当前世界环境

介绍

由于无机肥料成本高，小农现在使用动物粪便、污水污泥和城市废物来提高土壤肥力。用生活垃圾和动物粪便改良农业土壤提供了一种用植物养分和有机质丰富土壤的廉价手段。然而，这可能导致土壤中重金属含量升高，并可能导致富营养化。虽然其中一些重金属在以微量水平或所需比例存在时对植物和动物是有用的，但当它们大量积累时，它们可能是危险的(Tuzen, 2003)。基德等.，(2007)报告说，金属在土壤中的行为和植物的吸收取决于金属的性质、土壤的物理化学性质和植物种类。与此相关的是，为了使土壤在农业生产中发挥其功能，并作为众多有益微生物的栖息地，重金属的积累必须最小化到对农业生态系统无害的水平。因此，如果重金属在农业土壤中的长期积累超过容许水平，可能会造成严重的(生态)问题。

土壤是重金属的长期储存库，根据元素和土壤特征，有些重金属的停留时间很长(Alloway, 1995)。更多情况下，农业土壤的重金属输入可能来自无机肥料的施用。农业土壤重金属输入的其他主要来源包括大气沉降、污水污泥、农用化学品、牲畜粪便、灌溉用水、工业废物和堆肥(尼科尔森)等, 1999;阿洛韦,1995;周等, 2005)。

据报道，经废物处理的土壤有机质含量高，这会影响土壤颗粒的聚集程度，降低体积密度，增加土壤的孔隙度(Anikwe和Nwobodo, 2002年)。在土壤上持续施用动物粪便和城市废物可能会增加土壤中的重金属浓度(Conway和Pretly, 1991;Anikwe and Nwobodo, 2002)。因此，大规模使用这些二次原料肥料应谨慎处理。

畜禽粪便中含有高浓度的重金属和有机污染物，利用畜禽粪便进行集约化养殖的环境安全问题备受关注。基德等.，(2007)报告说，从废生物质中提取的金属通常是有机结合的，与商业肥料中发现的更具流动性的盐杂质相比，植物吸收的金属较少。另一方面，Conway和Pretly(1991)认为，持续大量施用家禽和猪粪的土壤会积累重金属，从而危害土壤的良好功能，污染作物并对人类健康构成风险。同样的道理，陈等.，(2004)建议，应严格管制主要来自生物废物的有机肥的施用，以防止可耕地土壤中不必要的重金属富集。重金属在农业生态系统中的监测是非常重要的，因为金属不仅是生物积累，而且从一个营养水平到另一个营养水平的生物放大。本研究旨在评价动物粪便改良耕地土壤对土壤理化性质和重金属含量的短期影响。

材料与方法

研究区域

研究区域位于尼日利亚乌穆代克的迈克尔奥克帕拉农业大学内。它是大学农田的一部分，在那里施用动物粪便来提高土壤肥力。乌穆代克位于尼日利亚阿比亚州首府乌穆阿伊亚东南约10公里处，位于北纬05°至05°25′n和经度07之间^o07 05'E。

样品收集

采样区分为5个站点。在每个站点的3个采样点随机采集3个土壤样品，并将其汇总为复合样品。使用土壤螺旋钻在大约0-15厘米和15 -30厘米的深度采集土壤样品。土壤被风干，研磨，并通过2毫米筛子筛选，然后转移到聚乙烯瓶中以待分析。

表1:改良剂土壤理化性质 按此查看表格

土壤分析

所有的测定都在代表性土壤样品(< 2mm分数)上进行了三次。用比重计法分析了每种土壤样品的粒度(砂、粉和粘土)(Bouyoucos, 1951;1962)。以H为单位测定土壤pH₂O使用1:1的土壤:水比(Black, 1965)。用重铬酸盐氧化法对有机质进行了分析（沃克利和布莱克，1934)．交换阳离子用1m醋酸铵萃取(Jackson, 1958)。用火焰光度法测定提取物中的钾和钠，用原子吸收分光光度法(AAS, Bulk Scientific atomic absorption /Emission Spectrophotometer 200a)测定钙和镁。用钼蓝比色法测定有效磷(Murphy and Riley, 1962)。交换性酸度是由麦克林(1965)描述的滴定法估计的。

