长期施用猪粪源有机肥对蔬菜-土壤系统重金属积累的影响

为了解长期施用由集约化养殖场畜禽粪堆制的有机肥对蔬菜地土壤与蔬菜中重金属积累的影响,设计了对照（化肥）、化肥+猪粪堆肥、猪粪堆肥和2 倍猪粪堆肥等4 种施肥方法,进行了为期3 年的田间小区蔬菜试验。结果表明：施用猪粪堆肥可促进蔬菜地土壤养分的提高,减弱土壤酸化。但试验也表明虽然施用的猪粪堆肥符合中国有机肥的行业标准(NY 525—2012),当猪粪堆肥被单独作为肥源用于蔬菜地时,其可显著增加土壤和蔬菜中重金属的积累,重金属含量随猪粪堆肥用量和施用年限的增加而增加。连续施用猪粪堆肥3 年后土壤中Cu、Zn 和Cd 含量分别比试验前提高了31.2%、27.3%和14.0%,蔬菜中Cu、Zn、Pb 和Cd含量也均显著高于对照处理;连续施用2 倍猪粪堆肥3 年后,土壤中Cu、Zn、Pb、Cd、Hg和As 含量分别比试验前增加了67.4%、53.0%、13.1%、24.4%、25.9%和13.8%,蔬菜中Cu、Zn、Pb、Cd、Hg和As 含量均显著高于对照处理;但化肥+猪粪堆肥配合施用的蔬菜产品中重金属含量与对照处理无显著差异。研究建议重视化肥与有机肥配施;在蔬菜地中应用富含有Cu和Zn 等重金属的畜禽粪时应严格控制用量,避免长期、连续施用富含有Cu和Zn等重金属的畜禽粪。     

秸秆还田配施石灰对水田土壤铜、锌、铅、镉活性的影响

秸秆还田是我国培肥地力和增加农田土壤碳固定的重要措施,但进入农田的秸秆存在着活化土壤重金属的风险。为了解不同来源的秸秆对污染水平不同农田土壤重金属活性的影响,采取相应措施防止因秸秆还田对农田土壤重金属的激活,开展了盆栽和田间小区试验研究秸秆还田配施石灰对水田土壤铜、锌、镉、铅活性的影响。盆栽和田间试验在轻度和重度污染 2 种土壤上同时进行。盆栽试验中施用秸秆包括重污染水稻秸秆、轻污染水稻秸秆和轻污染油菜秸秆 3 种,石灰用量设对照（0 kg·hm^-2）和石灰处理（750 kg·hm^-2）2 个处理;田间小区试验设对照（不施秸秆和石灰）、秸秆还田及秸秆还田+石灰 3 个处理。动态观察了试验过程中土壤有效态重金属、重金属形态及水稻籽粒中重金属积累情况。结果表明,试验初期（前 20 d）秸秆还田显著增加了水田土壤中水溶性有机碳与水溶性重金属的含量;与对照处理比较,水溶性重金属含量以重度污染土壤增幅较为明显。试验后期（60 d 后）秸秆还田对土壤重金属的活性的影响逐渐变得不明显。油菜秸秆还田土壤中水溶性重金属含量低于水稻秸秆还田,重污染水稻秸秆还田土壤中水溶性重金属含量高于低污染水稻秸秆还田。盆栽试验和田间试验的结果都表明,重污染水稻秸秆还田可轻微增加水稻籽粒中镉的积累,但轻度污染水稻秸秆还田与油菜秸秆还田对水稻籽粒镉积累的影响较小;3 种秸秆还田对水稻籽粒铅、铜、锌积累的影响不明显。配施石灰可显著降低土壤中水溶性重金属的含量,降低水稻籽粒中重金属的积累。研究认为,在污染农田管理上应控制重污染水稻秸秆还田,在秸秆还田的同时适量配施石灰。     

