集约化养猪场粪便对红壤旱地重金属积累与环境风险评价研究

论文摘要

本研究利用中国科学院红壤生态实验站红壤旱地生态系统长期监测研究样地,通过连续施用不同量的集约化养殖场猪粪处理(用量分别为2.5、5.0、7.5、10、15、20、25 t/hm~2,共施用3季),分别测定了土壤pH值、容重等基础理化性质和Cu、Zn、Cd、Pb等重金属元素含量,花生、冬萝卜、苦麦菜作物生长指数和不同部位重金属含量:就集约化养猪场粪便对红壤旱地重金属残留积累和作物体内的积累进行了研究;对不同施用量猪粪地红壤旱地重金属残留积累的环境风险进行了初步评价,初步结果如下:1施用集约化养殖场猪粪影响了红壤旱地土壤理化性质随着施肥次数和施肥量的增加,耕层土壤pH值呈降低的趋势,土壤有机碳含量呈逐渐增加的趋势,土壤容重有降低的趋势;亚耕层有机碳含量变化不显著,土壤容重呈增加趋势;土壤全氮、全磷含量呈增加趋势,其中耕层全N最大增加量为0.28g/kg,全P增幅最高达90.8%;连续施用不同量的猪粪对土壤K素含量有显著影响,增幅最高达1.72 g/kg。2不同施用量猪粪对红壤旱地土壤重金属残留积累的影响耕层土壤中Cu、Zn、Pb和Cd等重金属的浓度随着施猪粪量的增加而增加。连续施用猪粪对土壤耕层Cu、Zn的浓度有极显著影响,对土壤耕层Pb、Cd的浓度有显著影响。亚耕层土壤中Cu、Zn浓度随施用猪粪量增加而增加,Pb、Cd的浓度虽经三次施用猪粪仍无显著变化,各处理间各重金属浓度差异不显著。耕层土壤重金属浓度与连续施用猪粪次数与累计施猪粪量进行相关分析,发现耕层土壤Cu、Zn、Pb、Cd和亚耕层Zn的浓度与累计施用量呈极显著正相关关系。而亚耕层土壤Cu、Pb、Cd浓度与累计施猪粪量之间相关性不显著。3施用集约化养殖场猪粪与红壤旱地重金属残留的环境风险以背景值为评价标准所有施肥处理的各重金属污染指数都大于1,以国家土壤质量标准一级标准为评价标准所有处理土壤中Cu、Zn、Cr和Pb的污染指数均大于0.7,达到了警戒值,只有Cd低于0.7。以二级土壤环境标准为评价标准时,所有处理的Zn、Cu的污染指数较大,但都未超过0.7,未受污染。经三季连续施用猪粪,土壤表层重金属污染大都属低潜在生态风险水平,只有Cd元素为中等生态风险。土壤中各种重金属元素潜在生态危害指数由大到小依次为:Cd＞Cu＞Pb＞Zn。生态风险指数(RI)随着施肥量和施肥次数的增加而增大。4施用不同量集约化养殖场猪粪对作物的影响及食用部分质量评价4.1施用猪粪对花生、萝卜、苦麦菜生物量有显著的影响。花生生物量、籽粒产量、冬萝卜生物量和苦麦菜可食部分产量都比对照高。4.2施用不同量的猪粪对不同作物、不同部位重金属含量影响不同。苦麦菜地上部分Cu含量最高,其次为苦麦菜根和花生籽粒,冬萝卜中含量最低。花生和苦麦菜植株重金属Cu含量随着施肥量的增加而增加,而冬萝卜中重金属Cu含量则反之。施猪粪量高于10t/hm~2时花生籽粒和所有处理苦麦菜地上部分的Cu的浓度均高于蔬菜中Cu的最高允许浓度限值;各处理冬萝卜中Cu的含量均低于该浓度限值。三种作物中Zn含量大多比对照高,作物体内Zn含量以苦麦菜地上部分含量最高,其次为花生籽粒,含量最低的为冬萝卜。所有施猪粪处理的花生籽粒和苦麦菜中zn的含量均超过最高允许浓度限值;冬萝卜中Zn的含量均未超过标准值。施用猪粪处理花生植株和冬萝卜中Pb的浓度总体随施肥量的增加而增大,苦麦菜中Pb的浓度则均低于对照,花生籽粒中的Pb则未检出,各处理冬萝卜和苦麦菜中Pb浓度均超过蔬菜中重金属含量最高允许浓度。花生植株中Cd的含量均比对照高,且随着施肥量的增加而增长,籽粒中的含量大多比对照高;冬萝卜中Cd的含量大多低于对照;苦麦菜地上部分和根部中Cd大多高于对照。各作物可食部位中Cd的浓度均超过蔬菜中Cd的最高允许浓度。本研究中土壤中重金属浓度低于国家土壤质量二级标准,而作物中重金属积累量却超过了食品中重金属最大允许浓度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 畜禽养殖现状
• 1.2 畜禽粪便污染现状
• 1.2.1 畜禽粪便中的重金属对环境的污染
• 1.2.2 粪便中病原菌污染
• 1.2.3 畜禽排泄物氮、磷的污染
• 1.2.4 臭气对环境的污染
• 1.2.5 药物等添加剂的污染
• 1.2.6 盐类导致土壤盐碱化
• 1.3 污染原因分析
• 2 引言
• 3 材料与方法
• 3.1 试验区概况
• 3.2 试验材料
• 3.3 试验设计
• 3.4 样品采集及分析测试方法
• 3.4.1 样品的采集
• 3.4.2 样品分析测试方法
• 3.5 数据计算与环境影响评价方法
• 3.5.1 数据计算与分析方法
• 3.5.2 环境评价方法
• 3.5.3 评价标准
• 3.5.4 土壤中重金属元素积累量的估算
• 4 结果与分析
• 4.1 施用不同量猪粪对红壤旱地理化性质与重金属残留的影响
• 4.1.1 施用不同量猪粪对红壤旱地理化性质的影响
• 4.1.2 施用不同量猪粪对红壤旱地土壤重金属积累量的影响
• 4.1.3 土壤中重金属元素积累的预测
• 4.2 施用集约化养殖场猪粪对红壤旱地作物生物量与重金属积累的影响
• 4.2.1 对作物生物量的影响
• 4.2.2 对作物重金属含量的影响
• 4.3 环境评价
• 4.3.1 土壤重金属积累量的环境风险评价
• 4.3.2 作物食用部分质量评价
• 5 结论
• 5.1 施用不同量猪粪对土壤理化性质的影响
• 5.1.1 对土壤pH值和有机质的影响
• 5.1.2 施用猪粪对土壤容重的影响
• 5.1.3 施用猪粪对土壤中N、P、K全量的影响
• 5.2 施用猪粪对土壤重金属积累的影响及其评价
• 5.2.1 施用猪粪对土壤重金属积累的影响
• 5.2.2 施猪粪土壤的环境评价
• 5.3 施用猪粪对作物的影响
• 5.3.1 施用猪粪对作物生物量的影响
• 5.3.2 施用猪粪对作物中重金属含量的影响及其评价
• 6 展望
• 6.1 重金属形态与迁移机理应予重视
• 6.2 土壤中重金属元素积累的预测应予重视
• 6.3 土壤中重金属的潜在生态风险评价应加强
• 6.4 建立一套较完善的耕地土壤监测与评价体系
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 攻读硕士期间撰写和发表的学术论文