（环境工程专业论文）铜、锌在猪粪蚯蚓系统中迁移积累和调控研究.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 近年来，畜牧业的规模化、集约化和机械化发展，使产生的大量畜禽粪便面 临集中处理和处置；同时，由于饲料添加剂的广泛、大量使用，致使猪粪中重金 属元素如c u 和z n 等的含量升高，从而给粪便的安全处理处置以及资源化利用 的二次污染风险控制带来隐患。用猪粪饲养蚯蚓( 简称猪粪蚯蚓系统) 用作动 物饲料的方法是在畜禽废弃物资源化利用技术研究中开发的一种很有前景的循 环途径，已经取得了显著的环境、经济和社会效益，并得到广泛的推广应用。但 对蚯蚓养殖过程中重金属c u 和z n 的累积情况以及它对下游生物的潜在风险并 没有相应的研究报道。为了进一步明确猪粪蚯蚓系统的应用前景，本文在室外抽 样调查的基础上，利用温室开展了猪粪饲养蚯蚓过程中重金属c u 、z n 的迁移积 累规律，并考查了草炭、磷矿粉和粉煤灰等几种重金属调理剂对降低蚯蚓蚓体中 c u 和z n 、蚓粪中c u 和z n 含量及其生物有效性等的效果，主要取得了如下结果： 1 室外抽样调查研究，主要针对蚯蚓吸收积累猪粪中c u 、z n 进行了抽样调 查研究。选取余杭区四个正利用猪粪饲养蚯蚓的室外大棚进行抽样调查，以此了 解蚯蚓对猪粪中c u 、z n 的吸收积累程度及积累量与猪粪中c u 、z n 生物有效性 的关系。结果表明：猪粪饲养的蚯蚓体内含有较高的c u ，浓度为2 4 2 2 8 1 4 4m g k g 。；z n 浓度更高，达到1 7 7 8 5 4 8 1 7 9m gk g ，是c u 浓度的5 9 2 - 7 3 4 倍。显 然，蚯蚓对猪粪中c u 、z n 存在明显的吸收积累作用，但对c u 和z n 的积累程度 或能力存在显著差异，蚯蚓对c u 的吸收积累能力远小于z n 。基于生物富集因子 计算显示，蚯蚓体内c u 、z n 的生物富集因子分别为0 0 3 0 0 0 9 9 和o 3 1 8 0 7 3 8 。 蚯蚓体内c u 含量与猪粪中可交换态和铁锰氧化物结合态铜的浓度存在显著 的正相关关系；蚯蚓体内z n 含量则与猪粪中可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧 化物结合态锌的浓度存在明显的线性关系。猪粪中c u 、z n 可交换态浓度分别与 蚯蚓体内c u 、z n 含量存在极显著的正相关性( c u ( r = o 9 7 3 ，p o 0 1 ) 、z n ( r = o 7 0 2 ，p o 0 1 ) ，表明猪粪中c u 、z n 可交换态浓度越高，则蚯蚓体内c u 、 z n 含量越高。 2 重金属c u 、z n 在猪粪蚯蚓系统中形态转化研究。利用温室开展了猪粪 饲养蚯蚓试验，比较了猪粪和蚓粪中c u 、z n 的形态分布、总量及部分理化性质 v i 浙江大学硕士学位论文 ( p h 、有机质浓度、总磷浓度) ，研究了蚯蚓对其影响，并探讨了蚓粪中c u 、 z n 形态分布与蚓粪理化性质的关系。结果表明：蚯蚓将猪粪中c u 、z n 形态进 行了重新分配，使有机结合态铜的含量从6 0 提高到7 5 ，显著降低了c u 的生 物有效性，有助于降低蚓粪中c u 向周边环境扩散的风险；有机结合态锌的含量 从5 0 降低到2 5 ，同时碳酸盐结合态锌的含量从1 5 提高到3 0 ，两者累加 明显提高了z n 的生物有效性，增加了蚓粪中z n 向周边环境扩散的风险。 蚯蚓对猪粪的理化性质( p h 、有机质浓度、总磷浓度) 和c u 、z n 总量也存 在明显的影响效果。猪粪经蚯蚓肠道作用后，p h 和有机质浓度均显著下降，但 总磷与c u 、z n 浓度却明显上升。多元回9 j 分析显示，蚓粪中c u 的形态分布受 蚓粪有机质、总磷和c u 浓度的影响；z n 形态分布却只受z n 浓度的影响。 3 重金属调理剂对蚯蚓体内c u 、z n 吸收积累量、蚓粪中c u 、z n 浓度和生 物有效性影响的试验研究。选用草炭、磷矿粉和粉煤灰作为重金属调理剂，分别 使用单一调理剂按o 、5 、1 0 和1 5 ( 质量比) 添加到猪粪中，在温室利用 猪粪混合物进行了蚯蚓的饲养试验，结果表明：猪粪中分别添加草炭、磷矿粉和 粉煤灰都明显降低蚯蚓体内c u 、z n 随时间积累的浓度。当蚯蚓体内c u 、z n 浓 度维持稳定后，与空白组( 调理剂添加量为o ) 相比，草炭处理单元中蚯蚓体 内c u 浓度下降1 8 2 9 7 2m gk g 一，最大降幅为2 9 1 6 ，z n 浓度下降4 5 6 6 7 5 8m g k g ，最大降幅为4 2 0 9 ；磷矿粉处理单元中蚯蚓体内c u 浓度下降1 2 5 8 2 6m g k g ，最大降幅为2 4 4 1 ，z n 浓度下降3 8 5 4 5 6 3m gk g ，最大降幅为2 8 4 2 ； 粉煤灰处理单元中蚯蚓体内c u 浓度下降1 7 6 1 0 8 3m gk g ，最大降幅为3 2 0 2 ， z n 浓度下降5 6 7 5 9 5 2m gk 百1 ，最大降幅为3 2 8 2 。显然，粉煤灰对降低蚯蚓 体内c u 浓度的效果最佳；而草炭则对降低蚯蚓体内z n 浓度的效果最佳。但三 种调理剂均没有明显降低蚓粪中c u 、z n 浓度和生物有效性，而且在部分处理单 元中三种调理剂反而提高蚓粪中c u 、z n 浓度和生物有效性。 