餐厨垃圾堆肥对水稻生长、产量及土壤养分含量的影响

为探讨餐厨垃圾堆肥对水稻生长、产量及土壤养分含量的影响及其在水稻田的合理施用提供理论依据,以不施肥为对照,在等氮的条件下,设置了化肥、餐厨垃圾生化一体机处理尾料堆肥化产品(餐厨堆肥)、猪粪有机肥及鸡粪有机肥4个处理,测定水稻不同发育时期生长指标、产量及土壤养分含量的变化。结果表明:餐厨堆肥、化肥处理都能显著增加水稻株高、地上部生物量和产量,其中,餐厨堆肥处理水稻产量最高达9 379.63 kg/hm²,较对照、猪粪有机肥处理显著提高,分别增产19.40%和12.95%;此外,水稻考种结果显示,餐厨堆肥处理水稻有效穗数和每穗粒数高于其余各处理组,千粒重和结实率略低于猪粪、鸡粪有机肥处理,但均无显著差异;土壤数据测定结果显示,餐厨堆肥处理在土壤有机质和土壤速效氮的提升上优于猪粪、鸡粪有机肥,土壤有机质含量较猪粪、鸡粪有机肥处理分别提升19.87%和11.64%,土壤速效氮含量从分蘖期至黄熟期均高于其余各施肥处理,且在分蘖期、抽穗期、黄熟期显著高于猪粪有机肥处理。综上,餐厨堆肥可以确保水稻的生长和产量,且在土壤有机质和速效氮的提升上优于猪粪有机肥,具备推广和应用的潜力。     

有机无机配施对生菜生长及其Cd Pb含量的影响

为了比较等氮水平下不同有机肥及其与无机肥配施对土壤重金属的钝化效果,通过在0.2g·kg-1氮水平下单施商品有机肥、猪粪、牛粪、鸡粪和花生麸,及5种有机肥分别与无机肥(尿素+磷酸二氢钙+硫酸钾)配施(N:N=1:1)的盆栽试验,研究它们对重金属污染土壤上生菜(Lactuca sativa)生长及其Cd、Pb含量的影响。结果表明,与CK相比,有机肥可提高生菜的生物量(商品有机肥单施除外),有机肥单施时,鸡粪处理生菜的鲜重最高,配施时牛粪和鸡粪处理生菜的生物量最大。无论单施或配施,花生麸和鸡粪处理降低生菜地上部Cd含量的效果最好,且鸡粪较好地降低了生菜地上部Pb含量。牛粪和花生麸配施的Pb含量显著低于单施,猪粪和商品有机肥单施的Pb含量显著低于配施,其余单施和配施之间没有显著差异。因此,鸡粪是5种有机肥中较适合施用于重金属污染菜地土壤的有机肥。     

不同耕作措施对土壤和水稻籽粒重金属累积的影响

通过在成都某耕层重金属含量显著高于亚耕层且具有轻度镉污染农田上开展的小区试验,研究了5种耕作措施对土壤及水稻籽粒重金属积累的影响。结果表明:耕作措施对耕层土壤及水稻籽粒铅、镉含量影响显著;水稻籽粒铅、镉含量与土壤耕层的铅、镉含量显著正相关,土壤p H与水稻籽粒铅、镉含量显著负相关;深翻土壤+施用有机肥(T5)的耕作措施可以显著高土壤p H,对降低土壤及水稻籽粒铅、镉含量的效果最佳。因此,建议在成都平原地区具有轻度镉污染农田使用深翻土壤+施用有机肥的耕作措施种植水稻。     

