猪粪对红壤菜地重金属污染过程的影响及调控

论文摘要

目前集约化规模化养殖产生的猪粪包含高浓度的Cu、Zn、Pb、Cd等重金属,而这些粪肥常大量使用在蔬菜种植中。伴随猪粪带入土壤的重金属元素在土壤-水体-植物系统中的积累和转化,必然对植物的生长发育、植物体内重金属含量以及地下水水质等产生影响。本文在对江西省余江县大型养猪场的饲料、粪便、菜地土壤和蔬菜重金属污染状况调查基础上,以含高浓度Cu、Zn猪粪为有机肥料,通过一系列盆栽试验和土柱试验,系统研究了含Cu、Zn畜禽粪施用于土壤后,Cu、Zn在土壤-水-植物系统中的迁移过程,讨论了不同猪粪添加量及不同改良剂对青菜生长和吸收重金属的影响,并且研究了改良剂石灰对重金属在土壤中迁移特性的影响。本研究结果为红壤地区合理利用猪粪有机肥和保证蔬菜质量安全等提供了宝贵科学依据。主要研究结论如下:（1）本文调查分析了江西省余江县39个大型养猪场的饲料、猪粪、以及长期施用这些猪粪的菜地土壤及蔬菜的Cu、Zn、Pb、Cd含量,并对饲料、猪粪、土壤和蔬菜重金属含量进行了相关分析。结果表明,大猪和小猪饲料Cu含量超标率分别达81.6%和30.8%,Zn含量超标率分别达89.5%和94.9%, Pb、Cd未超标。猪粪Cu、Zn含量亦严重超标,且饲料和猪粪中Cu、Zn、Pb、Cd含量呈显著正相关关系。土壤总Zn和总Cd含量分别有7.8%和5.2%的样品超过三级标准,污染较为严重。所有蔬菜样品Cu、Zn、Pb含量均未超过我国食品卫生质量标准,空心菜和芋头Cd含量超标。土壤总Cu、Zn、Cd含量与提取态呈显著正相关。（2）通过盆栽试验,研究了0、2%、4%猪粪添加量对青菜吸收重金属Cu、Zn的影响,并选择凹凸棒土、石灰、钙镁磷肥三种土壤改良剂对猪粪污染土壤进行改良。发现猪粪添加能够显著提高土壤pH值,增加土壤电导率,促进植物生长。青菜吸收Cu、Zn的量与猪粪添加量成正比。改良剂能够抑制土壤中重金属的生物有效性,其中石灰的抑制作用最强,同时石灰还有固定红壤磷素的作用。（3）土柱淋溶试验研究了淋溶过程中4%猪粪及1.5%改良剂对红壤pH、盐分、有机质、有效磷及Cu、Zn有效态的动态变化规律。研究表明,菜地土壤中施用猪粪有机肥能够通过提高土壤pH值、EC及土壤有机质含量,显著提高了土壤生产力,但猪粪的施用同时也带入了Cu、Zn等重金属污染。溶解态的Cu、Zn离子能够通过淋溶作用进入地下水,进而危害人类健康。改良剂熟石灰能够较好地解决有机肥提高土壤肥力及猪粪导致重金属污染这一矛盾。我们的研究表明,熟石灰能够更好地改善酸性土壤pH,并能限制Cu、Zn等重金属离子的活度,从而有效地降低重金属随水流迁移的风险。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 综述
• 1.1 饲料中重金属污染的普遍性
• 1.2 畜禽粪便中的重金属污染状况
• 1.3 畜禽粪污染土壤
• 1.3.1 土壤中重金属的含量
• 1.3.2 影响重金属在土壤中迁移转化的因素
• 1.3.3 重金属污染土壤的治理措施
• 1.4 重金属吸收对植物的影响
• 1.4.1 对植物生理的影响
• 1.4.2 对植物生化的影响
• 1.5 重金属对人及动物的伤害
• 1.6 国内外畜禽粪肥重金属污染的研究状况
• 1.6.1 畜禽粪重金属含量调查
• 1.6.2 堆肥对重金属形态及有效性的影响
• 1.6.3 重金属在土壤剖面中的迁移
• 1.6.4 畜禽粪肥的利用
• 1.7 技术路线及研究方法
• 1.7.1 红壤典型区重金属污染状况调查
• 1.7.2 调控机理与措施优化
• 第二章 猪粪施用下红壤菜地土壤和蔬菜重金属污染调查
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 样品采集及处理
• 2.1.2 样品测定
• 2.1.3 污染评价及统计分析
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 饲料和猪粪中重金属全量分析
• 2.2.2 土壤pH、有机质及重金属Cu、Zn、Pb、Cd 含量状况
• 2.2.3 蔬菜样品中Cu、Zn、Pb、Cd 含量分析
• 2.2.4 提取态重金属与蔬菜重金属含量和土壤性质之间的相关分析
• 2.3 小结
• 第三章 不同改良剂对土壤Cu、Zn 污染控制的研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 试验方案设计
• 3.1.2 试验材料
• 3.1.3 测定方法
• 3.1.4 数据处理
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 盆栽土壤测定结果
• 3.2.2 盆栽植物体内Cu、Zn 含量测定
• 3.2.3 不同改良剂抑制植物吸收重金属能力比较
• 3.2.4 植物体内Cu、Zn 含量与土壤pH、EC、有效磷、提取态Cu Zn 含量的关系
• 3.3 小结
• 第四章 Cu、Zn 在红壤中的迁移机理研究
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 试验方案设计
• 4.1.2 试验材料
• 4.1.3 测定方法
• 4.1.4 数据处理
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 不同层次土壤淋溶液pH 的动态变化
• 4.2.2 不同层次土壤淋溶液EC 的动态变化
• 4.2.3 不同层次土壤淋溶液有效磷的动态变化
• 4.2.4 不同层次土壤淋溶液DOC 的动态变化
• 4.2.5 不同层次土壤淋溶液Cu、Zn 的动态变化
• 4.3 小结
• 第五章 全文总结
• 5.1 全文总讨论
• 5.1.1 猪粪施用下红壤典型地区重金属污染状况
• 5.1.2 含重金属猪粪施入红壤后对青菜体内重金属含量的影响
• 5.1.3 猪粪中重金属元素在土壤中的淋溶迁移
• 5.2 本研究的创新和不足之处
• 5.2.1 本研究的特色及创新
• 5.2.2 不足之处
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介