畜禽粪便中重金属在河西走廊绿洲农业土壤-蔬菜系统传递与积累过程研究

For the transportion, distribution and accumulation of heavy metals derived from pig and chicken manure from the Hexi Corridor oasis main agricultural soils (an Irrigation Desert Soil and a Salined Fluvo-aquic Soil) to the the main cultivated vegetables ( radish, cabbage, peppers and cucumbers ), this proposal presents that using four-factor randomized block design experiment in the field and pot experiments for the accumulation and bioavailabity of heavy metals in soil, the distribution in vegetables and the quality characteristic of vegetables, can clearly determine the process of transportion and accumulation of heavy metals derived from manures from different soils to different vegetables. Samples are colleted before planting vegetables, in fleshy root growing period of radish, the rosette stage of cabbage, the lowering and fruit setting stage of peppers, the fruit retention period of cucumbers and the maturity of all vegetables, the soil physical and chemical properties indicators, microbiological indicators, and the total content of heavy metals and content of various forms are measured to explore the heavy metals bioavailability in soil. The heavy metal concentrations in vegetables and their quality indicators are detected to identify the transmission rule of heavy metals from the soil to vegetables. The correlation between heavy metals bioavailability and soil physical and chemical properties indicators, the response mechanisms of vegetables to ecological factors such as the type and the amount of animal manure and the type of soil, are clarified by multi- factor analysis of variance and multiple linear regression and other means, and then provide a theoretical basis for the rational application of animal manure and the prediction of regional vegetable safety.

针对猪粪和鸡粪来源的重金属从河西走廊主要绿洲农业土壤（灌漠土和盐碱潮土）向主要种植的露地蔬菜（萝卜、大白菜、辣椒和黄瓜）传递、分布与积累的科学问题，提出利用四因素随机区组试验设计结合盆栽模拟实验，并以重金属在土壤中的积累、有效性、在蔬菜的分布及蔬菜品质特征为研究对象，可明确畜禽来源的重金属从不同类型土壤向不同类型蔬菜的传递与积累过程。在蔬菜种植前、萝卜肉质根生长期、大白菜莲座期、辣椒开花坐果期、黄瓜保果期和蔬菜成熟期采集样品，测定土壤理化性质指标、微生物学指标、重金属总量及各形态含量，探索重金属在土壤中的生物有效性；检测蔬菜中重金属含量和品质指标，明确重金属从土壤向蔬菜传输的规律。利用多因素方差分析和多元线性回归等手段，阐明重金属生物有效性与土壤理化性质指标的相关关系，及蔬菜对畜禽粪便类型、施入量多少和土壤类型等生态因子的响应机制，对合理施用畜禽粪便和预测区域蔬菜安全提供理论依据。

针对猪粪和鸡粪来源的重金属从河西走廊主要绿洲农业土壤（灌漠土和盐碱潮土）向主要种植的露地蔬菜（萝卜、大白菜、辣椒和黄瓜）传递、分布与积累的科学问题，本研究利用四因素多水平随机区组试验设计，研究了施用4年猪粪和鸡粪后，重金属在土壤剖面（0~20cm和20~40cm）的积累迁移、有效性及在蔬菜中的分布，结果表明，连续4年施用猪粪显著增加了耕层（0~20cm）土壤 Cu、Zn、Pb、Cd、Mn和Ni 的含量，施用鸡粪显著增加了Cu、Zn、Pb、Cd和Ni 的含量，但均未超过《土壤环境质量标准GB15618-2008》中二级标准值；Cu、Zn、Pb、Cd和Ni主要积累在耕层土壤，但高用量猪粪中Cu和鸡粪中 Cu、Cd 存在向20~40土层迁移现象；施用猪粪和鸡粪后土壤pH的降低和有机质含量的提高可能会提高重金属生物有效性。弱酸溶解态Cu、Zn和Fe的含量显著提高，60 t hm -2鸡粪施用后，有效态Cu、Zn和Mn含量在灌漠土增加了27.03%、290.11%和61.22%，在潮土增加了10.59%、204.23%和54.36%；猪粪和鸡粪施用降低了Cu、Zn、Pb、Cd和Ni富集系数，增加了Fe富集系数，但四种蔬菜重金属富集系数均小于1，不同类型土壤不同蔬菜对不同元素的吸收能力不同，Pb、Cd及潮土Zn富集系数白菜最大，Fe、Mn及灌漠土Zn富集系数辣椒最大，Cu富集系数黄瓜最大，Ni富集系数萝卜最大，施用猪粪和鸡粪对四种蔬菜可食部分各元素含量有不同程度的增加，鸡粪对各元素吸收的影响高于猪粪，白菜叶片、萝卜根部、辣椒果实和黄瓜果实Cu含量小于20 mg kg-1，Zn含量小于100 mg kg-1，Ni含量小于0.3 mg kg-1，白菜Pb含量小于0.3 mg kg-1、其它蔬菜小于0.1 mg kg-1，白菜Cd含量小于0.2 mg kg-1、其它蔬菜小于0.05 mg kg-1，均未超过安全标准，食用不会对人体产生危害。. 综上所述，重金属在土壤-蔬菜系统中的迁移转化和生物有效性因有机肥类型、用量、土壤类型和蔬菜类型的不同有很大差异；当长期施用这种猪粪和鸡粪时，重金属元素可能会在土壤中积累，最终影响蔬菜安全，从而危害人体健康。本研究结果为评估重金属的生物有效性及其在蔬菜体内的传输与分布规律，以及合理施用畜禽有机肥和预测区域农产品安全性提供理论依据。.