不同有机废弃物提升新围涂地土壤有机碳库与生物活性的效果

为了解不同来源有机废弃物在提升新围涂地土壤有机碳库和生物活性的作用,采用盆栽试验方法开展了为期30周的施用等有机碳量猪粪、鸡粪、水稻秸秆、蔬菜收获残留物、厨余垃圾堆肥、沼渣、猪粪/稻草秸秆堆肥和生活垃圾堆肥等8种有机废弃物后涂地土壤有机碳、易氧化有机碳、稳定态有机碳、水溶性有机碳、微生物生物量碳及土壤酶活性的动态观察。结果表明：施用各种有机废弃物对改善土壤性状均有明显的效果,在提升土壤有机碳库、生物活性及农田碳库管理指数方面以经过生物发酵处理的猪粪/水稻秸秆堆肥、生活垃圾堆肥、餐厨垃圾堆肥和沼渣为佳;其次为猪粪、鸡粪和水稻秸秆;蔬菜收获残留物因主要由新鲜有机物质组成,其稳定性较差,对提升土壤有机碳库和生物活性的效果较差。施用有机废弃物后,土壤碳库、土壤微生物生物量及其他土壤性状可随试验时间发生明显的变化。研究认为,从提升土壤有机碳库和生物活性考虑,在新围涂地改良中应优先施用猪粪/水稻秸秆堆肥、生活垃圾堆肥、餐厨垃圾堆肥和沼渣等有机废弃物。     

几种城市绿地有机肥的改土效果及其对台湾草生长的影响

本研究通过盆栽试验,探讨深圳城市绿地常用有机肥（蘑菇渣堆肥、鸡粪有机肥、猪粪有机肥和园林废弃物堆肥）的改土效果及其对台湾草生长的影响,以期为绿地土壤有机肥的合理应用提供科学参考。结果表明：施用有机肥处理的土壤有机质、氮磷钾养分和腐殖质总碳含量均显著高于对照(P<0.05);园林废弃物堆肥处理的土壤有机质、全氮、碱解氮和有效磷含量均最高,分别为对照的10.7、5.0、8.6、17.4倍;土壤全钾和速效钾含量均表现为蘑菇渣堆肥>鸡粪有机肥>园林废弃物堆肥>猪粪有机肥。施用有机肥对土壤团聚体的影响主要体现在大团聚体上,其相对含量表现为园林废弃物堆肥>猪粪有机肥>对照>蘑菇渣堆肥>鸡粪有机肥,微团聚体则相反。此外,台湾草地上部鲜重和干重均以鸡粪有机肥处理最高;叶绿素a、b和总含量均以园林废弃物堆肥处理最高,显著高于蘑菇渣堆肥和猪粪有机肥处理,且相较对照增加了25.0%、33.3%、27.3%。综上所述,园林废弃物堆肥是深圳市绿地改土效果最佳的有机肥。     

不同有机肥料中氮素的矿化特性研究

通过好氧培养试验,对不同有机肥中NO3--N与NH4+-N的矿化特性进行了研究.结果表明,鸡粪和猪粪培养10 d后、牛粪培养30 d后,NO3--N矿化率快速提高,使土壤NO3--N含量上升;鸡粪堆肥培养10 d后、牛粪堆肥和猪粪堆肥培养60 d后,矿化率开始上升.经过堆肥处理的有机肥NO3--N矿化率明显低于未堆肥产品,而且矿化高峰期延迟.培养90 d后NO3--N矿化率趋缓,培养120 d后NO3--N的矿化率分别为鸡粪42.6%、牛粪24.0%、猪粪22.6%、鸡粪堆肥23.4%、牛粪堆肥16.0%、猪粪堆肥18.0%.随培养期延长,施肥土壤NH4+-N含量迅速下降,培养5 d时低于对照土壤、15 d后接近或略高于对照土壤.施用有机肥可增加土壤NO3--N含量,对NH4+-N含量的影响较小.     

不同有机肥料中氮素的矿化特性研究

通过好氧培养试验,对不同有机肥中NO3--N与NH4+-N的矿化特性进行了研究。结果表明,鸡粪和猪粪培养10 d后、牛粪培养30 d后,NO3--N矿化率快速提高,使土壤NO3--N含量上升;鸡粪堆肥培养10 d后、牛粪堆肥和猪粪堆肥培养60 d后,矿化率开始上升。经过堆肥处理的有机肥NO3--N矿化率明显低于未堆肥产品,而且矿化高峰期延迟。培养90 d后NO3--N矿化率趋缓,培养120 d后NO3--N的矿化率分别为:鸡粪42.6%、牛粪24.0%、猪粪22.6%、鸡粪堆肥23.4%、牛粪堆肥16.0%、猪粪堆肥18.0%。随培养期延长,施肥土壤NH4+-N含量迅速下降,培养5 d时低于对照土壤、15 d后接近或略高于对照土壤。施用有机肥可增加土壤NO3--N含量,对NH4+-N含量的影响较小。     

