畜禽粪便有机肥中Cu、Zn在不同农田土壤中的形态归趋和有效性动态变化

通过土壤培养试验,研究了不同畜禽粪便有机肥中重金属Cu、Zn在不同农田土壤中的形态归趋和有效性动态变化过程,为合理确定由畜禽粪便有机肥带入农田土壤的重金属负荷,科学评价畜禽粪便有机肥中重金属进入土壤后的生态风险提供理论依据.结果表明,土壤中施用畜禽粪便有机肥后,酸性土壤p H值升高,而石灰性土壤p H值降低.施用鸡粪后6个月内,有效态Cu含量在2种土壤中显著低于等量Cu无机盐处理,而有效态Zn含量则与等量Zn无机盐处理无显著差异;施用猪粪后6个月内,有效态Cu和Zn含量在2种土壤中均与等量Cu和Zn无机盐处理无显著差异.形态归趋研究表明,通过畜禽粪便有机肥进入土壤中的Cu和Zn在土壤中主要以交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态以及有机结合态的形式存在,且畜禽粪便有机肥的来源不同,各形态Cu和Zn在不同土壤中所占比例不同.土壤中施用畜禽粪便有机肥6个月时,Cu和Zn交换态以及铁锰氧化物结合态所占比例低于等量Cu和Zn无机盐处理,而有机结合态所占比例高于等量Cu和Zn无机盐处理,其它形态与无机盐处理无显著差异.     

畜禽粪便有机肥中重金属在水稻土中生物有效性动态变化

通过土壤淹水培养试验和土壤淹水培养不同时间后同时开始的水稻生物盆栽试验,研究不同畜禽粪便有机肥中Cu、Zn、Cd、Pb在水稻土中生物有效性动态变化以及与等量重金属无机盐的差异,明确不同畜禽粪便有机肥中不同重金属生物有效性差异及动态变化规律.结果表明,水稻土施入畜禽粪便有机肥后30~60 d内,畜禽粪便有机肥处理土壤溶液中重金属含量显著低于等量重金属无机盐处理,重金属无机盐处理土壤溶液中Cu、Zn、Cd、Pb的含量分别是鸡粪处理的2.4倍、3.1倍、3.9倍和327.3倍,分别是猪粪处理的2.0倍、2.2倍、15.6倍和4.0倍.60d后畜禽粪便有机肥处理和对应等量重金属无机盐处理土壤溶液中Cu、Zn、Cd、Pb的含量变的无差异.不同施用时间的畜禽粪粪便有机肥处理水稻体内Cu、Zn、Pb含量均显著低于对应的等量重金属无机盐处理,施用畜禽粪肥处理降低了土壤中Cu的生物有效性.畜禽粪便有机肥中重金属的生物有效性随施用后不同时间的变化呈现先升高后降低再升高规律,在施用后2个月时畜禽粪便有机肥中重金属的生物有效性最低,只相当于对应的等量重金属无机盐的13.0%~30.0%.     

肥料对土壤重金属有效态及水稻幼苗重金属积累的影响

为探究施用不同肥料对红黄泥和河沙泥农田土壤中Cu、Zn、Pb、Cd有效态含量的影响,通过盆栽试验,研究了施用7种肥料（猪粪、鸡粪、紫云英、商品有机肥、磷肥、复合肥、化肥）对土壤重金属有效态含量及水稻幼苗重金属积累的影响.结果表明:①红黄泥中复合肥处理能显著增加Zn有效态含量,比对照增加57.0%,猪粪处理显著降低了Cu、Pb、Cd有效态含量,比对照降低22.1%、13.4%、20.0%.②不同处理河沙泥中Cu有效态含量变化不显著,复合肥处理显著增加Zn有效态含量,比对照增加23倍,化肥处理显著增加Pb有效态含量,比对照增加31.6%,施用复合肥显著增加Cd有效态含量,比对照增加30.6%.③红黄泥中商品有机肥、紫云英处理显著增加水稻根Cd含量,且紫云英处理效果更明显,比对照增加1.92倍,猪粪、鸡粪、商品有机肥、磷肥处理均降低了水稻秸秆Cd含量,且商品有机肥作用更明显,比对照降低58.7%.④在河沙泥中商品有机肥、紫云英处理显著增加了水稻根Cd含量,且商品有机肥处理效果更明显,比对照增加4.27倍,猪粪、鸡粪处理均降低了水稻秸秆Cd含量,且鸡粪作用更明显,比对照降低29.2%.研究显示,不同处理土壤中Cu、Zn有效态含量差异明显;磷肥处理能显著降低红黄泥中Pb有效态含量,猪粪、鸡粪、紫云英处理可显著降低红黄泥中Cd有效态含量,复合肥处理能显著增加河沙泥Cd有效态含量;猪粪、鸡粪处理均能降低红黄泥和河沙泥中水稻秸秆Cd含量.      

