畜禽糞便重金屬在土壤中的累積效應(yīng)研究

■李　艷　莊　園陳　志強(qiáng)　韓德昌（沈陽(yáng)理工大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院遼寧沈陽(yáng)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(yīng)研究

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

通過(guò)重金屬全量測(cè)定試驗(yàn)，研究了我國(guó)東北某地區(qū)牛糞中重金屬含量及其在土壤中的累積效應(yīng)。結(jié)果表明，2個(gè)規(guī)?；B(yǎng)牛場(chǎng)牛糞中Cu、Zn、Pb、Cd含量均在國(guó)家限制標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，其中Cu含量分別僅為標(biāo)準(zhǔn)值的4.12%和4.91%，Zn含量分別為標(biāo)準(zhǔn)值的25.46%和26.45%，Pb和Cd的含量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值的50%以上；牛糞中4種重金屬在土壤中的累積效應(yīng)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(guān)性顯著，相關(guān)系數(shù)分別為0.950、0.953和0.951，土壤中Pb、Cd含量與施用年限的關(guān)系相關(guān)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(zhǎng)幅度交替上升，最終含量無(wú)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(yīng)

0　引言

土壤污染主要是由人類生產(chǎn)、生活產(chǎn)生的“三廢”物質(zhì)通過(guò)大氣、水體、生物等進(jìn)入土壤，當(dāng)廢棄物質(zhì)的量超過(guò)土壤自身承載能力時(shí)，就會(huì)對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響，從而引起土壤的組成、結(jié)構(gòu)以及功能發(fā)生變化。

近些年畜牧業(yè)迅猛發(fā)展，畜禽糞便排放量逐年增加，2010年我國(guó)集約化養(yǎng)殖場(chǎng)的畜禽糞便總排放量為19.0億t，2020年將比2010年增長(zhǎng)26.9%達(dá)到24億t，但畜禽糞便無(wú)害化處理并未廣泛應(yīng)用，大部分畜禽糞便仍以農(nóng)家肥的形式施用于耕地土壤，從而加重了土壤污染風(fēng)險(xiǎn)。尤其是糞便中的重金屬，污染潛伏時(shí)間長(zhǎng)，且多數(shù)重金屬性質(zhì)穩(wěn)定，不易降解，嚴(yán)重污染土壤。

土壤中重金屬元素含量的差異與累積變化規(guī)律，對(duì)合理利用土地，防止土壤重金屬過(guò)度累積導(dǎo)致土壤質(zhì)量退化具有重要理論意義和實(shí)用價(jià)值。本文對(duì)我國(guó)某地區(qū)牛糞中重金屬在農(nóng)業(yè)用地土壤中的累積效應(yīng)進(jìn)行研究，根據(jù)牛糞重金屬在土壤中的累積情況，為畜禽糞便無(wú)害化管理及土壤重金屬污染防治提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1樣品采集

（1）樣品來(lái)源。試驗(yàn)用土壤為我國(guó)東北某地區(qū)玉米地土壤，試驗(yàn)用牛糞取自規(guī)?；B(yǎng)牛場(chǎng)。

（2）采集方法。土壤采集按照施用糞便年份的不同分別進(jìn)行：采取從地表起0～20cm和20～30cm為一個(gè)采樣層，取樣方法為段取，即在該取樣層內(nèi)，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?bào)w、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(hào)。牛糞成堆存放，每20cm選取一個(gè)樣點(diǎn)采樣0.5kg，混合均勻，用四分法取1kg左右，裝入自封袋編號(hào)保存。

1.2重金屬全量測(cè)定

（1）稱樣消煮。稱取適量土壤或牛糞樣品恒溫干燥，經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)濾。消煮后的樣品轉(zhuǎn)入50ml容量瓶定容，搖勻，將定容后的試樣過(guò)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(jì)）對(duì)溶液中的Cu、Zn、Pb、Cd等4種重金屬含量進(jìn)行檢測(cè)。