有机肥料对土壤可溶性氮素变化的影响及肥效研究

通过室内模拟培养试验和盆栽试验研究了施用发酵处理前后鸡粪、牛粪和猪粪等有机肥料对土壤可溶性氮素形态变化及肥效的影响。结果表明,随培养期延长,各处理土壤可溶性NO3--N含量逐渐上升;培养120 d NO3--N转化率分别为:鸡粪42.6%、牛粪24.0%、猪粪22.6%、鸡粪堆肥23.4%、牛粪堆肥16.0%、猪粪堆肥18.0%;鸡粪、牛粪和猪粪的NO3--N转化率显著高于同类堆肥产品。随培养期延长,土壤可溶性NH4+-N和Org-N含量迅速下降,培养15 d后NH4+-N含量均接近于对照土壤;培养60 d可溶性Org-N也已接近对照土壤,之后逐渐低于对照土壤。在等氮量施肥条件下,施用有机肥料可增加盆栽小白菜(油菜)干物质积累和氮吸收量,且鸡粪、牛粪和猪粪的作用均高于同类堆肥产品。     

红壤稻田长期施用猪粪的生态效益及承载力评估

【目的】有机粪肥还田是实现废弃物资源循环利用的重要途径之一,大量研究证实,猪粪还田施用可以显著提高土壤肥力和作物产量,但是,由于饲料添加剂含有较高的Cu、Zn、As等重金属元素,再加上养猪业中饲料添加剂的广泛应用,猪粪长期还田也可能导致土壤中重金属元素大量累积,从而威胁土壤质量和粮食安全。因此,利用长期定位探讨和综合评价长期施用猪粪下红壤稻田的生态效益就显得十分重要。【方法】以始于1981年的红壤性水稻土有机肥定位试验为载体,分析了长期施用猪粪30年间红壤稻田的水稻产量和土壤有机碳含量影响,以期明确猪粪对水稻产量的增产幅度和对土壤有机碳的贡献潜力,同时分析不同猪粪施用年限（包括试验前、试验5年、16年、22年和30年）的土壤重金属Cu、Zn、Cr和As等含量变化,基于国家土壤质量二级标准（GB 15618-1995）的土壤重金属含量的临界值,利用本研究中土壤重金属的累积速率对红壤稻田施用猪粪的超标时间进行估算,并进一步探讨猪粪的安全用量。【结果】施用猪粪显著提高了水稻产量和土壤有机碳含量,与施化肥处理（NPK）相比,产量增加了10.3%-12.0%,土壤有机碳含量增加了18.8%-23.7%,但是猪粪施用对红壤稻田的酸化阻控作用较小。在试验30年后,分别在早稻和晚稻施用猪粪的处理（OM1和OM2）的土壤pH值与未施肥对照无显著差异。此外,施用猪粪的土壤Cu、Zn、Cr和As含量亦显著增加,与施用化肥处理相比,OM1和OM2的Cu、Zn、Cr和As含量分别增加了72.0%-82.6%、29.1%-55.2%、194.8%-262.6%和90.5%-192.7%,但是未超过国家土壤环境质量二级标准（GB15618-1995）。按照现行猪粪施用量（22.5 t•hm-2•a-1）推算,土壤Cu、Zn、Cr和As含量确保安全水平的施用时间分别还有22、67、44和14年。若确保连续施用猪粪50年土壤Cu、Zn、Cr和As含量不超标,则红壤稻田每公顷最多猪粪施用量应不超过6.40 t•hm-2•a-1。【结论】在红壤稻田上,猪粪长期还田虽然能够显著提高稻米产量和土壤肥力（尤其是土壤有机碳含量）,但也同时导致土壤Cu、Zn、Cr和As含量大幅增加,从而可能引起土壤出现重金属污染风险,进而威胁稻米质量和人类安全。因此,权衡稻田长期施用猪粪对作物产量、土壤肥力和重金属累积的生态效益,确定土壤对猪粪的最大环境承载力将为科学合理的利用猪粪以实现区域农业的可持续发展提供依据。     

