席 江，肖 偉

(1.農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所， 四川 成都 610041； 2.西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院， 四川 綿陽(yáng) 621010)

據(jù)測(cè)算[1]，全國(guó)每年生產(chǎn)農(nóng)作物秸稈10.4萬噸，可收集資源量約9億噸，尚有1.8億噸未得到有效利用，多數(shù)被田間就地焚燒，規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場(chǎng)每年產(chǎn)生畜禽糞污20.5億噸，仍有56%未得到有效利用。隨著節(jié)能減排的推行，作為有機(jī)固體廢棄物無害化、減量化和資源化利用的有效途徑—厭氧消化日益得到重視。

厭氧消化殘余物富含有機(jī)質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)成分和生物活性物質(zhì)，是優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，可減少化肥和農(nóng)藥的用量[1]。不同地區(qū)及原料產(chǎn)生的沼渣，重金屬含量也有所區(qū)別，尤其是以畜禽糞便為原料，由于畜禽對(duì)重金屬吸收率較低，其大部分會(huì)通過原樣的形式隨排泄物排出體外[2]。重金屬具有難遷移、難降解、易富集、危害大等特點(diǎn)，所以廢棄物中的重金屬逐漸成為廢棄物資源再利用的限制因素[3]。因此，通過鈍化劑原位修復(fù)技術(shù)來降低土壤中有效態(tài)重金屬污染具有重要意義[4]。石灰類鈍化劑會(huì)提高土壤pH值，土壤有機(jī)質(zhì)、粘土礦物、水和氧化物以及鈍化劑表面的負(fù)電荷增多，土壤對(duì)重金屬的吸附能力增強(qiáng)[5]，且在較高的pH值和重金屬濃度下會(huì)通過沉淀作用固定重金屬[6]。一些含鋁、鎂的粘土礦能通過吸附作用、離子交換、配合反應(yīng)和共沉淀達(dá)到鈍化重金屬的目的[7]。

黑麥草具有先鋒植物特性，生長(zhǎng)快、產(chǎn)量高，可多次刈割并再生，對(duì)重金屬有很強(qiáng)的抗性和蓄集作用[8]。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)“豬-沼-土-草”的良性循環(huán)，是農(nóng)區(qū)發(fā)展資源節(jié)約型、生態(tài)友好型畜牧業(yè)的有效途徑，通過種草養(yǎng)畜，吸納養(yǎng)豬場(chǎng)產(chǎn)生的沼液，既有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，又有利于解決南方飼料不足的問題[9]。施用沼渣作為土壤改良劑，可以減少化肥的施用，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，減少土壤退化和板結(jié)，提高土壤水分保持能力[10]。本試驗(yàn)通過將沼渣和土壤鈍化劑一起施用于黑麥草，研究不同土壤鈍化劑和施用量對(duì)黑麥草中重金屬含量的影響，為替代化肥又減少農(nóng)作物中重金屬積累的沼渣安全施用模式提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

沼渣、黑麥草、栽培土、氧化鎂、貝殼粉，所用栽培土壤取自西南科技大學(xué)重金屬修復(fù)示范基地，沼渣取自農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所雙流基地戶用沼氣池。土壤和沼渣中重金屬含量見表1。

表1 土壤和沼渣中部分重金屬含量

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)置

本研究以盆栽的形式進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)置了5個(gè)處理： 1)沼渣 10 g+貝殼粉 2 g； 2)沼渣 10 g+氧化鎂 2 g； 3)沼渣 10 g+貝殼粉 1 g+氧化鎂 1 g； 4)沼渣 10 g； 5)CK不施用。沼渣、貝殼粉以及氧化鎂均以底肥的形式施入到栽培土壤中。每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，每個(gè)花盆中播種50粒黑麥草，播種30天后分別對(duì)不同處理組的黑麥草地上部分進(jìn)行收割，將收割后的黑麥草用牛皮紙包好，放在105℃的干燥箱中進(jìn)行30 min的殺青處理，待殺青處理后將生黑麥草再放置在75℃的干燥箱處理24 h。并將樣本寄送到第三方檢測(cè)中心進(jìn)行黑麥草地上部分中的重金屬Cr，Cu，Zn，As和Pb的含量進(jìn)行測(cè)定。

1.2.2 施用配比的優(yōu)化

采用L9(34)正交表，對(duì)沼渣、貝殼粉與氧化鎂的施用配比進(jìn)行優(yōu)化，每個(gè)因素設(shè)置3個(gè)濃度水平，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表2。

表2 不同施用方式正交實(shí)驗(yàn) (g)

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel軟件對(duì)試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的進(jìn)行分析，以確定最優(yōu)的施用配比。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施用方式中黑麥草中重金屬含量比較

