畜禽糞便重金屬在土壤中的累積效應研究

■李　艷　莊　園陳　志強　韓德昌（沈陽理工大學環境與化學工程學院遼寧沈陽059；鐵嶺市城市污水處理管理中心遼寧鐵嶺000）

畜禽糞便重金屬在土壤中的累積效應研究

■李艷1莊園1陳志強2韓德昌1
（1沈陽理工大學環境與化學工程學院遼寧沈陽110159；2鐵嶺市城市污水處理管理中心遼寧鐵嶺112000）

通過重金屬全量測定試驗，研究了我國東北某地區牛糞中重金屬含量及其在土壤中的累積效應。結果表明，2個規?；B牛場牛糞中Cu、Zn、Pb、Cd含量均在國家限制標準以內，其中Cu含量分別僅為標準值的4.12%和4.91%，Zn含量分別為標準值的25.46%和26.45%，Pb和Cd的含量達到標準值的50%以上；牛糞中4種重金屬在土壤中的累積效應明顯，且0-20cm土壤中Cu和20-30cm土壤中Cu、Zn的累積量與牛糞施用年限相關性顯著，相關系數分別為0.950、0.953和0.951，土壤中Pb、Cd含量與施用年限的關系相關性不顯著；不同深度土壤重金屬累積情況不同，Cu、Zn含量增長幅度交替上升，最終含量無明顯差別，Pb含量在0-20cm土壤樣品中含量大于20-30cm土壤中的含量，Cd的情況相反。

畜禽糞便重金屬累積效應

0　引言

土壤污染主要是由人類生產、生活產生的“三廢”物質通過大氣、水體、生物等進入土壤，當廢棄物質的量超過土壤自身承載能力時，就會對土壤生態系統產生一定的影響，從而引起土壤的組成、結構以及功能發生變化。

近些年畜牧業迅猛發展，畜禽糞便排放量逐年增加，2010年我國集約化養殖場的畜禽糞便總排放量為19.0億t，2020年將比2010年增長26.9%達到24億t，但畜禽糞便無害化處理并未廣泛應用，大部分畜禽糞便仍以農家肥的形式施用于耕地土壤，從而加重了土壤污染風險。尤其是糞便中的重金屬，污染潛伏時間長，且多數重金屬性質穩定，不易降解，嚴重污染土壤。

土壤中重金屬元素含量的差異與累積變化規律，對合理利用土地，防止土壤重金屬過度累積導致土壤質量退化具有重要理論意義和實用價值。本文對我國某地區牛糞中重金屬在農業用地土壤中的累積效應進行研究，根據牛糞重金屬在土壤中的累積情況，為畜禽糞便無害化管理及土壤重金屬污染防治提供理論依據。

1　材料與方法

1.1樣品采集

（1）樣品來源。試驗用土壤為我國東北某地區玉米地土壤，試驗用牛糞取自規?；B牛場。

（2）采集方法。土壤采集按照施用糞便年份的不同分別進行：采取從地表起0～20cm和20～30cm為一個采樣層，取樣方法為段取，即在該取樣層內，自上而下，全層均勻取土。將樣品平鋪在制樣板上，用木棍碾壓，并將植物殘體、石塊等浸入體剔除干凈，用四分法取出一部分樣品裝入自封袋并編號。牛糞成堆存放，每20cm選取一個樣點采樣0.5kg，混合均勻，用四分法取1kg左右，裝入自封袋編號保存。

1.2重金屬全量測定

（1）稱樣消煮。稱取適量土壤或牛糞樣品恒溫干燥，經過20mm尼龍篩，取1g樣品于50ml錐形瓶加入6ml濃HCl和2ml濃HNO3靜置過夜，次日150℃條件下消煮，消煮完成后取下三角瓶冷卻。

（2）定容過濾。消煮后的樣品轉入50ml容量瓶定容，搖勻，將定容后的試樣過濾于50ml試管。

（3）采用原子吸收分光光度法（火焰原子分光光度計）對溶液中的Cu、Zn、Pb、Cd等4種重金屬含量進行檢測。

1.3數據處理方法

數據用SPSS軟件，在P＜0.05水平下進行統計分析，圖表中數據均在P＜0.05的置信水平下比較。用Excel和origin軟件繪圖制表。

2　結果與分析

2.1牛糞中重金屬含量

為了增強畜禽的抗病能力，促進其快速增長，飼料中普遍采用重金屬作為添加劑。但無機鹽形式的微量元素在動物消化道吸收率較低，致使大部分重金屬隨畜禽糞便排出體外，導致畜禽糞便中重金屬含量增加。

