不同有機(jī)物料對(duì)污染土壤中Cu和Zn總量及形態(tài)的影響

陳旭 吳景貴

摘要 [目的]研究不同類型有機(jī)物料施入土壤后，對(duì)重金屬Cu和Zn的影響情況，為有機(jī)物料在重金屬污染土壤中的應(yīng)用提供理論支撐。[方法]以室外培養(yǎng)試驗(yàn)為基礎(chǔ)，用硫酸銅、硫酸鋅溶液澆灌，模擬制備Cu、Zn污染土壤，添加牛糞、菌渣、牧草、樹葉、秸稈物料，研究Cu、Zn總量變化。[結(jié)果]就Cu、Zn總量而言，Zn總量要高于Cu，且禽畜糞便類高于其他類，雞糞處理中 Cu、Zn 總量增幅最大，增幅分別為 22.51%和 47.01%；就不同形態(tài)而言，動(dòng)物類禽畜糞便對(duì)污染土壤Cu、Zn增加效果最顯著，天然有機(jī)物料對(duì)酸可提取態(tài)和可還原態(tài)Cu有明顯降低作用。[結(jié)論]牛糞有機(jī)物料對(duì)各形態(tài)Cu、Zn含量均有增加效果，天然類有機(jī)物料對(duì)Cu的有效態(tài)含量有降低作用。

關(guān)鍵詞 有機(jī)物料；Cu；Zn；污染土壤

中圖分類號(hào) S181文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 0517-6611（2018）16-0068-03

Abstract [Objective]The effects of different types of organic materials applied to soils on the contents of heavy metals Cu and Zn were studied to provide theoretical support for the application of organic materials in heavy metal contaminated soils.[Method]On the basis of outdoor culture experiments， Cu and Zn contaminated soils were prepared by watering with CuSO4 and ZnSO4 solutions.Cu and Zn were also studied by adding cow dung， bacteria residue， grass， leaves and straw materials.[Result]In terms of total amount of Cu and Zn， the total amount of Zn was higher than that of Cu， and the livestock excrement was higher than other types.The total amount of Cu and Zn in chicken manure increased most greatly， by 22.51% and 47.01% respectively.In terms of morphology， animal manure produced the most significant increase in Cu and Zn in contaminated soils， and natural organic materials significantly reduced acid extractable and reducible Cu.[Conclusion]Organic material of cow dung increases the contents of Cu and Zn in all forms， while natural organic materials reduces the effective content of Cu.

Key words Organic material；Cu；Zn；Pollution soil

目前，土壤污染，尤其是土壤重金屬污染越來越嚴(yán)重[1]。而土壤作為生產(chǎn)過程中最主要的載體，其污染通過食物鏈的富集作用、灰塵吸入等進(jìn)入人體，直接威脅到人類的健康安全，所以也會(huì)越來越受人們重視[2-5]。有關(guān)研究表明，重金屬造成的食物污染在很大程度上威脅人類生命安全[6-7]。因此，土壤中重金屬的去除尤為重要，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此都做了大量的研究并取得進(jìn)展，楊子儀等[8]研究了禽畜糞便對(duì)銅的影響，Guo等[9]研究了三氯化鐵螯合劑對(duì)重金屬去除及對(duì)植物可利用性。而Ouhadi等[10]則研究了冷高嶺土中重金屬的去除方法。筆者結(jié)合當(dāng)?shù)刂亟饘傥廴緺顩r，對(duì)有機(jī)物料施入土壤引起土壤Cu、Zn的變化情況進(jìn)行了深入研究，以期為緩解東北秸稈、糞便等污染，改善土壤污染問題提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)用土為黑土，取自長(zhǎng)春凈月大學(xué)城附近，盡力挑選出無耕種痕跡、雜草自然覆蓋的地區(qū)，去除雜草后采集0～20 cm的土層。有機(jī)物料包括牛糞、菌渣、牧草、樹葉、秸稈，取自吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)培養(yǎng)場(chǎng)。供試土壤和物料基本理化性質(zhì)見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)培養(yǎng)廠進(jìn)行培養(yǎng)試驗(yàn)，從2016年開始試驗(yàn)，共分6個(gè)處理，分別為：①空白處理；②牛糞處理；③菌渣處理；④秸稈處理；⑤牧草處理；⑥樹葉處理。每個(gè)處理3次重復(fù)。每個(gè)處理盆裝入15 kg風(fēng)干土，含水率為17%，所以換算成烘干土重為12.45 kg。在實(shí)驗(yàn)室制備好Cu濃度為1 200 mg/kg、Zn濃度為1 500 mg/kg的溶液，澆灌到裝好盆的供試土壤中，并使土壤完全澆透，該濃度下的Cu和Zn含量為國(guó)家三級(jí)污染標(biāo)準(zhǔn)的3倍。其后將培養(yǎng)裝置移至搭建的棚室中，避免進(jìn)入雨雪等外來水分對(duì)試驗(yàn)造成影響。動(dòng)態(tài)觀測(cè)土壤的水分變化情況，及時(shí)補(bǔ)充因蒸發(fā)而損失掉的水分。連續(xù)培養(yǎng)90 d后采集試驗(yàn)土樣，預(yù)處理后保存，備用。

1.3 分析測(cè)定方法

供試土壤以及供試物料基本理化性質(zhì)采用常規(guī)方法測(cè)定[11]。土壤中Cu、Zn 總量采用HF-HClO4-HNO3進(jìn)行提取，采用A3原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定。

