模擬降雨條件下露天堆肥對(duì)土壤的影響

黃榮焱，查克泉，李 貌，李帥東，曹洪志

（宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 宜賓 644000）

合理施用畜禽糞便可有效提高土壤肥力，改良土壤的性狀和成分。但畜禽糞便連續(xù)、過(guò)量地施用，超過(guò)其自身承受能力，會(huì)使土壤積蓄大量有毒有害物質(zhì)從而抑制農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育[1]。畜禽糞便中的有機(jī)質(zhì)和重金屬會(huì)滲透遷移至土壤中，土壤中所含有的微生物可以分解糞便中的一些有機(jī)物，進(jìn)而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氨、硝酸鹽、胺和亞硝酸鹽等物質(zhì)；同時(shí)畜禽糞便中重金屬的增加，土壤中的重金屬含量隨之增加，從而導(dǎo)致土壤重金屬污染。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

降雨裝置：該裝置由蓄水桶、水泵、水管、閥門(mén)和降雨器組成。降雨器由均勻布滿小孔的PVC 管構(gòu)成。堆肥工具：由100 cm（長(zhǎng)）×100 cm（寬）×80 cm（高）的角鋼構(gòu)成基本框架。底部有4 根角鋼支撐，底部后柱高于前柱，讓上層形成一個(gè)5°坡面，再由規(guī)格的層板鑲嵌而成的堆肥箱。堆肥從下至上50 cm 放置普通土壤，上部剩下30 cm 放置基料。其性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 基料的理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)方法

在堆肥箱的底部放置已經(jīng)混勻土壤，其體積為100 cm×100 cm×50 cm，在加入普通土壤的上層分別加入豬糞、牛糞和污泥，加入的體積為100 cm×100 cm×30 cm。在3 種不同基質(zhì)的基礎(chǔ)上，設(shè)置3 種不同降雨量，在每個(gè)基質(zhì)處理中設(shè)有3 個(gè)重復(fù)。在試驗(yàn)開(kāi)始前用降雨裝置測(cè)定灑水面積，再根據(jù)降雨量確定降雨體積。降雨量和降雨噴灑面積見(jiàn)表2。正式試驗(yàn)周期為4 周，每周2、4、6進(jìn)行降雨，同時(shí)記錄當(dāng)天的溫度、天氣情況、降雨量和降雨時(shí)長(zhǎng)。待4 周降雨完成后，收集土壤樣品，考察其各元素的含量及變化。

表2 降雨量和降雨噴灑面積

2 結(jié)果與分析

2.1 降雨情況下土壤不同深度中N 含量變化

由圖1—圖3 可知，在小雨?duì)顟B(tài)下的豬糞、牛糞和污泥土壤中，10 cm 處的N 含量與20 cm、30 cm處相比均有顯著（P＜0.05）提升，其中豬糞、牛糞和污泥分別達(dá)到1.31%、1.30%和1.52%。在中雨?duì)顟B(tài)下牛糞（1.15%）和污泥（1.25%）地下10 cm 處的N 含量有提升，與20 cm、30 cm差異顯著（P＜0.05）。在大雨?duì)顟B(tài)下土壤不同深度中N 含量差異不顯著（P＞0.05）。說(shuō)明隨著降雨強(qiáng)度的增大，土壤中N含量改變?cè)叫』驔](méi)有改變。從整個(gè)圖可以看出，N 含量的改變均在10 cm 處，并未對(duì)土壤深處的N 含量發(fā)生改變。

圖1 在降雨情況下豬糞下土壤不同深度中N 含量變化

圖2 在降雨情況下牛糞下土壤不同深度中N 含量變化

圖3 在降雨情況下污泥不同深度中N 含量變化

2.2 降雨情況下土壤不同深度中P 含量變化

由圖4—圖6 可知，在小雨?duì)顟B(tài)下牛糞（0.38%）的地下10 cm 土壤中P 含量明顯提升，與20 cm、30 cm 差異顯著（P＜0.05）。在中雨?duì)顟B(tài)下牛糞（0.32%）地下10 cm中P 含量有提升，與20 cm、30 cm 差異顯著（P＜0.05）。在大雨?duì)顟B(tài)下土壤不同深度中P 含量差異不顯著（P＞0.05）。相同雨量下，牛糞的土壤中P 含量高于豬糞和污泥的土壤中P 含量，說(shuō)明牛糞中可溶性磷明顯高于豬糞和污泥中的可溶性磷。從牛糞可以看出，隨著降雨強(qiáng)度的增大，土壤中P 含量改變?cè)叫』驔](méi)有改變；P 含量的改變均在10 cm 處，并未對(duì)土壤深處的P 含量發(fā)生改變。

