我国畜禽粪便重金属含量特征及土壤累积风险分析

由于饲料中微量元素的添加,造成畜禽粪便中重金属元素的环境污染风险增高.本文通过各地畜禽粪便样品采集分析和文献查阅等途径,搭建了我国畜禽粪便重金属元素含量数据库,使用统计学方法系统分析了我国畜禽粪便中重金属含量特征及不同来源畜禽粪便重金属的含量差异;在此基础上,借助农田土壤重金属流动模型进行情景分析,定量了施用畜禽粪便时土壤中主要污染元素的累积速率和对应的最大施用年限.结果表明,我国畜禽粪便中各重金属元素含量分布为偏态分布,镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)、砷(As)、汞(Hg)、铜(Cu)、锌(Zn)和镍(Ni)的含量(mg·kg~(-1))范围分别为未检出(ND)～147、ND～1 919、0. 003～2 278、ND～978、ND～103、ND～1 747、ND～11 547和1. 22～1 140,均值(中位值,mg·kg~(-1))分别为2. 31(0. 72)、13. 5(8. 96)、36. 3(12. 0)、14. 0(3. 52)、0. 97(0. 07)、282(115)、656(366)和21. 8(13. 1),均值比中位值高1～13倍.依据我国有机肥行业标准NY 525-2012,畜禽粪便中Cd、Pb、Cr、As和Hg的超标率分别为12. 3%、2. 58%、2. 76%、20. 6%和3. 69%;按照德国腐熟堆肥标准,Cu、Zn和Ni的超标率分别为53. 9%、45. 7%和0. 59%.我国畜禽粪便中Cd、As、Cu和Zn的超标率比较高,达到10%以上.不同区域畜禽粪便重金属含量也有明显差异,山东省畜禽粪便As、Cd平均含量最高,分别是全国平均含量的1. 7倍和10. 1倍,江西省畜禽粪便Cu、Zn含量相对最高,分别是全国含量均值的2. 1倍和2. 4倍;华东沿海地区畜禽粪便重金属含量相对较高.不同来源畜禽粪便重金属含量存在一定差异,猪粪中Cd、As、Hg、Cu、Zn、Ni这6种元素平均含量分别是牛、羊、家禽粪便的1. 0～3. 0、1. 8～6. 8、1. 1～15. 8、4. 9～17. 5、2. 7～12. 0和1. 7～2. 1倍;家禽粪的Pb含量最高,其均值分别是对应猪、牛、羊粪便的2. 8、2. 5和2. 2倍.进一步预测施用不同来源动物粪便后土壤重金属累积风险,发现超过90%的情形下,Cd的累积速率低于0. 02 mg·(kg·a)~(-1); Pb累积速率均低于0. 15 mg·(kg·a)~(-1),施用家禽粪便情景下Cr累积速率最大,最大值达到了0. 28 mg·(kg·a)~(-1).     

膨润土对不同类型农田土壤重金属形态及生物有效性的影响

通过盆栽试验,研究了膨润土对3种类型农田土壤中土壤理化性质、Cd、As、V和Cr的形态、小白菜(Brassica chinensis L.)生长、重金属吸收及根际微生物群落的影响。结果表明,添加膨润土降低了3种土壤中可交换态Cd比例,降幅依次为黄壤(Gy,19.44%)黄褐土(Sy,13.85%)潮土(Bf,5.03%),小白菜地上部Cd对应降幅为Gy(34.81%)Bf(23.91%)Sy(11.11%);与各自对照相比,Bf和Sy中可交换态As比例降低,降幅分别为4.53%和25.16%,Gy中可交换态As比例升高了0.57%;可交换态Cr比例均升高,增幅依次为Sy(31.30%)Gy(2.91%)Bf(0.58%);As、V和Cr残渣态均升高(Sy中Cr除外),小白菜对其吸收也不同程度地降低。膨润土有助于3种土壤中小白菜的生长,Bf中小白菜生物量、根表面积、根尖数分别增大了147.55%、80.71%和124.31%。此外,膨润土降低了3种类型土壤中速效氮、速效磷和有机质的含量,增大了速效钾含量和根际微生物群落多样性。因此,认为膨润土均适用于这3种土壤的修复改良。     

