土壤鈍化劑對施用沼渣的黑麥草中重金屬積累的影響

席 江，肖 偉

(1.農業部沼氣科學研究所， 四川 成都 610041； 2.西南科技大學生命科學與工程學院， 四川 綿陽 621010)

據測算[1]，全國每年生產農作物秸稈10.4萬噸，可收集資源量約9億噸，尚有1.8億噸未得到有效利用，多數被田間就地焚燒，規模化畜禽養殖場每年產生畜禽糞污20.5億噸，仍有56%未得到有效利用。隨著節能減排的推行，作為有機固體廢棄物無害化、減量化和資源化利用的有效途徑—厭氧消化日益得到重視。

厭氧消化殘余物富含有機質、營養成分和生物活性物質，是優質的有機肥，廣泛應用于農業，可減少化肥和農藥的用量[1]。不同地區及原料產生的沼渣，重金屬含量也有所區別，尤其是以畜禽糞便為原料，由于畜禽對重金屬吸收率較低，其大部分會通過原樣的形式隨排泄物排出體外[2]。重金屬具有難遷移、難降解、易富集、危害大等特點，所以廢棄物中的重金屬逐漸成為廢棄物資源再利用的限制因素[3]。因此，通過鈍化劑原位修復技術來降低土壤中有效態重金屬污染具有重要意義[4]。石灰類鈍化劑會提高土壤pH值，土壤有機質、粘土礦物、水和氧化物以及鈍化劑表面的負電荷增多，土壤對重金屬的吸附能力增強[5]，且在較高的pH值和重金屬濃度下會通過沉淀作用固定重金屬[6]。一些含鋁、鎂的粘土礦能通過吸附作用、離子交換、配合反應和共沉淀達到鈍化重金屬的目的[7]。

黑麥草具有先鋒植物特性，生長快、產量高，可多次刈割并再生，對重金屬有很強的抗性和蓄集作用[8]。同時，實現“豬-沼-土-草”的良性循環，是農區發展資源節約型、生態友好型畜牧業的有效途徑，通過種草養畜，吸納養豬場產生的沼液，既有利于保護生態環境，又有利于解決南方飼料不足的問題[9]。施用沼渣作為土壤改良劑，可以減少化肥的施用，促進植物生長，減少土壤退化和板結，提高土壤水分保持能力[10]。本試驗通過將沼渣和土壤鈍化劑一起施用于黑麥草，研究不同土壤鈍化劑和施用量對黑麥草中重金屬含量的影響，為替代化肥又減少農作物中重金屬積累的沼渣安全施用模式提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

沼渣、黑麥草、栽培土、氧化鎂、貝殼粉，所用栽培土壤取自西南科技大學重金屬修復示范基地，沼渣取自農業部沼氣科學研究所雙流基地戶用沼氣池。土壤和沼渣中重金屬含量見表1。

表1 土壤和沼渣中部分重金屬含量

1.2 試驗設計方案

1.2.1 試驗設置

本研究以盆栽的形式進行，試驗設置了5個處理： 1)沼渣 10 g+貝殼粉 2 g； 2)沼渣 10 g+氧化鎂 2 g； 3)沼渣 10 g+貝殼粉 1 g+氧化鎂 1 g； 4)沼渣 10 g； 5)CK不施用。沼渣、貝殼粉以及氧化鎂均以底肥的形式施入到栽培土壤中。每個處理3個重復，每個花盆中播種50粒黑麥草，播種30天后分別對不同處理組的黑麥草地上部分進行收割，將收割后的黑麥草用牛皮紙包好，放在105℃的干燥箱中進行30 min的殺青處理，待殺青處理后將生黑麥草再放置在75℃的干燥箱處理24 h。并將樣本寄送到第三方檢測中心進行黑麥草地上部分中的重金屬Cr，Cu，Zn，As和Pb的含量進行測定。

1.2.2 施用配比的優化

采用L9(34)正交表，對沼渣、貝殼粉與氧化鎂的施用配比進行優化，每個因素設置3個濃度水平，試驗設計見表2。

表2 不同施用方式正交實驗 (g)