长期施用猪粪和化肥对稻田土壤Cu、Zn和Cd含量及有效性的影响

为研究有机肥与化肥处理下稻田土壤Cu、Zn、Cd含量之间的差异,并探明关键影响因子,本研究利用持续了35 a的长期定位试验,分析了土壤重金属全量及有效态、土壤理化性质和水稻产量,并利用多种统计分析方法研究了猪粪组和化肥组土壤Cu、Zn和Cd与土壤理化指标之间的关系。结果表明：与对照（不施肥）相比,长期施用猪粪使土壤Cu、Zn、Cd全量和有效态含量分别提高了134%~239%、57%~124%、58%~171%和191%~380%、285%~811%、61%~184%,并显著提升了土壤有机质（SOM）、阳离子交换量（CEC）及氮磷养分含量;而化肥处理对土壤重金属全量及有效态含量无显著影响,对土壤理化指标的提升相对较小。冗余分析（RDA）发现,猪粪组土壤全氮（TN）、CEC和速效磷（AP）分别解释了重金属方差变异的89.1%、6.4%和2.0%,化肥组土壤pH和全磷（TP）分别解释了方差变异的45.0%和22.2%,达到显著水平。进一步通过偏最小二乘路径模型（PLS-PM）分析发现,猪粪对重金属有效态的贡献远大于化肥,主要通过影响土壤重金属全量和CEC从而影响重金属有效性,其路径系数分别为0.621 7和0.295 3,均达到显著水平。猪粪组土壤重金属与理化指标之间由于“同源”关系呈显著正相关,而化肥组两者的关系受水稻生长活动等因素影响较大。研究表明,长期施肥可以通过调控土壤理化指标等影响重金属有效性,施用猪粪进行稻田土壤培肥的同时,需要注意土壤重金属的累积风险。     

长期施用有机物料对稻田生态系统服务功能的影响

基于长期定位试验,测定稻田温室气体排放通量、土壤和糙米重金属、淋溶水中氮磷含量,收集整理水稻产量和土壤肥力长期数据,以研究长期施用有机物料对稻田生态系统服务功能的影响。选择净经济效益(NEB)作为生态系统服务功能的评价指标。研究结果表明:与单施化肥(F)相比,长期施用猪粪(FM)显著提高土壤有机碳、全氮、全磷和有效磷含量,秸秆还田(FS)显著提高土壤有机碳和速效钾,提高了全氮、全磷、速效氮和全钾,但差异不显著,说明长期施用有机物料可提高土壤肥力;FM和FS提高水稻平均产量分别达4.1%和4.3%;FS和FM显著增加CH_4累积排放量,减少N_2O排放,但差异不显著;FM和FS提高土壤有机碳固存率。与F和FS相比,FM降低了淋溶水中氮淋溶量,但显著增加了田面水磷含量和20 cm深淋溶水磷淋溶量,而对60 cm和80 cm深淋溶水磷淋溶量没有影响;FM显著提高土壤Zn、Cu和Cd含量,所有处理重金属含量均没有超过土壤环境质量二级标准,FM没有引起水稻糙米中重金属含量的累积。与F相比,FM增加NEB 5.2%,达到1 056.8元·hm~(-2)。上述结果表明,20年尺度下,施用猪粪对稻田生态系统服务功能的正面影响远大于其所带来的负面影响,但随着猪粪施用时间的延长其负面效应可能进一步扩大,应引起重视。     

