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目前集约化养殖所产生的畜禽粪中包含高浓度的重金属Cu、Zn,而这些粪肥常在蔬菜种植中大量施用。伴随畜禽粪带入土壤的Cu、Zn在土壤-水-植物系统中的积累和形态转化,必然对农作物的生长发育、Cu、Zn吸收以及地下水质等产生影响。本文在苏南地区蔬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的畜禽粪为研究对象,通过一系列室内实验和盆栽试验,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,讨论了不同酸度、质地的土壤类型以及不同来源畜禽粪对不同品种蔬菜生长和吸收差异的影响,并且对重金属低积累作物品种进行了筛选。此研究结果为在蔬菜地土壤上合理施用集约化养殖畜禽粪和保证蔬菜安全等提供重要基础性资料。
主要研究结论如下:
(1)通过苏南地区蔬菜地土壤(30个土壤样品)和蔬菜(32个蔬菜样品)重金属污染状况调查,未发现蔬菜样品Cu或Zn含量超标现象,仅1个蔬菜鲜样Pb含量为0.243 mg kg-1,已超过我国食品卫生标准(Pb:0.2 mgkg-1),但与其对应的土壤样品Pb总量并未超过我国土壤环境质量Ⅱ级标准。所有蔬菜样品的Cu转移系数(TC)超过推荐值,可能是该地区有外源Cu对蔬菜有较高的生物有效性。蔬菜样品中重金属浓度与土壤pH、EC、重金属总量以及用四种提取剂所提取的重金属浓度之间未发现相关关系。
(2)通过室内土柱淋溶实验,研究了0.05 M Ca(NO3)2和0.01 M EDTA溶液对施加含Cu和Zn猪粪、鸡粪和商品有机肥的菜园土淋溶特性的影响。发现Ca(NO3)2溶液促进了各处理土壤中Cu和Zn的淋溶,并且淋溶总量与1.0 MNH4NO3提取态含量显著相关,但淋出液中Cu和Zn浓度与DOC含量并不具有相关性。EDTA促进了猪粪中Cu的淋溶和鸡粪中Zn的淋溶。畜禽粪处理的淋滤液中的Cu和Zn浓度超过地下水环境质量标准,说明强淋溶条件下畜禽粪农用将对地下水产生潜在威胁。
(3)猪粪以0、5%和10%用量施加在两种不同质地土壤(高沙土和黄泥土)中,进行土柱淋溶+植物生长试验,以研究Cu、Zn以及盐分的淋溶迁移规律和对苋菜(Amaranthus tricolor)生长及吸收Cu、Zn的影响。结果显示,含Cu和Zn猪粪在高沙土的淋溶风险显著高于黄泥土,在高用量情况下尤为明显。因此在砂质类土壤上要避免施用高用量的含重金属和高盐分猪粪。猪粪在5%和10%用量情况下显著降低了苋菜的生物量,猪粪中盐分等其它因素对苋菜生长的影响要大于Cu和Zn。
(4)研究了含Cu、Zn猪粪和鸡粪分别以0、2%、4%、8%的比例与红壤混合对5种青菜(Brassica chinesis L.)的生长以及Cu、Zn吸收的影响。结果表明,碱性猪粪的加入提高了红壤pH和EC值,增加了青菜地上部分生物量。提取剂0.01 M CaCl2和1.0 M NH4NO3溶液均能较好预测Zn从土壤向青菜的转移。在猪粪处理中品种四月慢的Cu或者Zn转移系数高于鸡粪处理。虽然本试验中青菜Cu、Zn浓度都未超过我国食品卫生标准,但仍要关注畜禽粪施用在低pH土壤上对青菜吸收重金属的风险以及盐害问题。
(5)分别在高、低重金属污染土壤上进行重金属低吸收品种筛选,被筛选作物包括辣椒、芝麻、莴苣、苋菜、毛豆和菜豆等6大类农作物共13个品种。结果表明:油料作物芝麻各品种Cu、Zn、Pb、Cd含量较高,且都超过粮食食品卫生标准,不建议在污染严重的荒地栽培,并且油渣慎作饲料和肥料使用。6大类农作物中辣椒重金属吸收较少,并且以品种“超汴椒一号”Cu、Zn和Pb含量较低,且在两种污染土壤上的食用部分含量都在蔬菜安全范围内,属于低吸收作物,适合在重金属污染区种植。作物老果中的重金属含量显著高于壮果,并且在重金属高污染土壤上的健康风险大于低污染土壤。