重金屬銅鋅活性的影響范文

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《農業資源與環境學報》2015年第三期

1材料與方法

1.1土壤和豬糞中Cu、Zn全量和活性態含量的測定采用濃硝酸-高氯酸消化法：精確稱取過0.25mm篩的土壤樣品0.500g于50mL小燒杯中，加入5.0mL濃硝酸，靜置過夜，于電熱板上慢慢加熱至樣品分解完全，再加2.0mL高氯酸，高溫加熱至白煙冒盡，稍冷后用0.5%的稀硝酸分若干次洗入50mL容量瓶中，定容，過濾，上清液保存于塑料瓶中，原子吸收光譜法測定Cu、Zn含量。采用Tessier等提出的對土壤中重金屬可交換態和碳酸鹽結合態的提取方法[14]，并參照畜禽糞便中Zn的活性判斷方法[11]，將土壤中Cu、Zn可交換態和碳酸鹽結合態作為模擬施肥土壤中Cu、Zn的活性態，土壤中Cu、Zn的活性態含量即為Cu、Zn的可交換態和碳酸鹽結合態之和，其余形態為非活性態。提取后的溶液保存于塑料瓶中，用原子吸收光譜法測定Cu、Zn含量。

1.2數據處理方法不同施肥及凍融處理土壤中重金屬含量均為三個重復處理樣品測定結果的平均值；采用t檢驗確定不同施肥處理及不同溫度凍融處理的兩組數據（兩個樣本平均數）之間的差異顯著性關系，采用MicrosoftOfficeExcel2007進行t檢驗的數據統計計算。

2結果與分析

2.1豬糞施肥對土壤Cu和Zn活性的影響表3是模擬豬糞施肥土壤中Cu、Zn的可交換態和碳酸鹽結合態含量及活性態含量在總量中所占比例。由表3可見，同未施肥的對照比，豬糞施肥初期（1周），Cu和Zn的可交換態含量均顯著增加，而Cu和Zn的碳酸鹽結合態含量則略有下降；同低施肥量比，高施肥量下，Cu和Zn的可交換態含量顯著增加，而Cu和Zn的碳酸鹽結合態含量變化不顯著；同施肥初期比（1周），隨施肥時間延長（1個月），土壤中可交換態Cu和Zn含量顯著下降，而碳酸鹽結合態Cu和Zn含量呈增加趨勢；同低施肥量比，在高施肥量下可交換態Cu和Zn含量顯著高于低施肥量，而碳酸鹽結合態Cu和Zn含量變化不顯著。由表3可見，模擬豬糞施肥后，土壤中Cu、Zn活性態比例隨施肥量增加而增加，非活性態所占比例相應下降，但隨施肥時間延長，土壤中Cu、Zn活性態比例下降，且Zn的活性態比例下降幅度更大。由此說明，豬糞施肥可以增加土壤重金屬Cu和Zn的活性，且隨施肥量的增加活性也相應增加，但隨施肥時間延長，土壤Cu和Zn的活性降低。張學政等研究發現豬糞經過堆肥處理對Cu和Zn的活性影響有差異，對Cu穩定化具有明顯作用，但是對豬糞中Zn則有活化作用[7]，這說明豬糞堆肥和施肥處理對重金屬的活性影響是有差異的。徐秋桐研究表明，豬糞施肥后茶園土壤中積累的Cu主要向有機質結合態和交換態轉化，而Zn主要向交換態、有機質結合態和氧化鐵結合態轉化[8]，這可能是豬糞施肥對土壤中Cu和Zn活性影響有差異的原因之一。

2.2凍融對豬糞施肥條件下土壤Cu和Zn活性的影響表4a為模擬豬糞施肥土壤經不同溫度凍融作用后Cu的可交換態和碳酸鹽結合態含量及活性態含量在總量中所占比例。由表4a可見，隨凍融溫度的下降，土壤中可交換態Cu和碳酸鹽結合態Cu含量均顯著增加，且在高施肥量條件下均顯著高于低施肥量。同時，土壤中Cu的活性態比例亦隨凍融溫度下降和施肥量增加而增加。表4b模擬豬糞施肥土壤經不同溫度凍融作用后Zn的可交換態和碳酸鹽結合態含量及活性態含量在總量中所占比例。由表4b可見，與Cu相似，隨凍融溫度的下降，土壤中可交換態Zn和碳酸鹽結合態Zn含量均顯著增加，且在高施肥量條件下一般都顯著高于低施肥量，同時，土壤中Zn的活性態比例亦隨凍融溫度下降和施肥量增加而增加。根據活性態Cu、Zn在總量中所占比例，隨凍融溫度下降，Zn的活性增加比例明顯高于Cu。由此可見，隨凍融溫度下降，豬糞施肥后的土壤中可交換態Cu和Zn含量、碳酸鹽結合態Cu和Zn含量均顯著增加，土壤中的Cu和Zn被活化，且在高施肥量下Cu和Zn的活性大于低施肥量。郭平等研究結果表明，凍融作用降低了土壤對Pb和Cd的固持能力，增加了土壤中Pb和Cd的生態風險[12]；李悅銘等也發現在外源可溶性有機質條件下凍融作用使土壤中Pb的溶出釋放量增加；黨秀麗的研究結果也表明凍融過程具有促進土壤中結合牢固態鎘向不穩定的離子態鎘轉化的作用,凍融過程有利于鎘的釋放。