畜禽粪便有机肥中重金属在不同农田土壤中生物有效性动态变化

通过石灰性和酸性土壤施用鸡粪和猪粪并预培养不同时间,采用生物盆栽试验方法研究了不同畜禽粪便有机肥中重金属的生物有效性差异及其随培养时间的动态变化。试验结果表明,石灰性和酸性土壤上施用鸡粪和猪粪后6个月内,鸡粪和猪粪中Cu、Zn、Cd的生物有效性显著低于等量重金属无机盐或与之相当。鸡粪中Pb的生物有效性也显著低于等量Pb无机盐,猪粪中Pb的生物有效性前5个月显著低于等量Pb无机盐,6个月时则显著高于等量Pb无机盐。2种土壤施用鸡粪和猪粪后的不同时间段,畜禽粪便有机肥中Cu、Zn、Cd、Pb的生物有效性也存在显著性差异;在施用后6个月内呈现先下降后上升的规律,施用后2个月时生物有效性最低,为等量相应重金属无机盐的3.4%~47%。     

畜禽粪好氧堆肥产品的理化性质及生物效应

采用好氧堆肥技术分别对鸡粪、猪粪和牛粪3种畜禽粪进行高温堆肥处理,畜禽粪堆肥产品的理化性质分析。结果表明,3种堆肥的氮养分主要以有机态氮存在,占50%以上,而钾养分主要以速效态存在,占90%以上;3种堆肥的重金属(铅、镉、铬、砷、汞)含量均符合我国生物有机肥标准。肥效试验结果表明,在等氮量条件下,施用畜禽粪堆肥的结球甘蓝和菜心产量比单施化肥的低,而3种畜禽粪堆肥处理之间产量差异不显著;与单施化肥相比,施用堆肥可显著提高结球甘蓝的可溶性糖和维生素C含量,同时可降低其硝酸盐含量。     

水溶性有机质对茶园土壤氟形态的影响

采用元素分析与傅里叶变换红外光谱相结合的方法分析了腐熟鸡粪中水溶性有机质(dissolved organicmatter,DOM)的结构及组成,通过溶液连续提取-电位分析法分析茶园土壤中氟的形态及含量。结果表明,腐熟鸡粪DOM中C、O、H和N元素含量占元素总量的93%,其中C和O的含量大于H和N,C/H和C/N较大,C、H饱和度低,含有较多羧基、醛基、酮基等不饱和度高的物质。水溶态和有效态氟含量随外源DOM添加量的增加而降低,呈负相关关系;而土壤铁锰结合态氟、有机结合态氟含量则随外源DOM添加量的增加而升高,呈正相关关系。外源DOM的加入可降低茶园土壤水溶态和有效态氟含量,提高了铁锰结合态氟、有机结合态氟含量,降低氟的生物可利用性。     

不同有机肥对新建蔬菜大棚土壤的不同形态有机碳含量及碳库管理指数的影响

在大田条件下研究不同种类有机物料与有机肥配施对新建蔬菜大棚土壤的不同形态有机碳含量及碳库管理指数（CPMI）的影响。试验设计6个处理:不施肥（CK）、常规施肥（CM）、施玉米秸秆+鸡粪（SM）、施草炭+鸡粪（PM）、施蘑菇渣+鸡粪（MM）和施高量鸡粪（HM）。研究结果表明：施肥的种类和数量均对土壤总有机碳（TOC）、易氧化有机碳（LOC）、微生物量碳（MBC）、水溶性有机碳（DOC）、碳库管理指数（CPMI）有显著的影响,高碳素投入量及有机肥与有机物料配施均有助于提高土壤不同形态活性有机碳含量,相应地也就提高了土壤CPMI。其中MM处理对土壤TOC,LOC,MBC,DOC的提高效果最显著,与空白处理相比,增幅在36%~182%;其碳库管理指数较等碳量的SM,PM,HM处理提高28%以上。土壤LOC,MBC,DOC,CPMI与TOC之间呈极显著相关关系,其中以DOC与有机碳库其他组分间相关性最好。不同形态有机碳及碳库管理指数对不同有机肥及其配施响应的变化特征表明,在有机农业生产中重视有机肥的选择和配合施用,将使土壤碳库处于良性状态,达到更好的培肥效果。