豬糞對土壤不同形態銅、鋅含量及蔬菜的影響

張輝，李文鳳，趙盈盈，張井

(溫州市農業科學研究院，浙江 溫州 325006)

我國傳統農業的施肥以有機肥為主，隨著生態農業的興起，越來越多的農戶和農業企業重視有機肥的使用，但大多只注重有機養分的含量，卻忽視了其中重金屬的危害[1-2]，而重金屬污染是環境污染的主要渠道之一[3]。自20世紀40年代以來相繼發現在豬日糧中添加高劑量的銅或鋅可顯著提高豬的生產性能后，高劑量的銅、鋅作為一種高效而廉價的促生長添加劑在世界各國養豬業中得到廣泛應用[4]。作為有機肥生產原料，含有重金屬的豬糞施入農田后勢必對土壤造成污染，且重金屬具有積累性和難以遷移等特點，長期使用勢必造成重金屬在土壤中富集，進而影響農作物的質量安全，甚至通過食物鏈影響食品安全及人類健康[5]。土壤中重金屬的形態分級是衡量其生物有效性的重要依據，采用Tessler連續浸提法，重金屬的形態一般可分為可交換態、碳酸鹽結合態、鐵錳氧化物結合態、有機結合態、殘留態[6]，一般交換態被認為有效態，在自然土壤中約占全量的1%；有機結合態是有效態的直接補充來源，與有效態的含量有明顯的相關性，但取決于土壤有機質的種類和含量；鐵錳氧化物結合態對植物有效性較低；碳酸鹽結合態主要出現在pH值較高且含有碳酸鹽的土壤中，占土壤總量的5%～20%；殘留態被視為無效態。林琦等[7]的研究表明，各形態重金屬的可利用順序是交換態>有機結合態>碳酸鹽結合態>鐵錳氧化物結合態>殘留態，上述不同形態在一定條件下可以相互轉化。本文以溫州普通農田土壤為對照，研究添加豬糞有機肥前后土壤中各形態銅、鋅含量的變化，并通過所種植的花椰菜，分析土壤輸入豬糞有機肥后對花椰菜中銅、鋅含量的影響。

1 材料與方法

1.1 試材與儀器

試驗土壤采自溫州市郊區普通農田，豬糞采自溫州市規模生豬養殖場。微波消解儀(MARSX，美國培安公司)；原子吸收分光光度計(ICE3500，賽默飛世爾科技公司)。

1.2 試驗過程

采集豬糞25 kg進行堆肥，待發酵腐熟后備用。以溫州市郊區普通土壤為背景，添加豬糞有機肥后攪拌均勻放置6個月。采集普通土壤與施入豬糞有機肥的土壤各20份，檢測其中全量及各形態銅、鋅含量，再以普通土壤為對照，在添加豬糞有機肥的土壤中種植花椰菜，待花椰菜成熟后，抽取兩種土壤種植的花椰菜各20份，檢測可食用部位中銅、鋅的含量。

1.3 樣品制備

去除土壤樣品中的石子及動植物殘體等雜物，自然晾干后用木棒碾壓成粉末，經孔徑0.149 mm(100目尼龍篩)過篩后裝瓶待測。花椰菜取其可食用部位，洗凈切成小塊后進行勻漿。

1.4 銅、鋅含量檢測前處理

1.4.1 土壤全量銅、鋅含量

采用鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸消解方法。稱取試樣0.2～0.5 g，置于聚四氟乙烯坩堝中，用水潤濕后加入10 mL鹽酸輕搖，使試樣充分浸透，置于120 ℃電熱板加熱(最好先在通風櫥中放置過夜，翌日再消化)。當鹽酸剩余3 mL時取下高型燒杯冷卻，加5 mL硝酸、3 mL高氯酸、5 mL氫氟酸，于180 ℃加熱，期間經常搖動坩堝達到飛硅的效果，至冒白煙時繼續加熱至內容物成粘稠狀，視消解情況可繼續加入上述3種酸，重復消解過程，消解完成后加入1 mL硝酸溫熱溶解殘渣，轉移至容量瓶用超純水定容，用火焰原子吸收法進行檢測。

1.4.2 土壤各形態銅鋅含量

采用Tisser的形態連續提取法。

1)可交換態。在室溫下，稱取樣品1 g，連續攪拌下用8 mL的MgCl2(1 mmol·L-1，pH值 7.0)提取1 h，10 000 r·min-1離心30 min后取上清液待測。

2)碳酸鹽結合態。將1)中的沉淀物在室溫下連續攪拌，用8 mL的pH值5.0的醋酸緩沖液提取至反應完全(5 h)，10 000 r·min-1離心30 min后取上清液待測。

3)鐵錳氧化物結合態。利用20 mL的溶解于25%(V/V)醋酸中的0.04 M的NH2OH·HCl溶液兩種方法對沉淀物進行提取。后一種方法在(96±3)℃下進行偶爾的攪拌(6 h)，10 000 r·min-1離心30 min后取上清液待測。

4)有機結合態。對3)得到的沉淀物中加入3 mL 0.02 mmol·L-1的HNO3和5 mL 30%的用HNO3調整pH值至2的H2O2。將混合液在(85±2)℃下加熱2 h，適當攪拌。再加入另外3 mL的用HNO3調整pH值至2的H2O2，再在(85±2) ℃下加熱3 h，間歇攪拌。冷卻后，再加入5 mL溶解于20%(V/V)HNO3中的3.2 mmol·L-1的NH4OAc溶液，連續攪拌30 min，10 000 r·min-1離心30 min后取上清液待測。

5)殘余態。對4)中的沉淀物采用鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸消解方法進行消解(參考土壤全量銅、鋅含量的檢測)。

