【摘要】：規(guī)模化豬場的發(fā)展產(chǎn)生了大量的糞便、污水等豬場糞污,而污水肥料化利用模式——將養(yǎng)殖污水經(jīng)過適當處理后,在農(nóng)田需肥或灌溉期間進行水肥一體化土地利用的方式是養(yǎng)豬糞污的主要處理模式之一。已處理達標的豬場廢水也屬糞污范疇,將其作為灌溉的替代性水源,已經(jīng)成為緩解農(nóng)業(yè)水資源短缺的重要途徑。早期的豬場糞污大都處理不當,在土地利用歷史較長的土壤中或許已存在重金屬污染。而運用已處理達標的養(yǎng)豬廢水也可能給土壤帶來重金屬污染風險,這種風險在一定程度上限制了養(yǎng)豬廢水的農(nóng)用。吸附是養(yǎng)豬廢水中重金屬進入土壤后發(fā)生的主要物化行為,大多數(shù)重金屬會被土壤吸附而累積在土壤中。然而廢水土地利用使土壤環(huán)境錯綜復雜,重金屬在土壤中的累積遷移轉(zhuǎn)化可能受吸附、淋溶帶來的水動力等綜合作用的影響。而重金屬在土壤中的累積遷移轉(zhuǎn)化過程與養(yǎng)豬廢水以及土壤性質(zhì)息息相關。本研究依托重慶市某種豬場,調(diào)查研究了實際豬場糞污灌溉區(qū)土壤重金屬的污染現(xiàn)狀,科學地評價了養(yǎng)豬糞污土地利用對土壤重金屬的污染風險。同時,選取豬場糞污灌區(qū)主要存在的黃棕壤、水田土以及西南地區(qū)農(nóng)耕面積最廣泛的紫色土為研究對象,通過序批式吸附—解吸試驗,探討了土壤對重金屬的吸附、解吸等特征及影響因素,并利用土柱模擬試驗研究了已處理達標的養(yǎng)豬廢水淋溶模式下,重金屬在土壤中遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及其作用機制,以動靜結合的方式全面了解重金屬在不同土壤中的環(huán)境行為,為豬場廢水的農(nóng)業(yè)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展奠定理論基礎。本文得到了以下主要結論:(1)采集了豬場糞污灌區(qū)不同土地利用類型的表層(0~20cm)土壤樣品,測定了土壤的pH以及Cu、Zn、Cd、Pb的全量,并用BCR連續(xù)提取法測定了重金屬的分形態(tài)含量,運用單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅污染指數(shù)法、地累積指數(shù)法對土壤重金屬進行污染評價,并評價了土壤重金屬的生物有效性和潛在生態(tài)風險。結果表明:豬場灌區(qū)土壤呈弱堿性,Cu、Zn、Cd、Pb的平均含量分別為30.80 mg/kg、91.33 mg/kg、0.55 mg/kg、29.34 mg/kg,四種重金屬的含量均超過了土壤區(qū)域背景值,但不超過土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準。變異系數(shù)Cd(1.06)Cu(0.31)Zn(0.23)Pb(0.14)。土壤中Cu、Zn、Pb主要以殘渣態(tài)存在,Cd主要以可還原態(tài)存在。養(yǎng)豬場周邊個別采樣點存在中度Cd污染,但幾乎不存在Cu、Zn、Pb污染。土壤重金屬生物有效性由大到小為CdZnPbCu。研究區(qū)重金屬的綜合潛在生態(tài)風險屬輕微級,且Cd的貢獻率最高。(2)探索了土壤對重金屬的吸附作用機制,針對性地為預防和治理土壤重金屬污染提供理論依據(jù),采用批試驗研究了黃棕壤、水田土、紫色土對Cu、Zn、Cd、Pb的吸附動力學過程、等溫吸附過程以及土壤有機質(zhì)、溶液pH對吸附過程的影響。研究結果表明:土壤吸附四種重金屬離子均能在12h內(nèi)達到平衡,土壤對Cu、Pb平衡吸附量遠大于Zn、Cd,且準二級動力學模型最適合表征其動力學過程(R~2≥0.99)。吸附等溫線可用Langmuir和Freundlich方程擬合,土壤對四種金屬均有較大的吸附容量,但土壤對Cu、Pb的吸附能力和緩沖能力較Zn、Cd更大,吸附是自發(fā)進行的物理化學作用并存的過程。Cu和Cd在黃棕壤、水田土、紫色土中的吸附,Zn在黃棕壤和水田土中的吸附,Pb在紫色土中的吸附均為吸熱反應。Zn在紫色土中、Pb在黃棕壤和水田土中的吸附為放熱反應。去除有機質(zhì)的土壤對重金屬的吸附量降低,土壤對金屬離子的吸附量隨溶液初始pH的增加而增加。(3)采用土柱模擬試驗研究了已處理達標的養(yǎng)豬廢水淋溶模式下,重金屬在土壤中的累積遷移和形態(tài)轉(zhuǎn)化特征。結果表明:養(yǎng)豬廢水可改善土壤pH,淋溶后土壤pH介于廢水和土壤本底酸堿度之間。養(yǎng)豬廢水淋溶增加了土壤的有機質(zhì)含量。已處理達標的養(yǎng)豬廢水淋溶不會造成土壤中Cu、Zn、Cd、Pb的累積。但水中若含有高濃度重金屬,Cu主要積累在0~35cm,Zn、Cd、Pb主要積累在0~45cm,重金屬在三種土壤中的累積比例從小到大依次為CdZnCuPb。盡管土壤對重金屬的理論吸附能力和吸附量大,但淋溶作用下,重金屬的遷移能力增強。養(yǎng)豬廢水淋溶時,土壤中Cu、Zn、Cd主要以殘渣態(tài)存在,Pb在淋溶量增大時,主要形態(tài)殘渣態(tài)會轉(zhuǎn)化為可氧化態(tài)和可還原態(tài)。人工污水淋溶時,Cu和Zn在三種土壤中主要以殘渣態(tài)存在;Cd在黃棕壤中主要以可氧化態(tài),在水田土和紫色土中主要以殘渣態(tài)存在;低淋溶量,Pb主要以殘渣態(tài)存在,淋溶量的增加使黃棕壤和紫色土中殘渣態(tài)Pb顯著下降,在水田土中比例增大。養(yǎng)豬廢水短期灌溉使淺層地下水中受重金屬污染的風險較小。
【圖文】：