3討論

雖然規模化養殖場豬糞中Cu、Zn含量較高，但主要以活性較低的形態存在,豬糞施肥不但能增加土壤有機質含量，也能增加土壤重金屬含量，豬糞施肥后可在物理化學與微生物作用下完成一個復雜的動態好氧發酵過程，有機物分解，逐步形成腐殖質類物質，芳構化程度不斷增強，這些物質能夠與重金屬元素發生螯合反應，使土壤中的活性重金屬被有效地結合和固定。豬糞施肥腐解后，與豬糞中大分子有機物結合的Cu、Zn被釋放，并可重新與土壤組份結合或與豬糞的腐解產物結合；同時，豬糞腐解可使土壤理化性狀如pH和有機質組成結構發生變化，因此，豬糞施肥后土壤中Cu和Zn含量和形態也相應發生改變。豬糞施肥量增加，豬糞的腐解礦化作用使土壤可交換態和碳酸鹽結合態Cu、Zn含量相應增加，而隨施肥時間延長豬糞的腐解作用產生的腐殖質與Cu、Zn發生螯合作用又對Cu、Zn有固定作用而使非活性態Cu、Zn含量有所增加。凍融作用可通過改變土壤的顆粒物結構、生物活性和礦化作用以及土壤理化性質而影響重金屬的活性。土壤被凍結時土壤顆粒孔隙中冰晶的膨脹可以打破顆粒之間的聯結而釋放出易于分解礦化的物質，隨凍融溫度下降和豬糞施肥量的增加這種作用可能更強烈；凍融作用可以殺死土壤中的一些微生物而刺激殘余微生物的活動，增加土壤有機質中的有效養分，導致土壤中由豬糞腐解產生的腐殖物質的礦化作用增強[24]。因此，經過凍融作用后，畜禽糞便施肥的土壤中難以分解礦化的有機質可轉變為易分解礦化的有機質，在微生物的作用下有機質進一步分解礦化，使有機結合態Zn和Cu釋放而變為游離態Zn和Cu，而增加了土壤中Zn和Cu的活性；同時，有機質的分解和礦化可以產生如疏水性酸和親水性酸等可溶性有機質，使畜禽糞便施肥后的土壤pH經凍融作用后有不同程度的下降（見表2），進一步使殘渣態Zn和Cu溶解而增加了畜禽糞便中Zn和Cu的活性。根據表3和表4非活性態在總量中所占比例，施肥和凍融條件下Zn的活性均大于Cu，這可能主要與Cu比Zn更易于與有機質結合形成有機結合態的Cu有關。

4結論

本文通過實驗室模擬，研究了豬糞土壤施肥和模擬凍融作用對東北黑土中重金屬Cu、Zn活性的影響，初步得到如下結論：豬糞施肥可以增加土壤重金屬Cu和Zn的活性，且隨施肥量的增加活性也相應增加，但同施肥初期比（1周），施肥1個月后，土壤Cu和Zn的活性降低。凍融作用可以使豬糞施肥的黑土中Cu和Zn的活性增加，隨凍融溫度下降，黑土中可交換態Cu和Zn含量、碳酸鹽結合態Cu和Zn含量均顯著增加，且在高施肥量下的Cu、Zn活性態含量均大于低施肥量。雖然凍融作用使模擬豬糞施肥黑土中Cu、Zn活性態含量增加，但活性態中的大部分是以碳酸鹽結合態存在的，而碳酸鹽結合態Cu、Zn只有在土壤酸化時才可能溶出，產生環境效應。因此，豬糞施肥的東北黑土經凍融作用后對Cu、Zn環境效應的影響只是一種潛在的，而東北黑土一旦酸化則可能增加豬糞施肥土壤中重金屬的環境污染風險。同時，有必要進一步研究凍融作用對模擬豬糞施肥的東北黑中重金屬活性的影響機制。

作者：徐聰瓏 賈麗 張璐 劉秋萌 謝忠雷 單位：吉林大學環境與資源學院