禽畜粪中As在土壤—植物系统中的环境生物化学行为研究

摘要

有机胂制剂具有抑制病原物、促生长和提高饲料报酬的作用，被认为是一种优秀饲料添加剂而在国际养殖业广泛使用，其中洛克沙胂(ROX)是最普遍使用的有机胂制剂之一。有机胂虽然自身毒性很低，但随粪尿排出后进入环境，经过一系列降解转化，成为其它形态的As，毒性加强。禽畜粪中有机胂及其代谢物在土壤的累积、转化及对农作物的有效性，是它们经饲料—禽畜—禽畜粪—土壤—作物途径进入人类食物链的关键环节。因此，本研究对禽畜粪中砷在土壤—作物系统的环境生物化学行为进行了探讨。 传统上禽畜粪因为含有较高含量的养分而主要被用作有机肥。首先通过对广东省集约化养殖禽畜粪主要化学物质进行调查，摸清了鸡粪、猪粪和鸽粪的养分、盐分和As含量状况，并与国内外禽畜粪As含量状况进行比较，为客观评价施用含As禽畜粪对植物生长及吸收累积As能力的影响提供较为全面的依据。 通过开展蔬菜施用含As禽畜粪连续多茬大田和盆栽试验，阐明了在华南多雨地区连续多茬施用含As鸡粪和鸽粪条件下，菜心生长、品质、As含量及土壤As累积与鸡、鸽粪As含量、施用茬数和施用量有关；明晰了华南地区不同主栽蔬菜(菜心、小白菜、油麦、茼蒿、苋菜和通菜)在水稻土和赤红壤中对AS的吸收和转移能力及其差异，揭示不同品种蔬菜生物量与其As含量的关系，并根据蔬菜品种特性探讨了可能原因；探明了施用含As鸡粪和猪粪对种植苋菜和通菜的水稻土和赤红壤中As的有效性影响，为基于气候、蔬菜品种及土壤类型的禽畜粪施用管理提供科学依据。 目前，鲜有研究涉及ROX及其代谢物的植物有效性。为此，在土壤中施用含ROX及其代谢物鸡粪，进行一系列萝卜盆栽试验，研究ROX及其代谢物(As(Ⅴ)、As(Ⅲ)、一甲基胂酸(MMA)和二甲基胂酸(DMA))在萝卜植株的累积、转移和分配。结果显示，萝卜植株仅测出As(Ⅴ)、As(Ⅲ)和DMA，未测出ROX和MMA，表明这种萝卜不能直接吸收ROX，也难以累积MMA。而且，萝卜吸收和转移三种砷化合物能力受到鸡粪用量、施入氮素形态、磷酸盐水平和土壤pH的影响。另外，对ROX及其代谢物的植物有效性及其在萝卜体内的转化和转移进行了讨论，分析了砷化合物在鸡粪和土壤中的转化过程，对氮素形态、磷酸盐水平及土壤pH及ROX及其代谢物有效性的影响机制进行了探讨。结果表明，ROX可通过饲料—禽畜—禽畜粪—土壤—作物的方式进入人类食物链，因此，ROX仍在养殖业中广泛使用，是一个值得商榷的问题。

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第一章绪论

1.1禽畜粪中ROX代谢产物

1.2 ROX及其代谢物的毒性

1.2.1对动物和人体的毒性

1.2.2对植物的毒性

1.2.3对微生物的毒性

1.3 ROX及其代谢物的环境行为

1.3.1环境累积

1.3.2降解和转化

1.3.3吸附和解吸

1.3.4迁移

1.4本研究的立题背景、内容及意义

1.4.1立题背景

1.4.2研究内容

第二章集约化养殖禽畜粪主要物质含量状况调查

2.1材料与方法

2.1.1样本采集和处理

2.1.2物质含量测定

2.1.3数据统计

2.2结果与分析

2.2.1总N、P、K养分含量

2.2.2盐分含量

2.2.3 As含量

2.3讨论

2.4小结

第三章连续施用禽畜粪对蔬菜品质和As含量的影响

3.1材料与方法

3.1.1供试土壤

3.1.2供试鸡粪和鸽粪

3.1.3试验处理

3.1.4采样和分析

3.1.5数据统计

3.2结果与分析

3.2.1产量

3.2.2硝酸盐含量

3.2.3维生素C含量

3.2.4可溶糖含量

3.2.5 As含量

3.3讨论

3.4小结

第四章施用禽畜粪土壤中As对不同品种蔬菜的有效性

4.1材料与方法

4.1.1供试土壤

4.1.2供试禽畜粪与无机肥

4.1.3供试蔬菜品种

4.1.4试验方案

4.1.5采样和分析

4.1.6数据统计

4.2结果与分析

4.2.1冠部生物量

4.2.2冠部As含量

4.2.3冠部As含量与生物量关系

4.2.4 As吸收量

4.2.5 As吸收系数

4.2.6 As转移系数

4.2.7根冠比

4.3讨论

4.4小结

第五章施用含As禽畜粪土壤As的累积及其有效性变化

5.1材料与方法

5.1.1大田试验

5.1.2盆栽试验

5.1.3数据统计

5.2结果与分析

5.2.1大田试验土壤总As含量

5.2.2盆栽试验蔬菜冠部生物量、As含量及吸收量

5.2.3盆栽试验土壤总As含量

5.2.4盆栽试验土壤有效As含量

5.2.5盆栽试验土壤有效As占总As百分数

5.3讨论

5.4小结

第六章洛克沙胂及其代谢物对蔬菜的有效性

6.1材料与方法

6.1.1供试土壤

6.1.2供试鸡粪

6.1.3供试蔬菜

6.1.4试验方案

6.1.5采样和分析

6.1.6仪器设备

6.1.7标样和试剂

6.1.8数据统计

6.2结果与分析

6.2.1萝卜生物量及总As含量

6.2.2.萝卜不同部位砷化合物含量

6.2.3砷化合物在萝卜体内的转移和分配

6.3讨论

6.3.1砷化合物对萝卜的有效性及其在植株体内的转化和转移

6.3.2砷化合物在鸡粪和土壤中的降解和转化

6.3.3氮素形态对砷化合物植物有效性的影响

6.3.4磷酸盐水平对砷化合物植物有效性的影响

6.3.5土壤pH对砷化合物植物有效性的影响

6.4小结

主要结论与展望

参考文献

攻读博士学位期间取得的研究成果

致 谢