沼液灌溉對(duì)土壤滲濾液重金屬含量的影響

黃宇民,葉晶,苗紀(jì)法+康群+李艷薔+李兆華

作者簡介：黃宇民（1987—），男，湖北恩施人,湖北大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院碩士研究生。中圖分類號(hào)：X703文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944(2014)05021503

1引言

在規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖過程中,為防止畜禽疾病、促進(jìn)畜禽生長和提高飼料利用率,一些重金屬元素如Cr、Cu、Zn制劑等被添加到畜禽飼料中已非常普遍［1］。而實(shí)際上,畜禽對(duì)重金屬元素的利用率很低,只有極少部分能被吸收,絕大部分隨畜禽糞便排出體外后經(jīng)發(fā)酵變成沼液。隨著飼料添加劑的不斷增加,沼液中部分污染物的含量大大超出農(nóng)田灌溉水的限制標(biāo)準(zhǔn)。長期施用含有Cr、Cd、Cu、Zn的糞便,將會(huì)造成其在農(nóng)田土壤不斷積累，因而對(duì)農(nóng)產(chǎn)品、土壤環(huán)境和土壤滲濾液具有潛在不良影響，從而增加對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量和農(nóng)產(chǎn)品污染的風(fēng)險(xiǎn)性，通過食物鏈對(duì)人類健康造成不良影響［2］。

目前大多數(shù)研究主要集中在沼液中重金屬對(duì)土壤質(zhì)量的影響和農(nóng)作物產(chǎn)量與品質(zhì)的影響,對(duì)土壤滲濾液的研究報(bào)道較少。基于這一現(xiàn)狀,本文章試圖研究不同施肥處理對(duì)土壤滲濾液的影響,從而能更全面的研究沼液重金屬對(duì)環(huán)境的影響。

2材料與方法

2.1試驗(yàn)時(shí)間和地點(diǎn)

本試驗(yàn)于溫室中進(jìn)行,從2012年11月初開始至2013年5月初結(jié)束。

2.2試驗(yàn)處理

試驗(yàn)共分5個(gè)處理,其中A1~A6為空白對(duì)照,B1~B9施用復(fù)合肥,C1~C2施用有機(jī)肥料,D1~D2澆灌沼液原液,E1~E2澆灌稀釋30倍的沼液,各處理肥料施用量如表1。盆栽試驗(yàn)在容積25L的圓形塑料桶上進(jìn)行,桶底圓心處鉆一個(gè)半徑4cm的小孔,并將桶置于一個(gè)塑料盆內(nèi),用塑料薄膜和膠帶將桶與盆之間的空隙密封,盆用于收集滲濾液,薄膜用于防止?jié)B濾液蒸發(fā)(圖1)。

2.3試驗(yàn)材料

2.3.1供試沼液

本研究所用沼液取自湖北省天門健康集團(tuán)股份有限公司豬場沼氣發(fā)酵系統(tǒng)。主要污染物濃度見表2。

表1不同施肥處理量

處理施肥量第1次第2次第3、4、5……15、16次A220mL水220mL水同第2次B220mL水+90g有機(jī)肥220mL水同第2次C220mL水+10g復(fù)合肥220mL水同第2次D220mL沼液原液220mL沼液原液同第2次E220mL稀釋30倍沼液220mL稀釋30倍沼液同第2次

圖1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)示意圖

表2供試沼液中指標(biāo)含量

Cr/(mg/L)Cd/(mg/L)Cu/(mg/L)Zn/(mg/L)0.3880.0090.4720.430

2.3.2供試土壤

武漢市武昌區(qū)沙湖周邊遠(yuǎn)離城區(qū)、無工業(yè)“三廢”污染一般土壤,黃棕壤(Cu=0.0793mg/g、Zn=02467mg/g、Pb=0.0476mg/g、Cr=0.09583mg/g,pH=7.8),土壤質(zhì)量符合《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定。

2.4測定項(xiàng)目與方法

2.4.1水樣采集

按照萵苣生長期,在2012年5月初,按組分別采集各株萵苣盆栽塑料盆中的滲濾液,并依次編號(hào)。

2.4.2水樣重金屬的測定

根據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版)》,采用直接吸入火焰原子吸收法測定各水樣和沼液中的Cr、Cu、Cd和Zn的濃度和總量;采用火焰原子吸收法測定各水樣和沼液原液中的鉻的濃度和總量。

2.4.3試驗(yàn)結(jié)果處理

試驗(yàn)結(jié)果采用Excel和Spss軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和作圖。

