冻融作用对猪粪模拟施肥条件下东北黑土中重金属铜锌活性的影响

随着规模化养殖场的发展和饲料添加剂中Cu和Zn的添加, 畜禽粪便中重金属Cu和Zn含量较高, 通过畜禽粪便施肥可能造成土壤重金属污染。畜禽粪便施肥和冻融作用均可能影响土壤中重金属的活性, 进而改变土壤重金属的环境效应。本文针对东北气候特点, 通过实验室模拟, 研究了猪粪施肥和冻融作用对黑土中重金属Cu和Zn活性(可交换态和碳酸盐结合态)的影响。结果表明:同未施肥的对照比, 猪粪施肥初期, Cu和Zn的可交换态含量均明显增加, 而Cu和Zn的碳酸盐结合态含量则略有下降;同低施肥量比, 高施肥量下, Cu和Zn的可交换态含量略有增加, 而Cu和Zn的碳酸盐结合态含量下降;同施肥初期比(1周), 随施肥时间延长(1个月)土壤中可交换态Cu和Zn含量下降, 而碳酸盐结合态Cu和Zn含量增加;高低不同施肥量相比, 高施肥量下可交换态Cu和Zn含量均高于低施肥量, 而碳酸盐结合态Cu和Zn含量则低于低施肥量;随冻融温度下降, 土壤中可交换态Cu和Zn含量、碳酸盐结合态Cu和Zn含量均显著增加, 且在高施肥量下的含量均大于低施肥量。由此可见, 猪粪施肥和冻融作用对黑土中Cu和Zn活性均有不同程度的影响, 总的看是随施肥量的增加和施肥时间的延长, 黑土中Cu和Zn活性不同程度地下降, 但冻融作用可以使猪粪施肥的黑土中Cu和Zn的活性增加, 且随冻融温度下降Cu和Zn活性增加的幅度增大。     

不同钝化剂对猪粪菌渣堆肥中Cu、Zn钝化的影响

为探究不同重金属钝化剂对猪粪堆肥中Cu、Zn的钝化效果,以猪粪和菌渣作为堆肥原料,通过添加5%的重金属钝化剂(沸石、膨润土和海泡石)进行28 d的堆肥。结果表明,各处理组在堆肥高温期维持天数及白菜种子的发芽指数均达到无害化要求,沸石、膨润土、海泡石3种钝化剂的添加使堆肥温度升高,减少堆肥期间水分的损失;堆肥后各处理组呈微碱性;堆肥处理能促进堆肥中Zn、Cu的形态向活性低的方向转化,降低重金属的生物有效性;各处理组中交换态Cu和Zn的分配率均有所降低,其中,海泡石对对猪粪堆肥中交换态Cu的钝化效果最好,膨润土对猪粪堆肥中交换态Zn的钝化效果最好。     

不同类型畜禽粪便Zn的形态分布及冻融作用对畜禽粪便Zn活性的影响

畜禽粪便中重金属的活性与形态分布密切相关,冻融作用可通过影响畜禽粪便理化性质而影响粪便中重金属的形态分布和活性,进而影响畜禽粪便中重金属的环境效应。通过实验室模拟,研究了不同养殖场的鸡粪、猪粪和牛粪中重金属Zn的形态分布规律,以及冻融作用对鸡粪、猪粪和牛粪中重金属Zn活性的影响。结果表明：不同采样点鸡、猪、牛粪中Zn的平均含量分别为225.07、334.00、214.19 mg·kg-1, Zn的含量高低顺序为猪粪>鸡粪>牛粪;未经冻融处理的3种类型粪便Zn的形态分布规律为残渣态?垌有机结合态?垌铁锰氧化物结合态>碳酸盐结合态、可交换态。残渣态与有机结合态之和占粪便中Zn总量的90%以上,而碳酸盐结合态与可交换态之和所占比例不足10%;冻融处理后,不同类型粪便中Zn的可交换态与碳酸盐结合态含量显著增加,冻融作用增加了畜禽粪便中重金属Zn的活性。     

4A沸石对污泥堆肥前后重金属(Cu、Zn、Pb)形态变化的影响

采用高温好氧强制通风堆肥工艺,研究污水污泥与稻壳、4A沸石按不同比例混合堆肥前后重金属Cu、Zn、Pb总量的变化,以及可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态含量的变化,同时探讨了4A沸石在污泥堆肥过程中所起的钝化作用。结果表明,添加4A沸石能降低污泥中可交换态重金属的含量,但不能降低重金属总量;堆肥过程中,4A沸石对重金属有良好的钝化效果,在污泥、稻壳混合堆肥中,应控制4A沸石用量在10%左右。     