1.4.3 花椰菜銅鋅檢測方法

微波消解法。稱取花椰菜樣品1 g左右于微波消解罐中，加入8 mL硝酸浸泡過夜，次日置于加熱架上120 ℃預熱30 min左右，待黃煙冒盡停止加熱冷卻，冷卻至室溫后加2 mL H2O2，擰緊消解罐蓋子置于微波消解儀中，微波消解儀溫度梯度的設置：由室溫經5 min升至60 ℃后保持10 min，再經5 min升至100 ℃后保持10 min，最后經5 min升至180 ℃后保持20 min。微波消解完后在加熱架上120 ℃下趕酸至黃色煙消失，開始冒白煙(約10 min)后用超純水定容至25～50 mL(根據樣品中被測元素含量而定)，上機檢測。

1.5 利用火焰-原子吸收分光光度計檢測

將上述各樣品消解液定容后，采用原子吸收分光光度計，選用火焰檢測模式進行檢測，夾縫設置為0.2 nm，空氣壓力為0.25 MPa，乙炔壓力為0.05 MPa，銅元素波長為324.8 nm，鋅元素波長為213.93 nm，燈的電流為2.0 MA。

2 結果與分析

將豬糞進行堆肥發酵腐熟后，與土壤按1∶4進行混配，攪拌均勻，放置6個月使其充分平衡，檢測其中土壤全量及各形態銅、鋅含量。

2.1 添加豬糞有機肥后土壤全銅含量及各形態銅含量變化

由表1可以看出，土壤中施入有機肥后，銅總量及各形態含量均有不同程度上升，兩組數據均呈極顯著差異(P<0.01)。各形態占全量的百分比有不同的變化，其中交換態、鐵錳氧化物結合態、殘留態占全量比例有所下降，碳酸鹽結合態和有機結合態占全量比例呈上升趨勢，其中以有機結合態上升趨勢較大。對照GB15618—1995，當土壤pH值在6.5～7.5時，銅含量農田土壤的二級標準為35～100 mg·kg-1，三級標準為100～400 mg·kg-1。本試驗采用的土壤pH值為6.8，其中對照土壤銅含量在二級標準范圍內，加入豬糞有機肥后，銅含量均已達到三級標準。

表1 添加豬糞有機肥后土壤全量及 各形態銅含量變化

注：同列無相同大小寫字母分別表示組間在0.01和0.05水平差異顯著。表2～3同。

2.2 添加豬糞有機肥后土壤全鋅含量及各形態鋅含量變化

由表2可以看出，土壤中施入有機肥后，除殘余態鋅有所下降且呈顯著差異外，鋅總量及各形態含量均有不同程度上升，并均呈極顯著差異。各形態占全量的比例變化不一，其中殘余態呈下降趨勢，其他形態均呈上升趨勢。對照GB 15618—1995，當土壤pH在6.5～7.5時，鋅含量農田土壤的二級標準為100～250 mg·kg-1，三級標準為250～500 mg·kg-1。本試驗采用的土壤pH值為6.8，其中對照土壤鋅含量在二級標準范圍內，加入豬糞有機肥后，鋅含量已達到三級標準。

表2 添加豬糞有機肥后土壤全量及 各形態鋅含量變化

2.3 兩種土壤所種花椰菜中銅、鋅含量的變化

由表3可以看出，土壤中添加豬糞有機肥后，種植的花椰菜中銅、鋅含量隨之上升，兩組數據呈極顯著差異。參考食品中銅、鋅限量衛生標準GB 13106—1991、GB 15199—1994(兩種標準于2011年1月10日廢止，但目前尚未出臺關于蔬菜中銅、鋅的限量標準，僅作參考)，蔬菜中銅、鋅含量應不超過10和20 mg·kg-1。研究表明，花椰菜中銅、鋅含量均未超過限量標準的要求。由此可見，土壤中銅鋅含量會對蔬菜造成一定的影響，但影響不大。

表3 兩種土壤種植花椰菜中銅、鋅含量的變化

3 小結與討論

綜上研究結果可知，采用豬糞有機肥進行施肥后，土壤中銅、鋅總量及各形態含量總體有不同程度的上升，但各形態占總量比例變化不一。其中，殘留態鋅所占總量比例呈下降趨勢。對照標準GB 15618—1995，土壤在施入豬糞有機肥后，銅、鋅總量均由二級標準降至三級標準；根據GB 15618—1995的土壤環境質量分類和標準分級的要求，二級標準是保障農業生產、維護人體健康的土壤限制值，適用于一般農田，如蔬菜園等，土壤質量對植物和環境基本不造成危害和污染。三級標準是保障農林業生產和植物正常生長的土壤臨界值，主要適用于林地土壤、污染物容量較大的高背景值土壤及礦產附近等地的農田土壤(蔬菜地除外)，土壤質量對植物和環境基本不造成危害和污染。三級標準的土壤不適合蔬菜種植，但在該土壤環境下種植的蔬菜中銅、鋅含量雖有所上升，卻并未超過食品限量標準。同種蔬菜對不同重金屬有不同的吸收能力，不同蔬菜對同種重金屬的吸收能力也不同[8]。本研究僅做了高銅、高鋅有機肥施入土壤后對花椰菜品質的影響，對于其他蔬菜的影響并未了解，不排除其他蔬菜對銅、鋅具有較高的吸附性，導致高銅、高鋅有機肥輸入土壤后造成蔬菜銅、鋅超標。另外，因重金屬具有積累性和難以遷移等特點，長期使用高銅、高鋅有機肥勢必造成重金屬在土壤中富集，土壤一旦受到污染，很難恢復，治理污染需要付出很大代價，減少污染最根本的辦法就是控制污染源頭，降低飼料中銅、鋅添加量，并合理地使用豬糞有機肥，避免污染加重。