膨润土对不同类型农田土壤重金属形态及生物有效性的影响

通过盆栽试验,研究了膨润土对3种类型农田土壤中土壤理化性质、Cd、As、V和Cr的形态、小白菜(Brassica chinensis L.)生长、重金属吸收及根际微生物群落的影响.结果表明,添加膨润土降低了3种土壤中可交换态Cd比例,降幅依次为黄壤(Gy,19. 44%)黄褐土(Sy,13. 85%)潮土(Bf,5. 03%),小白菜地上部Cd对应降幅为Gy(34. 81%) Bf(23. 91%) Sy(11. 11%);与各自对照相比,Bf和Sy中可交换态As比例降低,降幅分别为4. 53%和25. 16%,Gy中可交换态As比例升高了0. 57%;可交换态Cr比例均升高,增幅依次为Sy(31. 30%) Gy(2. 91%) Bf(0. 58%); As、V和Cr残渣态均升高(Sy中Cr除外),小白菜对其吸收也不同程度地降低.膨润土有助于3种土壤中小白菜的生长,Bf中小白菜生物量、根表面积、根尖数分别增大了147. 55%、80. 71%和124. 31%.此外,膨润土降低了3种类型土壤中速效氮、速效磷和有机质的含量,增大了速效钾含量和根际微生物群落多样性.因此,认为膨润土均适用于这3种土壤的修复改良.     

热解温度对畜禽粪便生物炭重金属特征变化的影响

为了揭示畜禽粪便生物炭中重金属的特征变化,以鸡粪、猪粪渣和牛粪为原料,采用低氧控温法制备生物炭,研究了不同热解温度(350、450、550、650和750℃)的畜禽粪便生物炭产率、重金属(Cu、Zn、Cd、Pb、Cr和Ni)含量和相应富集系数的变化,以及原料来源、热解温度和重金属特征的相关性.结果表明,随着热解温度的升高,畜禽粪便生物炭产率逐渐下降,各重金属元素含量(Cd除外)逐渐增加,多数重金属富集系数呈降低的趋势,总体上高温热解虽增加了畜禽粪便生物炭的重金属含量,但也利于炭化过程中重金属的挥发迁移.畜禽粪便生物炭中重金属含量与热解温度、原料来源密切相关,其中与热解温度的相关性均显著,各生物炭的重金属富集能力表现为鸡粪猪粪渣牛粪.综合分析发现,热解温度对畜禽粪便生物炭的重金属特征变化有显著影响,选择低重金属含量和低富集系数的畜禽粪便可避免高温制备的生物炭在实际应用中由自身重金属可能带来的二次污染.     

宁夏干旱地区工业区对农田土壤重金属累积的影响

随着我国东部沿海地区产业向中西部地区转移,曾经被冠以"净土"的西北干旱地区受到了工业排放污染的威胁.本文以宁夏某县枸杞种植地为研究对象,采用GIS技术,以工业区为中心,结合当地主导风向,沿着黄河进行带状布点采样,分析工业区的建立对农田土壤重金属Zn、Cr、Ni、Mn、Co、Cu、Cd、Pb污染的影响.结果表明,研究区农田土壤重金属累积程度较轻,只有少数样点发生人为Zn和Cd累积;工业区土壤中除了Ni元素以外,其它7种元素都有累积,其中Cd元素浓度达到污染水平的样点占总样点数三分之一.空间分布格局分析结果表明,枸杞地土壤中Cd、Zn、Cu、Mn和Pb等5种元素的分布与工业区位置有较强的相关性.从土壤重金属含量的角度来看,研究区的工业区影响还未造成枸杞地土壤重金属污染,并且由于该区域土壤的pH值普遍较高(平均pH值为8.54),因此,可以认为目前还不存在农田土壤重金属污染问题.但是工业区对农田土壤中重金属累积趋势的影响较为明显.此外,工业区对灌溉水中重金属元素的浓度也有一定影响.     

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.     

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.     

南通市畜禽粪便排放量与农田负荷量分析

在确定畜禽粪便年排放量的估算方法和畜禽粪便排泄系数的基础上,根据2009年南通市畜禽养殖数据,估算南通市畜禽粪便产生量及其主要养分含量,并对畜禽粪便的环境效应进行评价.结果表明,2009年南通市畜禽粪便总排放量约为792.3万t,其中以生猪和鸡排放量较高,分别占总量的44.9％和27.0％.农田畜禽粪便负荷量平均为17.23 t/hm2,农田N、P养分负荷量分别为112.79 kg hm-2和34.86kg·hm-2,畜禽粪便所产生的环境问题已不容忽视.     

