重金屬對豬糞在茶園土壤中礦化的影響

戴 婷，章明奎

(浙江大學 環境與資源學院浙江省亞熱帶土壤與植物營養重點研究實驗室，浙江 杭州 310029)

近年來，我國畜禽養殖業迅速發展，產生大量的畜禽糞便。畜禽糞便能提供土壤養分，改善土壤物理性，提高土壤肥力，作為土壤改良劑在農業中應用已有很長歷史。但目前的畜禽糞便成分與以往有很大的不同，各種元素添加劑的廣泛應用使畜禽糞便含有高量的銅 (Cu)、鋅 (Zn)等重金屬。據報道［1-3］，某些畜禽糞便中 Cu、Zn含量可達數千 mg·kg-1。含有高量重金屬的有機肥施入農田后，其重金屬不僅可在土壤中積累，通過食物鏈對人類健康造成威脅［4］，還可能影響有機物在土壤中的循環。研究表明［5-6］，土壤中重金屬的積累或進入土壤中的植物殘體含較高的重金屬含量均會影響土壤中有機物的礦化，因此豬糞中Cu、Zn的積累也有可能影響豬糞在土壤中的礦化，對此我們進行了試驗驗證。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤為杭州西郊茶園土壤，土壤類型為黃筋泥 (紅壤土類)。土樣過5 mm篩混勻，供培養試驗;另取部分過5 mm篩土樣，風干后分別過2 mm篩和0.15 mm篩，供理化性質測定。供試土壤基本性質如下:pH值5.53，有機碳13.4 g·kg-1，全氮 1.21 g·kg-1，C/N 比 11.1，Cu、Zn、Pb、As、Cd、Cr和 Hg含量分別為 37.28、87.56、43.26、7.14、0.31、53.42、0.29 mg·kg-1。 供試豬糞采自規模化養殖場，在調研分析的基礎上，從28個樣品中篩選了5個含Cu和Zn差異明顯且C、N、C/N水平較為接近的豬糞用于培養試驗。豬糞樣經室溫風干、粉碎過2 mm篩。將300目的尼龍網縫成10 cm×5 cm的長方形袋，每袋裝入相當于4 g烘干樣的豬糞樣封口、備用。供試豬糞的基本性質見表1。

1.2 試驗設計

試驗采用袋埋法。取30 cm×40 cm×25 cm(高)的塑料框5個，分別裝入20 cm厚的過5 mm篩土樣。按豬糞類別，每個塑料框中埋入裝有豬糞的尼龍網袋各36袋，袋頂離土表5 cm以上。加入適量去離子水使含水量達到田間持水量的75%，在20～25℃下培養。分別培養2、4、6、8和12個月后，從每個處理中各取4袋，小心去除網袋外的土壤，取出內含物在105℃下烘干稱重，計算殘留比例。同時，測定內含物中 Cu、Zn含量。另外，分別在培養2、30、120和240 d后各取4袋，小心去除袋外土壤，測定豬糞的呼吸強度。

呼吸強度測定方法。樣品轉入500 mL培養瓶底部，保持土壤含水量為濕潤狀態。每只培養瓶內放入25 mL小燒杯，加入1 mol·L-1NaOH溶液10 mL，加蓋密封于25℃下恒溫培養2 d，測定 CO2釋放量;同時設空白對照。

