文|面包夹知识

编辑|面包夹知识

«——【·前言·】——»

山药，又名薯蓣，薯蓣科，多年生宿根性蔓生植物，山药含有多糖、黄酮、薯蓣皂苷、多种蛋白质等成分。

我国山药种植历史悠久，品种繁多。各地方在长期的栽培过程中，由于环境和人工选择等原因，逐渐形成了一系列特色的地方品种。

例如，贵州安顺栽培山药已近400年历史，地区栽培本地种源形成地方特色品种“安顺山药”，其根壮茎短，肉肥厚，质坚实，久煮不粘汤，入口软绵糯滑，具有极高的食用药用价值。

土壤是农业生产中维持生产力、保障植物良好生长的基础量度，其理化性质特征优劣将直接影响药材的产量和品质。

«——【·土壤中矿质元素不仅影响植·】——»

物生理代谢活动和根系营养，还是药食同源植物的有效营养成分或药用成分的构成因子。

作为块茎类作物，山药的生长发育和品质深受土壤环境的影响。

根据GB/T19630有机产品标准以及其他农业条例原则和标准的要求，山药的优质生产栽培对土壤环境条件、生长技术、施肥种类等均有严格规定。

近年来，由于长期的连续种植，大量化肥、农药的使用，以及工业污染等原因，造成土壤板结、肥力下降、有害微生物侵害、重金属污染等现象严重，导致安顺山药产量无法提高，品质降低。

重金属对植物生长发育以及人类健康均有着巨大的毒害威胁，土壤重金属污染是限制食品药品安全和生态农业发展的重要因素，是目前最严重的生态环境问题之一。

目前针对土壤重金属治理的措施主要有物理修复、化学修复和生物修复等。

中国是世界上最大的食用菌生产国，占全球食用菌产量的75%。尽管食用菌生产对世界各地的人们具有重要的经济价值，但其每年产生的菌渣达5～214万t，这带来了废物处理问题，对环境造成了麻烦。

堆肥是一种环保技术，以菌渣为原料与褐煤共堆肥生产高价值有机肥，避免了因丢弃和焚烧菌渣过程中对环境的污染和资源浪费，对生态环境和农业资源利用均有积极意义。

此外，许多研究表明中药复方制剂有机肥富含纤维素、蛋白质、微量元素等营养成分，还兼备了中药特有的活性成分，具有抗病杀菌等作用，在土壤改良，病虫害防治，品质提升等方面有显著功效。

且丰富的有机质和有益微生物，还可以通过吸附、固定土壤中的重金属离子，降低其生物有效性，进而减少作物对重金属的生物富集，是当前农业可持续发展和绿色有机种植的重要肥料类型。

但也研究指出，有机肥中重金属超标问题较严重，且能活化土壤重金属活性，这与有机肥的原料密切相关，2018年，美国西部某地进行有机肥料产品质量监督抽查，结果合格率79.3%，当地政府也，责令企业召回不合格产品并限期整改。

长期施用猪粪等有机肥虽然显著改善了土壤化学性质，但显著提高了土壤有效态Cu、Zn、Cr、Cd、As和Fe的含量。而且施用有机肥降低了土壤pH值。

活化土壤营养元素的同时，也会影响土壤重金属的形态，改变重金属的生物有效性等。

因此，制备生物有机肥的原材料、方式、试验条件等不同，对重金属的影响状况不同。有机肥原料对有机肥成分的影响，各类生物有机肥的施用对土壤重金属含量变化，生物有效性以及对植物积累重金属的影响仍值得重视。

利用菌渣、植物源中草药等为原料，加入磷石膏、褐煤灰等矿物质，利用活性氨基酸发酵法制成菌渣发酵肥和活性氨基酸功能性药肥。

在安顺山药种植基地进行大施肥试验，分析不同施肥处理下安顺山药不同生长时期，立地土壤和植物重金属的变化特征。

两种有机肥单独、化肥配施对土壤及山药块茎重金属的影响，为安顺山药的清洁种植及生物有机肥的安全开发提供科学理论依据。

«——【·材料与方法·】——»

本试验于安顺市西秀区大西桥镇鲍屯新村安顺山药种植基地进行，地处106°14′62″E，26°33′80″N，属于低山丘陵地带，平坦地势分布较多，且土层深厚松软，为酸性黄壤，土壤养分含量丰富（表1）。

大部分地区适宜山药的生长，农民种植山药时间较长，区内已形成一定规模，山药总生产规模1.5万亩，年总产量3.0万t以上。

功能性药肥：活性腐殖酸40%，功能性药肥基质40%，磷石膏20%，配比混合物，搅拌，自然堆放发酵10～15d后，干燥后粉碎造粒作为基肥施用。活性腐殖酸、功能性药肥基质的制备方法参见专利

“一种利用活性腐殖酸发酵制备功能性药肥的方法”。

菌渣发酵肥：利用菌棒包括香菇、平菇、猴头菇、灵芝、黑木耳等药食用菌菌糠种植栽培出菇后的菌棒，粉碎后按固液比1∶10，加入纤维素酶、果胶酶菌剂和酒曲进行发酵15d后，分离固体物质干燥后，进行粉碎和造粒作为基肥施用。

复合肥为18-18-18复合肥，即100kg肥料中含有18kg氮、18kg五氧化二磷和18kg氧化钾，氮磷钾比例为1∶1∶1。试验用山药品种为安顺山药。

如表2所示，采用随机区组设计进行大田实验，试验共设置5个处理（表2），每个处理平行设置3个重复，共15个小区，每个试验小区30m2。

有机肥与复合肥在施用前按比例进行混合后施用。各处理在山药栽种时施用基肥（150kg/小区），在山药块茎膨大初期（60kg/小区）和膨大后期（90kg/小区）进行追肥两次。

