佟影影，武修遠(yuǎn)，高 越，曹 森，黃界潁，徐啟榮

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，安徽 合肥 230036)

溶解性有機(jī)質(zhì)(Dissolved Organic Matter，DOM)指能夠用水、酸從土壤和有機(jī)肥中提取的有機(jī)質(zhì)，是環(huán)境中重要的物質(zhì)之一[1]。DOM含有能與重金屬發(fā)生反應(yīng)的基團(tuán)，從而影響重金屬含量及存在形態(tài)。

堆肥溶液是微生物進(jìn)行活動(dòng)的主要場(chǎng)所，在堆肥過程中產(chǎn)生大量水溶性有機(jī)物(DOM)，DOM作為堆體內(nèi)微生物繁殖生長(zhǎng)過程中唯一可供吸收利用的成分，與堆肥固相物質(zhì)相比，更能直接反映堆肥性質(zhì)及組成的變化，因此經(jīng)常用來研究堆肥轉(zhuǎn)化過程中的變化規(guī)律[2]。

DOM的組成較為復(fù)雜，含有多種化學(xué)性質(zhì)不同的有機(jī)化合物，在堆肥過程中發(fā)生一系列變化。唐朱睿等[3]研究發(fā)現(xiàn)堆肥DOM的性質(zhì)十分復(fù)雜，含有多種復(fù)雜的大分子物質(zhì)。堆肥溶解性有機(jī)質(zhì)的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：堆肥過程中類腐殖質(zhì)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)物質(zhì)，蛋白類物質(zhì)分解成其他物質(zhì)含量降低，在物質(zhì)總體所占比例中腐殖質(zhì)的含量較高[4-5]。龐妍等[6]研究了畜禽糞肥中 Cr、Cu、Pb、Zn 等的重金屬含量，以評(píng)估由畜禽糞便造成的土壤重金屬累積影響。本文通過將DOM分組的方法，研究DOM及組分在堆肥過程中物質(zhì)含量及重金屬含量變化，以期為堆肥后的土地利用提供技術(shù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)材料

將采集的新鮮牛糞和雞糞放置通風(fēng)陰涼處至含水率60%，通過室內(nèi)模擬堆肥的方法在堆肥開始后0 d、7 d、24 d、44 d、和70 d ，翻堆攪拌均勻后，按五采樣法采樣，堆肥樣品置于冰箱存放待分析測(cè)定，畜禽糞便的基本性質(zhì)如表1所示。

表1 畜禽糞便的基本性質(zhì)

DOM的提取：取處理后的堆肥樣品按固液比1∶10(質(zhì)量濃度)，加入超純水，室溫下500 r·min-1水平震蕩5 h，懸濁液于3 000 r·min-1下離心30 min，將上清液過0.45 μm纖維濾膜，濾液中的有機(jī)質(zhì)即為DOM。

DOM的分組方法：將Leeheer[7]的分組方法進(jìn)行修改，保留親水性這個(gè)組分，利用XAD-8樹脂將DOM分成疏水酸性組分HOA、疏水堿性組分HOB、疏水中性組分HON、酸不溶組分AIM及親水性組分HIM。

2 實(shí)驗(yàn)方法

總有機(jī)碳的測(cè)定：將提取的DOM及分離各組分(HOA、HOB、HON、AIM、HIM)TOC采用德國(guó)Multi N/C 3100 TOC分析儀進(jìn)行測(cè)定。

重金屬標(biāo)準(zhǔn)貯備液的配置：分別配置0 mol/L、1 mol/L、2 mol/L、3 mol/L、4 mol/L、5 mol/L的Zn標(biāo)準(zhǔn)液，同時(shí)配置0 mol/L、0.2 mol/L、0.4 mol/L、0.6 mol/L、0.8 mol/L、1.0 mol/L的Cu、Fe、Cd、As貯備液，待用。重金屬的檢測(cè)：采用ICP-MS測(cè)定堆肥DOM及各組分重金屬含量。

3 結(jié)果討論

3.1 兩種堆肥DOM及各組分含量變化

兩種堆肥DOM及其組分變化如圖1-圖2所示。由圖1可知，在牛糞堆肥剛開始，HOA組分略有增加，至70 d結(jié)束后DOM及HOA組分均有所上升，且HOA組分在DOM分組總量中的含量高于其他組分的含量。因此在DOM組分中HOA組分的含量是最高的。其他組分HOB、HON、AIM和HIM在經(jīng)過70 d的堆肥后含量都有所減少，所占含量較低。由圖2可知，在雞糞堆肥樣品中，DOM所占比重最大且高于牛糞DOM，經(jīng)過70 d的堆肥后含量略微減少，這說明雞糞DOM與牛糞DOM在性質(zhì)和官能團(tuán)數(shù)量方面有所不同。組分HOB、HON在70 d的堆肥之后均有所上升，HON、AIM和HIM組分含量在整個(gè)堆肥過程中含量變化較小。

