有機肥中鎘的賦存狀態(tài)與生物活性初探.pdf

1、鎘不是植物生長的必須元素，它具有很大的生物毒性。因此，環(huán)境鎘污染受到普遍重視。有機肥是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要肥源，施用有機肥對于提供作物養(yǎng)分，維持土壤肥力發(fā)揮了重要作用。長期以來有機肥一直被認(rèn)為是一種安全肥料，在無公害食品、綠色食品、有機食品等安全農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)中，均強調(diào)有機肥的施用。然而，有機肥的重要作用是以其本身無污染為前提。近年來，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和環(huán)境壓力的日益增加，有機肥本身的污染『口丁題日顯突出，對有機肥資源的不當(dāng)利用造成環(huán)境污染

2、的現(xiàn)象時有發(fā)生。長時間大量施用重金屬含量高的有機肥將會造成重金屬在土壤中的累積，而鎘在土壤中又具有較強的生物活性，容易被植物根系吸收而進入人類食物鏈，危害人體健康。迄今，關(guān)于有機肥對土壤原有重金屬形態(tài)和含量的影響及本身帶入的重金屬在土壤中的積累以及作物吸收轉(zhuǎn)運情況還缺乏系統(tǒng)研究。 本文采用形態(tài)分級、化學(xué)分析、盆栽生物試驗等方法，研究有機肥中鎘的賦存狀態(tài)與生物活性，初步探索外源鎘在有機肥中的形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律以及不同形態(tài)鎘的生物活性。理

3、論上，進一步完善并豐富有機肥中重金屬的基礎(chǔ)研究；在實踐上，為生產(chǎn)中有機肥的合理安全使用提供科學(xué)參考。 供試有機肥包括豬糞、雞糞和商品有機肥共三種典型有機肥，盆栽試驗供試土壤為重慶市廣泛分布的農(nóng)業(yè)土壤——中性紫色土，供試作物為萵苣。按不同種類有機肥的比較、有機肥中添加外源鎘的組合效應(yīng)、外源鎘不同用量的比較等原則設(shè)計試驗，共設(shè)29個處理。分為土壤中直接添加外源鎘、施用含相同水平外源鎘的有機肥和不含鎘有機肥對照三組，每組設(shè)置5個水平。

4、各處理重復(fù)三次，研究不同處理對萵苣生長和鎘吸收的影響；萵苣收獲后按處理取樣，對土壤中鎘的形態(tài)進行分級測定。室內(nèi)試驗包括有機肥對鎘的等溫吸附試驗和有機肥中鎘的形態(tài)分級測定，探討不同有機肥對鎘的吸持能力和外源鎘在有機肥中的形態(tài)轉(zhuǎn)化。有機肥中鎘的形態(tài)分級，借鑒現(xiàn)有土壤的重金屬分級方法對有機肥中鎘形態(tài)進行分級，初步將鎘的形態(tài)分為水溶態(tài)、酸溶態(tài)、堿溶態(tài)、殘余態(tài)等四種形態(tài)。 有機肥對鎘的等溫吸附試驗表明，在Cd<'2+>含量<100μg時，

5、有機肥對Cd<'2+>的吸附率都接近100％，當(dāng)加入Cd<'2+>的含量為120μg時，吸附等溫線斜率逐漸趨緩，吸附量逐漸接近飽和：供試豬糞，雞糞和商品有機肥對鎘的最大吸附量分別為200.00μg/g.123.46μg/g和117.65μg/g。水溶性外源鎘進入有機肥后形態(tài)發(fā)生了轉(zhuǎn)化。在有機肥中加入3mg/g的水溶態(tài)鎘經(jīng)陳化穩(wěn)定后，三種有機肥中各形態(tài)所占比例大小順序為：殘余態(tài)(54.77％～60.00％)>酸溶態(tài)(19.32％～23.2

6、4％)>水溶態(tài)(11.62％～14.69％)>堿溶態(tài)(2.45％～10.37％)；在這三種有機肥中，豬糞中的酸溶態(tài)含量最低為0.51mg/g，雞糞中的水溶態(tài)含量最低為0.28mg/g，商品有機肥中的堿溶態(tài)含量最低為0.06mg/g。相關(guān)分析表明，與土壤中交換態(tài)鎘關(guān)系最密切的是有機肥中的酸溶態(tài)鎘，兩者的相關(guān)系數(shù)達到顯著水平r=0.8549，水溶態(tài)與土壤中水溶態(tài)也呈顯著正相關(guān)r=0.8496。同時，發(fā)現(xiàn)有機肥中的殘余態(tài)也與土壤中的水溶態(tài)和交

