豬糞對土壤不同形態(tài)銅、鋅含量及蔬菜的影響

張輝，李文鳳，趙盈盈，張井

(溫州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 溫州 325006)

我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的施肥以有機肥為主，隨著生態(tài)農(nóng)業(yè)的興起，越來越多的農(nóng)戶和農(nóng)業(yè)企業(yè)重視有機肥的使用，但大多只注重有機養(yǎng)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(huán)境污染的主要渠道之一[3]。自20世紀40年代以來相繼發(fā)現(xiàn)在豬日糧中添加高劑量的銅或鋅可顯著提高豬的生產(chǎn)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(yǎng)豬業(yè)中得到廣泛應(yīng)用[4]。作為有機肥生產(chǎn)原料，含有重金屬的豬糞施入農(nóng)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(nóng)作物的質(zhì)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(tài)分級是衡量其生物有效性的重要依據(jù)，采用Tessler連續(xù)浸提法，重金屬的形態(tài)一般可分為可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機結(jié)合態(tài)、殘留態(tài)[6]，一般交換態(tài)被認為有效態(tài)，在自然土壤中約占全量的1%；有機結(jié)合態(tài)是有效態(tài)的直接補充來源，與有效態(tài)的含量有明顯的相關(guān)性，但取決于土壤有機質(zhì)的種類和含量；鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)對植物有效性較低；碳酸鹽結(jié)合態(tài)主要出現(xiàn)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(tài)被視為無效態(tài)。林琦等[7]的研究表明，各形態(tài)重金屬的可利用順序是交換態(tài)>有機結(jié)合態(tài)>碳酸鹽結(jié)合態(tài)>鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)>殘留態(tài)，上述不同形態(tài)在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。本文以溫州普通農(nóng)田土壤為對照，研究添加豬糞有機肥前后土壤中各形態(tài)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(qū)普通農(nóng)田，豬糞采自溫州市規(guī)模生豬養(yǎng)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(fā)酵腐熟后備用。以溫州市郊區(qū)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(tài)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(jīng)孔徑0.149 mm(100目尼龍篩)過篩后裝瓶待測?；ㄒ巳∑淇墒秤貌课唬磧羟谐尚K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(fēng)櫥中放置過夜，翌日再消化)。當(dāng)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(jīng)常搖動坩堝達到飛硅的效果，至冒白煙時繼續(xù)加熱至內(nèi)容物成粘稠狀，視消解情況可繼續(xù)加入上述3種酸，重復(fù)消解過程，消解完成后加入1 mL硝酸溫?zé)崛芙鈿堅?，轉(zhuǎn)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(tài)銅鋅含量

采用Tisser的形態(tài)連續(xù)提取法。

1)可交換態(tài)。在室溫下，稱取樣品1 g，連續(xù)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(jié)合態(tài)。將1)中的沉淀物在室溫下連續(xù)攪拌，用8 mL的pH值5.0的醋酸緩沖液提取至反應(yīng)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(jié)合態(tài)。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(jié)合態(tài)。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(diào)整pH值至2的H2O2。將混合液在(85±2)℃下加熱2 h，適當(dāng)攪拌。再加入另外3 mL的用HNO3調(diào)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(xù)攪拌30 min，10 000 r·min-1離心30 min后取上清液待測。

5)殘余態(tài)。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(yù)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(shè)置：由室溫經(jīng)5 min升至60 ℃后保持10 min，再經(jīng)5 min升至100 ℃后保持10 min，最后經(jīng)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(jù)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(shè)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(jié)果與分析

將豬糞進行堆肥發(fā)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(tài)銅、鋅含量。

2.1 添加豬糞有機肥后土壤全銅含量及各形態(tài)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(tài)含量均有不同程度上升，兩組數(shù)據(jù)均呈極顯著差異(P<0.01)。各形態(tài)占全量的百分比有不同的變化，其中交換態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、殘留態(tài)占全量比例有所下降，碳酸鹽結(jié)合態(tài)和有機結(jié)合態(tài)占全量比例呈上升趨勢，其中以有機結(jié)合態(tài)上升趨勢較大。對照GB15618—1995，當(dāng)土壤pH值在6.5～7.5時，銅含量農(nóng)田土壤的二級標(biāo)準(zhǔn)為35～100 mg·kg-1，三級標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，加入豬糞有機肥后，銅含量均已達到三級標(biāo)準(zhǔn)。

表1 添加豬糞有機肥后土壤全量及 各形態(tài)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(tài)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(tài)鋅有所下降且呈顯著差異外，鋅總量及各形態(tài)含量均有不同程度上升，并均呈極顯著差異。各形態(tài)占全量的比例變化不一，其中殘余態(tài)呈下降趨勢，其他形態(tài)均呈上升趨勢。對照GB 15618—1995，當(dāng)土壤pH在6.5～7.5時，鋅含量農(nóng)田土壤的二級標(biāo)準(zhǔn)為100～250 mg·kg-1，三級標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，加入豬糞有機肥后，鋅含量已達到三級標(biāo)準(zhǔn)。

表2 添加豬糞有機肥后土壤全量及 各形態(tài)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(shù)據(jù)呈極顯著差異。參考食品中銅、鋅限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB 13106—1991、GB 15199—1994(兩種標(biāo)準(zhǔn)于2011年1月10日廢止，但目前尚未出臺關(guān)于蔬菜中銅、鋅的限量標(biāo)準(zhǔn)，僅作參考)，蔬菜中銅、鋅含量應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(jié)與討論

綜上研究結(jié)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(tài)含量總體有不同程度的上升，但各形態(tài)占總量比例變化不一。其中，殘留態(tài)鋅所占總量比例呈下降趨勢。對照標(biāo)準(zhǔn)GB 15618—1995，土壤在施入豬糞有機肥后，銅、鋅總量均由二級標(biāo)準(zhǔn)降至三級標(biāo)準(zhǔn)；根據(jù)GB 15618—1995的土壤環(huán)境質(zhì)量分類和標(biāo)準(zhǔn)分級的要求，二級標(biāo)準(zhǔn)是保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、維護人體健康的土壤限制值，適用于一般農(nóng)田，如蔬菜園等，土壤質(zhì)量對植物和環(huán)境基本不造成危害和污染。三級標(biāo)準(zhǔn)是保障農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)附近等地的農(nóng)田土壤(蔬菜地除外)，土壤質(zhì)量對植物和環(huán)境基本不造成危害和污染。三級標(biāo)準(zhǔn)的土壤不適合蔬菜種植，但在該土壤環(huán)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(biāo)準(zhǔn)。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(zhì)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(dǎo)致高銅、高鋅有機肥輸入土壤后造成蔬菜銅、鋅超標(biāo)。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(fù)，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。