摘要：為深入了解農業固體廢棄物資源化、無害化利用的發展前景，探討不同鈍化材料對畜禽糞便堆肥過程中重金屬鈍化效果的影響規律，該文利用豬糞和秸稈進行高溫好氧堆肥，研究生物炭（木屑炭、玉米秸稈炭、花生殼炭）和腐植酸（福建（fujian，FJ）生物腐植酸、嘉博文（jiabowen，JBW）生物腐植酸、草炭）等不同鈍化材料對豬糞堆肥發酵效果及重金屬Cu、Pb、Zn、Cd形態的影響。試驗結果表明：添加花生殼炭、玉米秸稈炭、JBW腐植酸以及木屑炭分別對重金屬Cu、Pb、Zn和Cd表現為相對較好的鈍化能力。添加花生殼炭（F3）對重金屬Cu的鈍化效果為65.79%；添加玉米秸稈炭處理（F2）對重金屬Pb的鈍化效果為57.2%；添加JBW生物腐植酸處理（F5）對重金屬Zn的鈍化效果為64.94%；添加木屑炭處理（F1）對Cd的鈍化效果為94.67%；并且，針對不同重金屬的鈍化效果，此4個處理均明顯高于不添加鈍化材料的對照處理（P＜0.05）。添加花生殼炭雖然對重金屬Cu具有較好的鈍化效果，但其堆肥物料的最高發酵溫度僅為45.14°C、pH值為5.41、電導率為9.48mS/cm、種子發芽率指數為0.47%，無法達到堆肥無害化標準。基于以上試驗結果，綜合考慮堆肥發酵效果及重金屬鈍化效果認為，木屑炭、JBW生物腐植酸是2種較理想的鈍化材料，該研究結果為畜禽糞便堆肥過程中重金屬鈍化技術研發、生物炭和腐植酸改良土壤結構的特性推廣及有機肥規模化應用提供參考。

　　關鍵詞：堆肥；鈍化；重金屬；豬糞；生物炭；腐植酸

　　0引言

　　近年來，中國畜牧業的發展已步入規模化、產業化的發展階段，規模化養殖生產過程中排放大量糞污，2010年中國畜禽糞便產生量為22.35億t，目前，畜禽養殖污染物排放已位居全國重點污染排放領域之首[1-3]。由于養殖方式的改變及商家對利益的追求，一些重金屬元素如Cu、Zn、As、Cr、Pb等被廣泛應用于飼料添加劑，隨之進入到畜禽糞便中，因此，畜禽糞便的重金屬污染問題變得十分嚴重，調查表明，畜禽糞便中重金屬Cu、Pb、Zn等元素普遍超過排放標準[4]。堆肥是實現畜禽糞便重金屬鈍化的有效途徑[5]，其主要原理是利用畜禽廢棄物有機物形態變化絡合固定重金屬，使堆肥物料中重金屬活性被鈍化，生物有效性降低[6]。然而，堆肥化過程仍存在重金屬鈍化率不高的問題[7]，不同學者通過添加鈍化材料進一步降低畜禽糞便中的重金屬生物活性，楊坤等[8]研究表明，添加膨潤土對As、Pb的鈍化效果為31.92%、61.94%，硅藻土對Cd的鈍化效果為56.72%；龔浩如等[9]研究表明，添加2.5%沸石+2.5%粉煤灰對As、Cu、Zn的鈍化效果為81.31%、69.56%、75.64%；榮湘民等[10]研究發現添加5%的鈣鎂磷肥對Zn的鈍化效果為50%。不同的鈍化材料均起到了一定的重金屬鈍化作用，然而仍存在成本較高或不易獲得等問題，且目前仍未有關于生物炭和生物腐殖酸對重金屬形態影響的研究，本研究以生物炭和生物腐植酸等農業廢棄物轉化產品作為鈍化材料，研究其對畜禽糞便堆肥化過程中重金屬形態的影響，選取普遍超標的Cu、Pb、Zn、Cd元素研究鈍化材料對重金屬的鈍化效果，可為畜禽糞便堆肥過程中重金屬的鈍化技術研發提供理論依據，也為利用生物炭和生物腐植酸改良土壤結構的研究以及為推廣有機肥的規模化應用提供參考。

　　更新了一篇生物相關的論文，如微生物的核心期刊有哪些，您可以點擊并前往查看。

　　1材料與方法

　　1.1供試材料

　　試驗于2013年7月在北京市大興區青云店鎮農業部規劃設計研究院試驗基地進行。供試豬糞取自大興區某養豬場；玉米秸稈取自大興區孝義營村周圍農田，經過粉碎機切割為1cm左右的小段；生物炭均于河南商丘三利公司購得，腐植酸均于北京嘉博文生物科技有限公司購得。供試材料的基本性狀見表1

