施用稻草、紫云英、猪粪而增
长。相对于 85N处理，85NK、85NK!、85NH和 85N.
处理碱解氮含量分别增长 E$EF、%E$*F、!#$’F 和
%O$9F，并且均显著高于 85N 处理（! L #$#*）。
长期施用氮、磷、钾肥，以及氮、磷、钾肥与有机
物料配合施用，土壤有效磷含量均较高。鲁如坤
等［%*］研究表明，除 85N处理外，其他处理有效磷含
量都大于 %! "P = QP，对于水稻来说，土壤有效磷含量
属于高水平。在这种情况下，施用磷肥对水稻产量
没有影响。
表 $ 不同处理对土壤养分含量的影响
%&’() $ *++),- .+ -/)&-0)1-2 .1 13-/4)1- ,.1-)1-2 .+ 2.4(
处理
RM4CB"42B
+,
（% "<; = > N/;）
有机质
-.
（P = QP）
碱解氮
STCA; U 8
速效磷
STCA; U 5
速效钾
STCA; U N
（"P = QP）
85N &$9E C %9$’# 6 (!$9O 6 %#$*O D %!9$9( C
85NK &$9O C6 %*$%( C6 (E$(* C %9$O& 6D %!*$#! C
85NK! &$%9 C6 %*$(’ C6 E*$(* C %’$#O C6 %!E$O’ C
85NH &$#O 6 %*$’9 C E($*# C %&$E’ 6D %!*$#! C
85N. &$9# C6 %O$%( C E&$## C !&$&! C %9’$(! C
注（8U）；.—猪粪
5AP "C20M4U 数据后不同字母表示在 ! L #$#*水平下差异显著 YAZZ4M42B ;4BB4MW Z<;;%9%%期 李本银，等：长期施用有机肥对土壤和糙米铜、铁、锌、锰和镉积累的影响
在不同施肥处理中，土壤速效钾含量均大于
!"# $% & ’%。据胡霭堂等［!(］总结的速效钾与肥效的
关系，可以得出本试验土壤钾含量较高，施用钾肥一
般无效。
!"! 不同施肥处理对土壤中铜、锌、铁、锰、镉全量
的影响
不同施肥处理，土壤中铜、锌、铁、锰、镉全量含
量如表 )。因为试验所施化学肥料是等量的氮、磷、
钾肥，如果忽略大气沉降、灌溉水等因素的影响，有
机肥施用量及其来源将是影响铜、锌、铁、锰、镉含量
的主要因子。
相对于 *+,处理，施用稻草、紫云英和猪粪均
能显著提高土壤铜含量，尤其是长期施用猪粪，土壤
铜含量增加了 -./01。适当增加土壤铜含量能提
高作物产量和品质，但同时应关注长期施用猪粪可
能带来的潜在环境问题。
施用不同有机肥能改变土壤锌含量。与 *+,
处理比较，*+,2、*+,2"、*+,3和 *+,4处理土壤锌
含量分别增长了 !/51、./51、./#1和 ")/.1，特别
是施用猪粪处理土壤锌含量增长最多（表 )）。如果
以 !## $% & ’% 含锌量作为红壤水稻土锌污染临界
值［!5］，应警惕长期施用含有高浓度锌的家禽粪便所
带来的农田污染问题。
表 # 不同施肥处理土壤全量铜、锌、铁、锰、镉的含量（$% & ’%）
()*+, # (-.)+ /-0+ 12，34，5,，64 )47 17 8-48,4.9).0-4/ 04 :)90-2/ ;,9.0+0<).0-4 .9,).$,4./
处理 6789:$8;: <= >; ?8 4; <@
*+, "./A B (./" B )/-" C !#. 9 !"! 9 #/!( @
*+,2 "5/# D (-/) B )/.. C !#. 9 !"" 9 #/!A B@
*+,2" "A/. D (5/" D )/)# C !#. 9 !"" 9 #/"" B
*+,3 "5/- D ((/A DB )/.) C !#. 9 !!A 9 #/)! D
*+,4 )A/! 9 50/" 9 )/.( C !#. 9 !"! 9 #/A! 9