关键词：猪粪；铜；锌；蚯蚓；迁移积累；调控 v i i 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ei n t e n s i v ep i gf a r m i n gh a sd e v e l o p e dr a p i d l yi nr e c e n tt w od e c a d e s a sa c o n s e q u e n c e ，t h ea m o u n to fp i gm a n u r ei n c r e a s e ss i g n i f i c a n t l ya n di t sc o m p o n e n t v a r i e sal o tc o m p a r e dw i t ht h a tb e f o r e p i gm a n u r ei sm o d e r a t e l yt oh e a i l yp o l l u t e d w i t hh e a v ym e t a l s ( e g c ua n dz n ) t h i si sc a u s e db yf e e da d d i t i v e so v e r u s e ( 1 a r g e l y e x c e e d sp h y s i o l o g i c a lr e q u i r e m e n tl e v e l sf o rw a i n ed i s e a s ec o n t r o la n dw e i g h t i m p r o v e m e n t ) t h eg r o w t ho ft h es w i n ei n d u s t r yh a sc a u s e das u r p l u so fm a n u r et ob e d i s p o s e do fi nc o m p a r i s o nt ot h ea r e a sa v a i l a b l ef o ri tt ob es p r e a d a sar e s u l t ，t h e r e a r eal o to fe n v i r o n m e n t a lp r o b l e m ss u c ha sw a t e r , a i ra n ds o i lp o l l u t i o na sw e l la s s a f e t yo fa g r i c u l t u r a lf o o d a d d i t i o n a l l y , t h eg r e a td e a lo fp i gm a n u r er e s t r i c t st h e s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n tf o rp i gp r o d u c t i o n an e wa p p r o a c ho fp i gm a n u r et r e a t m e n t ，p i gm a n u r e e a r t h w o r ms y s t e m ( i e ， b r e e d i n ge a r t h w o r m sw i t hp i gm a n u r e ) ，h a sb e e nd e v e l o p e di nr e c e n ty e a r s b yt h i s w a y , t h ep i gm a u r ei sr e c l a i m e da n dd i s p o s e d ，a n dp r o t e i n - r i c he a r t h w o r mb i o m a s s ， t h ep e r f e c tf e e df o rl i v e s t o c k ，i so b t a i n e d t h ee a r t h w o r m sp l a ya ni m p o r t a n tr o l ei n t h ep i gm a n u r e - e a r t h w o r ms y s t e m b a s e do nt h es p o tc h e c k ，w ei n v e s t i g a t et h e m i g r a t i o na n da c c u m u l a t i o no fc ua n dz ni np i gm a n u r e e a r t h w o r ms y s t e mi nt h e g r e e n h o u s e ，a n dt h ep o s s i b i l i t yo fr e d u c i n gt h er i s ko fh e a v ym e t a l sa c c u m u l a t e di n e a r t h w o r m sa n de a r t h w o r mc a s tb ya d d i n ga d d i t i v e ss u c ha sp e a t ，p h o s p h a t er o c ka n d f l ya s h t h es t u d yw a sd o n ea sf o l l o w ： 1 s t u d yo nt h ea c c u m u l a l t i o no fc ua n dz ni ne a r t h w o r m ( e i s e n i af e t i d a ) b y s p o tc h e c k p i gm a n u r es a m p