　　1.2試驗設計

　　試驗以豬糞為原料，粉碎成1cm長玉米秸稈為調理劑，調節物料C/N為25:1，鈍化材料添加量按豬糞干物質量的2.5%，含水率控制在65%～70%，在室溫25°C下堆置30d。試驗共設7個處理，分別為：F1：豬糞+秸稈+木屑炭；F2：豬糞+秸稈+玉米秸稈炭；F3：豬糞+秸稈+花生殼炭；F4：豬糞+秸稈+福建（Fujian）FJ生物腐植酸；F5：豬糞+秸稈+嘉博文（Jiabowen）JBW生物腐植酸；F6：豬糞+秸稈+草炭；CK：豬糞+秸稈。各處理原料使用量如表2所示。

　　2結果與分析

　　2.1重金屬質量分數變化分析

　　各處理重金屬Cu、Pb、Zn、Cd質量分數變化如表5所示，在堆肥過程中，由于有機質降解，CO2及揮發性物質損失，堆體體積減小，重金屬質量分數會升高，表現為“相對濃縮效應”[5]，在本研究中重金屬Cu、Pb、Zn、Cd的質量分數有降低現象，并未表現出普遍的濃縮效應，這是因為在堆肥過程中會有滲濾液產生并流出，與此同時重金屬也有流失，因此有些試樣重金屬質量分數會呈現減少現象，但總體質量分數變化不大，這與曾正中等[13]研究結果一致。

　　2.2不同鈍化材料對堆肥過程中重金屬Cu的影響

　　表6為不同處理堆肥前后重金屬Cu的形態變化。從重金屬Cu的各形態質量分數變化來看，堆肥前后各處理可交換態Cu質量分數均有不同程度的降低，其中F3處理的降幅達65.59%，而CK降幅為4.95%；各處理除F3外，其余處理還原態Cu的質量分數有所下降，這可能是由于F3處理添加花生殼生物炭對可交換態Cu表現出強烈的鈍化效果后，使可交換態向其他3種形態轉化所致；各處理氧化態Cu質量分數均有增加；殘渣態Cu質量分數有增有減。

　　3討論

　　堆肥過程中物料理化性質的變化是評價堆肥腐熟度的重要參考。研究顯示，堆肥高溫期溫度達到50°C以上且持續時間在5～7d，堆肥結束pH值穩定在8.0～9.0，不超過電導率限值4.0mS/cm，且種子發芽率指數達80%，即認為堆肥達腐熟標準[17]。本試驗中F3處理未達高溫期，最高溫度僅為45.14°C，且pH值至發酵結束為5.41；F3、F4處理的電導率至堆肥結束穩定在7.02～9.48mS/cm之間，超過電導率限值；處理F2、F3、F4的種子發芽率指數未達到80%以上，其中F3處理僅為0.47%，說明此3種處理堆肥結束后仍對植物具有毒性，抑制植物生長。綜合考慮來看，添加不同鈍化材料處理后，F1、F5、F6和CK處理可達到堆肥腐熟標準。

　　4結論

　　1）豬糞和秸稈堆肥處理時，本文6種鈍化材料中重金屬Cu的最佳鈍化劑為花生殼生物炭，其鈍化效果為65.79%；Pb的最佳鈍化劑為玉米秸稈炭，其鈍化效果為57.2%；Zn的最佳鈍化劑為嘉博文（Jiabowen，JBW）腐殖酸，其鈍化效果為64.94%；Cd的最佳鈍化劑為木屑生物炭，其鈍化效果為94.67%；4種鈍化劑處理對交換態重金屬的鈍化效果均顯著好于對照。

　　2）從添加6種鈍化材料后對堆肥的品質效果來看，只有木屑炭、JBW腐殖酸和草炭能達到腐熟的標準。

　　3）綜合而言，可根據豬糞中所含重金屬情況，有針對性的選擇木屑炭和JBW腐殖酸，也可適當選擇玉米秸稈炭、花生殼生物炭、草炭優組，上述幾種可選鈍化劑，3種為農業廢棄物，不僅為其資源化再利用創造了條件，同時有利于降低畜禽糞便有機肥施用中重金屬污染的環境風險。

　　[參考文獻]

　　[1]田宜水.中國規模化養殖場畜禽糞便資源沼氣生產潛力評價[J].農業工程學報，2012，28(8)：230－234.TianYishui.Potentialassessmentonbiogasproductionbyusinglivestockmanureoflarge-scalefarminChina[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2012,28(8):230－234.(inChinesewithEnglishabstract)

　　[2]耿維，胡林，崔建宇，等.中國區域畜禽糞便能源潛力及總量控制研究[J].農業工程學報，2013，29(1)：171－179.GengWei,HuLin,CuiJianyu,etal.BiogasenergypotentialforlivestockmanureandgrosscontrolofanimalfeedinginregionlevelofChina[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2013,29(1):171－179.(inChinesewithEnglishabstract)

　　候月卿1,2,3，趙立欣1,2，孟海波1,2，沈玉君1,2※，程紅勝1,2