表1 供試豬糞的農化性質

有機肥中重金屬元素分析采用HNO3-HClO4-HF三酸消化［7］，石墨爐-原子吸收光譜法測定。

2 結果與分析

2.1 Cu、Zn對豬糞呼吸強度的影響

表2為5個含不同Cu、Zn含量豬糞在不同培養時間時的呼吸強度。從表2可知，培養初期(表中第2天)各豬糞樣的呼吸強度差異不大，呼吸產生的CO2-C均在5 g·kg-1·d-1左右，這可能與培養初期豬糞含有較多易礦化有機物 (特別是DOC)、而易礦化有機物的礦化不受樣品中重金屬含量的影響有關。培養30 d后，豬糞樣的呼吸強度明顯受到Cu、Zn含量的影響，呼吸強度隨樣品中Cu、Zn含量的增加而下降，表明高濃度的 Cu、Zn可抑制豬糞中有機物的礦化。培養120 d后，這種影響依然存在，但程度明顯下降。但到第240天時，豬糞中Cu、Zn水平對呼吸強度已無明顯影響，這可能與豬糞中絕大部分易礦化有機物已基本礦化，而Cu、Zn相對較低的豬糞前期礦化了較多的有機物、其礦化勢逐漸下降等有關。

表2 不同培養時間的豬糞呼吸強度

2.2 豬糞中Cu、Zn濃度的經時變化

從表3可知，隨著培養時間的延長和豬糞的不斷被礦化，殘留在豬糞中的Cu、Zn含量也逐漸增加。培養12個月后，殘留豬糞中Cu含量比試驗初期增加了32% ～65%，Zn增加了4% ～95%。殘留豬糞中Cu、Zn的進一步積累會在一定程度上加深對有機物質礦化的影響。

表3 培養過程中豬糞Cu、Zn含量的變化

2.3 豬糞的礦化速率

表4為培養2、4、6、8和12個月后殘留豬糞的比例。從表4可知，不同Cu、Zn含量的豬糞的礦化速率有很大差異。殘留的豬糞比例均隨豬糞中Cu、Zn等重金屬含量的增加而增加，表明豬糞中的Cu、Zn水平對豬糞的礦化有明顯影響。這種影響在培養前8個月最為明顯，此后有所減弱。至培養結束 (12個月)時，豬糞降解殘留量由Cu、Zn較低的 19.44%增加至 Cu、Zn含量較高的28.74%。

土壤中有機質的礦化是微生物作用下的生物學過程。礦化速率除受有機物本身的化學組成影響外，還受土壤微生物組成與活性等環境因子的影響。由于土壤重金屬的積累可影響土壤微生物的活性，因此，土壤重金屬的污染可改變土壤有機物的礦化速率。Cotrufo等［6］研究發現，污染環境有利于植物殘落物的積累。Hattori［8］的研究表明，重金屬加入土壤可降低稻稈的生物降解。Salt等［9］研究認為，重金屬在植物組織中的分配也會影響不同植物組織的礦化。由此可見，豬糞等有機物料中重金屬的存在在一定程度上會影響其在土壤中的礦化和循環。

表4 豬糞在土壤中的殘留比例

3 小結

豬糞施入土壤初期，豬糞中Cu、Zn水平對豬糞呼吸強度影響不大;培養30～120 d后，豬糞的碳呼吸強度隨豬糞中Cu、Zn含量的增加而逐漸減弱，礦化速率隨之下降。試驗結束時 (1年后)，隨豬糞中 Cu、Zn含量增加，豬糞殘留率由19.44%增加到28.74%。由此可見，豬糞等有機物料中重金屬的存在一定程度上會影響其在土壤中的礦化和循環。

［1］ 黃玉溢，劉斌，陳桂芬，等.規模化養殖場地豬配合飼料和糞便中重金屬含量研究 ［J］.廣西農業科學，2007，38(5):544-546.

［2］ 郝秀珍，周東美.畜禽糞中重金屬的環境行為研究進展［J］. 土壤，2007，39(4):509-513.

［3］ 劉榮樂，李書田，王秀斌，等.我國商品有機肥料和有機廢棄物中重金屬的含量分析 ［J］.農業環境科學學報，2005，24(2):392-397.

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［5］ Filcheva E.Effect of heavy metal contamination on the rate of decomsition of sewage sludge and microbial activity ［J］.Applied Geochemistry，1996，11:331-333.

［6］ Cotrufo M F，Santo A V D，Alfani A，et al.Effects of urban heavy metal pollution on organic matter decomposition in Quercus ilex L.woods［J］.Environmental Pollution，1995，89:81-87.

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