l e sa n de a r t h w o r m sw e r ec o l l e c t e df r o mf o u rd i f f e r e n t g r e e n h o u s e s l o c a t e di n y u h a n gc o u n t r y , z h e j i a n gp r o v i n c e ，c h i n a t h ef o u r g r e e n h o u s e ss e l e c t e dw e r es i t e1 ( s1 ) ，s i t e2 ( s 2 ) ，s i t e3 ( s 3 ) a n ds i t e4 ( s 4 ) ， r e s p e c t i v e l y t h es t u d yw a si n v e s t i g a t e dw h e t h e ra n dt o w h a te x t e n tef e t i d a a c c u m u l a t e dc ua n dz ni nt h ep i gm a n u r e - e a r t h w o r ms y s t e m ，a n dt h er e l a t i o n s h i p b e t w e e nb i o a v a i l a b i l i t yo fc ua n dz ni np i gm a n u r ea n dt h e i rb i o a c c u m u l a t i o ni ne f e t i d a i tw a sf o u n dt h a tef e t i d ad i da c c u m u l a t ec ua n dz na l t h o u g ht h e v i i i 浙江大学硕士学位论文 c o n c e n t r a t i o n so fz ni ne a r t h w o r mw e r eb e t w e e n5 9 2a n d7 3 4t i m e sh i g h e rt h a n t h o s eo fc u ；t h ec o n c e n t r a t i o n so fc ui ne f e t i d aw e r eb e t w e e n2 4 2 2a n d8 1 4 4m g k g ，a n dt h ec o n c e n t r a t i o n so fz ni nef e t i d aw e r eb e t w e e n1 7 7 8 5a n d4 8 1 7 9k g m g 1 b a s e do nt h eb i o a c c u m u l a t i o nf a c t o r ( b a f ) i ne a r t h w o r mef e t i d a ，t h eb a f so f c uw e r eb e t w e e n0 0 3 0a n d0 0 9 9 ，w h e r e a st h o s eo fz nw e r eb e t w e e n0 318a n d 0 7 3 8 s i g n i f i c a n tr e l a t i o n s h i p sw e r ef o u n db e t w e e nb i o a v a i l a b i l i t yo fh e a v ym e t a l si n p i gm a n u r ea n dt h e i rb i o a c c u m u l a t i o ni nef e t i d a t h ev a r i a t i o ni nt h ec u c o n c e n t r a t i o no fe f e t i d aw a sb e s te x p l a i n e db yt h ec o n c e n t r a t i o no fe x c h a n g e a b l e a n df e - m eo x i d e s b o u n df r a c t i o n s ，w h i l et h a to fz nw a sb e s te x p l a i n e db yt h e c o n c e n t r a t i o n so fe x c h a n g e a b l e ，c a r b o n a t e s b o u n da n df e m eo x i d e s - b o u n df r a c t i o n s f u r t h e r m o r e ，t h e r ew e r es t r o n gp o s i t i v ec o r r e l a t i o n sb e t w e e nt h ec o n c e n t r a t i o n so ft h e e x c h a n g e a b l ef r a c t i o ni nt h ep i gm a n u r ea n dt h ec o n c e n t r a t i o n so fc o r r e s p o n d i n g m e t a la c c u m u l a t e di ne f e t i d a ，e g ，c u ( r = 0 9 7 3 ，p 0 0 1 ) a n dz n ( r 2 0 7 0 2 ，p 0 o1 ) i tc o n f i r m e dt h