圖1 牛糞堆肥前后DOM各組分含量占比

圖2 雞糞堆肥前后DOM各組分含量占比

3.2 牛糞堆肥DOM及各組分重金屬含量變化

環(huán)境中重金屬污染問題越來越嚴(yán)重，若過量重金屬被吸入人體，則會(huì)使人患上一些疾病。這些重金屬元素大都通過食物進(jìn)入人體，追溯其來源發(fā)現(xiàn)，人們所食用的肉類以及蔬菜是主要原因。

對(duì)牛糞堆肥DOM及組分重金屬Cu、Fe、As、Cd、Zn含量進(jìn)行了檢測(cè)，其各組分含量變化如表2所示。從表2可以看出，堆肥結(jié)束后牛糞DOM及組分中Cu、Fe、Zn含量均有所提高，As含量較平穩(wěn)，Cd濃度最低。Cu在牛糞堆肥DOM及HOB、AIM及HIM組分中出現(xiàn)富集，在DOM、HOB中，Cu濃度依次從堆肥前的0.007 mg/kg和0.001 mg/kg增加至堆肥結(jié)束時(shí)的0.112 mg/kg和0.027 mg/kg。在AIM、HIM中，Cu濃度依次從堆肥前的0.005 mg/kg和0.004 mg/kg增加至堆肥結(jié)束時(shí)的0.023 mg/kg和0.114 mg/kg。Singh利用水葫蘆堆肥時(shí)也發(fā)現(xiàn)，Cu濃度增加了5%。Fe在HOA、HON、AIM中出現(xiàn)累積，在DOM、HOB及HIM組分中濃度下降。Zn是一種比較常見的重金屬元素，在牛糞堆肥DOM及各組分中，Zn比其他幾種重金屬的含量都大，濃度最高。其中DOM、HOA和HOB組分在堆肥過程中濃度都有所上升。理論上來說，同一堆體中重金屬濃度增減的差異應(yīng)該相同，但由于堆肥的進(jìn)行導(dǎo)致DOM發(fā)生分解使不同重金屬濃度發(fā)生變化。Cu、Zn在牛糞DOM中濃度增加，F(xiàn)e含量降低。

表2 牛糞堆肥DOM及各組分含量變化

3.3 雞糞堆肥DOM及各組分重金屬含量變化

雞糞堆肥DOM及組分重金屬的含量變化與牛糞堆肥在不同堆肥時(shí)期表現(xiàn)不同，導(dǎo)致二者重金屬含量差異的原因可能與堆肥材料的理化性質(zhì)變化有關(guān)，同時(shí)也會(huì)受到堆肥過程中pH變化、周圍環(huán)境溫度等影響。雞糞堆肥DOM及組分的重金屬含量變化具體如表3所示。

表3 雞糞堆肥DOM及各組分含量變化

從表3可以看出，雞糞堆肥DOM以及所有組分中Cu的變化異于牛糞堆肥，其Cu的含量在所有組分及DOM的濃度在70 d的堆肥過程中比較穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)富集效應(yīng)；Fe的含量在DOM與HOB、AIM、HIM組分中經(jīng)70 d的堆肥后濃度上升，DOM從堆肥初期的0.047 mg/kg的增加到0.133 mg/kg，HOA、HON組分在整個(gè)堆肥過程中Fe含量變化較小。Zn在所有組分及DOM中的含量比牛糞堆肥小。DOM、HOB與HON、HIM中Zn的含量在堆肥結(jié)束時(shí)均增加，HOA組分Zn濃度明顯下降，AIM組分Zn含量在整個(gè)過程中基本保持不變。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)經(jīng)過70 d的堆肥后，兩種堆肥DOM的含量有所增加，堆肥DOM中疏水性物質(zhì)(HOA、HOB、HON)相對(duì)含量增加，而親水性物質(zhì)的相對(duì)含量下降，即DOM的疏水性增強(qiáng)。隨著堆肥進(jìn)行，在兩種堆肥中，疏水酸性組分HOA的含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))先降低后增加，至堆肥結(jié)束時(shí)HOA的含量最高。

(2)在堆肥腐熟過程中，牛糞、雞糞堆肥DOM及各組分重金屬含量變化情況各不相同。整體而言，Zn在3種堆肥DOM及HOA、HOB、HON、AIM等組分的含量最高，Cu、Fe含量居中，三者含量隨堆肥時(shí)間變化而變化，而As、Cd的含量最低，且As、Cd的含量在堆肥過程中幾乎無明顯變化。