在一定范围内，土壤铜、锌含量的增加可促进作
物生长，有利于品质改善，但对于镉来说，土壤镉含
量增高则可通过食物链对人畜产生危害。从表 )还
可看出，稻草还田、施用紫云英和猪粪，土壤镉含量
均较 *+,处理有了明显增加，分别增长了 !"/-1、
)5/-1、-)/A1和 .#(1。稻草还田增加土壤镉含量
的原因是因为磷肥中含有一定镉，稻草吸收积累大
量镉，还田后镉不断积累起来。紫云英有较强积累
镉的能力，长期施用紫云英也能显著增加土壤镉含
量。猪粪中含量较高浓度镉，施用猪粪显著增加了
土壤镉含量。长期不同施肥处理对土壤全量铁、锰
影响不大，且在不同施肥处理中土壤全铁、全锰差异
未达到显著水平。
随着社会经济的发展，我国畜牧养殖业发展迅
速，特别是集约化养殖的高速发展，畜禽养殖由过去
的分散经营（主要分布在农区）转变为现在的集中经
营，其主要分布在城郊或新城区，畜禽粪便类有机肥
有逐年增长趋势［!A］。但是一些企业为了片面追求
经济效益，往往向饲料中加入超过限量的铜、锌、铁、
锰、钴、硒、碘等微量元素［!0］，由于所添加的硫酸铜、
硫酸锌或氧化锌中铅、镉等重金属超过国家标
准［"#］，因而禽畜粪便中重金属含量远高于饲料本身
的重金属含量［!0，"!E""］。从本试验施用猪粪处理，造
成其耕层土壤铜、锌和镉含量远高于对照的结果，证
实了长期施用有机肥可能对土壤重金属积累有大的
影响［")］，而且，畜禽粪类有机肥大多用于回报率高
的蔬菜地上，这也就造成了有些蔬菜重金属含量的
超标。这提醒我们，应关注高含量重金属的有机肥
长期施用所造成的土壤和农产品污染的问题。
!"# 不同施肥处理对土壤铜、锌、铁、锰和镉有效态
含量的影响
表 .看出，不同施肥处理土壤有效铜含量由低
到的顺序为 *+, F *+,2 F *+,2" F *+,3 F
*+,4。与 *+,相比，*+,2、*+,2"、*+,3和 *+,4
处理土壤有效铜含量分别增加了 !-1、")1、.(1和
))-1，说明有机肥与化学肥料配合施用能增加土壤
有效铜含量；尤其是施用猪粪，能显著增加土壤有
效铜含量，这与因施用猪粪增加土壤铜全量相一致。
根据酸性土壤有效铜的分级与评价指标［!(］，*+,、
*+,2、*+,2"和 *+,3 . 个处理土壤有效铜含量在
"/!!./# $% & ’% 范围内，属中等水平。*+,4 处理
土壤有效铜含量大于 ( $% & ’%，含量很高。
长期施用有机肥改变了土壤有效锌含量（表
.）。与 *+,相比，*+,2、*+,2"、*+,3和 *+,4处
")! 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 !(卷
表 ! 不同处理土壤有效态铜、锌、铁、锰和镉的含量（"# $ %#）
&’()* ! +,’-)’()* ./-) 01，23，4*，53，06 7/37*389’8-/3. -3 ,’9-/1. :*98-)-;’8-/3 89*’8"*38.
处理 !"#$%&#’% () *’ +# ,’ (-
./0 1213 - 4256 - 673 8 43257 $ 7249 :
./0; 12<= 8: 1277 :- >4> $ 4923= $ 724= 8:
./0;1 125< 8: 1266 8 >4= $ 432<7 $ 724> 8
./0? 321= 8 1239 : >97 $ >294 8 7234 8
./0, >251 $ 529> $ >33 $ 43273 $ 7253 $
理土壤有效锌含量分别增加了 4129@、=426@、
342<@、342<@和 31726@。说明稻草还田、施用紫
云英和猪粪都能提高土壤有效锌含量，尤其是施用
猪粪对提高土壤有效锌含量有明显效果。根据土壤
有效锌分级与评价［4=］，./0、./0;、./0;1 和 ./0?