a tt h eh i g h e rt h ec o n c e n t r a t i o no fe x c h a n g e a b l ef r a c t i o ni np i g m a n u r ew a s ，t h eh i g h e rt h ec o r r e s p o n d i n gm e t a lc o n c e n t r a t i o no fe a r t h w o r mw a s 2 s t u d yo nt h ee f f e c to ft h et r a n s i tt h r o u g ht h eg u to fe a r t h w o r m ( ef e t i a a ) o n f r a c t i o n a t i o no fc ua n dz ni n p i gm a n u r e t h es t u d yw a si n v e s t i g a t e d t h e f r a c t i o n a t i o no fc ua n dz ni nt h ee a r t h w o r m 饵f e t i d a ) c a s t sf r o mp i gm a n u r e ，t h e e f f e c to ft h eg u tt r a n s i to nt h ef a c t o r sa f f e c t i n gt h em e t a lf r a c t i o n a t i o n ，l i k ep h ， o r g a n i cm a u e r ( 0 m ) ，t o t a lp h o s p h o r o u s ( t p ) a n dt h ea m o u n to fc ua n dz n ，a n dt h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nf r a c t i o n a t i o no fm e t a li nt h ee a r t h w o r mc a s ta n df a c t o r s i t s h o w e dt h a tt h ec o n t e n to fc ub o u n dt oo r g a n i cm a t t e ri np i gm a n u r ei n c r e a s e df r o m 6 0 t o7 5 a f t e rt r a n s i tt h r o u g ht h eg u to fe a r t h w o r m ，w h e r e a st h a to fz nd e c r e a s e d f r o m5 0 t o2 5 b a s e do nt h e s ec h a n g e s ，c uw a sl e s sb i o a v a i l a b l e ，w h e r e a sz nw a s m o r eb i o a v a i l a b l e t h ef a c t o r sa f f e c t i n gm e t a lf r a c t i o n a t i o n ，l i k ep h ，o r g a n i cm a t t e r ( 0 m ) a n dt o t a l p h o s p h o r o u s ( t p ) c o n t e n t s ，a n dt o t a l m e t a lc o n c e n t r a t i o n ，w e r ea l s oa f f e c t e d s i g n i f i c a n t l yb yt h et r a n s i tt h r o u g ht h eg u to fe a r t h w o r m t h ep hv a l u ew a s s i g n i f i c a n t l yl o w e r ( p p b c r c d 。当蚯蚓生长 的土壤受到重金属污染时，蚯蚓体内重金属元素的浓度显著增加。 刘德鸿等【3 9 】研究结果显示土壤中重金属c u 、c d 浓度与赤子爱胜蚓和威廉环 毛蚓的死亡率均呈现极显著正相关( p 0 0 5 ) 。根据l e d u c 等【6 6 】 和s p u r g e o n 和h o p k i n 6 7 】的研究结果显示，食物的酸碱性是影响蚯蚓生长繁殖的 重要因素之一。u r b a s e k 和p i z l t 6 8 】进一步研究了适合蚯蚓生长繁殖的最适p h 值， 他们发现当食物的p h 值余于7 0 7 5 之间时，蚯蚓肠道消化酶的活性达到最大， 浙江大学硕士学位论文 最有利于蚯蚓肠道生理功能的正常运行。显然，猪粪是一种很好的蚯蚓饲料，利 用猪粪饲养蚯蚓有利于蚯蚓的生长繁殖，表明利用猪粪饲养蚯蚓是基本可行的。 由表2 1 还可以看出，猪粪中含有较高浓度的c u 和z n ，其中c u 浓度为 6 9 9 5 5 8 2 7 1 4m gk g 1 ，z n 浓度为5 6 0 3 4 7 1 2 2 8m gk g 1 ，且各取样棚间存在极显 著性差异：c u ( f = 2 7 5 1 ，p o 0 0 1 ) ，z n ( f = 2 6 3 4 ，p 0 0 0 1 ) 。本试验使用的猪粪 中c u 、z n 含量与董占荣等【1 1 1 调查杭州市郊规模化养殖场猪粪中重金属含量时发 现的含量基本一致，而比c a n g 等【1 2 1 考察江苏省集约化养猪场排放猪粪中的c u 和z n 平均含量略高。