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关键词：
鸡粪,腐殖质结合铜,有效铜,腐解过程
发表时间：
2013-01-31 10:27:59
摘要: 以鸡粪为材料, 添加不同比例的铜锌进行腐解试验, 研究了腐解过程中不同溶性腐殖质结合态铜(水溶性、氢氧化钠溶性、氢氧化钠-焦磷酸钠混合液溶性)浓度的动态变化、受锌含量的影响及其与有效铜的关系. 结果表明, 粪肥原样H 2O-Cu (水溶性腐殖质结合态铜)占其全铜量的10. 97%, 在腐解过程中先上升后下降; 随着粪肥中添加铜量的增加( 1B1、2B1、3B1处理) , H2 O-Cu 占其全铜的比例相应减少了(平均分别占其全铜的比例的7. 10%、5. 18% 和3. 74% ) ; H2 O-Cu 随着腐解时间延长呈增加趋势; 在腐解的后期( 45、60d) , 粪肥中锌含量的增加会降低H2O-Cu含量. 腐解初期粪肥原样NaOH 浸提腐殖质- 铜(N aOH-Cu)占其全铜量的70. 87%, 随腐解进行其比例大幅度下降; NaOH-Cu 占其全铜的比例随着加入铜的增大而有所下降, 分别为55. 59%、46. 04% 和38. 08%, 且随着腐解时间延长呈下降趋势; 粪肥中锌含量的增加对NaOH-Cu 含量变化影响较小. 粪肥原样中N aOH-N a4 P2O7提取腐殖质结合态铜( NaOH-Na4 P2 O7-C u)占其全铜量的24. 29%, 随腐解过程呈增加趋势, NaOH-Na4 P2O7-C u 量随着加入铜量的增加而增加, 占其全铜比例的15% ~ 25%; 粪肥中锌含量增加对NaOH-Na4 P2 O7-Cu 有促进作用.粪肥添加铜锌后, 3 种浸提剂提取的可溶性腐殖质结合态铜有55% ~ 80% 分配在NaOH 的溶液中, 10% ~ 30% 分配在NaOH-Na4 P2 O7碱性混合液中, 0~ 10% 在水溶液中; 随加入铜含量和锌含量的增加, NaOH-N a4 P2 O7-Cu平均分配比(占3种可浸提性腐殖质-Cu的比例)增加, NaOHCu和H 2O-C u的分配比减少. 相关性分析结果表明: H2 O-Cu、NaOH-Cu 和N aOH-Na4P2O7-Cu 之间显著正相关, 它们与有效铜之间呈显著正相关关系( p< 0. 01) .
集约化养殖生产过程会产生大量的粪肥, 而饲料中常添加铜锌等微量元素将导致粪肥中铜等微
量元素的大量增加(N icho lson et al. , 1999) . 刘荣乐等( 2005)研究了中国的畜禽粪便和商品有机肥料后指出, 在猪粪中Cu含量高达1726 mg# kg- 1、Zn含量高达2286. 8mg# kg- 1, 在鸡粪中Cu 含量可高达736. 0mg# kg- 1、Zn含量高达1017. 0 mg# kg- 1 ( Canget al. , 2004; 刘荣乐等, 2005) . 不同地区不同的养殖方式以及不同的畜禽粪便中铜锌等重金属含量有很大差异(张树清等, 2005) . 此类粪肥在堆制过程中, 铜锌等元素会随水流失, 引起局部地表水的污染; 大量或连年施入土壤后可引起土壤铜锌的累积, 造成生物毒害( Valtchoetal. , 2004; Ihnatetal. , 1996) . 以前的研究表明, 铜锌等微量元素主要残留在粪肥固体之中( G iusqu iani et al. , 1998) ,有80% 左右以腐殖物质结合铜存在粪肥中( Jennet al. , 2001) . 众所周知, 元素化学形态是决定元素对植物的有效性和迁移性的主要因素, 而不是元素的总浓度( Petruzze lli et al. , 1989) . 重金属在粪肥
中的形态分配已有一些研究(李国学等, 2000), 这些研究多采用化学分组方法, 把重金属形态划分为
水溶态、代换态、腐殖物质结合态、氧化物结合态、残渣态等. 对于粪肥中存在的铜的形态, 腐殖物质结合态铜占有很高的比例, 但目前对不同溶性腐殖物质结合态铜( HS-Cu) 的研究很不系统, 其随着腐解过程的变化也还不十分清楚. 有研究结果显示,腐殖物质结合态铜决定着铜向其它形态转化以及
铜的迁移性、生物有效性或毒性( Shoko et a l. ,2005; Garc ia et al. , 2004). 粪肥腐解过程中, 腐殖物质的组成是不断变化的, 一方面, 随着腐解过程的进行, 木质素、纤维素等分解转化为小分子的腐殖物质; 另一方面, 随着腐殖化进行, 小分子腐殖物质又逐渐聚合或缩合形成结构复杂的腐殖物质(王旭东等, 2001) . 小分子的腐殖物质与铜络合后可以增加铜的溶解性和移动性, 但其稳定性低, 容易被矿化分解而重新转化为无机态; 大分子的腐殖物质与铜络合后形成复杂的络合物或螯合物, 其稳定性高, 抗分解能力强, 但其溶解性下降、移动性降低,有时因结构过于复杂而难于被生物吸收, 从而降低其有效性(林稚兰等, 1998; 郑国砥等, 2005; 刘帅等, 2008). 不同性质、类型的腐殖物质及其金属络合物可以用不同性质的浸提剂来提取, 傅积平( 1983)研究认为, 水可以浸提游离态的腐殖质及其络合物, 此部分腐殖质及络合物活性最高; 氢氧化钠浸提得到的是代表松结态的腐殖物质及其络合物, 而氢氧化钠-焦磷酸钠混合液浸提得到的则代表紧结态的腐殖物质及其络合物. 在这3种络合形态中, 氢氧化钠-焦磷酸钠混合液浸提的金属离子的活性相对较低.
