规模化猪场粪水对周边盐碱地重金属及营养素含量的分析研究

蒙洪娇，张春垒，朱世馨，刘则学

（武汉中粮肉食品有限公司，武汉 430000）

盐碱地作为耕地宝贵的后备资源，将猪粪水如何有效的排放盐碱地并促进其改良和利用是实现农业可持续发展亟待解决的重大研究课题[1]。国内外研究表明，施用猪粪水后的盐碱地，其中重金属铜和锌含量超标，营养元素磷超标，因此，本研究通过对不同盐渍化程度的土壤施用猪粪水，进行盐碱土改良新措施的探讨，比较分析了4、7、8、11月施用不同浓度的猪粪对盐渍化土壤的动态变化规律。猪粪中的氮、磷、钾等元素增加土壤的营养成分并改善土壤的盐渍化程度，其利用猪粪喷淋的方式在规模化养猪场的周围盐渍化土地进行消纳。本试验通过粪水对盐碱地重金属及养分含量变化进行了研究。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验所用沼液取自于某大型养猪集团企业吉林长岭养殖场，试验土样采集于长岭县猪场附近选定好的盐渍土试验田。

1.2 试验设计

试验共设5个处理组，每个处理3个重复，按667 m2猪粪水年度总施肥量15、30、45、60 m3设置，试验盐碱地面积625 m2（25 m×25 m），计算盐碱地面积所对应施用量分别为14.1、28.1、42.2、56.2 m3，同时设置无猪粪水的空白对照处理组[2]。猪粪水在2015年4、7、8、11月平均施入并采用人工喷淋方式将猪粪沼液直接喷淋于盐碱地表面，土壤样品于每次施猪粪水后15 d进行采集[3-4]。饲料、猪粪水及盐碱土营养素含量和重金属含量见表1和表2。

表1 猪粪水及盐渍化土壤基本理化性质

表2 猪粪水及土壤重金属含量 mg·kg-1

1.3 试验方法

采集的猪粪置于便携式冰箱中，24 h内转移至实验室，冷冻干燥48 h后，碾磨并过0.5 mm筛，保存于4℃冰箱内，用于重金属含量测定。土壤样品：试验前取各试验田混合土样，并按照对角线取点，每个点再取5个子样点，并利用土钻分别采集深度为0～20cm的盐渍化土。让其土样充分混合后采用四分法去掉多余部分，保留约1 kg土样装袋、编号，一部分放在标记好的塑封袋中，待风干用于测定重金属含量与营养素分析，另一部分过2 mm筛孔后于4℃下保鲜，备用[5]。土壤样品中的全氮采用半微量开氏法测定，总磷采用HClO4-H2SO4消解法测定，总钾采用NaOH熔融-火焰分光光度计法，有效磷测定采用0.5 mol·L-1碳酸氢钠浸提法，有效钾测定采用1 mol·L-1乙酸铵浸提-火焰光度法，有机质测定采用重铬酸钾氧化-外加热法，采用pH计水土比2.5∶1浸提测定pH，用电导率仪水土比5∶1浸提测定EC饲料及猪粪样品[6]。经过风干粉碎、研磨后过60目尼龙筛，备用，重金属均采用H2SO4-HClO4-HNO进行消解[7]。土壤重金属的测定方法参照《土壤农业化学分析方法（第三版）》[8]。

2 结果与分析

2.1 不同浓度的猪粪水对盐碱土土壤养分含量的影响

不同浓度的猪粪水对盐碱土土壤养分含量的影响见图1。

图1 施用不同浓度的猪粪水对土壤各养分含量的影响趋势

由图1可知，盐渍化土壤（CK）在施用猪粪沼液后，随着月份的增加，盐渍化的营养成分含量越高，但0～20 cm的土层内仍未出现积盐现象，盐碱地使用猪粪水后有机质有了较大幅度提升，N、P、K等丰富营养物质显著改善土壤的养分情况。从图中清晰的看出，施用猪粪水可显著增加土壤中各营养成分含量，其土壤有机质和N、P、K元素含量均随着施用猪粪水量的增加而增加，土壤有效钾提升幅度为1.25 g·kg-1。