圖 2.1 養(yǎng)豬場周邊地形情況Fig. 2.1 The terrain surrounding the pig farm2.3 材料與方法2.3.1 土壤樣品的采集與處理土壤樣品于 2017 年 3 月采集，采樣點均以豬場糞污為主要肥料來源，遍及豬場內(nèi)及周邊的灌溉區(qū)。根據(jù)代表性、隨機性和典型性的原則，本次研究共設置 16個典型的采樣點，分別編號為 S1~S16。根據(jù)具體情況，各采樣點所用采樣方法不盡相同，如對污灌水田采用對角線法，對種植面積小、土壤均勻的地塊采用梅花點法，，對面積中等、土壤質(zhì)地不均勻的地塊采用棋盤式法，對地勢不平坦的坡地采用蛇形法，采集 3~5 個點的表層（0~20cm）土壤混合為一個代表樣�，F(xiàn)場混合土壤樣品，以四分法取約 1kg 裝入聚乙烯自封袋后帶回實驗室，剔除沙礫、植物殘體等，風干，磨碎，過 18 目（1mm）和 100 目（0.149mm）尼龍篩后，于聚乙烯袋中密封保存，備用。2.3.2 樣品分析指標與方法

重慶大學碩士學位論文豬場附近，采樣區(qū)的具體概況詳見 2.2 部分。紫色土某一蔬菜種植地。其中黃棕壤和紫色土根據(jù)采樣地地式進行土壤樣品采集，水田土采用對角線法采集。采勻后經(jīng)四分法取足量帶回實驗室。風干、去雜、磨，備用。三種土壤的表觀顏色如圖 3.1 所示。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X53;X713

【參考文獻】

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1 韋緒好;孫慶業(yè);程建華;竇智勇;王琛;;焦崗湖流域農(nóng)田土壤重金屬污染及潛在生態(tài)風險評價[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報;2015年12期

2 蔣蓓蕾;吳邦元;杜光波;;重慶養(yǎng)豬場廢物處理方式及其效果的調(diào)查[J];畜牧獸醫(yī)科技信息;2015年09期

3 王小驪;趙鈺燕;陳海英;毛紅瑞;樓云君;;豬場周邊農(nóng)田土壤重金屬污染的調(diào)查[J];浙江農(nóng)業(yè)科學;2015年09期

4 麻冰涓;王海鄰;李小超;張永慧;劉軍;李東艷;;河南省武陟縣大田土壤重金屬形態(tài)分布及潛在生態(tài)風險評價[J];安全與環(huán)境學報;2015年04期

5 雷勛杰;曾正中;茍劍鋒;高冬香;王厚成;南忠仁;;堆肥污泥施入黃土后有機質(zhì)和氮磷的淋濾特征[J];江蘇農(nóng)業(yè)科學;2015年08期

6 宋波;曾煒銓;;土壤有機質(zhì)對鎘污染土壤修復的影響[J];土壤通報;2015年04期

7 張毅;張全生;;重慶市飼料重金屬污染的調(diào)查研究[J];中國豬業(yè);2015年04期

8 顧新嬌;楊闖;王文國;湯曉玉;胡啟春;;不同濃度養(yǎng)殖廢水對青萍生長能力的影響[J];環(huán)境工程學報;2015年03期

9 鮑麗然;龔媛媛;嚴明書;賈中民;;渝西經(jīng)濟區(qū)土壤地球化學基準值與背景值及元素分布特征[J];地球與環(huán)境;2015年01期

10 魏世清;蒲小東;李金懷;曾廣宇;伍琪;;豬場糞污厭氧發(fā)酵前后理化特性及重金屬含量變化分析[J];中國沼氣;2014年06期

本文編號：2673922