【摘 要】
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我国畜禽养殖业发展迅猛,丰富的畜禽粪便转化为有机肥是资源化利用的最好体现,具有废物利用和生态优化的意义。畜禽粪便有机肥可以提高土壤肥力、增加作物产量,但施用腐熟度不高的有机肥可能对土壤环境造成危害,例如重金属污染,因为有机肥含有大量高活性的溶解性有机物(DOM),它们可以改变重金属的活性(即便是在土壤已经稳定的重金属),提高重金属迁移活化的风险,促进作物吸收重金属,最终危害人体健康。因此,本研究以
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我国畜禽养殖业发展迅猛,丰富的畜禽粪便转化为有机肥是资源化利用的最好体现,具有废物利用和生态优化的意义。畜禽粪便有机肥可以提高土壤肥力、增加作物产量,但施用腐熟度不高的有机肥可能对土壤环境造成危害,例如重金属污染,因为有机肥含有大量高活性的溶解性有机物(DOM),它们可以改变重金属的活性(即便是在土壤已经稳定的重金属),提高重金属迁移活化的风险,促进作物吸收重金属,最终危害人体健康。因此,本研究以农家鸡粪有机肥和商品化鸡粪有机肥及其DOM为试验材料,以酸性黑土和红壤为供试土壤,以Pb为目标污染物,通过土壤培养、吸附、迁移和淋溶等多试验结合的方法,评估腐熟程度不同的鸡粪有机肥及其DOM对土壤中重金属迁移转化的影响,为有机肥的安全利用提供理论依据。主要研究结果如下:(1)本研究所用黑土的肥力优于红壤,而红壤的重金属含量高于黑土。农家鸡粪有机肥气味难闻,提取的DOM颜色深、味道也难闻、总有机碳(TOC)含量较高、蛋白质类化合物较多;而商品化鸡粪有机肥无异味,提取的DOM颜色浅、TOC含量较低、腐殖酸和富里酸含量高。两种有机肥本身的重金属含量都较低。综合来看,农家鸡粪有机肥的腐熟程度明显不足。(2)不同有机肥以及DOM和土壤类型对土壤中Pb的不同形态占比具有重要影响。与未施肥相比,施用农家鸡粪有机肥(FCM)使土壤pH提高1.18-1.63个单位,使Pb的残渣态含量提高了11.24-23.21%,使Pb的弱酸提取态含量能够降低到2.6%左右;施用商品化鸡粪有机肥(CCM)使土壤pH提高了0.35-0.79个单位,土壤中Pb的残渣态含量提高8.75-19.02%,Pb的弱酸提取态含量比FCM高0.21-9.21%;农家鸡粪有机肥DOM(FCMD)的添加使土壤中Pb的残渣态含量降低16.3-27.52%,Pb的弱酸提取态含量增加2.65-19.06%;而商品化鸡粪有机肥DOM(CCMD)的添加只使土壤中Pb的残渣态含量降低6.66-13.98%。有机肥及DOM对黑土中Pb迁移活化的潜在作用顺序为:FCMD>CCMD>CK>CCM>FCM;对低污染浓度红壤的作用顺序:FCMD>CCMD>CK>CCM>FCM;对高污染浓度红壤的作用顺序:FCMD>CCMD>FCM>CK>CCM。总的来说,FCM和CCM对Pb有钝化作用,FCMD和CCMD对Pb有明显的活化作用。(3)FCMD明显降低了土壤对Pb2+的吸附量。FCM和FCMD参与到黑土和红壤吸附Pb2+的过程,吸附平衡后FCM处理组的pH和电导率(EC)分别比FCMD高1.32-1.61个单位和735.7-748.3μS/cm,傅里叶红外光谱显示FCM以碳水化合物类为主要组成物质,而FCMD以包含芳香族不饱和活性官能团类物质居多,FCMD参与土壤吸附Pb2+时的吸附量明显低于FCM组,黑土对Pb2+的吸附量高于红壤。(4)施用FCMD明显改变黑土和红壤的理化性质、促进重金属Pb的迁移溶出。流入液中Pb2+的浓度为300 mg/L时,FCMD与Pb2+的络合能力较弱,土壤的酸性环境对FCMD的迁移有促进作用,黑土和红壤土柱流出液的Pb2+浓度分别比流入液中Pb2+的含量高1.39倍和0.22倍,说明FCMD会导致土壤中原有的Pb2+溶出释放到流出液中;FCMD明显促进了Pb污染黑土和红壤中Pb2+的溶出释放,FCMD导致Pb污染黑土和红壤中Pb2+的淋溶量分别提高了0.82-6.73倍和3.08-3.91倍,说明FCMD确实会活化土壤中的Pb,将稳定的Pb转化为较活跃的状态。FCMD对Pb污染土壤中Pb2+的溶出释放作用还与土壤类型有关,对黑土的活化作用大于红壤。综上所述,腐熟程度不够的农家鸡粪有机肥虽然可以钝化Pb,没有引起Pb的迁移,但只在有机质较高、自净能力较强的黑土中效果明显;然而,当自净能力较差的红壤中Pb污染浓度超过300 mg/kg,农家鸡粪有机肥对Pb钝化作用便不复存在,甚至对稳定性较强的Pb起到活化作用。另外,农家鸡粪有机肥的DOM对Pb具有显著的活化作用。因此,在Pb污染的种植区域,尤其是Pb含量高的土壤,畜禽粪便和腐熟程度不够的畜禽粪便有机肥应谨慎施用。
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