图1a和图1b中原土壤总氮含量＜0.2，其变化趋势表现为递增规律为CK＜C1＜C4＜C3＜C2，土壤有机质从11.2 g·kg-1提升到 14.8 g·kg-1，起变化趋势表现为递增规律CK＜C4＜C2＜C3＜C1，土壤有效磷提升幅度为0.89 g·kg-1，原土壤对照组总磷其变化趋势表现为 CK＞C1＞C2＞C4＞C3，其含量在 7月时达到最高含量，总钾含量 C4＞C3＞C2＞C1＞CK，各月份上升含量不明显，综上可知，猪粪水中除总氮指标外，其他各指标含量在4、7、8和11月处于平稳状态，总而言之，全氮、全磷、全钾和有机质之间的不同浓度和月份之间存在一定的差异。

2.2 不同浓度的猪粪水对土壤电导率（EC）、pH的影响

不同浓度的猪粪水对土壤EC、pH的影响见图2。

图2 不同浓度的猪粪水对土壤EC和pH的变化

由图2可知，研究不同浓度的猪粪水对盐渍化土壤电导率（EC）和土壤pH是土壤重要的理化指标，施用猪粪水后降低土壤pH和土壤电导率（EC）的升高，同时，在试验周期，土壤pH和电导率（EC）相互之间差异极显著。原土壤pH高达10.5，碱化程度严重，施入猪粪水后可以降低土壤pH，当猪粪水浓度以C3比例投加时，土壤pH已降至9以下，当以C4比例投加时，土壤pH已降到8.5，增加了原土壤碱化程度[9]。

EC大小可反映土壤盐分总量的大小，一般情况下，较高盐分含量的土壤EC更低，猪粪中含有大量盐分，与pH变化趋势相反，随着猪粪猪粪量的增加，土壤EC逐渐下降。当猪粪水以C4投加入原土壤后，EC 由1.25 ms·cm-1升至1.77 ms·cm-1。土壤盐分总量并不是导致土壤碱化的直接原因，pH的上升与EC的下降说明了猪粪水含盐量低于原土壤，而且原土壤偏碱性，当以猪粪水作为土壤改良剂投加入原土壤，土壤pH的升高，增加土壤的碱化程度[10]。

2.3 粪水重金属与施入猪粪水后土壤中重金属含量的关系

施粪肥后对盐碱地土壤重金属含量变化值见图3。

由图3可知，猪粪施用处理后盐碱土壤中，重金属的总体分布特征与盐碱土壤较为一致，Pb和Cu在表层土壤中的含量随猪粪水的施用量增加而递增，猪粪水中的重金属可能会给环境带来污染风险长期使用会加重盐渍化土壤中的累积[11]。

评价粪便中的重金属进入土壤后可能存在的污染采用Li等的方法进行[12]。计算公式见式1。

式（1）中Lj为j县（kg·hm-2·年-1）的镉负荷率，Ci为i动物粪便中的镉平均浓度（mg·kg-1），Mj为j县（kg·年-1）的动物粪肥产量，Aj为j县（hm2）农田区。

用以评价猪粪水施入盐渍化土壤中的重金属污染分析，从而得出Cd污染风险程度最高，其次是Pb和Cu，两者污染风险程度大致处于同一水平，Cr的污染风险程度位列第4，Zn的污染风险程度在5种重金属中最低，Zn累积现象和迁移特征明显[13]。其次是Cu、Cr在土壤中的含量均随猪粪水的施用量的增加而增加，Cd在土壤中的含量随月份的增加表现出先增后减的趋势，盐渍化程度由高到低依次为，Hg含量已严重超标，从综合潜在生态风险指数来看，盐碱地土壤风险指数排序为Pb＜As＜Cr＜Cu＜Zn[14]。

3 结 论

猪粪水具有较高的有机质和养分含量，不但可以有效改善盐碱土的养分状况，提供丰富的营养物质（如氮、磷、钾）。结果表明，猪粪水除对盐碱土总盐分的影响不显著外，土壤EC和pH有明显变化，猪粪水对改良猪场周围盐碱土有一定负面作用，施入猪粪水后的盐碱土其Cu、Zn、Hg的检出值均超国家标准的15～20倍。本试验还不能明确各因素对盐碱土的影响，因而猪粪水对盐碱土理化性质的具体影响的机理都有待进一步研究，其中施用猪粪水后还可以防止土壤电导率的降低，对于盐碱土研究猪粪水对其的改良效果目前还很少，需要进一步研究。