Cu、Zn各形態(tài)含量采用Rauret改進(jìn)的BCR四部提取法[12]進(jìn)行提取，將重金屬分為酸可提取態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)、殘余態(tài)4種形態(tài)[13]，提取液用A3原子吸收分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理 采用Excel 2013和DPS v7.05軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同有機(jī)物料對(duì)污染土壤Cu、Zn總量的影響

有機(jī)物料施入土壤后，在其反應(yīng)作用下Cu、Zn 總量均會(huì)發(fā)生不同變化（圖1）。6個(gè)不同處理都表現(xiàn)出相同的規(guī)律，即Zn總含量>Cu總含量。其中，牛糞處理Cu、Zn的含量是最多的，而樹葉、秸稈、牧草等草本類物料含量與牛糞相比顯著較低，最后是半分解類（菌渣），空白處理的含量最少。其中，牛糞處理中 Cu、Zn 總量增幅最大，較空白處理分別升高了31.78%、57.21%。樹葉、秸稈、牧草等處理對(duì) Cu、Zn 總量影響呈相似的規(guī)律，半分解類有機(jī)物料對(duì) Cu、Zn 總量無明顯增加效果。

2.2 不同有機(jī)物料對(duì)污染土壤中Cu、Zn形態(tài)含量的影響

2.2.1 不同處理對(duì)酸可提取態(tài)Cu、Zn含量的影響。

不同有機(jī)物料施用對(duì)酸可提取態(tài)Cu、Zn的含量均產(chǎn)生一定程度的影響（圖2）。酸可提取態(tài)Cu、Zn的含量與總含量變化規(guī)律有一定相似之處，二者均以牛糞處理含量表現(xiàn)最高。但酸可提取態(tài)含量只占總量極少一部分。酸可提取態(tài)Cu、Zn之間也存在差異，其中樹葉、牧草、菌渣與空白處理相比Zn的含量無顯著差異，但均與牛糞和秸稈之間存在顯著差異。牛糞與秸稈之間也存在顯著差異。而酸可提取態(tài)Cu則表現(xiàn)為菌渣與牧草之間含量差異不明顯，但菌渣與其他處理之間都存在顯著差異，牧草與其他處理之間無顯著差異。

2.2.2 不同有機(jī)物料處理可還原態(tài)Cu、Zn含量的影響。

不同處理對(duì)可還原態(tài)Cu、Zn含量產(chǎn)生的影響也不盡相同（圖3）。還原態(tài)Zu的含量以秸稈處理為最高，與其他各處理之間差異顯著。牧草處理的含量最低，較秸稈處理低47.62%。牧草與菌渣處理之間Zn含量差異不明顯。Cu含量的變化與Zn的不同，各處理以添加牛糞處理的含量最高，其次是空白處理，秸稈處理較空白含量低，但二者間差異不顯著。牧草處理可還原態(tài)Cu的含量最低，為1.8 mg/kg，較含量最高的牛糞處理低71.88%，較空白處理低67.27%。由此可知，天然有機(jī)物料（秸稈、樹葉、牧草）能夠有效降低可還原態(tài)Cu含量。而牛糞則提高了可還原態(tài)Cu含量。

2.2.3 不同有機(jī)物料處理可氧化態(tài)Cu、Zn含量的影響。

添加不同物料，引起污染土壤中可氧化態(tài)Cu、Zn含量的差異（圖4）。與前面2種不同形態(tài)的Cu、Zn含量變化不同，可氧化態(tài)Cu的含量以菌渣處理最高，對(duì)于Cu，菌渣處理、秸稈處理、牛糞處理之間無顯著差異，但菌渣處理與其他各處理之間差異顯著，各處理Cu含量為菌渣>牛糞>秸稈>樹葉>空白>牧草。可氧化態(tài)Zn含量與可氧化態(tài)Cu相似，也是以菌渣處理最高，為7.70 mg/kg，且與其他處理之間差異顯著，其次是牧草處理和牛糞處理，分別為7.30和7.18 mg/kg，二者之間無顯著差異，再次為樹葉和秸稈處理，二者與牛糞、牧草處理之間無顯著差異，以空白處理最少，僅為6.30 mg/kg，與其他各處理之間差異顯著。

2.2.4 不同有機(jī)物料處理對(duì)殘?jiān)鼞B(tài)Cu、Zn含量的影響。

由圖5 可知，殘?jiān)鼞B(tài)Cu、Zn的含量與可氧化態(tài)、還原態(tài)以及酸可提取態(tài)相比要高出很多，占總量非常大的一部分比例。而6個(gè)不同處理之間殘?jiān)鼞B(tài)Zn的含量相差不大，除牛糞處理顯著高于其他處理外，其余各處理之間均不存在顯著差異。殘?jiān)鼞B(tài)Cu的含量與Zn不同，各處理中，以秸稈處理Cu的含量最高，與其他處理之間均存在顯著差異。其次是牛糞、樹葉和菌渣處理，3個(gè)處理之間無顯著差異，但與其他處理之間差異顯著，空白處理和牧草處理之間無顯著差異，且以牧草處理含量最低。綜上所述，天然類、禽畜糞便類以及半分解類有機(jī)物料之間相互比較，牛糞與天然類（秸稈、樹葉、牧草）物料之間無明顯差異。

3 結(jié)論牛糞對(duì)污染土壤Cu、Zn總量有明顯增加作用，而秸稈、牧草、樹葉則降低Cu、Zn總量。

天然有機(jī)物料對(duì)酸可提取態(tài)和可還原態(tài)Cu有明顯降低作用，而對(duì)Zn的作用則無明顯規(guī)律。牧草對(duì)不同形態(tài)的Cu、Zn含量都有降低作用。

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