表1　牛糞中重金屬含量

表1為2個規?；B牛場糞便樣品（NF1、NF2）重金屬（Cu、Zn、Pb、Cd)含量，由表1可以看出，Cu、Zn含量較低，其中Cu含量分別僅為標準值的4.12%和4.91%，Zn含量分別為標準值的25.46%和26.45%，Pb和Cd的含量達到標準值的50%以上。NF1和NF2的4種重金屬含量均達到國家標準限值要求，但是牛糞未經處理直接施用于土壤，仍存在土壤重金屬累積的風險。

2.2牛糞中重金屬在土壤中的累積效應

土壤中重金屬的來源是多途徑的，首先是成土母質本身含有重金屬，不同的母質、成土過程所形成的土壤含有重金屬量差異很大。有研究表明，該地區土壤重金屬（Cu、Zn、Pb、Cd）背景值分別為28.3、86.4、22.0、0.106mg/kg，消除土壤母質自身重金屬含量的影響，即可分析出畜禽糞便重金屬在土壤中的年際變化趨勢。

表2　不同采樣深度土壤中施用牛糞年限與重金屬含量關系

由表2可以看出，0-20cm土壤樣品中，Cu含量與牛糞施用年限存在顯著相關關系（P＜0.05），20-30cm土壤中，Cu、Zn含量與牛糞施用年限相關系數|r|分別為0.953和0.951，存在顯著相關關系，這說明畜禽糞便中的Cu和Zn在土壤中的累積過程具有一定的延續性和規律性；不同采樣深度土壤樣品的Pb、Cd含量與施用年限的關系為中度相關（0.5＜|r|＜0.8），相關性不顯著。

由圖1可以看出，不同采樣深度的土壤樣品中，同種重金屬的年際變化趨勢相似；除Cu以外，其他3種重金屬的含量隨施用牛糞時間的增長而增加，施用牛糞1年的土壤中Cu含量小于未施用牛糞的土壤，隨后含量逐年增加，有研究表明，玉米可以富集土壤中的Cu、Zn、Pb、Cd。筆者認為施用牛糞1年的土壤中Cu含量下降，是因為農作物對土壤Cu的富集作用大于牛糞中Cu的的貢獻量。

不同采樣深度土壤中Cu含量增長幅度交替上升，施用牛糞18年的土壤中2者含量相近；施用牛糞1年后，0-20cm土壤Zn含量為117.19mg/kg，20-30cm土壤為121.66mg/kg，隨后0-20cm土壤中Zn含量增加幅度先較大再平穩，20-30cm土壤樣品增長狀態接近線性變化，施用牛糞18年的土壤中不同深度土樣Zn含量相近；不同施用年限中Pb含量在0-20cm土壤含量大于20-30cm土壤樣品中的含量，Cd在20-30cm土壤中含量大于0-20cm土壤的含量，表明在該受試土壤中，Cd的遷移能力大于Pb。

圖1　不同深度土壤中重金屬年際變化趨勢

3　結論

（1）研究區牛糞樣品中4種重金屬含量均在國家限制濃度以內，且Cu、Zn含量不到國家標準的一半；Pb和Cd含量較多，但也只為標準值的50%左右。

（2）0-20cm土壤樣品中，Cu含量與牛糞施用年限存在顯著相關關系（P＜0.05）；20-30cm土壤中，Cu、Zn含量與牛糞施用年限相關系數分別為0.953和0.951，存在顯著相關關系。這表明隨著牛糞施用年限的增加，土壤中Cu、Zn的累積量規律性增長。不同采樣深度土壤樣品的Pb、Cd含量與施用年限的關系相關性不顯著。

（3）隨著施用牛糞年限的增加，土壤中重金屬含量增加。除施用牛糞第1年時土壤中Cu含量降低以外，Zn、Pb和Cd的含量均隨時間的增長而增加。Zn的增加趨勢比較平穩，而Pb和Cd在剛開始施用牛糞時含量上升明顯，1年后增加緩慢。

（4）不同深度的土壤中重金屬含量不同。不同采樣深度土壤中Cu、Zn含長增長幅度交替上升，最終含量無明顯差別；不同采樣深度的土壤樣品中，Pb、Cd的年際變化趨勢最相似，但Pb含量在0-20cm土壤樣品中含量大于20-30cm土壤中的含量，Cd的情況相反。

綜上所述，隨著牛糞施用時間的增長，土壤中重金屬的含量逐漸增加。由于土壤的理化性質及重金屬自身特性影響其在土壤中的遷移過程，因此在不同深度的土壤中，同種重金屬含量也存在差異。本研究區域內牛糞中重金屬含量未超過國家標準限值，但是未經過處理的牛糞以有機肥的形式直接施用于農田，在土壤中存在累積效應，長期施用可能會造成土壤重金屬污染。

X8[文獻碼]B

1000-405X（2016）-1-297-2