畜禽粪便有机肥中重金属在土壤剖面中积累迁移特征及生物有效性差异

通过田间小区试验,定量化研究连续4 a施用不同量猪粪、鸡粪有机肥后不同重金属在土壤剖面中迁移积累特征及生物有效性差异,为科学确定农田土壤重金属的环境容量提供依据.结果表明,连续4 a施用猪粪显著增加了耕层土壤中Cu、Cd的含量,与对照比增幅分别是43.8%~118.6%和28.2%~44.9%.施用鸡粪显著增加耕层土壤Cu、Zn、Cd、Cr、As、Pb含量,增幅分别为29.7%~48.5%,239%~456%,19.9%~80.8%,40.4%~163%,11.8%~22.0%和80.3%~95.0%.猪粪带入的Cu、Zn在耕层土壤中的积累率分别为76.4%~119%和14.2%~20.4%,鸡粪带入Cu、Zn在耕层土壤中的积累率分别为72.1%~88.7%和63.9%~78.9%.施用高量的猪粪、鸡粪Cu、Zn存在明显向土壤深层迁移现象,连续4 a施用60 t·hm^-2的猪粪,Cu迁移到了15~30 cm土层.连续4 a施用60 t·hm^-2鸡粪,Zn迁移到了30~60 cm土层.但连续4 a施用不同量猪粪和鸡粪,土壤剖面中耕层以下土层中Cd、Cr、As、Pb含量均没有显著增加.连续4 a施用鸡粪显著降低小麦籽粒中Cu、Cd含量,显著增加了小麦籽粒中Zn、Cr含量和小麦秸秆中Zn含量,连续4 a施用猪粪显著降低了小麦籽粒中Zn含量,60 t·hm^-2猪粪显著增加了小麦子粒中As含量,猪粪处理还显著增加了秸秆中Cu、As含量.4 a小麦收获累计对有机肥带入重金属的携出率小于6%.小麦籽粒对Cu、Zn的累计携出量高于秸秆,对Cd、Cr、As、Pb携出量低于秸秆,有机肥用量越高,小麦收获对有机肥带入重金属的携出率越低.确定农田土壤重金属环境容量时应考虑不同有机肥中重金属在土壤剖面中积累特征和向下迁移量.     

关中平原畜禽粪便重金属农用风险估算

通过在关中平原畜禽养殖集中的县区采集畜禽粪便和饲料样品,测定其中Cr、Cu、Pb、Zn等重金属元素含量,以评估施用畜禽粪便造成的土壤重金属累积速率和安全使用年限.结果表明,牛粪、鸡粪、猪粪样品中Cr超标率分别为7.69%、4.35%和8.00%,而猪粪中Cu、Zn超标率分别达到76.00%和8.00%.饲料样品中Cu、Zn含量高于Cr、Pb含量,且与畜禽粪便Cu、Zn含量呈极显著正相关关系,结合主成分分析可知,畜禽粪便中Cu、Zn主要来源于饲料.形态分析结果显示,畜禽粪便中Cu、Zn的有效性很高,尤其是鸡粪中Cu、Zn的有效态含量最高.若畜禽粪便施用量保持在当前水平,则施用畜禽粪便24.4~131.0年和69.7~91.9年后,大棚土壤中Cu、Zn含量即可从土壤背景值分别达到安全临界值,因此,畜禽粪便农用时,不仅要控制其施用量,还应适当减少饲料中Cu、Zn添加量.     

