摘要：為深入了解農(nóng)業(yè)固體廢棄物資源化、無害化利用的發(fā)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(guī)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，F(xiàn)J）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(fā)酵效果及重金屬Cu、Pb、Zn、Cd形態(tài)的影響。試驗結(jié)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(xiàn)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(fā)酵溫度僅為45.14°C、pH值為5.41、電導(dǎo)率為9.48mS/cm、種子發(fā)芽率指數(shù)為0.47%，無法達到堆肥無害化標(biāo)準(zhǔn)。基于以上試驗結(jié)果，綜合考慮堆肥發(fā)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(jié)果為畜禽糞便堆肥過程中重金屬鈍化技術(shù)研發(fā)、生物炭和腐植酸改良土壤結(jié)構(gòu)的特性推廣及有機肥規(guī)?；瘧?yīng)用提供參考。

　　關(guān)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(yè)的發(fā)展已步入規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展階段，規(guī)?；B(yǎng)殖生產(chǎn)過程中排放大量糞污，2010年中國畜禽糞便產(chǎn)生量為22.35億t，目前，畜禽養(yǎng)殖污染物排放已位居全國重點污染排放領(lǐng)域之首[1-3]。由于養(yǎng)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(yīng)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(diào)查表明，畜禽糞便中重金屬Cu、Pb、Zn等元素普遍超過排放標(biāo)準(zhǔn)[4]。堆肥是實現(xiàn)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(tài)變化絡(luò)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(xué)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(fā)現(xiàn)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(guān)于生物炭和生物腐殖酸對重金屬形態(tài)影響的研究，本研究以生物炭和生物腐植酸等農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化產(chǎn)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(tài)的影響，選取普遍超標(biāo)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(shù)研發(fā)提供理論依據(jù)，也為利用生物炭和生物腐植酸改良土壤結(jié)構(gòu)的研究以及為推廣有機肥的規(guī)?；瘧?yīng)用提供參考。

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　　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(qū)青云店鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計研究院試驗基地進行。供試豬糞取自大興區(qū)某養(yǎng)豬場；玉米秸稈取自大興區(qū)孝義營村周圍農(nóng)田，經(jīng)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(shè)計

　　試驗以豬糞為原料，粉碎成1cm長玉米秸稈為調(diào)理劑，調(diào)節(jié)物料C/N為25:1，鈍化材料添加量按豬糞干物質(zhì)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(shè)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(jié)果與分析

　　2.1重金屬質(zhì)量分數(shù)變化分析

　　各處理重金屬Cu、Pb、Zn、Cd質(zhì)量分數(shù)變化如表5所示，在堆肥過程中，由于有機質(zhì)降解，CO2及揮發(fā)性物質(zhì)損失，堆體體積減小，重金屬質(zhì)量分數(shù)會升高，表現(xiàn)為“相對濃縮效應(yīng)”[5]，在本研究中重金屬Cu、Pb、Zn、Cd的質(zhì)量分數(shù)有降低現(xiàn)象，并未表現(xiàn)出普遍的濃縮效應(yīng)，這是因為在堆肥過程中會有滲濾液產(chǎn)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(zhì)量分數(shù)會呈現(xiàn)減少現(xiàn)象，但總體質(zhì)量分數(shù)變化不大，這與曾正中等[13]研究結(jié)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(tài)變化。從重金屬Cu的各形態(tài)質(zhì)量分數(shù)變化來看，堆肥前后各處理可交換態(tài)Cu質(zhì)量分數(shù)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(tài)Cu的質(zhì)量分數(shù)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(tài)Cu表現(xiàn)出強烈的鈍化效果后，使可交換態(tài)向其他3種形態(tài)轉(zhuǎn)化所致；各處理氧化態(tài)Cu質(zhì)量分數(shù)均有增加；殘渣態(tài)Cu質(zhì)量分數(shù)有增有減。

　　3討論

　　堆肥過程中物料理化性質(zhì)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(xù)時間在5～7d，堆肥結(jié)束pH值穩(wěn)定在8.0～9.0，不超過電導(dǎo)率限值4.0mS/cm，且種子發(fā)芽率指數(shù)達80%，即認為堆肥達腐熟標(biāo)準(zhǔn)[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(fā)酵結(jié)束為5.41；F3、F4處理的電導(dǎo)率至堆肥結(jié)束穩(wěn)定在7.02～9.48mS/cm之間，超過電導(dǎo)率限值；處理F2、F3、F4的種子發(fā)芽率指數(shù)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(jié)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，F(xiàn)1、F5、F6和CK處理可達到堆肥腐熟標(biāo)準(zhǔn)。

　　4結(jié)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(tài)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(zhì)效果來看，只有木屑炭、JBW腐殖酸和草炭能達到腐熟的標(biāo)準(zhǔn)。

　　3）綜合而言，可根據(jù)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(dāng)選擇玉米秸稈炭、花生殼生物炭、草炭優(yōu)組，上述幾種可選鈍化劑，3種為農(nóng)業(yè)廢棄物，不僅為其資源化再利用創(chuàng)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(huán)境風(fēng)險。

　　[參考文獻]

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　　[2]耿維，胡林，崔建宇，等.中國區(qū)域畜禽糞便能源潛力及總量控制研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)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