集约化养殖畜禽粪便农用对土壤次生盐渍化的影响评估

针对畜禽粪便中盐分残留问题,在江苏省采集分析了180个粪便样品,通过基于GIS的空间分析与基于土壤盐分累积模型的模拟预测,评估了粪便农用对土壤次生盐渍化的潜在影响.结果表明,江苏省目前畜禽粪便中盐分含量较高,最高(以干粪计)达24.2 g·kg-1;南通、盐城、连云港等沿海地区与徐州、宿迁、淮安等徐淮地区为畜禽粪便农用造成土壤次生盐渍化的高风险区;施用畜禽粪便对露天种植的土壤次生盐渍化没有显著影响,而对温室土壤影响较大,在畜禽粪便盐分含量较高(以干粪计,24.2 g·kg-1),中、高施肥量条件下[以干粪计,65～100 t/(hm2·a)],施用纯有机肥2～8 a温室土壤盐分含量增加1.0～2.5 g·kg-1,土壤可达轻度、中度甚至强度盐渍化土程度.     

黑水虻对不同畜禽粪便生物转化效果研究

为研究黑水虻处理不同畜禽粪便生物转化效果、转化前后理化性质以及碳氮分布变化,该文利用5日龄黑水虻幼虫处理猪粪、牛粪、鸭粪以及鸡粪,并对转化前后畜禽粪便相关指标进行测定。结果表明：不同畜禽粪便养分均可满足黑水虻正常生长,猪粪与鸡粪处理组的黑水虻虫体鲜重（189.23 g和193.45 g）显著高于牛粪与鸭粪处理组（167.68 g和178.18 g）。黑水虻对猪粪、鸡粪的减量率和生物转化率较高,分别为63.23%和65.49%、33.66%和35.09%,处理牛粪的减量率和生物转化率最低,分别为40.98%和20.48%。转化后,畜禽粪便的可溶性有机碳、铵态氮以及硝态氮均显著降低,可溶性有机碳分别下降了29.06%（猪粪）、24.69%（牛粪）、27.01%（鸡粪）、24.93%（鸭粪）,铵态氮分别下降了88.01%（猪粪）、59.38%（牛粪）、85.57%（鸡粪）、79.12%（鸭粪）。黑水虻转化畜禽粪便后,猪粪和鸡粪中18.32%和19.47%的碳以及33.24%和35.56%的氮转化为虫体蛋白和油脂,70.21%和65.36%的碳以及42.36%和41.36%的氮保留于虫粪中,黑...     

污水灌溉对沈阳市农田土壤中重金属含量的影响

通过对 2个灌区上、中、下游土壤中重金属的监测分析 ,得出虽然污水灌溉已停止 ,但其对土壤的污染仍然存在 ,重金属在土壤中累积并被作物吸收后随食物链进入人体 ,危害人类健康     

基于GIS的东北农田畜禽粪便施用适宜性分析

东北三省是我国重要的粮食生产和工业基地.近年来,随着经济发展增速加快和产业结构调整力度加大,畜禽养殖业发展迅速,畜禽粪便产生量也快速增加.如何合理处置和利用畜禽粪便对东北三省的农业生产和环境保护都具有重要意义.本研究基于GIS平台,从自然、环境、社会和经济等多方面对东北三省畜禽粪便农田施用的适宜性进行了定量分析和评价.结果表明,东北三省78.9%的耕地适宜施用畜禽粪便,总面积为211942.7km2,主要分布在黑龙江和吉林省的大部分地区.总体来看,与居民区、水体和道路之间的禁施距离,是限制东北三省畜禽粪便耕地施用的关键因子,降雨量差异是影响耕地施用畜禽粪便适宜性地区差异的主要因子.结合适宜施用畜禽粪便的耕地面积和现有畜禽养殖水平,以畜禽粪便排放P2O5为评价指标,36个城市的养殖可发展潜力从四平市超出耕地负荷181.3万头到齐齐哈尔市1120.3万头的盈余,差异较大.从区域分布看,东部区域还有284.2万头的养殖发展空间,西部地区的辽宁中部和吉林中部近一半城市畜禽养殖量已经超过耕地可承载能力,而典型山区林区的养殖业进一步发展的空间相对较小(25.2万头的盈余量),应该适度控制和调整养殖业的发展.     

