摘要
猪粪炭是指将猪粪在高温厌氧条件下裂解而形成的一种生物质炭，将猪粪转化为猪粪炭是当前规模化养猪场彻底消除粪污污染的重要途径。猪粪炭中有机碳、有效磷、有效钾含量高，富含养分，同时比表面积大、孔隙度高，具有较强的稳定重金属功能，因此加强它在农业上的应用研究对猪粪资源化利用具有重要意义。我国南方红黄泥水稻土生产种植中存在过度依赖化肥现象，土壤综合肥力趋于下降，同时重金属元素累积，严重影响了稻作农业的可持续发展。本文尝试以猪粪炭作为土壤改良剂，探究不同用量猪粪炭对红黄泥水稻土环境质量的影响，为猪粪炭改良红黄泥水稻土提供方法理论依据。本研究按照2.5％、5.0％和7.5％的比例向红黄泥中分别施入猪粪炭，以稻-菜-稻轮作方式盆栽水稻、小白菜，水稻为中稻。分别在各季水稻主要生育期采取土壤孔隙水水样，各季作物收获后采取植物样品及土壤样品，分别检测土壤孔隙水中氮磷及重金属含量，土壤氮磷含量、土壤重金属不同形态含量，植物样品中重金属含量，分析检测土壤微观理化背景，并对相应指标进行评价。研究结果如下: (1)施用猪粪炭后，土壤由施用前的片层状结构为主转为片层状粘粒与炭-粘复合体共存的混合结构;各处理土壤pH值提高了0.29～0.67，氧化还原电位降低10～66mv;土壤中全氮含量提高28.8％～78.8％，而氮活性熵随施用量而降低;土壤全磷含量提高1.28～4.39g/kg，土壤磷活性熵随施用量增大而升高;土壤全Cu含量增加1.94倍～5.14倍，全Zn含量增加0.37倍～3.40倍;Pb、Cd、As、Hg总量与对照持平，Pb、Cd弱酸提取态含量降低，As、Hg可还原态含量增加，表现明显钝化现象。 (2)施用猪粪炭后，水稻第一季土壤孔隙水平均总氮含量提高-6.5％～63.9％,水稻第二季平均总氮含量提高10.8％～44.6％;水稻第一季土壤孔隙水总磷含量提高2.1倍～9.3倍，水稻第二季平均总磷含量提高8.2倍～14.1倍;水稻第一季生育期内土壤孔隙水中水溶性铜锌铅含量升高，其中铅含量超标，综合污染指数评价以中污染和重污染为主;水稻第二季猪粪炭处理土壤孔隙水各重金属含量均低于对照，以安全和轻污染为主，体现出猪粪炭对土壤重金属的钝化作用。 (3)施用猪粪炭后，作物对重金属铜锌的累积量上，小白菜中铜锌累积量随施用比例增加，糙米则比对照略有增加。在2.5％至7.5％猪粪炭处理的红黄泥中，Cu对小白菜、稻谷无过量，而7.5％处理土壤中的锌含量过高使小白菜、稻谷产生毒害反应。铅镉砷汞累积量上，第一季产出的稻谷糙米，T2.5处理糙米Pb超标，其余重金属皆随猪粪炭用量的增加累积量减少;第二季糙米各重金属的累积随猪粪炭施用量增加而减少，累积量都显著低于对照;小白菜Pb的累积猪粪炭处理高于对照，Cd、As、Hg的累积低于对照，各处理重金属的累积量都没有超标。 (4)对作物进行重金属污染综合评价，各处理小白菜重金属综合污染指数均低于0.7，均属安全级别，各处理综合污染指数排序如下:CK＞T2.5＞T5.0＞T7.5。第一季糙米综合污染指数主要情况为:T2.5＞CK＞1＞T5.0＞0.7＞T7.5，主要超标污染物为Pb;第二季稻谷综合污染指数主要情况为:1＞CK＞T2.5＞0.7＞T5.0＞T7.5，主要超标污染物为Pb和As。 (5)对作物食用安全进行评价，表现猪粪炭施用量越高，小白菜及糙米食用安全风险系数越低。 综上所述，适量施用猪粪炭(T2.5处理)能够改善红黄泥的环境质量，改变土壤微观形态和化学性质，补充红黄泥水稻土N、P、Cu、Zn养分，同时对土壤中重金属元素通过土壤孔隙水向周围迁移的状况有较好的抑制效果，而过量施用猪粪炭(T5.0和T7.5处理)使土壤受Cu、Zn污染并增加土壤孔隙水氮磷含量，有造成周围水体富营养化的风险。但增加猪粪炭施用量能逐步降低小白菜、糙米中重金属污染综合评分，减小儿童和成人的食用安全风险值，利于作物品质的提高。
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