1.3數(shù)據(jù)處理方法

數(shù)據(jù)用SPSS軟件，在P＜0.05水平下進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，圖表中數(shù)據(jù)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(jié)果與分析

2.1牛糞中重金屬含量

為了增強(qiáng)畜禽的抗病能力，促進(jìn)其快速增長(zhǎng)，飼料中普遍采用重金屬作為添加劑。但無(wú)機(jī)鹽形式的微量元素在動(dòng)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(dǎo)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(gè)規(guī)?；B(yǎng)牛場(chǎng)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(biāo)準(zhǔn)值的4.12%和4.91%，Zn含量分別為標(biāo)準(zhǔn)值的25.46%和26.45%，Pb和Cd的含量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值的50%以上。NF1和NF2的4種重金屬含量均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值要求，但是牛糞未經(jīng)處理直接施用于土壤，仍存在土壤重金屬累積的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2牛糞中重金屬在土壤中的累積效應(yīng)

土壤中重金屬的來(lái)源是多途徑的，首先是成土母質(zhì)本身含有重金屬，不同的母質(zhì)、成土過(guò)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(qū)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(zhì)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(shì)。

表2　不同采樣深度土壤中施用牛糞年限與重金屬含量關(guān)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(guān)關(guān)系（P＜0.05），20-30cm土壤中，Cu、Zn含量與牛糞施用年限相關(guān)系數(shù)|r|分別為0.953和0.951，存在顯著相關(guān)關(guān)系，這說(shuō)明畜禽糞便中的Cu和Zn在土壤中的累積過(guò)程具有一定的延續(xù)性和規(guī)律性；不同采樣深度土壤樣品的Pb、Cd含量與施用年限的關(guān)系為中度相關(guān)（0.5＜|r|＜0.8），相關(guān)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(shì)相似；除Cu以外，其他3種重金屬的含量隨施用牛糞時(shí)間的增長(zhǎng)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(rèn)為施用牛糞1年的土壤中Cu含量下降，是因?yàn)檗r(nóng)作物對(duì)土壤Cu的富集作用大于牛糞中Cu的的貢獻(xiàn)量。

不同采樣深度土壤中Cu含量增長(zhǎng)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(wěn)，20-30cm土壤樣品增長(zhǎng)狀態(tài)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(shì)

3　結(jié)論

（1）研究區(qū)牛糞樣品中4種重金屬含量均在國(guó)家限制濃度以內(nèi)，且Cu、Zn含量不到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的一半；Pb和Cd含量較多，但也只為標(biāo)準(zhǔn)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(guān)關(guān)系（P＜0.05）；20-30cm土壤中，Cu、Zn含量與牛糞施用年限相關(guān)系數(shù)分別為0.953和0.951，存在顯著相關(guān)關(guān)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(guī)律性增長(zhǎng)。不同采樣深度土壤樣品的Pb、Cd含量與施用年限的關(guān)系相關(guān)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(shí)土壤中Cu含量降低以外，Zn、Pb和Cd的含量均隨時(shí)間的增長(zhǎng)而增加。Zn的增加趨勢(shì)比較平穩(wěn)，而Pb和Cd在剛開(kāi)始施用牛糞時(shí)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(zhǎng)增長(zhǎng)幅度交替上升，最終含量無(wú)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(shì)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(shí)間的增長(zhǎng)，土壤中重金屬的含量逐漸增加。由于土壤的理化性質(zhì)及重金屬自身特性影響其在土壤中的遷移過(guò)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(qū)域內(nèi)牛糞中重金屬含量未超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值，但是未經(jīng)過(guò)處理的牛糞以有機(jī)肥的形式直接施用于農(nóng)田，在土壤中存在累積效應(yīng)，長(zhǎng)期施用可能會(huì)造成土壤重金屬污染。

X8[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-1-297-2