施用鸡粪和猪粪对2种土壤As、Cu和Zn有效性的影响

在水稻土和赤红壤中分别以质量分数2%和4%施人含As、Cu和Zn的鸡粪和猪粪,以不施肥为对照(CK)进行通菜盆栽试验,研究施入鸡、猪粪对土壤As、Cu和Zn有效性的影响.结果表明,施用鸡、猪粪几乎均比CK显著提高通菜地上部生物量,而且水稻土中生物量显著高于赤红壤.施用粪肥显著提高通菜As含量和As吸收量,呈高量处理>低量处理、猪粪>鸡粪处理且在水稻土>赤红壤的规律.除水稻土中Cu含量外,施用粪肥也显著提高通菜Cu、Zn含量及吸收量.通菜收获后,所有处理土壤总A6含量比试验前稍微降低、有效As含量及有效As占总As质量分数则大幅下降,但几乎所有粪肥处理土壤Cu和Zn的总含量、有效含量及有效质量分数均提高.与CK相比,粪肥处理土壤总As、有效As分别提高0.3～3.0 mg·kg-1和0.01～0.034 mg·kg-1,有效As质量分数增加0.033～0.178个百分点;总Cu、有效Cu提高3.1～30.4 mg·kg-1和5.2～19.4 mg·kg-1,有效Cu质量分数增加1.2～34.1个百分点;土壤总Zn、有效Zn提高-10.6～79.6 mg·kg-1和4.0～65.9 mg·kg-1,有效Zn质量分数增加1.0～64.2个百分点.如以土壤重金属有效含量增量及有效质量分数提高来评价其有效性变化,则粪肥提高土壤As、Cu和Zn有效性的作用为高量处理>低量处理且在赤红壤中作用大于水稻土.     

好氧高温堆肥处理对猪粪中重金属形态的影响

用 Tessier 连续提取法研究了好氧高温堆肥处理对猪粪中重金属结合形态变化的影响.结果表明,经过好氧堆肥处理,猪粪中 Pb、Cu、Zn、Ni、Cr、Cd、As 的总浓度升高;碳酸盐结合态 Ni、Zn 的浓度降低,其余 Pb、Cu、Cr、Cd 的浓度都升高;硫化物及有机结合态、残渣态重金属的浓度普遍升高,仅有硫化物及有机结合态 As 和 Zn 的浓度下降;可交换态 Cu、Zn、Cr、As 的浓度显著降低.堆肥处理可以降低可交换态和碳酸盐交换态 Pb、Ni、Cu、Cr、Zn、As 和铁锰氧化物结合态 Pb、Cu、Cr、As 的分配系数,因此可以降低猪粪中重金属的有效性.堆肥处理有利于降低猪粪土地利用中重金属污染的风险.     

不同有机肥中磷在土壤剖面中累积迁移特征与有效性差异

为明确连续施用不同有机肥后土壤剖面中磷的分布规律和迁移特征,探讨不同有机肥磷投入下农田磷负荷.通过4 a连续田间定位试验,定量化研究连续施用不同有机肥后土壤剖面中磷的累积迁移特征与有效性差异.结果表明:(1)连续4 a施用不同有机肥后,肥料中磷主要积累在0~15 cm表层土壤,土壤全磷、速效磷含量均随土壤深度增加逐渐降低;连续4 a施用高量有机肥后,其带入的磷可明显迁移到15~30 cm土层,施用高量猪粪速效磷可迁移到60~90 cm土层.(2)连续4 a施用不同有机肥后,土壤表层中速效磷占全磷比例增加,且高用量与低用量之间差异显著.土壤剖面中速效磷占全磷比例的大小顺序为:猪粪处理鸡粪处理污泥处理磷肥处理.(3)施用鸡粪、猪粪、污泥和磷肥后土壤表层中速效磷含量随磷投入量增加呈先增加后平缓的规律.(4)本试验条件下,不同有机肥相同磷投入下对表层土壤速效磷贡献存在较大差异,表现为:猪粪鸡粪污泥.猪粪带入磷的生物有效性和移动性明显高于鸡粪、污泥和磷肥.     