播種30天后，黑麥草地上部分中重金屬Cr，Cu，Zn，As和Pb的含量檢測(cè)如表3所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，相對(duì)于不施用沼渣的對(duì)照處理組(CK)而言，施用沼渣后黑麥草地上部分中重金屬Cr，Cu，Zn，As和Pb的含量均有所提升，Cr含量提高了40.0%，Cu含量提高了13.7%，Zn含量提高了15.2%，As含量提高了54.5%，Pb含量提高了107.0%。施用沼渣的同時(shí)施用一定量的貝殼粉或氧化鎂能有效降低作物黑麥草中重金屬的含量，其中，同時(shí)施用沼渣和貝殼粉后5種重金屬含量均低于單獨(dú)施用沼渣，且Cr和Zn含量低于其他混合施用的處理，接近甚至低于不施用沼渣的處理；同時(shí)施用沼渣和氧化鎂后，Cr，Cu，As和Pb含量均低于單獨(dú)施用沼渣，但Zn含量高于單獨(dú)施用沼渣，可能是Mg2+的存在促進(jìn)了黑麥草對(duì)Zn的吸收；同時(shí)施用沼渣、貝殼粉和氧化鎂后，5鐘重金屬含量均低于單獨(dú)施用沼肥，且Cu，As和Pb含量低于其他處理。總體來看，混合施用貝殼粉和氧化鎂的效果優(yōu)于施用沼渣+貝殼粉或沼渣+氧化鎂。

表3 不同施用方式中黑麥草中重金屬含量 (mg·kg-1)

2.2 不同處理中重金屬含量的變化。

正交試驗(yàn)中，加入5 g，10 g和15 g沼渣的黑麥草鮮重分別為9.11 g±0.45 g，11.17 g±0.62 g，13.14 g±1.20 g和14.38 g±0.11 g，說明沼渣中富含的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，能夠促進(jìn)黑麥草生長(zhǎng)。由于以豬糞為發(fā)酵原料的沼渣中Cu和Zn含量較高，試驗(yàn)用的土壤中Pb含量比較高，正交試驗(yàn)中，選取了Cu，Zn和Pb作為主要分析參數(shù)。不同施用配比對(duì)黑麥草中Cu，Zn和Pb含量影響趨勢(shì)見圖1～圖3，對(duì)于Cu元素而言，增加沼渣和貝殼粉的施用量會(huì)提高黑麥草中Cu的含量，但隨著氧化鎂施用量的提高，黑麥草中Cu含量呈現(xiàn)先下降再上升的趨勢(shì)，施用2 g氧化鎂的處理中Cu含量低于施用1 g和4 g；對(duì)于Zn元素而言，增加沼渣和氧化鎂的施用量會(huì)提高黑麥草中Zn的含量，但隨著貝殼粉施用量的增加，黑麥草中Zn含量呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢(shì)，施用4 g貝殼粉的處理中Zn含量最低；而對(duì)于Pb元素而言，增加沼渣施用量會(huì)降低黑麥草中Pb的含量，增加氧化鎂的施用量會(huì)提高黑麥草中Pb的含量，但黑麥草中Pb的含量隨貝殼粉的施用量的增加呈現(xiàn)出先上升再下降的趨勢(shì)，施用4 g貝殼粉的處理中Pb含量最低。

圖1 不同施用方式對(duì)黑麥草中Cu含量的影響

圖2 不同施用方式對(duì)黑麥草中Zn含量的影響

圖3 不同施用方式對(duì)黑麥草中Pb含量的影響

2.3 施用配比的優(yōu)化

不同施用配比的正交試驗(yàn)結(jié)果見表4。在進(jìn)行正交優(yōu)化試驗(yàn)分析中，隸屬度被認(rèn)為是更重要的指標(biāo)。采用綜合評(píng)分法對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析時(shí)認(rèn)為Cu，Zn和Pb的重要性是一樣的。結(jié)果表明，影響因素的主次關(guān)系為：氧化鎂的添加量>貝殼粉的添加量>沼渣的添加量，最優(yōu)方案為氧化鎂添加量2 g，貝殼粉添加量4 g和沼渣添加10 g的組合，即正交表中的第6號(hào)處理組，該試驗(yàn)組Zn和Pb含量和綜合評(píng)分為所有試驗(yàn)組中最低值。

3 結(jié)論

(1)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，施用沼渣的處理中As，Cu，Zn，Cr和Pb均高于對(duì)照，說明施用沼渣為黑麥草提供營(yíng)養(yǎng)的同時(shí)，沼渣中的重金屬也會(huì)同時(shí)殘留再黑麥草中。

(2)混合施用沼渣貝殼粉與氧化鎂均有一定的抑制作物黑麥草吸收重金屬的作用，混合施用貝殼粉和氧化鎂的效果優(yōu)于單獨(dú)施用貝殼粉或氧化鎂。

(3)增加沼渣的施用量，會(huì)提高黑麥草中Cu和Zn含量，但黑麥草中Pb的含量會(huì)降低；增加氧化鎂的施用量，會(huì)提高黑麥草中Zn和Pb的含量，但Cu含量隨氧化鎂含量增加先下降后上升；增加貝殼粉含量會(huì)提高和麥草中Cu含量，但Zn和Pb含量隨貝殼粉施用量增加先上升后下降。

表4 不同施用配比處理黑麥草重金屬含量

(4)通過綜合評(píng)分法對(duì)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)影響因素的主次關(guān)系為氧化鎂的添加量>貝殼粉的添加量>沼渣的添加量，最優(yōu)方案為氧化鎂添加量2 g，貝殼粉添加量4 g和沼渣添加10 g的組合。