不同钝化剂对猪粪堆肥处理重金属形态转化的影响

采用室外模拟堆肥试验,研究了4种重金属钝化剂（A：2．5％沸石＋2．5％粉煤灰;B：2．5％沸E＋5．0％磷矿粉;C：2．5％沸石＋2．5％钙镁磷肥;D：2．5％沸石）与CK（不添加钝化剂）处理对猪粪堆肥中Cu、Pb、Zn形态转化的影响．结果表明,堆肥处理促进猪粪中重金属Cu、Pb、Zn由活性高的可交换态向活性低的残渣态转化;堆肥中添加钝化剂沸石、粉煤灰、磷矿粉、钙镁磷肥,能提高堆肥对重金属Cu、Pb、Zn的钝化能力;处理A和B对可交换态重金属Cu、Pb和Zn的钝化效果均在80％以上,与对照差异显著．     

6种固化剂对土壤Pb Cd Cu Zn的固化效果

通过在重金属污染土壤中分别施加沸石、石灰石、硅藻土、羟基磷灰石、膨润土和海泡石6种固化剂,研究了这6种固化剂对土壤中Pb、Cd、Cu、Zn的固化效果,筛选出几种效果较好的固化剂。实验结果表明:沸石、石灰石和羟基磷灰石均能够有效地降低土壤中交换态Pb、Cd的含量,并且明显减少了土壤中Pb、Cd的毒性浸出量,其中沸石最多降低土壤中交换态Pb、Cd含量分别达到48.7%和56.2%,减少土壤中Pb、Cd的毒性浸出量达到37.1%和30.1%;沸石、石灰石均能够有效降低土壤中交换态Cu的含量,降低量分别高达68.1%和85.2%,膨润土能有效减少土壤中Cu的毒性浸出量,减少量最高达到66.51%;石灰石对土壤中Zn有着良好的固化效果。     

规模化养殖场畜禽粪中磷的化学形态与稳定化

为了解规模化养殖场畜禽粪便中磷的化学形态,寻求畜禽粪便中磷的稳定化途径,采集浙江省代表性规模化养殖场畜禽粪便样92个,采用改进的Hedley磷分级方法鉴定磷的化学形态;通过添加明矾、碳酸钙、石膏、粉煤灰及土壤物质,研究不同添加物对畜禽粪便中磷的稳定效果.结果表明:规模化养殖场畜禽粪便样品具有高磷、高无机磷比例及高生物有效性的特点,全磷质量分数在18.70~54.30 g/kg之间,平均为30.50 g/kg;可提取态无机磷占全磷的比例平均达70.08%;水溶性磷、Na HCO3-P和HCl-P占全磷的比例平均分别达20.03%、29.59%和22.93%,而Na OH-P和残余态磷占全磷的比例分别只有14.64%和12.81%.培养试验表明:各类稳定剂均对畜禽粪便中的磷有稳定效果,并随添加物用量的增加而增加;稳定效果为明矾粉煤灰碳酸钙土壤物质石膏.建议畜禽粪的施用量应基于其磷素水平确定,并适当添加稳定剂增加磷的稳定性.     

生物炭和猪粪肥对铜污染土壤中蕹菜生长及铜形态的影响

采用盆栽试验研究了5%质量的生物炭、5%猪粪肥单独或联合施用于外源Cu污染(0、200、400 mg·kg~(-1))土壤,对蕹菜生长和5种形态Cu含量(Tessier提取法)的影响。结果表明:在养分含量不高的Cu污染红壤中,施用猪粪肥能够显著提高蕹菜生物量(平均比CK提高56.4%),并促进蕹菜对Cu的吸收和累积;施用生物炭能降低蕹菜含铜量(平均比CK降低21.1%);单施猪粪肥或联合施用(5%猪粪肥+5%生物炭)的蕹菜含铜量比对照(CK)分别增加了40.2%、31.7%(200 mg·kg~(-1))和27.5%、38.8%(400 mg·kg~(-1));未添加外源Cu污染时,土壤中铜的有机结合态铁锰氧化态碳酸盐结合态可交换态;各形态Cu含量随处理不同差异显著,其中单施猪粪肥的土壤中可交换态和有机物结合态Cu、单施生物炭的土壤中有机物结合态Cu、二者混施的土壤中碳酸盐结合态和有机物结合态Cu与其他形态Cu含量相比均有明显增长的趋势。联合施用猪粪肥及生物炭处理的蕹菜生物量虽比单施猪粪肥的蕹菜生物量略有降低,但与单施猪粪肥相比,钝化土壤重金属的作用明显。     

