規模化豬場糞水對周邊鹽堿地重金屬及營養素含量的分析研究

蒙洪嬌，張春壘，朱世馨，劉則學

（武漢中糧肉食品有限公司，武漢 430000）

鹽堿地作為耕地寶貴的后備資源，將豬糞水如何有效的排放鹽堿地并促進其改良和利用是實現農業可持續發展亟待解決的重大研究課題[1]。國內外研究表明，施用豬糞水后的鹽堿地，其中重金屬銅和鋅含量超標，營養元素磷超標，因此，本研究通過對不同鹽漬化程度的土壤施用豬糞水，進行鹽堿土改良新措施的探討，比較分析了4、7、8、11月施用不同濃度的豬糞對鹽漬化土壤的動態變化規律。豬糞中的氮、磷、鉀等元素增加土壤的營養成分并改善土壤的鹽漬化程度，其利用豬糞噴淋的方式在規模化養豬場的周圍鹽漬化土地進行消納。本試驗通過糞水對鹽堿地重金屬及養分含量變化進行了研究。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗所用沼液取自于某大型養豬集團企業吉林長嶺養殖場，試驗土樣采集于長嶺縣豬場附近選定好的鹽漬土試驗田。

1.2 試驗設計

試驗共設5個處理組，每個處理3個重復，按667 m2豬糞水年度總施肥量15、30、45、60 m3設置，試驗鹽堿地面積625 m2（25 m×25 m），計算鹽堿地面積所對應施用量分別為14.1、28.1、42.2、56.2 m3，同時設置無豬糞水的空白對照處理組[2]。豬糞水在2015年4、7、8、11月平均施入并采用人工噴淋方式將豬糞沼液直接噴淋于鹽堿地表面，土壤樣品于每次施豬糞水后15 d進行采集[3-4]。飼料、豬糞水及鹽堿土營養素含量和重金屬含量見表1和表2。

表1 豬糞水及鹽漬化土壤基本理化性質

表2 豬糞水及土壤重金屬含量 mg·kg-1

1.3 試驗方法

采集的豬糞置于便攜式冰箱中，24 h內轉移至實驗室，冷凍干燥48 h后，碾磨并過0.5 mm篩，保存于4℃冰箱內，用于重金屬含量測定。土壤樣品：試驗前取各試驗田混合土樣，并按照對角線取點，每個點再取5個子樣點，并利用土鉆分別采集深度為0～20cm的鹽漬化土。讓其土樣充分混合后采用四分法去掉多余部分，保留約1 kg土樣裝袋、編號，一部分放在標記好的塑封袋中，待風干用于測定重金屬含量與營養素分析，另一部分過2 mm篩孔后于4℃下保鮮，備用[5]。土壤樣品中的全氮采用半微量開氏法測定，總磷采用HClO4-H2SO4消解法測定，總鉀采用NaOH熔融-火焰分光光度計法，有效磷測定采用0.5 mol·L-1碳酸氫鈉浸提法，有效鉀測定采用1 mol·L-1乙酸銨浸提-火焰光度法，有機質測定采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法，采用pH計水土比2.5∶1浸提測定pH，用電導率儀水土比5∶1浸提測定EC飼料及豬糞樣品[6]。經過風干粉碎、研磨后過60目尼龍篩，備用，重金屬均采用H2SO4-HClO4-HNO進行消解[7]。土壤重金屬的測定方法參照《土壤農業化學分析方法（第三版）》[8]。

2 結果與分析

2.1 不同濃度的豬糞水對鹽堿土土壤養分含量的影響

不同濃度的豬糞水對鹽堿土土壤養分含量的影響見圖1。

圖1 施用不同濃度的豬糞水對土壤各養分含量的影響趨勢

由圖1可知，鹽漬化土壤（CK）在施用豬糞沼液后，隨著月份的增加，鹽漬化的營養成分含量越高，但0～20 cm的土層內仍未出現積鹽現象，鹽堿地使用豬糞水后有機質有了較大幅度提升，N、P、K等豐富營養物質顯著改善土壤的養分情況。從圖中清晰的看出，施用豬糞水可顯著增加土壤中各營養成分含量，其土壤有機質和N、P、K元素含量均隨著施用豬糞水量的增加而增加，土壤有效鉀提升幅度為1.25 g·kg-1。