对比研究槽式堆肥处理不同畜禽粪便对植物毒性的影响

为揭示槽式堆肥过程中不同畜禽粪便堆肥理化性质的变化及其对植物毒性的影响,分别开展了以羊、牛、鸡、猪粪便与木屑为堆料、为期44 d的好氧槽式堆肥对比试验,采集了不同堆肥期的堆肥样品,测定了堆肥的pH、电导率（EC）、可溶性有机碳（DOC）、硝氮（NO₃^--N）、氨氮（NH₄⁺-N）、全氮（TN）、碳氮比（C/N）、全磷（TP）、全钾（TK）、铜（Cu）、锌（Zn）含量及水堇的相对生长指数（RGI）和种子发芽指数（GI）,并通过相关分析和线性回归拟合,分析了堆肥过程粪便对水堇种子植物毒性的影响机制.结果表明,槽式堆肥过程中,羊粪的高温期持续时间最长,牛粪其次,猪粪和鸡粪最短;堆肥结束时4种粪便均呈弱碱性.堆肥过程中猪粪和鸡粪的EC降低,其他粪便的EC变化幅度较小,各粪便的DOC、NH₄⁺-N含量降低,NO₃^--N、TP、TK、Cu和Zn含量增加,牛粪和鸡粪的C/N逐渐降低,而猪粪和羊粪的C/N呈先升后降的趋势,羊粪和猪粪的TN含量下降,鸡粪和牛粪的TN含量缓慢上升.堆肥过程中4种粪便对水堇种子的植物毒性均降低,且RGI和GI升幅由高到低为：牛粪 > 羊粪 > 鸡粪 > 猪粪.相关分析表明,堆肥过程中羊粪的TP、Cu、Zn,牛粪的Zn、TK、TP、NO₃^--N,鸡粪的NO₃^--N、TN、Cu,猪粪的NO₃^--N、TP、Zn、TK与RGI呈显著正相关（p<0.01）;而羊粪的Cu、TP、TK,牛粪的Zn、TK、TP,鸡粪的Cu、TN、NO₃^--N、TK,猪粪的TP、Zn、NO₃^--N与GI呈显著正相关（p<0.01）.由此表明,不同粪便堆肥的以上指标促进了植物的根伸长和种子发芽.但堆肥过程中羊粪的NH₄⁺-N、TN、DOC,牛粪的NH₄⁺-N、DOC、C/N、EC,鸡粪的C/N、EC、DOC,猪粪的NH₄⁺-N、DOC、EC与RGI呈显著负相关（p<0.01）;羊粪的NH₄⁺-N、TN、DOC,牛粪的NH₄⁺-N、DOC、C/N,鸡粪EC、DOC、C/N,猪粪的NH₄⁺-N、DOC、EC与GI呈显著负相关（p<0.01）.由此表明,不同粪便的以上指标显著抑制了植物的根伸长和种子发芽.多元回归分析说明,堆肥过程羊粪和牛粪的NH₄⁺-N,鸡粪的NO₃^--N、Cu、C/N和EC,猪粪的NO₃^--N和TK对水堇种子根伸长具有显著的影响,而羊粪的NH₄⁺-N和TK,牛粪的DOC、pH和EC,鸡粪Cu、TN和NO₃^--N,猪粪的TK对水堇种子发芽具有显著的影响.以上对比研究结果可为不同畜禽粪便槽式堆肥处理和土地利用提供重要的理论依据和决策支持.     

上海农田土壤重金属的环境质量评价

对上海市农田土壤中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg、As进行测定分析,利用不同的评价方法和标准来评价土壤重金属的环境质量状况,并在GIS软件支持下,通过空间插值分析了研究区重金属含量的空间分布特征.结果发现,除As外,各重金属平均含量均高于其背景含量;Cu、Zn、Cd、Cr、Hg和As的浓度均有个别地方的含量超过了国家<土壤环境质量标准>(GB 15618-1995)二级标准限值;从土壤重金属空间分布来看,农田质量整体尚好,土壤优良率为71.4%,合格率为94.9%,不合格率为5.1%;土壤质量受到各种重金属不同程度的影响,存在显著的空间分异,而Zn、Cd、Hg的污染是引起上海地区土壤质量下降的主要原因;各级土壤以城镇建设用地为中心,圈层状分布特征明显,随着上海地区城镇化空间扩展的推进与土地利用方式的变化,可能会导致新污染区的出现与土壤质量的下降.     

不同土壤重金属复合污染对牧草生长的影响

通过生物盆载试验不同土壤中Cu,Zn,Cd复合污染对紫花苜蓿和黑麦草两种牧草生长的影响,结果表明潮土呈碱性,复合污染对紫花苜蓿的生长影响较小,红壤置酸性,与中性的黄棕壤相比,复合污染对黑麦草的危害程度较大.黄棕壤中不同重金属对黑麦()生长的影响顺序为;Cu＞Zn＞Cd,潮土;Zn＞Cu＞Cd,红壤Zn＞Cu＞Cd.     