添加蒙脱石对猪粪好氧堆肥腐熟度和重金属钝化的影响

为进一步提升猪粪堆肥品质,以猪粪和秸秆为原料,以蒙脱石为调理剂进行强制通风好氧堆肥,分析堆肥过程中温度、pH、含水率、电导率、种子发芽指数和重金属形态的变化,研究添加蒙脱石对猪粪堆肥腐熟度和重金属钝化效果的影响。结果表明,添加蒙脱石可提高猪粪好氧堆肥温度,延长高温期,有效促进堆肥腐熟,提升堆肥品质。当蒙脱石添加量为猪类干质量的5%时,堆肥的种子发芽指数可达92%,堆肥效果最好。添加适量蒙脱石可提高堆肥的重金属钝化效果。当蒙脱石添加量为猪类干质量的5%时,对可交换态Cu和Zn的钝化效果最佳,分别达到23.7%和17.2%。     

不同钝化剂对猪粪中重金属Cu Zn Mn钝化效果的研究

为降低猪粪中重金属的生物可利用性,探讨了硫化钠、凹凸棒土、粉煤灰、熟石灰4种钝化剂对猪粪中重金属钝化效果的影响。钝化28 d的实验结果表明,在4种钝化剂投加量分别为1%、10%、10%、10%的情况下:硫化钠对猪粪中Cu的钝化率可达86.84%,对Zn的钝化率为65.64%;凹凸棒土对Cu的钝化率为87.86%,对Zn的钝化率为32.82%;粉煤灰对Cu的钝化率为74.70%,但对猪粪中的Zn是活化作用;熟石灰对Zn的钝化率为26.59%,但对猪粪中的Cu是活化作用。在这4种钝化剂中,硫化钠、凹凸棒土和粉煤灰对猪粪中Mn起到一定的钝化作用,熟石灰则是活化猪粪中的Mn。综上所述,硫化钠和凹凸棒土作为钝化猪粪中重金属的添加剂,可以有效降低猪粪中重金属的生物可利用性。     

EDTA、皂素及其混剂淋洗去除猪粪中Cu、Zn的研究

为了解皂素、EDTA用作淋洗剂对畜禽粪便中重金属的去除效果,以某规模化养殖场的猪粪为研究对象,进行振荡提取实验,研究了单一和混合淋洗剂在不同淋洗剂浓度、pH、液固比、反应时间等条件下对猪粪中Cu、Zn的浸出效果,并对处理前后的重金属形态和农用性能进行了分析。结果表明：EDTA和混剂对重金属的去除效果较好,EDTA在浓度为0.1 mol·L^-1,液固比25：1,反应时间30 h,淋洗液原始pH值的条件下,对Cu、Zn去除率分别为75.28%和89.26%;0.05 mol·L^-1 EDTA和2%皂素组成的混剂在液固比25：1,反应时间为12 h,淋洗液原始pH时,对Cu、Zn去除率分别为81.44%和91.27%。皂素主要去除离子可交换态和部分碳酸盐结合态,EDTA和混剂可以有效去除离子可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机结合态。淋洗后猪粪中有机质、全氮、全钾、全磷的平均含量分别为897.93、20.15、0.64、8.66 g·kg^-1。研究表明：EDTA和混剂对猪粪中Cu、Zn的去除效果非常好,可以实现非稳定形态的高效去除,处理后猪粪中Cu和Zn的含量远低于限量标准,毋需后续固化处理,且淋洗后的猪粪仍有很高的营养价值和肥力。     