用于重金属分析的土壤样品(0.5 g)放置在100ml烧杯中，用10ml浓HCl: HNO消化_3.(3:1)混合物。将残留物冷却，用去离子水稀释至30ml并过滤。用原子吸收分光光度法测定样品中重金属的浓度。

结果与讨论

土壤理化性质

表1列出了土壤样品的一些选定的物理化学性质。土壤以砂壤土为主，粘土含量为6.00 ~ 11.9%，粉砂含量为2.89 ~ 13.91%。结果表明:1、2、5样地的沙粒含量随土层深度的增加而减小，而3、4样地的沙粒含量则相反。土壤的沙质性质使动物粪便的改良剂是合适的，因为土壤的高渗透性将允许大量的渗滤液通过土壤，从而使作物容易吸收养分。

各样地上层有机碳(OC)和有机质(OM)含量均较高。所有样地上层土壤有机质含量较高可能与施用动物粪便有关。污水污泥对农业土壤进行改良后，土壤有机质含量有所增加等, 2005)。基德等.，(2007)和Anikwe和Nwobodo(2002)还报告说，在农业土壤上长期施用生物固体会极大地增加土壤有机质。Enweozor等.，(1988)将土壤OM含量< 2.0%列为低;2.1- 3.0%为中等，> 3.1为高。按此分类，除3样地外，改良农业土壤上层有机质均较高。有机质是植物生长发育必需和非必需矿质元素的储存库。因此，有机质含量的增加可能导致土壤肥力的增加。高OM含量往往通过防止OM矿化过程中交换阳离子释放导致的pH值过度变化来缓冲土壤(Anikwe和Nwobodo, 2002)。

表2:改良土壤中重金属含量(mg/kg) 按此查看表格

土壤pH值在5.16 ~ 7.19之间。改良土壤的pH值高于对照土壤样品(表1)。施用动物粪便增加了土壤pH值，从而导致交换性酸度降低(表1)。施用动物粪便使交换性酸度从平均值2.25降低到1.77。几项研究表明，在酸性土壤上施用动物粪便和堆肥等生物固体可显著提高土壤pH值(Hue and Amien, 1989;Anikwe and Nwobodo, 2002;Ano and Ubochi, 2007;基德等, 2007)。依斯利玛说等.，(2003)大多数植物和土壤微生物在pH值为6到7.5之间的土壤中生长最好。在酸性热带土壤中，动物粪便改良土壤pH值的增加可能是一个积极的生产力指标，因为酸性土壤的低pH值限制了养分的吸收(Anikwe和Nwobodo, 2002)。

短期施用动物粪便可显著提高土壤有机质、交换性碱和有效磷含量。因此，如果长期施用动物粪便，这些参数将大大增加。

重金属浓度

重金属在改良土壤中的浓度高于未改良土壤(对照)(表2)。锌是测定的最丰富的金属，平均浓度为112.34±45.02 mg/kg(范围:65.78至159.02 mg/kg)。小区4和小区5的锌含量最高，其次是小区1，小区2的锌含量最低。锌作为一种营养补充剂被添加到动物饲料中。这可能是本研究中锌含量高的原因。

铜的浓度范围为5.03 ~ 9.74 mg/kg，平均值为7.08 mg/kg。铬在丰度上排名第二(平均为16.96 mg/kg)。图5的浓度最高，为26.33 mg/kg，图1的浓度最低，为10.71 mg/kg。镉是土壤样品中含量最少的元素，平均浓度为2.16 mg/kg。镉是一种营养不良的有毒元素，不被添加到动物饲料中。因此，不能说它是从饲料转移到动物粪便，然后再转移到土壤。镍的浓度范围为4.71 ~ 9.00 mg/kg。镍是动物饲料中通常不需要的另一种元素。图3和图4中镍含量最高，为9.00 mg/ kg。铅是3^{理查德·道金斯}土壤样品中金属含量最高，平均浓度为14.9 mg/kg。土壤铅浓度以地块4最高，地块3次之，地块1最低，为12.76 mg/kg。

