鸡粪有机肥重金属污染特征及其生态环境效应研究

摘要

集约化养殖业中大量添加剂被添加到家禽饲料中，由于添加剂中重金属含量较高，使得粪便和有机肥含量超标严重，大量施用后会对土壤和种植的作物产生毒害。作物中有害金属元素超过一定浓度时，严重影响人体健康。本文通过调查分析黄淮海不同省市有机肥重金属含量特征，探讨其潜在环境风险;通过大田试验，研究施用有机肥对土壤重金属（全量和有效态含量）、肥力（氮、磷、钾和有机质含量）以及蔬菜体内重金属富集特征与品质影响，主要结果如下:
　　(1)通过调查120种来自黄淮海地区的鸡粪有机肥样品，并测定分析有机肥中As、Pb、Cd、Zn和Cu含量、形态分布以及浸提毒性。结果表明，有机肥中重金属含量差异较大，表现为Cd＜As＜Pb＜Cu＜Zn，与有机肥行业规定的标准相比，Pb、As、Cd存在超标现象，分别为14.28％、47.05％和6.7％，不同省市间重金属含量特征差异明显。有机肥中Zn、Cd主要以铁锰结合态存在，分别占43.79％和37.3％，而Pb的残渣态、Cu的有机结合态，As的交换态比例较高。有机肥中TCLP-As、-Pb、-Cd、-Cu和-Zn含量分别为0.21、1.25、0.07、3.33和41.11mg·kg-1，有机肥中Pb和Zn含量超标数为5和6个，以河北省和江苏省为主。有机肥中As、Cd、Cu和Zn总量与TCLP(toxicity characteristic leaching procedure)提取的含量存在相关性显著(P＜0.05)。按鸡粪有机肥年施肥量15t·hm-2推算，其安全使用年限长短为北京＜河北＜山东=江苏=安徽＜天津＜河南。
　　(2)通过大田实验，施加不同梯度的两种鸡粪有机肥（L1和L2）后，土壤中全氮含量为1.79～3.81g·kg-1，碱解氮含量为132.37～283.40mg·kg-1，全磷含量为2.21-4.76mg·kg-1，有效磷含量为162.23-583.25mg·kg-1，全钾含量为24.73-27.66g·kg-1。土壤中有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷含量随施肥量增加而增加。分析发现施肥量与全氮、有效磷和碱解氮表现为显著正相关性（P＜0.05），施用量与全磷、有效磷和有机质表现为正相关性。施肥可提高土壤肥力，改善土壤理化性状。
　　(3)通过大田实验，施加不同梯度的两种鸡粪有机肥（L1和L2），小白菜鲜重随施肥量增加呈现出先增加后降低趋势，在T1处理时蔬菜鲜重最高，分别为74.62和55.05g，而在T8处理时鲜重含量达到最低分别为31.78和26.01g;可溶性糖随有机肥施用量的增加而增加，分别比对照高增加11.00％-73.20％和20.99％-144.32％。施肥后，小白菜体内重金属Zn、Cu、Cd和As的含量随有机肥施用量增加而提高，在T8处理时达到最高。小白菜中Zn含量最高为94.28和99.67mg·kg-1，Cu含量最高为21.82和18.21mg·kg-1，Cd含量最高为1.068和0.938mg·kg-1，As含量最高为0.055和0.059mg·kg-1。土壤中重金属Zn、Cd、As含量随有机肥施用量增加而提高，在T8处理时重金属Zn、Cd和As含量最高。土壤中Zn最高含量为265.54和245.51mg·kg-1，Cd最高含量为2.93和2.87mg·kg-1，As最高含量为33.70和40.29mg·kg-1。通过TCLP提取土壤中重金属含量发现，随施肥量的增加，TCLP-Zn、-Cu、-As随施肥量增加而显著增加，而-Cd、-Pb随施肥量的增加而显著降低。根据国家蔬菜重金属安全研究标准(GB18406.1-2001)，小白菜中重金属Cd、Pb全部超标。根据GB15618-1995《土壤环境质量标准》，土壤中重金属Cd含量全部超过土壤评价三级标;而As含量在有机肥L1的T8处理下超过三级标准，有机肥L2在T4和T8处理下超过土壤评价三级标准。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1．2 畜禽粪便应用及发展

1．1．3 有机肥中重金属来源及状况

1．1．4 施肥对土壤与农作物重金属的累积

1．2 国内外研究进展

1．2．1 集约化养殖畜禽粪便重金属研究

1．2．2 重金属累积量、有效态含量及蔬菜品质

1．2．3 鸡粪中重金属对环境的影响

1．3 研究的目的及意义

1．4 研究的主要内容和技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

2 材料与方法

2．1 鸡粪有机肥的材料与方法

2．1．1 样品采集

2．1．2 样品的处理及测定

2．1．2 试验设计

2．3 数据处理

3 结果与讨论

3．1．1 鸡粪有机肥中重金属含量特征分析

3．1．2 有机肥中重金属形态特征

3．1．3 有机肥中重金属有效性及风险分析

3．1．4 施有机肥对土壤重金属累积量估算

3．2 鸡粪有机肥对土壤理化性的影响

3．2．1 不同施肥处理下土壤中有机质含量

3．2．2 有机肥处理下土壤中氮磷钾的含量

3．2．3 相关性分析

3．3 施肥对小白菜和土壤重金属及品质影响

3．3．1 小白菜生物量和可溶性糖含量

3．3．2 小白菜体内重金属含量

3．3．3 土壤重金属含量特征

3．3．4 相关性分析

4 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文