五种物料对磷的吸附—解吸能力研究

滇池流域富营养化严重,非点源磷污染对滇池水体影响较大,为防止施入农田的畜禽粪便中水溶性磷的过度流失,采用室内等温吸附的方法,探究了5种物料对磷的吸附能力及吸附后解吸能力的强弱,并分别用Langmuir方程和Freundlich方程拟合各物料的等温吸附曲线,挑选出适合的1种作为猪粪填充物料。结果表明,5种物料中粉煤灰的吸附能力最强。用Langmuir方程拟合得出:粉煤灰、锅炉灰、鸡蛋壳、氧化铝、沸石的最大吸附量(Qmax)分别是2380.95、1818.18、1694.92、1428.57、1923.08mg·kg-1。用Freundlich方程拟合得出吸附能力(K)最大的是粉煤灰。5种物料中解吸趋势较缓慢的是粉煤灰。粉煤灰是5种物料中最适合作为畜禽粪便水溶性磷的吸附填充物。     

添加钝化剂对污泥堆肥处理中重金属(Cu,Zn,Mn)形态影响

利用污泥和稻草进行高温堆肥,研究不同钝化剂包括粉煤灰、磷矿粉、沸石和草炭对污泥堆肥中重金属（Ｃｕ,Ｚｎ,Ｍｎ）形态的影响。试验表明：从对交换态重金属的钝化效果来说,草炭、粉煤灰、磷矿粉是３种有效的钝化剂。在实际生产及应用中,考虑到作为钝化剂原料的来源、价格及处理费用等问题,选择粉煤灰、磷矿粉作为钝化剂是切实可行的。粉煤灰和磷矿粉的合适的加入比例分别是２５％和２０％。     

化学改良剂对矿区土壤中Cu和Cd的修复

[目的]为了探明改良剂与土壤Cu和Cd的作用规律。[方法]通过解吸试验和土培试验,分析粉煤灰和石灰为化学改良剂对矿区土壤Cu和Cd化学形态的影响。[结果]当粉煤灰和石灰用量分别为土重的5.00%和0.10%时,Cu和Cd的浸提量可控制在阈值内(TCLP,USEPA)。[结论]粉煤灰和石灰可有效降低土壤重金属可提取态的含量。     

畜禽粪便中钾的有效性及其在土壤中的释放特点

为了解畜禽粪便中钾对农作物的生物有效性,对采自杭州市规模化养殖场的牛粪、猪粪、鸭粪和鸡粪等4 种畜禽粪进行了钾的化学形态分析及其土壤培养试验。结果表明：4 种畜禽粪便中全钾含量在4.87~53.40 g/kg 之间,平均为21.50 g/kg。含钾量由高至低依次为猪粪>鸡粪>鸭粪>牛粪。畜禽粪便中的钾具很高的生物有效性,其中,速效钾占全钾的比例平均为49.4%,缓效钾占全钾的比例平均为32.4%。畜禽粪便施入土壤后,其中大部分钾可在短时间内释放成为土壤有效钾。     

我国部分城市畜禽粪便中重金属含量及形态分布

通过对部分城市集约化养殖场的畜禽粪便取样调查,分析了其中重金属含量状况及其形态分布。结果表明,畜禽粪便中重金属Cu、Zn、Cd、As、Ni、Cr、Pb和Hg含量分布差异较大,其平均值分别为377.5、1 610.4、0.72、7.79、9.77、22.51、6.31 mg·kg-1和0.06mg·kg-1。不同类型畜禽粪便比较,猪粪中Cu、Zn、Cd、As含量显著高于鸡粪、鸭粪和牛粪,而鸡粪中Cr含量则高于猪粪和牛粪。参照国家农用污泥污染物控制标准,猪粪中Cu、Zn的超标率分别达59.84%和95.08%,As超标率为3.28%,而Cd、Ni、Cr、Pb和Hg的含量则均低于控制标准。根据畜禽粪便安全使用准则中在蔬菜地使用限量标准,猪粪中Zn、Cu、As超标率分别为78.69%、74.59%和9.84%,鸡粪、鸭粪中Zn、Cu、As含量也存在超标现象。对乳猪粪、育肥猪粪和种猪粪的重金属含量和形态分析发现:乳猪粪中Cu和Zn含量高于育肥猪粪,而种猪粪则较低;育肥猪粪中As含量高于乳猪粪和种猪粪;种猪粪的Cd含量高于乳猪粪和育肥猪粪。猪粪中Cu、As水溶态含量分别占总量的30.47%和12.19%,EDTA提取态Cu、Zn含量分别占总量的35.96%和48.93%,猪粪中Cu、Zn、As较高的活性会在一定程度上增加其向环境中流失的风险。