农田土壤重金属污染监测技术的发展

农田作为粮食作物的生存环境,其生态问题是科学界研究的重点。随着城镇化进程的快速推进,农田土壤的污染加剧,土壤中的重金属污染尤为严重,在这种严峻的形势下,对土壤中的重金属开展监测,具有重要的现实意义。在本文中,笔者在探讨激光诱导击穿光谱法和磁化率法基础上,探讨了土壤重金属污染监测技术的发展趋势。     

畜禽粪便有机肥与氮肥配施对玉米土壤性状的影响

采用田间试验方法,研究了畜禽粪便有机肥与氮肥配施在夏玉米生产上应用效果,为畜禽粪便田间消纳提供理论依据。结果表明:随氮肥或畜禽粪便有机肥施用量的增加,玉米穗长、行数、行粒数、穗粒数和穗粗均有不同程度的增加。土壤pH随氮肥或有机肥施用量的增加而降低;氮肥施用量相同时,土壤碱解氮、速效钾、速效磷和有机质含量都明显均随畜禽粪便有机肥施用量的增加而增加,而活性有机质则表现为先增加后降低;在有机肥施用量相同时,土壤碱解氮含量随氮肥施用量的增加明显增加,但对速效磷、速效钾和有机质含量的影响不明显,而土壤活性有机质含量以OM2(1 600 kg/667 m2)处理最高。土壤碱性磷酸酶和脲酶活性随有机肥施用量的增加而增加,但土壤磷酸酶活性随施氮量的增加差异不明显,而土壤脲酶活性受氮的影响明显。所以,有机肥与化学氮肥配施,可适当减少化学氮肥施用量,畜禽粪便有机肥可明显提高土壤速效养分含量,提高土壤酶活性,从而可减少化学氮肥对土壤面源污染的负荷,也可使畜禽粪便有机肥得到合理利用。     

生物炭输入对城郊农业区农田地表反照率及土壤呼吸的影响

为了探究生物炭输入对地表反照率及土壤呼吸的影响,通过田间小区试验的方法,在不同生物炭用量[0（CK）、0.5 kg·（m²·a）^-1（BC0.5）、4.5 kg·（m²·a）^-1（BC4.5）]不同地表条件下[种植作物（以+表示）、裸地（以-表示）],对农田地表反照率、土壤温湿度、土壤CO₂排放通量、土壤有机碳组分等指标进行了测定分析.结果表明,在作物生长前期（玉米的苗期至拔节期、小麦苗期至越冬期）,BC4.5+、BC0.5+的地表反照率相较CK+处理均有显著下降（P<0.05）,小麦季最大降幅分别为23.7%、17.9%,玉米季最大降幅分别为44.5%、44.9%.随叶面积指数增加,地表反照率在3个处理间的差异随之逐渐消失,作物覆盖可有效缓解生物炭输入导致的地表反照率的降低效应;裸地条件下,生物炭处理的地表反照率较对照处理在全部的观测中均有显著下降（P<0.05）;生物炭在输入初期可显著增加土壤CO₂释放量（P<0.05）,但其增幅随时间逐渐减小,其中BC4.5+较CK+的增幅从276.7%逐步降低至36.1%,BC4.5-较CK-的增幅从163.5%明显减弱至39.8%.生物炭处理较对照处理增加的CO₂释放量主要来自生物炭-土壤共存体系中的易分解碳组分,其土壤CO₂释放通量与土壤水溶性有机碳含量呈显著相关（P<0.05）;生物炭输入导致的地表反照率变化未对土壤呼吸产生直接的影响,而且生物炭输入可降低土壤呼吸温度敏感性Q10值,表明生物炭具有一定的化学和生物学稳定性.     

农田土壤重金属污染及综合治理研究

农田土壤重金属污染不仅导致农田土壤污染,影响农作物产量,还会经农作物将重金属元素通过食物链影响到居民的健康.因此,掌握农田土壤重金属污染评价,评估农田土壤重金属污染风险现状,及时采取相应修复治理措施.文章详细分析了农田土壤重金属污染特点、原因及危害,提出了农田土壤重金属污染综合治理措施,对做好农田土壤污染治理具有积极的...     

农田土壤重金属污染监测及治理

我国是农业生产大国,同时,农田土壤重金属污染问题也是困扰着我国粮食生产安全的重要因素.因此做好农田土壤重金属监测及治理工作意义重大.文章以某市城郊农田土壤监测为例,分析了农田土壤监测的步骤及内容,并提出"源头防控-过程阻断-末端修复-安全利用"的综合防治模式,对实时掌握农田土壤重金属污染,并做好相应治理,确保粮食安全等...