每个小区共施入量为300kg。菌渣发酵肥、功能性药肥和复合肥中重金属含量情况见表3。

分别在施肥前、追肥后间接相等的时间采集根区15cm耕作层土壤，直至收获。采样时避开施肥点。

每个小区均匀分布样点，采集3个样点，15个小区共采集45个样点。取样时采用木制器具以避免重金属残留，样品采集后立即带回实验室进行通风晾干处理，四分法缩减后研磨过筛装袋备用。

计算山药重金属富集系数（BCF）和各器官对重金属的转移系数（BTF），公式如下：

根据薯类及块茎类蔬菜污染指标，选取了Cr、Cd、Pb、Hg和As作为山药重金属污染评价指标（表4）。

采用单因子指数和N.L.Nemerow综合指数法对土壤及山药中重金属污染进行评价，公式如下：

式（4）中：Pi为重金属i的单项污染指数，当Pi＞1时，即为污染，Ci为重金属i的平均值；Si为重金属i的标准限量值（表4）。

有重金属单因子污染指数中最大值的平方；(Pi)2ave为样品中所有重金属中单项污染因子的平均值的平方。

分级具体方法参照国家农业行业标准《农田土壤环境质量监测技术规范》（NY/T395−2012）进行，评价等级见表5。

此方法中RfD参照美国环保署规定的安全限量和世界卫生组织暂定的可耐受摄入量（表6）。

«——【·结果与分析·】——»

pH值是影响重金属含量变化特征的主要因素，不同处理措施下安顺山药块茎膨大期土壤pH均明显下降，到收获期又上升，其中70%功能性药肥+30%复合肥处理组（GYF）变化幅度最大，未施肥对照组（CK）变化幅度最小（表7）。

不同施肥处理均明显增加了土壤有机质（SOM）含量，其中功能性药肥处理组（GY）组的SOM含量增长最明显（表7）。

污染物超过土壤污染风险筛选值时，对安顺山药质量安全、植物生长和土壤生态环境可能存在风险，应当加强土壤环境监测和山药产品协调监测，采取安全利益措施。

对块茎膨大期山药的地上部位的茎叶（Ⅱ-y）和地下根茎（Ⅱ-g）、收获期的根茎（Ⅲ-g）进行样品采集，分析重金属含量变化特征。

不同施肥处理下山药，各生长期和不同部位重金属含量有所差异，除CK和GYF处理的膨大期的山药根单因子污染指数法（Pi）能衡量每一个重金属因子的污染程度和对综合污染的贡献程度，由表8可知。

山药因具有丰富的营养成分和活性成分，是广受大众喜爱的药食同源食材，山药根茎是其药食用。

因此对收获的安顺山药块茎中Cu、Cd、Cr、Hg、As和Pb这6种重金属进行经口途径的健康风险评价，Ni在蔬菜类中无相关限量标准，因此此处不予评价。

由表9可知，不同施肥措施处理下安顺山药块茎中6种重金属的单因素危险商和综合危险指数均小于1，不存在非致癌健康风险。

其中重金属Pb、Cd、Cr、As是致癌重金属，由表10可知，不同处理下山药块茎中4种重金属的致癌风险指数CRisk。

在成人中为2.23×10–9～1.79×10–6，儿童CRisk为2.34×10–9～1.88×10–6。成人和儿童的TCRisk为2.55×10–9～4.42×10–6之间，CRisk指数和TCRisk指数均低于1×10–4，不存在致癌风险。

转运系数表示重金属从根茎向地上部转移的能力，由表11可知，在块茎膨大期山药对不同重金属的转运能力有所差异。

整体而言，7种重金属的平均转移系数不同的施肥措施均提高了山药对重金属综合转运能力，将重金属从根茎不断往地上部分运输，这可能是导致膨大期山药根茎重金属含量下降的原因。

利用因子分析法对各施肥处理对土壤和山药重金属影响进行综合评价，得分如表12所示，得分越高表示该处理对重金属增加的影响越明显。不同施肥处理对土壤和山药中重金属的影响有所不同。

在土壤中，膨大期和收获期均是GYF处理的综合得分最高，明显高于对照和其他处理，表明GYF（功能性药肥+复合肥）配施对土壤重金属污染影响最大，GY和JZ在膨大期和收获期均低于CK。

«——【·讨论·】——»

近年来，有机肥研究发展迅速，各类资源废弃物得以循环再利用。废弃菌棒发酵后产生大量生物炭，有利于改善土壤结构，钝化和修复土壤重金属污染。

我国是草本中药大国，植物源中草药作为有机肥的堆肥原料进行研发功能性有机肥也是近年来的研究热点。

磷石膏是磷矿生产中伴生的副产物，在贵州有着大量的磷矿产业，磷石膏废弃物。

再生利用一直是亟待解决的难题。近年来由于其含有丰富的钙、硅、磷等矿质元素，在农业方面被作为土壤调理剂和改良剂，但目前对磷石膏的利用率仍较低。

因此，无论是有机肥单施或者是有机无机配施在长期的农业生产中均需考虑生态效益和环境承载力，避免造成环境和食品安全。

在发展有机肥的同时应加大有机肥重金属的脱离技术，从绿色、科学可持续的角度出发，发展绿色、清洁、有效的综合性功能有机肥。

从根本上解决土壤重金属污染问题，维持土壤生物系统稳定，保证当今现代化农业的清洁生产和农产品安全。