1.2.3 數據處理

利用Excel軟件對試驗相關數據的進行分析，以確定最優的施用配比。

2 結果與分析

2.1 不同施用方式中黑麥草中重金屬含量比較

播種30天后，黑麥草地上部分中重金屬Cr，Cu，Zn，As和Pb的含量檢測如表3所示。試驗結果表明，相對于不施用沼渣的對照處理組(CK)而言，施用沼渣后黑麥草地上部分中重金屬Cr，Cu，Zn，As和Pb的含量均有所提升，Cr含量提高了40.0%，Cu含量提高了13.7%，Zn含量提高了15.2%，As含量提高了54.5%，Pb含量提高了107.0%。施用沼渣的同時施用一定量的貝殼粉或氧化鎂能有效降低作物黑麥草中重金屬的含量，其中，同時施用沼渣和貝殼粉后5種重金屬含量均低于單獨施用沼渣，且Cr和Zn含量低于其他混合施用的處理，接近甚至低于不施用沼渣的處理；同時施用沼渣和氧化鎂后，Cr，Cu，As和Pb含量均低于單獨施用沼渣，但Zn含量高于單獨施用沼渣，可能是Mg2+的存在促進了黑麥草對Zn的吸收；同時施用沼渣、貝殼粉和氧化鎂后，5鐘重金屬含量均低于單獨施用沼肥，且Cu，As和Pb含量低于其他處理。總體來看，混合施用貝殼粉和氧化鎂的效果優于施用沼渣+貝殼粉或沼渣+氧化鎂。

表3 不同施用方式中黑麥草中重金屬含量 (mg·kg-1)

2.2 不同處理中重金屬含量的變化。

正交試驗中，加入5 g，10 g和15 g沼渣的黑麥草鮮重分別為9.11 g±0.45 g，11.17 g±0.62 g，13.14 g±1.20 g和14.38 g±0.11 g，說明沼渣中富含的營養物質，能夠促進黑麥草生長。由于以豬糞為發酵原料的沼渣中Cu和Zn含量較高，試驗用的土壤中Pb含量比較高，正交試驗中，選取了Cu，Zn和Pb作為主要分析參數。不同施用配比對黑麥草中Cu，Zn和Pb含量影響趨勢見圖1～圖3，對于Cu元素而言，增加沼渣和貝殼粉的施用量會提高黑麥草中Cu的含量，但隨著氧化鎂施用量的提高，黑麥草中Cu含量呈現先下降再上升的趨勢，施用2 g氧化鎂的處理中Cu含量低于施用1 g和4 g；對于Zn元素而言，增加沼渣和氧化鎂的施用量會提高黑麥草中Zn的含量，但隨著貝殼粉施用量的增加，黑麥草中Zn含量呈現先上升再下降的趨勢，施用4 g貝殼粉的處理中Zn含量最低；而對于Pb元素而言，增加沼渣施用量會降低黑麥草中Pb的含量，增加氧化鎂的施用量會提高黑麥草中Pb的含量，但黑麥草中Pb的含量隨貝殼粉的施用量的增加呈現出先上升再下降的趨勢，施用4 g貝殼粉的處理中Pb含量最低。

圖1 不同施用方式對黑麥草中Cu含量的影響

圖2 不同施用方式對黑麥草中Zn含量的影響

圖3 不同施用方式對黑麥草中Pb含量的影響

2.3 施用配比的優化

不同施用配比的正交試驗結果見表4。在進行正交優化試驗分析中，隸屬度被認為是更重要的指標。采用綜合評分法對正交試驗結果進行分析時認為Cu，Zn和Pb的重要性是一樣的。結果表明，影響因素的主次關系為：氧化鎂的添加量>貝殼粉的添加量>沼渣的添加量，最優方案為氧化鎂添加量2 g，貝殼粉添加量4 g和沼渣添加10 g的組合，即正交表中的第6號處理組，該試驗組Zn和Pb含量和綜合評分為所有試驗組中最低值。

3 結論

(1)實驗發現，施用沼渣的處理中As，Cu，Zn，Cr和Pb均高于對照，說明施用沼渣為黑麥草提供營養的同時，沼渣中的重金屬也會同時殘留再黑麥草中。

(2)混合施用沼渣貝殼粉與氧化鎂均有一定的抑制作物黑麥草吸收重金屬的作用，混合施用貝殼粉和氧化鎂的效果優于單獨施用貝殼粉或氧化鎂。

(3)增加沼渣的施用量，會提高黑麥草中Cu和Zn含量，但黑麥草中Pb的含量會降低；增加氧化鎂的施用量，會提高黑麥草中Zn和Pb的含量，但Cu含量隨氧化鎂含量增加先下降后上升；增加貝殼粉含量會提高和麥草中Cu含量，但Zn和Pb含量隨貝殼粉施用量增加先上升后下降。

表4 不同施用配比處理黑麥草重金屬含量

(4)通過綜合評分法對正交實驗結果進行分析，發現影響因素的主次關系為氧化鎂的添加量>貝殼粉的添加量>沼渣的添加量，最優方案為氧化鎂添加量2 g，貝殼粉添加量4 g和沼渣添加10 g的組合。