畜禽粪肥重金属残留对农产品和土壤环境的影响

【摘要】：我国规模化养殖业每年产生大量的畜禽粪便,大部分经发酵制作成有机肥料施用于农田,部分则经过沼气工程转化成为沼肥。研究畜禽粪中重金属残留及其所造成的产地环境与安全问题,对指导畜禽粪肥的合理施用具有重要现实意义。本论文主要研究了生物发酵床养猪场垫料中重金属累积规律、畜禽粪便施用对农业土壤和农产品重金属残留的影响、沼渣施用的重金属生态风险评估,确定粪肥的安全施用规范。主要研究结果如下： 1.垫料中重金属累积的监测和分析研究。 本研究选取了浙江省两个典型的生物发酵床养猪场作为监测对象,采取不同猪舍垫料样品并分析了其中铜、锌、总氮和总磷含量,以评估垫料中重金属积累的规律和垫料作为有机肥的适用性。结果表明,垫料使用时间、饲料中铜、锌含量和饲养密度对垫料中铜、锌含量有显著影响(p0.01),其中垫料使用时间的影响最大。垫料使用时间越长垫料中铜锌含量越高,使用时间超过两年的垫料中铜锌含量已经超过了国家畜禽粪便还田技术规范中的限量。综合考虑Cu、Zn元素,根据模型估算,猪场仔猪舍、育肥舍垫料最长分别适宜使用31、48个月。垫料中氮磷含量低于猪粪中的含量。饲料中添加铜锌是垫料中铜锌的来源,应针对不同类型畜舍制定垫料的合理使用时间和畜舍饲养量,对出栏垫料进行分类管理和处理。 2.鸡粪施用量对土壤环境和蔬菜品质的影响。 以茄子为供试作物,设计了不同梯度鸡粪量的盆栽试验,研究鸡粪施用对土壤安全和茄子产量、品质的影响,探讨鸡粪的科学施用量。结果表明：鸡粪施用量低于18.8 g/kg(32 t/hm2)时,茄子的产量和不同器官中粗蛋白含量能显著提高。当施用量为18.8g/kg时,茄子产量、粗蛋白含量最高。若过量施肥,茄子产量降低、各器官中粗蛋白含量没有显著增加；鸡粪施用量增加对茎部吸收Cu、Zn的影响大于对果实的影响；施用量增加,茄子茎部Zn含量显著提高,果实中Zn含量的变化则不显著；鸡粪施用量增加,土壤中Cu、Zn和TN含量显著增加；当鸡粪施用量分别大于9.9、17.5、9.2 g/kg(17、30、16t/hm2)时,土壤中Cu、Zn和TN存在累积风险。因此,为了提高茄子产量和品质,同时减小土壤安全风险,建议鸡粪的适宜施用量为每茬16 t/hm2-32t/hm2。 3.沼渣施用量对土壤环境和蔬菜品质的影响。本研究通过不同沼渣施用量的田间试验,探讨了沼渣对甘薯的增产效应及其对甘薯品质、重金属吸收的影响。结果表明,施用适量沼渣的增产作用明显,且能显著提高甘薯各器官中粗蛋白含量。施用30t/hm2的沼渣甘薯的产量最高,然而沼渣施用量超过10t/hm2时,会造成甘薯中粗蛋白含量显著降低。沼渣施用量增加,甘薯茎部和果实对Zn的吸收有先降低后增加的趋势。施用沼渣对甘薯各器官中Cu含量影响不显著,甘薯中Cu均超过粮食卫生标准限量(10mg/kg)。沼渣施用对甘薯不同器官吸收Cu、Zn的影响大小依次为：叶部茎部果实。当沼渣施用量分别为6.1、7.6、10.7t/hm2时,输入土壤的Cu、Zn、TN含量和农作物吸收的Cu、Zn、TN含量达到动态平衡,保证土壤安全的沼渣适宜施用量为6.1t/hm2。因此,为了尽可能提高甘薯产量和品质,同时减小土壤安全风险,鸡粪的适宜施用量为每茬6.1-10t/hm2；生产中应根据土地和有机肥的特性,实现有机肥的配方施肥,以保证农作物与生态安全。 4.农牧结合模式沼肥施用的重金属生态风险评估。本章主要研究了浙江省两个典型农牧结合模式养殖场沼肥施用后重金属生态风险状况,并分析了农产品中Cu、Zn和粗蛋白含量。结果表明：桐庐养殖场梨园土壤中Cu、Zn含量超过土壤一级标准,适宜种植果树。养殖场周围配套农田在长期过量施用沼肥情况下,部分农田土壤有轻度的Cu、Zn累积风险。施用沼肥能降低农作物对Cu的吸收,增加农作物对Zn的吸收；不同类型作物之间对重金属的吸收存在差异。据估算,万强配套果园可以按照目前沼肥施用量继续使用17年,而顺旺养殖场菜园A区施用9年后,土壤中Cu含量预计会超过土壤二级标准。因此,监测猪场应适当减少沼肥的施用量,尤其是义乌顺旺养殖场应减少菜园A区的沼液施用量