鸡粪热裂解对重金属Mn、Cu、Zn和Cr生物有效性的影响

畜禽粪便直接农用引起的重金属污染是社会普遍关注的问题,探索如何有效降低畜禽粪便重金属生物有效性的技术是急需解决的难题.本文通过分析鸡粪(CM)裂解前后Mn、Cu、Zn和Cr等4种重金属形态分布变化,并采用林地大型盆栽试验研究添加CM和鸡粪炭(CMB)处理对湿地松地上部分重金属吸收状况的影响.结果表明,与CM直接还田相比,添加CMB(400℃)处理降低Mn、Cu和Zn在湿地松地上部分的吸收量和富集系数,而处理之间植株Cr元素的吸收量和富集系数差异不显著. Tessier连续提取结果表明, Mn、Cu和Zn的交换态含量分别由CM的94.8、10.0和34.9 mg·kg~(-1)显著降为CMB的16.6 mg·kg~(-1)、未检测出和1.8 mg·kg~(-1). CM裂解成CMB后, Cr元素残渣态含量显著提高.从元素质量守恒来看, CM制成CMB后Mn、Cu、Zn和Cr损失率分别为29.3%、35.6%、33.5%和3.3%.裂解油中Mn、Cu、Zn和Cr的金属总量分别占CM金属损失量的51.7%、53.0%、32.9%和13.1%. CM裂解成CMB后,91.7%的交换态Mn、几乎100%交换态Cu和97.5%的交换态Zn会随裂解转化为铁锰氧化态、有机结合态和残渣态形式或挥发而降低有效性. 1年盆栽试验结果表明,在CMB处理中,土壤Mn、Cu和Zn交换态含量显著低于CM处理.相关性分析发现,植物体内重金属吸收量与土壤金属有效态含量显著相关,而与总量相关性不明显.由此可见,将鸡粪制成鸡粪炭是一种有效降低Mn、Cu和Zn生物有效性的途径.     

黄淮海地区鸡粪有机肥重金属含量特征及环境风险

本文调查黄淮海地区5省2市120种商品鸡粪有机肥样品,分析测定有机肥中Cu、Cd、Pb、Zn和As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ZnCuPbAsCd,与有机肥行业标准相比,Cd、As、Pb存在超标现象,分别为6.7%、47.05%和14.28%,不同省市间重金属含量差异明显.有机肥中Cd、Zn主要以铁锰结合态存在,分别占37.3%和43.79%(质量分数),而残渣态Pb、有机结合态Cu,交换态As比例较高.有机肥中TCLP-Zn、-Cu、-Cd、-Pb和-As含量分别为41.11、3.33、0.07、1.25和0.21 mg·kg~(-1),有机肥中Zn和Pb含量超标数为6和5个,分布在河北省和江苏省.有机肥中Zn、Cu、Cd和As总量与TCLP提取态含量存在显著相关性(P0.05).按鸡粪有机肥年施肥量15t·hm-2推算鸡粪有机肥安全使用年限:河南天津安徽=山东=江苏河北北京.     

Changes in heavy metal contents in animal feeds and manures in an intensive animal production region of China