圖1a和圖1b中原土壤總氮含量＜0.2，其變化趨勢表現為遞增規律為CK＜C1＜C4＜C3＜C2，土壤有機質從11.2 g·kg-1提升到 14.8 g·kg-1，起變化趨勢表現為遞增規律CK＜C4＜C2＜C3＜C1，土壤有效磷提升幅度為0.89 g·kg-1，原土壤對照組總磷其變化趨勢表現為 CK＞C1＞C2＞C4＞C3，其含量在 7月時達到最高含量，總鉀含量 C4＞C3＞C2＞C1＞CK，各月份上升含量不明顯，綜上可知，豬糞水中除總氮指標外，其他各指標含量在4、7、8和11月處于平穩狀態，總而言之，全氮、全磷、全鉀和有機質之間的不同濃度和月份之間存在一定的差異。

2.2 不同濃度的豬糞水對土壤電導率（EC）、pH的影響

不同濃度的豬糞水對土壤EC、pH的影響見圖2。

圖2 不同濃度的豬糞水對土壤EC和pH的變化

由圖2可知，研究不同濃度的豬糞水對鹽漬化土壤電導率（EC）和土壤pH是土壤重要的理化指標，施用豬糞水后降低土壤pH和土壤電導率（EC）的升高，同時，在試驗周期，土壤pH和電導率（EC）相互之間差異極顯著。原土壤pH高達10.5，堿化程度嚴重，施入豬糞水后可以降低土壤pH，當豬糞水濃度以C3比例投加時，土壤pH已降至9以下，當以C4比例投加時，土壤pH已降到8.5，增加了原土壤堿化程度[9]。

EC大小可反映土壤鹽分總量的大小，一般情況下，較高鹽分含量的土壤EC更低，豬糞中含有大量鹽分，與pH變化趨勢相反，隨著豬糞豬糞量的增加，土壤EC逐漸下降。當豬糞水以C4投加入原土壤后，EC 由1.25 ms·cm-1升至1.77 ms·cm-1。土壤鹽分總量并不是導致土壤堿化的直接原因，pH的上升與EC的下降說明了豬糞水含鹽量低于原土壤，而且原土壤偏堿性，當以豬糞水作為土壤改良劑投加入原土壤，土壤pH的升高，增加土壤的堿化程度[10]。

2.3 糞水重金屬與施入豬糞水后土壤中重金屬含量的關系

施糞肥后對鹽堿地土壤重金屬含量變化值見圖3。

由圖3可知，豬糞施用處理后鹽堿土壤中，重金屬的總體分布特征與鹽堿土壤較為一致，Pb和Cu在表層土壤中的含量隨豬糞水的施用量增加而遞增，豬糞水中的重金屬可能會給環境帶來污染風險長期使用會加重鹽漬化土壤中的累積[11]。

評價糞便中的重金屬進入土壤后可能存在的污染采用Li等的方法進行[12]。計算公式見式1。

式（1）中Lj為j縣（kg·hm-2·年-1）的鎘負荷率，Ci為i動物糞便中的鎘平均濃度（mg·kg-1），Mj為j縣（kg·年-1）的動物糞肥產量，Aj為j縣（hm2）農田區。

用以評價豬糞水施入鹽漬化土壤中的重金屬污染分析，從而得出Cd污染風險程度最高，其次是Pb和Cu，兩者污染風險程度大致處于同一水平，Cr的污染風險程度位列第4，Zn的污染風險程度在5種重金屬中最低，Zn累積現象和遷移特征明顯[13]。其次是Cu、Cr在土壤中的含量均隨豬糞水的施用量的增加而增加，Cd在土壤中的含量隨月份的增加表現出先增后減的趨勢，鹽漬化程度由高到低依次為，Hg含量已嚴重超標，從綜合潛在生態風險指數來看，鹽堿地土壤風險指數排序為Pb＜As＜Cr＜Cu＜Zn[14]。

3 結 論

豬糞水具有較高的有機質和養分含量，不但可以有效改善鹽堿土的養分狀況，提供豐富的營養物質（如氮、磷、鉀）。結果表明，豬糞水除對鹽堿土總鹽分的影響不顯著外，土壤EC和pH有明顯變化，豬糞水對改良豬場周圍鹽堿土有一定負面作用，施入豬糞水后的鹽堿土其Cu、Zn、Hg的檢出值均超國家標準的15～20倍。本試驗還不能明確各因素對鹽堿土的影響，因而豬糞水對鹽堿土理化性質的具體影響的機理都有待進一步研究，其中施用豬糞水后還可以防止土壤電導率的降低，對于鹽堿土研究豬糞水對其的改良效果目前還很少，需要進一步研究。