3結(jié)果與分析

3.1沼液灌溉對(duì)土壤水質(zhì)中鉻(Cr)的影響

對(duì)試驗(yàn)測得的鉻(Cr)的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析,結(jié)果顯示處理組4與處理組1、處理組2、處理組3和處理組5之間存在顯著差異(P=0.010、P=0.004、P=0.005、P=0.003),而處理組1、處理組2、處理組3、處理組5兩兩之間顯著性都大于0.05,說明這幾組之間的差異不顯著。Cr濃度均值圖如圖2,由圖可見采用沼液原液灌溉的第4組的滲濾液中Cr的濃度明顯的超過了其他各處理組;采用稀釋30倍沼液灌溉的第5組和采用常規(guī)施肥的處理組的Cr的濃度差異不大。經(jīng)計(jì)算,處理組4的土壤滲濾液中Cr的平均濃度為0.45mg/L,大于農(nóng)田灌溉用水標(biāo)準(zhǔn)中Cr的濃度0.100mg/L。

圖2Cr濃度均值圖

3.2沼液灌溉對(duì)土壤水質(zhì)中鎘(Cd)的影響

對(duì)試驗(yàn)測得的鎘(Cd)的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析,結(jié)果顯示處理組4與處理組1和處理組2之間存在顯著差異(P=0.027、P=0.010),處理組4與處理組3和處理組5之間差異不顯著,處理組5與處理組1、處理組2、處理組3和處理組4之間差異不明顯。Cd濃度均值圖如圖3,由圖可見隨著濃度的增加,土壤滲濾液中Cd的濃度呈上升的趨勢。采用沼液原液灌溉的第4組的滲濾液中Cd的濃度明顯的超過了其他各處理組;采用稀釋30倍沼液灌溉的第5組Cd的濃度比采用常規(guī)施肥的處理組的Cd的濃度略高一點(diǎn)。經(jīng)計(jì)算,處理組4的土壤滲濾液中Cd的平均濃度為0.019mg/L,大于農(nóng)田灌溉用水標(biāo)準(zhǔn)中Cd的濃度0.005mg/L。

圖3Cd濃度均值圖

3.3沼液灌溉對(duì)土壤水質(zhì)中銅(Cu)的影響

對(duì)試驗(yàn)測得的銅(Cu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析,結(jié)果顯示(圖4)處理組1、處理組2、處理組3、處理組4和處理組5兩兩之間顯著都大于0.05,說明各處理組之間差異不明顯。但是,和其他處理組相比,處理組4與處理組2和處理組3之間雖差異不明顯,但是有一定的區(qū)別。經(jīng)計(jì)算,處理組4的土壤滲濾液中Cu的平均濃度為054mg/L,符合農(nóng)田灌溉用水標(biāo)準(zhǔn)中Cd的濃度1000mg/L。

圖4Cu濃度均值圖

3.4沼液灌溉對(duì)土壤水質(zhì)中鋅(Zn)的影響

對(duì)試驗(yàn)測得的鋅(Zn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,結(jié)果顯示（圖5）用沼液原液灌溉的處理組4的滲濾液Zn的濃度明顯大于其他各組滲濾液Zn的濃度,而用稀釋30倍的沼液灌溉的處理組5的滲濾液Zn的濃度與處理組1、處理組2和處理組3中的滲濾液Zn的濃度差異不大。經(jīng)計(jì)算,處理組4的土壤滲濾液中Zn的平均濃度為0.15mg/L,符合農(nóng)田灌溉用水標(biāo)準(zhǔn)中Zn的濃度2.000mg/L。

圖5Zn濃度均值圖

4結(jié)語

本試驗(yàn)使用的沼液中重金屬Cr、Cd、Cu、Zn進(jìn)入“土壤-植物-滲濾液”系統(tǒng)之后,部分被植物吸收,部分截留在土壤中,部分進(jìn)入土壤滲濾液中。試驗(yàn)結(jié)果顯示,施用沼液原液的處理組的滲濾液中重金屬Cr、Cd、Cu、Zn的濃度明顯高于其他各組滲濾液重金屬濃度,與張馨蔚［3］的結(jié)果一致,說明灌溉沼液原液會(huì)增加土壤滲濾液中重金屬的濃度。施用稀釋30倍沼液的處理組的滲濾液中重金屬Cd、Cu的濃度高于施用復(fù)合肥和有機(jī)肥處理組的滲濾液中重金屬Cd、Cu的濃度,而Cr、Zn的濃度未呈現(xiàn)這一趨勢,是否是土壤對(duì)Cr、Zn的吸附或植物對(duì)Cr、Zn的富集的原因還需進(jìn)一步研究。

試驗(yàn)結(jié)果顯示施用復(fù)合肥和有機(jī)肥的處理組的滲濾液中重金屬Cr、Cd的濃度高于農(nóng)田灌溉用水標(biāo)準(zhǔn)中

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