圖4 在降雨情況下豬糞下土壤不同深度中P 含量變化

圖5 在降雨情況下牛糞下土壤不同深度中P 含量變化

圖6 在降雨情況下污泥下土壤不同深度中P 含量變化

2.3 降雨情況下土壤不同深度中Cu、Zn 含量變化

從圖7—圖9 可知，地下10 cm 和20 cm 土壤中，豬糞和牛糞Cu 含量最高，可達(dá)14.53 mg/kg；污泥Zn 含量最高可達(dá)42.8 mg/kg。各基料之間Cu、Zn 含量與原始值看似有一定差異，但是經(jīng)方差分析發(fā)現(xiàn)差異不顯著（P＞0.05），說(shuō)明本研究中降雨對(duì)土壤中重金屬?zèng)]有影響。

圖7 在降雨情況下豬糞下土壤不同深度中Cu、Zn 含量變化

圖8 在降雨情況下牛糞下土壤不同深度中Cu、Zn 含量變化

圖9 在降雨情況下污泥下土壤不同深度中Cu、Zn 含量變化

3 討論

降雨過(guò)程中堆肥基質(zhì)的元素?fù)p失主要是通過(guò)2部分損失：一是通過(guò)融入表面徑流水流入江河湖泊；二是通過(guò)滲透至地下土壤。本研究中小雨和中雨的N含量有變化，大雨沒(méi)有發(fā)生明顯改變。造成這一現(xiàn)象的原因可能是在表面徑流水中，降雨量越大，損失在表面徑流水的N 含量越多，滲透到土壤中的N 含量減少；所以在小雨滲透量最大，使得多種基料下土壤中N 含量增加，大雨下的土壤并沒(méi)有任何影響。根據(jù)國(guó)家環(huán)境土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，土壤中N 含量并未超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，還能夠適當(dāng)?shù)卦黾油寥婪柿Γ纳仆寥澜Y(jié)構(gòu)。本試驗(yàn)中，畜禽糞污并沒(méi)有對(duì)環(huán)境造成影響，可能是畜禽糞污量并沒(méi)有超過(guò)土壤的承受能力，并且堆肥時(shí)間較短，不足以將大量N 轉(zhuǎn)移至土壤中。

本試驗(yàn)中小雨和中雨的地下10 cm 土壤中基料之間P含量差異顯著，地下20 cm 和30 cm 差異不顯著；大雨的地下土壤中P 含量差異不顯著。有研究[2-4]表明畜禽糞污長(zhǎng)期堆放在土壤上，會(huì)導(dǎo)致土壤中的無(wú)機(jī)磷有不同程度的增加，其中最主要是因?yàn)镃a-P 發(fā)生了變化，無(wú)效態(tài)磷并不會(huì)有什么變化；土壤中有機(jī)磷組分也會(huì)發(fā)生一定變化，大量組分（活性、中活性及中穩(wěn)性等）有機(jī)磷能得到提高，但是少量組分（高穩(wěn)性）得不到提升。土壤中的磷具有一定的吸附能力，長(zhǎng)期使用畜禽糞污會(huì)極大地提升土壤磷的吸附飽和程度，當(dāng)達(dá)到一個(gè)飽和程度時(shí)，土壤磷吸附能力下降。

有研究[1，5-7]表明畜禽糞污中重金屬含量與有機(jī)質(zhì)、可溶性有機(jī)碳、pH、溫度和微生物含量等有關(guān)；畜禽糞污中有機(jī)質(zhì)的增加會(huì)導(dǎo)致其吸附重金屬能力增強(qiáng)，但當(dāng)土壤長(zhǎng)期施用畜禽糞污時(shí)，土壤中有機(jī)質(zhì)含量增加，能夠更好地吸附重金屬，導(dǎo)致土壤中重金屬含量明顯增加；重金屬污染隨土壤深度加深而減弱，與重金屬的種類有關(guān)，不同種類重金屬在土壤中的遷移能力不一；在3～5 年內(nèi)豬糞、牛糞的下層土壤不會(huì)受到重金屬（Cu、Zn、Pb、Cd）的污染。畜禽糞污含有大量的微生物，可能改變土壤微生物的含量，導(dǎo)致土壤吸附重金屬能力變?nèi)酢＿@類研究結(jié)果推出，由于本試驗(yàn)的降雨時(shí)間太短和有機(jī)質(zhì)含量一定，導(dǎo)致土壤中重金屬?zèng)]有任何變化。

4 結(jié)論

（1）在本研究中，基料中的重要元素可在雨水的滲透作用下流入土壤。其中僅有部分土壤中N、P 含量有少量增加，提升了土壤肥力。

（2）降雨前后土壤中Cu、Zn 含量并未發(fā)生大范圍變化，達(dá)到國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

（3）降雨前后土壤中重金屬含量并未發(fā)生改變的原因可能是因?yàn)槎逊始敖涤陼r(shí)間較短。