沼液灌溉对土壤渗滤液重金属含量的影响

黄宇民,叶晶,苗纪法+康群+李艳蔷+李兆华

作者简介：黄宇民（1987—），男，湖北恩施人,湖北大学资源环境学院硕士研究生。中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：16749944(2014)05021503

1引言

在规模化畜禽养殖过程中,为防止畜禽疾病、促进畜禽生长和提高饲料利用率,一些重金属元素如Cr、Cu、Zn制剂等被添加到畜禽饲料中已非常普遍［1］。而实际上,畜禽对重金属元素的利用率很低,只有极少部分能被吸收,绝大部分随畜禽粪便排出体外后经发酵变成沼液。随着饲料添加剂的不断增加,沼液中部分污染物的含量大大超出农田灌溉水的限制标准。长期施用含有Cr、Cd、Cu、Zn的粪便,将会造成其在农田土壤不断积累，因而对农产品、土壤环境和土壤渗滤液具有潜在不良影响，从而增加对土壤环境质量和农产品污染的风险性，通过食物链对人类健康造成不良影响［2］。

目前大多数研究主要集中在沼液中重金属对土壤质量的影响和农作物产量与品质的影响,对土壤渗滤液的研究报道较少。基于这一现状,本文章试图研究不同施肥处理对土壤渗滤液的影响,从而能更全面的研究沼液重金属对环境的影响。

2材料与方法

2.1试验时间和地点

本试验于温室中进行,从2012年11月初开始至2013年5月初结束。

2.2试验处理

试验共分5个处理,其中A1~A6为空白对照,B1~B9施用复合肥,C1~C2施用有机肥料,D1~D2浇灌沼液原液,E1~E2浇灌稀释30倍的沼液,各处理肥料施用量如表1。盆栽试验在容积25L的圆形塑料桶上进行,桶底圆心处钻一个半径4cm的小孔,并将桶置于一个塑料盆内,用塑料薄膜和胶带将桶与盆之间的空隙密封,盆用于收集渗滤液,薄膜用于防止渗滤液蒸发(图1)。

2.3试验材料

2.3.1供试沼液

本研究所用沼液取自湖北省天门健康集团股份有限公司猪场沼气发酵系统。主要污染物浓度见表2。

表1不同施肥处理量

处理施肥量第1次第2次第3、4、5……15、16次A220mL水220mL水同第2次B220mL水+90g有机肥220mL水同第2次C220mL水+10g复合肥220mL水同第2次D220mL沼液原液220mL沼液原液同第2次E220mL稀释30倍沼液220mL稀释30倍沼液同第2次

图1实验设计示意图

表2供试沼液中指标含量

Cr/(mg/L)Cd/(mg/L)Cu/(mg/L)Zn/(mg/L)0.3880.0090.4720.430

2.3.2供试土壤

武汉市武昌区沙湖周边远离城区、无工业“三废”污染一般土壤,黄棕壤(Cu=0.0793mg/g、Zn=02467mg/g、Pb=0.0476mg/g、Cr=0.09583mg/g,pH=7.8),土壤质量符合《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)二级标准的相关规定。

2.4测定项目与方法

2.4.1水样采集

按照莴苣生长期,在2012年5月初,按组分别采集各株莴苣盆栽塑料盆中的渗滤液,并依次编号。

2.4.2水样重金属的测定

根据《水和废水监测分析方法(第四版)》,采用直接吸入火焰原子吸收法测定各水样和沼液中的Cr、Cu、Cd和Zn的浓度和总量;采用火焰原子吸收法测定各水样和沼液原液中的铬的浓度和总量。

2.4.3试验结果处理

试验结果采用Excel和Spss软件进行统计分析和作图。

3结果与分析

3.1沼液灌溉对土壤水质中铬(Cr)的影响

对试验测得的铬(Cr)的数据进行方差分析,结果显示处理组4与处理组1、处理组2、处理组3和处理组5之间存在显著差异(P=0.010、P=0.004、P=0.005、P=0.003),而处理组1、处理组2、处理组3、处理组5两两之间显著性都大于0.05,说明这几组之间的差异不显著。Cr浓度均值图如图2,由图可见采用沼液原液灌溉的第4组的渗滤液中Cr的浓度明显的超过了其他各处理组;采用稀释30倍沼液灌溉的第5组和采用常规施肥的处理组的Cr的浓度差异不大。经计算,处理组4的土壤渗滤液中Cr的平均浓度为0.45mg/L,大于农田灌溉用水标准中Cr的浓度0.100mg/L。

图2Cr浓度均值图

3.2沼液灌溉对土壤水质中镉(Cd)的影响

对试验测得的镉(Cd)的数据进行方差分析,结果显示处理组4与处理组1和处理组2之间存在显著差异(P=0.027、P=0.010),处理组4与处理组3和处理组5之间差异不显著,处理组5与处理组1、处理组2、处理组3和处理组4之间差异不明显。Cd浓度均值图如图3,由图可见随着浓度的增加,土壤渗滤液中Cd的浓度呈上升的趋势。采用沼液原液灌溉的第4组的渗滤液中Cd的浓度明显的超过了其他各处理组;采用稀释30倍沼液灌溉的第5组Cd的浓度比采用常规施肥的处理组的Cd的浓度略高一点。经计算,处理组4的土壤渗滤液中Cd的平均浓度为0.019mg/L,大于农田灌溉用水标准中Cd的浓度0.005mg/L。

图3Cd浓度均值图

3.3沼液灌溉对土壤水质中铜(Cu)的影响

对试验测得的铜(Cu)的数据进行方差分析,结果显示(图4)处理组1、处理组2、处理组3、处理组4和处理组5两两之间显著都大于0.05,说明各处理组之间差异不明显。但是,和其他处理组相比,处理组4与处理组2和处理组3之间虽差异不明显,但是有一定的区别。经计算,处理组4的土壤渗滤液中Cu的平均浓度为054mg/L,符合农田灌溉用水标准中Cd的浓度1000mg/L。

图4Cu浓度均值图

3.4沼液灌溉对土壤水质中锌(Zn)的影响

对试验测得的锌(Zn)的数据进行分析,结果显示（图5）用沼液原液灌溉的处理组4的渗滤液Zn的浓度明显大于其他各组渗滤液Zn的浓度,而用稀释30倍的沼液灌溉的处理组5的渗滤液Zn的浓度与处理组1、处理组2和处理组3中的渗滤液Zn的浓度差异不大。经计算,处理组4的土壤渗滤液中Zn的平均浓度为0.15mg/L,符合农田灌溉用水标准中Zn的浓度2.000mg/L。

图5Zn浓度均值图

4结语

本试验使用的沼液中重金属Cr、Cd、Cu、Zn进入“土壤-植物-渗滤液”系统之后,部分被植物吸收,部分截留在土壤中,部分进入土壤渗滤液中。试验结果显示,施用沼液原液的处理组的渗滤液中重金属Cr、Cd、Cu、Zn的浓度明显高于其他各组渗滤液重金属浓度,与张馨蔚［3］的结果一致,说明灌溉沼液原液会增加土壤渗滤液中重金属的浓度。施用稀释30倍沼液的处理组的渗滤液中重金属Cd、Cu的浓度高于施用复合肥和有机肥处理组的渗滤液中重金属Cd、Cu的浓度,而Cr、Zn的浓度未呈现这一趋势,是否是土壤对Cr、Zn的吸附或植物对Cr、Zn的富集的原因还需进一步研究。

试验结果显示施用复合肥和有机肥的处理组的渗滤液中重金属Cr、Cd的浓度高于农田灌溉用水标准中

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