7、換態(tài)呈顯著正相關(guān)，r值分別為0.8299和0.8259，反映出有機肥中不同吸持狀態(tài)的鎘進入土壤后，均可能轉(zhuǎn)化為對植物有效的形態(tài)。 不同處理對土壤中鎘的存在形態(tài)和有效性產(chǎn)生了明顯不同的影響。在選取的各處理的土壤中，占比重較大的形態(tài)是交換態(tài)和殘留態(tài)，這兩種形態(tài)之和占全量的百分比均在50％以上，其它形態(tài)所占比重則相對較少一些。在外源鎘+有機肥的三號水平處理中(100mg有機肥中含0.3mg外源鎘)，土壤中的鎘形態(tài)分配比例為：含鎘豬糞殘

8、留態(tài)43.78％>含鎘商品有機肥殘留態(tài)35.19％>含鎘雞糞殘留態(tài)35.03％：同樣總量鎘外源鎘在不同有機肥中轉(zhuǎn)化平衡后的存在形態(tài)有較大差異。以對植物有效性較高的水溶態(tài)和交換態(tài)為例，在不同有機肥中的分配比例高低順序分別為：商品有機肥6.67％>豬糞4.42％>雞糞2.04％和商品有機肥22.96％>雞糞15.65％>豬糞13.25％，反映出不同有機肥中鎘的生物活性存在明顯差異。在不同水平的外源鎘+豬糞的處理中，隨著外源鎘水平的提高，土壤

9、中交換態(tài)鎘所占比例有明顯的提高，從10.69％4曾加到22.84％，水溶態(tài)鎘所占比例從3.44％增加到5.77％，殘留態(tài)鎘所占比例則呈下降的趨勢，從47.33％下降到37.5％。這說明隨加入外源鎘水平的升高，土壤中更多的鎘以活性較高的水溶態(tài)和交換態(tài)的方式存在。直接添加鎘和通過有機肥帶入土壤鎘(x，mg/kg)均使土壤有效鎘(y，mg/kg)呈線性增加，兩者之間的關(guān)系可用y=bx+a描述，但單位添加鎘量增加的土壤有效鎘量(b)差異很大。通

10、過豬糞、雞糞和供試商品有機肥帶入土壤鎘和直接施鎘，單位添加鎘量土壤有效鎘增量分別為：0.1478,0.175，0.301和0.3217。可見，有機肥施用可抑制土壤中鎘的有效性，使有效態(tài)鎘含量下降，其中豬糞的抑制作用最明顯，各水平對應(yīng)的有效態(tài)鎘下降幅度在3.7696～28.10％之間；添加外源鎘+有機肥的處理與空白對照相比，有效態(tài)鎘含量有所增加，但是卻低于直接添加相同水平鎘的各個處理的土壤有效態(tài)鎘水平。 土壤中各形態(tài)鎘對植物鎘累積

11、的影響各不相同。交換態(tài)鎘對植物鎘累積的影響最大，它與植株地上部分和地下部分鎘含量的相關(guān)系數(shù)達到極顯著水平，r在0.698<'**>～0.713<'**>(n=29)，其次是水溶態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)，相關(guān)系數(shù)分別在0.391<'*>～0.405<'*>和0.372<'*>～0.389<'*>之間(n=29)，而緊結(jié)合有機態(tài)、殘留態(tài)與植株各部位鎘都呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中殘留態(tài)與植株鎘的相關(guān)系數(shù)為-0.412<'*>～-0.448<'*>(n=29)

12、，達顯著水平。松結(jié)有機態(tài)和錳氧化物結(jié)合態(tài)與植株鎘未達顯著相關(guān)。用lmol/LNH<,4>Ac溶液提取的有效態(tài)鎘與作物吸收的吻合程度較高，能綜合反映鎘的生物有效性，有效態(tài)鎘與萵苣地上部分和地下部分鎘含量的相關(guān)系數(shù)分別為r<,1>=0.6641"，r<,2>=0.6819"(r<,0.01>=0.4785 n=28)，均達極顯著水平。不同處理對作物生物量的影響差異很大。當(dāng)各處理含鎘水平為三水平0.3mg時：土壤中直接添加外源鎘，使萵苣的生物

13、量大大降低，每株比對照下降2.16g，下降幅度達45.38％：單獨加入三種有機肥的處理使萵苣的生物量提高，提高幅度分別為豬糞7.56％、雞糞4.41％、商品有機肥1.47％，因有機肥種類的不同表現(xiàn)出提高幅度豬糞>雞糞>商品有機肥的差異；有機肥中添加了外源鎘的處理都使萵苣生物量較無鎘有機肥處理下降；下降幅度分別為含鎘豬糞21.09％、含鎘雞糞36.82％、含鎘商品有機肥43.06％，但是仍高于土壤中直接添加同水平外源鎘的處理，此時外源鎘對