除与Ni呈正相关外，其余金属均呈正相关(r为0.0232 ~ 0.9896)(表3)，而Pb是唯一与Ni呈正相关(r为0.8752)的金属，与其他金属均呈正相关。相关系数显示了土壤中金属之间相互作用的程度。

参考文献

1. 刘志强，《土壤过程与金属的行为》。Kluwer学术出版社，多德雷赫特。(1995) 11-37。
2. Anikwe, m.a.n.和Nwobodo, k.c.a.，《城市垃圾处理对尼日利亚Abakaliki城市农业用地土壤性质和生产力的长期影响》。生物抛光工艺。(2002) 33(3): 241-250。
3. 吴志强，吴志强，动物粪便对土壤酸性的中和作用机理。误判率。生物科技j .》。(2007) 6(4): 364-368。
4. 《土壤分析方法》。农艺9号第2部分。美国农学学会。威斯康星州麦迪逊市(1965年)。
5. 陈国强，刘国强，土壤力学分析方法的研究进展。土壤科学。(1951) 42: 225-229。
6. Bouyoucos, G. J.，改进的比重计法用于颗粒粒度分析的土壤。阿格龙。J。(1962) 54: 464-465。
7. 张磊，王永军，周东明，董永华，等。江苏省集约化养殖条件下畜禽饲料和粪便重金属污染研究。J。环绕。科学。(中国),(2004) 16(3): 371-374。
8. 康威，G. R.和普雷里，J. N.，《不需要的收获、农业和污染》。地球扫描出版社，伦敦(1991)。
9. De Las Heras, J.， Maòas, P.和Labrdor, J.，消化污泥对土壤和植物的几种应用效果。j .包围。科学。愈合。科学通报(2005)40(4):437-451。
10. Enweozor, W. O, Ohiri, A. C, Opubaribo, E. E.， Udoh, E. J，尼日利亚东南部土壤肥力调查综述。食品药品监督管理局，拉各斯，尼日利亚(1988年)。
11. Hue, N. V.和Amien, I.，铝解毒与绿色肥料。通讯。土壤科学。植物的肛门。(1989) 20: 1499-1511。
12. Jackson, m.l.，《土壤化学分析》。Prentice Hall, NY(1958)。
13. 王晓东，王晓东，王晓东，Domínguez-Rodríguez，污水污泥长期施用对土壤重金属和磷的生物有效性和植物积累的影响。光化层。[j] .科学通报，2007,33(1):1 - 4。
14. 麦克莱恩，e.o，铝。见:土壤分析方法。农艺9号第2部分。美国农学学会。威斯康星州麦迪逊市(1965年)。
15. 墨菲，J.和赖利，J. P.，一种改进的单溶液法测定天然水中磷酸盐。分析的詹。学报(1962) 27: 31-36。
16. Nicholson, f.a.， Chambers, b.i.， Williams, j.r.和Unwin, r.j.，《英格兰和威尔士牲畜饲料和动物粪便的重金属含量》。生物抛光工艺。(1999) 70: 23-31。
17. 陈晓明，陈晓明，李晓明，原子吸收光谱法测定土壤、蘑菇和植物样品中的重金属。微量化学杂志上。(2003)74: 287 - 297。
18. Walkley, A和Black, i.a.，对测定土壤有机质的Degtjareff方法的检验和对铬酸滴定法的修改建议。土壤科学。(1934) 37: 29-38。
19. 周东明，韩晓忠，王永军，董永华，张磊，施用畜禽粪便对萝卜和小白菜铜锌吸收的影响。光化层。(2005) 52(3): 167-175。