等 9个处理土壤有效锌含量在 42=!327 &A B CA范围
内，属于中等水平；./0, 处理土壤有效锌含量很
高，D <27 &A B CA。
从表 9 还看出，与 ./0 相比，./0;、./0;1、
./0?和 ./0, 处理土壤有效铁含量分别增长了
4929@、4924@、4524@和 4=@，施有机肥显著提高
了土壤有效铁的含量（ ! E 727<）。与 ./0相比，施
用有机肥处理土壤有效锰含量有降低趋势（除 ./0;
外），尤其是 ./0? 处理，土壤有效锰含量减少了
34@。这可能与 ./0?处理施用紫云英导致 FG下
降有关，低 FG能促进有效锰向耕层以下淋溶，进而
影响了耕层有效锰的含量。
土壤有效镉含量随施用有机肥不同而有所变化
（表 9）。< 个处理土壤有效镉含量大小的顺序为：
./0, D ./0? D ./0;1 D ./0; D ./0。与 ./0
处理相比，./0;、./0;1、./0?和 ./0,处理有效镉
含 量 分 别 增 长 了 4921@、3<25@、41129@ 和
91429@，这说明稻草还田、施用紫云英和猪粪，尤其
是施用猪粪能显著提高土壤有效镉含量。
<=! 不同施肥处理糙米中微量元素和镉的含量
不同施肥处理糙米中微量元素和镉的含量见表
<。从表 <可以看出，在全部处理中，糙米中铜含量
为 926处理间也没有达到显著差异水平。糙米中锌含量变
化不大（142<5!132=< &A B CA），除 ./0和 ./0?处理
间有显著差异外，./0、./0;、./0;1 和 ./0,处理
间没有显著差异。与 ./0处理相比，施用有机肥有
增加糙米中锰含量的趋势，其他没有明显差异。
施用有机肥对糙米中镉含量有较大影响。
./0;、./0;1、./0?和 ./0, 9 个处理糙米镉含量
分别为 721>、7297、72=9和 4299 &A B CA，均超过了国
家食品卫生标准（ D 721 &A B CA）。与 ./0 相比，
./0;、./0;1、./0?和 ./0,处理糙米镉含量分别
增长了 6423@、4<7@、377@和 677@。这是因为施
用有机肥能够增加土壤镉全量和有效态含量（表 3
和表 9）。其中，土壤有效态镉基本上占土壤全镉的
6=@左右，即绝大部分是有效态镉，易被水稻吸收利
用。另外镉从茎秆向子粒迁移率也是很高，所以糙
米中镉含量很高。
表 > 不同施肥处理糙米中铜、锌、铁、锰、镉的含量（"# $ %#）
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处理 !"#$%&#’% () *’ +# ,’ (-
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./0, <233 $ 11273 $8 =29= $ 6211 $8 4299 $
@ 讨论与结论
微量元素的吸收转移受到很多因素的影响，如
作物品种、土壤类型，土壤物化性质。本试验仅考虑
土壤理化性质如 FG、土壤有机质含量，土壤微量元
素全量及有效态含量与糙米的关系，经逐步回归分
析，发现微量元素有效态含量与糙米 (-含量有如下
关系：H I 426=71，;M I
3344期 李本银，等：长期施用有机肥对土壤和糙米铜、铁、锌、锰和镉积累的影响
!"#$%），其中 &为糙米 ’(含量（)* + ,*），-为有效态
’(含量（)* + ,*），!./(0为调整后相关系数的平方，
12为标准误。可以看出，34、有机质等土壤理化性
质没有显著提高糙米 ’(含量的预测能力，而土壤有
效态 ’(浓度能较好地预测糙米 ’(含量。
把土壤有机质、34、土壤锌、铜、铁全量及其有
效态含量和糙米中锌含量作逐步回归相关分析发
现，全量或有效态量、34 值、有机质含量等与糙米
铜、锌、铁含量间无直线相关关系，即本试验全量或
有效态含量的提高，并不显著提高糙米中铜、锌、铁
含量，这可能与这些元素在水稻体内再次分配有关，
需要进一步深入研究。
结论：#）长期施用有机肥造成了土壤全铜、全
锌和全镉明显提高，尤其施用猪粪，土壤全铜、全锌
和全镉较仅施用氮、磷、钾肥有极显著的增长；而全
铁和全锰各处理间无显著差异。.）长期施用有机肥
增加了土壤有效态铜、锌和镉含量，其中施用猪粪土
壤有效铜、锌和镉含量增加最为显著。5）长期施用
养殖场的猪粪导致糙米中镉含量明显增加，并超过
国家卫生标准。
参 考 文 献：
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