量元素的大量增加(N icho lson et al. , 1999) . 刘荣乐等( 2005)研究了中国的畜禽粪便和商品有机肥料后指出, 在猪粪中Cu含量高达1726 mg# kg- 1、Zn含量高达2286. 8mg# kg- 1, 在鸡粪中Cu 含量可高达736. 0mg# kg- 1、Zn含量高达1017. 0 mg# kg- 1 ( Canget al. , 2004; 刘荣乐等, 2005) . 不同地区不同的养殖方式以及不同的畜禽粪便中铜锌等重金属含量有很大差异(张树清等, 2005) . 此类粪肥在堆制过程中, 铜锌等元素会随水流失, 引起局部地表水的污染; 大量或连年施入土壤后可引起土壤铜锌的累积, 造成生物毒害( Valtchoetal. , 2004; Ihnatetal. , 1996) . 以前的研究表明, 铜锌等微量元素主要残留在粪肥固体之中( G iusqu iani et al. , 1998) ,有80% 左右以腐殖物质结合铜存在粪肥中( Jennet al. , 2001) . 众所周知, 元素化学形态是决定元素对植物的有效性和迁移性的主要因素, 而不是元素的总浓度( Petruzze lli et al. , 1989) . 重金属在粪肥
中的形态分配已有一些研究(李国学等, 2000), 这些研究多采用化学分组方法, 把重金属形态划分为
水溶态、代换态、腐殖物质结合态、氧化物结合态、残渣态等. 对于粪肥中存在的铜的形态, 腐殖物质结合态铜占有很高的比例, 但目前对不同溶性腐殖物质结合态铜( HS-Cu) 的研究很不系统, 其随着腐解过程的变化也还不十分清楚. 有研究结果显示,腐殖物质结合态铜决定着铜向其它形态转化以及
铜的迁移性、生物有效性或毒性( Shoko et a l. ,2005; Garc ia et al. , 2004). 粪肥腐解过程中, 腐殖物质的组成是不断变化的, 一方面, 随着腐解过程的进行, 木质素、纤维素等分解转化为小分子的腐殖物质; 另一方面, 随着腐殖化进行, 小分子腐殖物质又逐渐聚合或缩合形成结构复杂的腐殖物质(王旭东等, 2001) . 小分子的腐殖物质与铜络合后可以增加铜的溶解性和移动性, 但其稳定性低, 容易被矿化分解而重新转化为无机态; 大分子的腐殖物质与铜络合后形成复杂的络合物或螯合物, 其稳定性高, 抗分解能力强, 但其溶解性下降、移动性降低,有时因结构过于复杂而难于被生物吸收, 从而降低其有效性(林稚兰等, 1998; 郑国砥等, 2005; 刘帅等, 2008). 不同性质、类型的腐殖物质及其金属络合物可以用不同性质的浸提剂来提取, 傅积平( 1983)研究认为, 水可以浸提游离态的腐殖质及其络合物, 此部分腐殖质及络合物活性最高; 氢氧化钠浸提得到的是代表松结态的腐殖物质及其络合物, 而氢氧化钠-焦磷酸钠混合液浸提得到的则代表紧结态的腐殖物质及其络合物. 在这3种络合形态中, 氢氧化钠-焦磷酸钠混合液浸提的金属离子的活性相对较低.
金属元素在与腐殖物质络合时存在竞争, 这种竞争既与离子本身性质有关, 又与环境因素, 如酸
碱性等有关. 另外, 离子浓度的大小也会影响到离子的络合能力. 在酸性和弱碱性的条件下, 腐殖物
质与铜的结合强度(络合或吸附) 大于与锌的结合强度( Schn itzer et al. , 1966; Kerndorff et al. ,1980) . 但是, 目前对粪肥中铜锌与腐殖物质的竞争随着腐解进程的变化, 尤其是随着粪肥中铜锌含量变化的研究还很少.
本研究中以鸡粪为材料, 在好氧条件下进行发酵分解, 考察粪肥腐解过程中水溶性、氢氧化钠溶
性、氢氧化钠-焦磷酸钠溶性腐殖物质及其结合态铜的变化, 及其受铜锌含量的影响, 以及腐殖物质结
合态铜含量与有效铜的关系. 旨在揭示粪肥腐解过程铜锌的变化及其相互影响, 为粪肥的安全管理提
供理论指导.
碱性等有关. 另外, 离子浓度的大小也会影响到离子的络合能力. 在酸性和弱碱性的条件下, 腐殖物
质与铜的结合强度(络合或吸附) 大于与锌的结合强度( Schn itzer et al. , 1966; Kerndorff et al. ,1980) . 但是, 目前对粪肥中铜锌与腐殖物质的竞争随着腐解进程的变化, 尤其是随着粪肥中铜锌含量变化的研究还很少.
本研究中以鸡粪为材料, 在好氧条件下进行发酵分解, 考察粪肥腐解过程中水溶性、氢氧化钠溶
性、氢氧化钠-焦磷酸钠溶性腐殖物质及其结合态铜的变化, 及其受铜锌含量的影响, 以及腐殖物质结
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