The 360 feed and manure samples were collected from 150 animal farms in Jiangsu Province, China and analyzed for heavy metals. Concentrations of Zn and Cu in animal feeds were 15.9-2041.8 and undetected-392.1 mg/kg respectively, while Hg, As, Pb, Cd, and Cr in all feeds were below 10 mg/kg. Concentrations of Cu, Zn, and Cr in animal manures were 8.4-1726, 39.5-11379, and 1.0-1602 mg/kg respectively, while As, Cd, Hg, and Pb were 〈 10 mg/kg. The concentration of Cu, Zn, As and Cr in animal feed and manure were positively correlated （p 〈 0.001）, but the Cd, Hg, and Pb were not statistically correlated between the feed and the manure. Concentrations of Cu and Zn were highest in pig feed and manure, followed by poultry and dairy feeds and manures. During 1990- 2008, Cu, Zn, As, Cr, Cd contents increased by 771%, 410%, 420%, 220%, and 63% in pig manure, 212%, 95%, 200%, 791%, and -63% in dairy manure, and 181%, 197%, 1500%, 261, and 196% in poultry manure. Most of the increases occurred from 2002 to 2008, which reflects the extensive use of feed additives after 2002. In contrast, Pb and Hg in manures continuously decreased from 1990 to 2008. The results suggest that the heavy metal contents in animal manure have been greatly increased over 18 years and the contribution of manures to soil should be considered.     

连续施用鸡粪对菜心产量和重金属含量的影响

由于养殖业普遍使用微量元素添加剂,导致禽畜粪中重金属残留过高现象广泛存在.根据养殖场鸡粪含氮量计算其用量（N 0～450 kg·hm^-2）,进行连续4茬菜心施用鸡粪田间实验,探讨对菜心产量及重金属含量的影响.结果表明,第1、3茬所有施用鸡粪处理菜心产量比单施无机肥处理降低,第2茬则提高,第4茬鸡粪与无机肥配施处理提高了菜心产量.不同茬别菜心产量差别较大,第2茬显著高于其它茬别.从不同处理4茬菜心重金属平均含量来看,施用鸡粪可提高As、Zn含量,降低Cr、Cd含量,对Pb含量无明显影响,配施鸡粪提高Cu含量.除第2茬因产量稀释作用影响外,不同茬别所有处理菜心As、Pb、Cr、Cu、Zn平均含量随施用茬数增加而提高,Cd平均含量则下降.建议在无公害或绿色食品生产中避免一次性大量施用或连续施用养殖场禽畜粪.     

东北三省不同规模养殖场畜禽饲料和粪便中锌含量特征

为了解东北三省不同规模养殖场畜禽饲料和粪便中w(Zn)分布及粪便Zn的农田输入量,选取长春、哈尔滨等养殖密集城市,分别从小、中、大规模养殖场随机采取了25、30、49个畜禽饲料样品和28、28、54个粪便样品进行研究. 结果表明:吉林、黑龙江、辽宁三省猪饲料中的w(Zn)平均值分别为209.35、120.00和117.58mg/kg;牛饲料中w(Zn)平均值分别为116.73、120.26和134.04mg/kg;鸡饲料中w(Zn)平均值分别为95.51、77.59和97.23mg/kg. 在养殖规模上,猪饲料、牛饲料中w(Zn)平均值均以小规模养殖场最高,分别为238.91、156.28mg/kg;而鸡饲料中w(Zn)平均值以大规模养殖场最高,为103.72mg/kg. 对比畜禽粪便中的w(Zn)分布可知,吉林、黑龙江、辽宁三省猪粪中w(Zn)平均值分别为630.26、596.57和692.59mg/kg;牛粪中w(Zn)平均值分别为132.04、108.88和138.82mg/kg;鸡粪中w(Zn)平均值分别为363.67、201.82和246.45mg/kg. 在养殖规模上,猪粪、牛粪、鸡粪中w(Zn)平均值均以大规模养殖场最高,分别为691.56、136.13和384.15mg/kg. 畜禽粪便与饲料中的w(Zn)呈显著正相关(P<0.05). 根据东北三省畜禽养殖量及粪便中w(Zn)平均值推算,每年有12442.7t 的Zn通过畜禽粪便农用输入农田.      

Meat products and soil pollution caused by livestock and poultry feed additive in Liaoning,China

Contents of copper and zinc in feed, manure, meat of livestock and poultry, and soil applied with manure in Liaoning, China were determined by atomic absorption spectrometry. The average contents of copper in chicken and pork were exceed the maximum limit values provides by Chinese standard GB15199-94. The application of pig and chicken manure has led to a certainty extend pollution of copper and zinc in soil, which becomes severity in the release of heavy metals in plantation.