此结果表明不同地区间由于饲料使用上的差异导致猪粪中 重金属含量相差较大；另一方面表明杭州市集约化养猪场添加的饲料添加剂和生 长促进剂量可能远高于江苏省平均水平，这是一个比较严重的问题，应该引起高 度重视。 猪粪中重金属的含量能够很好地反映其重金属污染水平和饲料添加剂的使 用情况。显然，本试验所使用的猪粪存在较严重的重金属污染，这可能与该养猪 场常年使用富含c u 、z n 的饲料添加剂和生长促进剂存在一定联系。对该养猪场 日常使用的饲料添加剂中c u 、z n 含量的测定结果显示，c u 含量为9 1 7 1 5m gk g ， z n 含量为1 7 9 1 8 3m gk g - 1 ，都达到了很高的水平。根据b o n a z z i 等【9 1 的研究发现， 猪能将饲料中7 2 8 0 的c u 含量通过粪便的途径排出体外，而z n 的比例则更高， 达到9 2 9 6 。 表2 1 猪粪理化性质 t a b l e2 - 1s e l e c t e dp h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e so fp i gm a n u r ef r o mf o u rd i f f e r e n ts i t e s 1 9 浙江大学硕士学位论文 2 2 蚯蚓对猪粪中c u 、z n 的吸收积累量 由表2 2 可知，猪粪养殖的蚯蚓中含有较高浓度的重金属c u ，其浓度为 2 4 2 2 - 8 1 4 4m gk g 1 ，而z n 浓度远远高于c u ，为1 7 7 8 5 4 8 1 7 9m gk g - 1 ，是c u 的5 9 2 7 3 4 倍。显然，蚯蚓对猪粪中c u 、z n 具有明显的吸收积累作用，但是 蚯蚓对c u 、z n 的积累效果存在明显差异。利用猪粪养殖蚯蚓的过程中，蚯蚓将 猪粪中大量c u 、z n 随着猪粪一起摄入体内，经肠道吸收后被积累在蚯蚓体内。 重金属c u 、z n 是生物生长所必须的微量元素，均参与生物体内的新成代谢， 因此蚯蚓在生长过程中必须摄入一定量的c u 和z n 。但是本试验中蚯蚓含有如此 高的c u 、z n 浓度却仍然能正常存活和繁殖，可能是因为成熟蚯蚓具有将c u 、 z n 等重金属元素以非毒害的形式储存在体内的能力，这样就可以减少高浓度重 金属对蚯蚓本身的损伤。s f i n c h e z c h a r d i 和n a d a l i 删研究蚯蚓在高浓度c u 、z n 条件下的酶活性时发现大部分c u 和z n 能够与蚯蚓体内的抗氧化酶系结合形成 稳定的过氧化物歧化酶( s o d ) 和重金属硫因( m t ) 等参与蚯蚓新成代谢，此 举将大大降低高浓度c u 、z n 对蚯蚓本身的损伤。 由表2 2 还可以看出，不同大棚收集的蚯蚓体内c u 、z n 浓度存在极显著差 异：c u ( f = 1 5 4 0 ，p c u ，这一结果与d a i 等【7 1 】研究蚯蚓对土壤中重金属富集的 结果一致。此外，取自不同大棚的蚯蚓对同一重金属的生物富集因子也表现出显 著的差异性：c u ( f = 1 6 5 7 1 ，p 0 0 5 ) ，z n ( r = 0 7 0 3 ，p = o 0 1 1 0 0 5 ) 。显然，蚯蚓体 内c u 的积累量与猪粪中c u 总量的相关性不显著，而蚯蚓体内z n 积累量则与猪 粪中z n 总量存在显著相关性，此结果表明蚯蚓体内c u 积累量基本不受猪粪中 c u 总量影响，而蚯蚓中z n 积累量受猪粪中z n 总量影响。进一步对z n 进行回 归分析，结果见图2 - 1 ，详细的线性回归方程见公式( 2 ) ： m e t a l p a r t h w d ，聊2 ( 1 4 3 3 _ + 0 4 5 9 ) 聊p 胁阳p 堙m 口甩甜地+ ( 一5 14 6 2 3 + 2 8 8 9 7 8 ) ( 2 ) 此公式中， m e t a l 。a n 1 w 咖代表蚯蚓体内z n 浓度( m gk g d ) ， m e t a l p i gm 枷佗代表猪 粪中z n 浓度( m g k g 。1 ) 。 f 旦 口 呈 至 呈 毛 g 青 z np i gm a n u 怕( r a gk g 。 图2 - 1 蚯蚓体内z n 富集量与猪粪中z n 浓度间线性关系 f i g u r e2 - 1r e l a t i o n s h i pb e t w e e nc o n c e n t r a t i o no fz ni nef e t i d aa n dt h e t o t a lz n c o n c e n t r a t i o no fp i gm a n u r e 从图2 1 中可以清晰的看出，蚯蚓体内z n 的富集量与猪粪中z n 浓度呈相关， 随着猪粪中z n 浓度的升高而升高。g r e l l e 和d e s c a r n p s 7 6 1 研究蚯蚓e i s e n i a f e t i d a 对重金属z n 的富集时也发现类似结果。h e i k e n s 等【7 7 】发现蚯蚓l u m b r i c i d a e 对土 壤中重金属z n 和c u 的富集均与土壤中z n 、c u 总量存在正相关。显然，不同蚯 浙江大学硕士学位论文 蚓对重金属的富集规律存在明显差异。 2 5 猪粪中c u 、z n 的形态分级 2 5 1 猪粪中c u ，z n 的五级形态分级 由图2 2 可知，猪粪中c u 和z n 的形态分级存在明显差异。重金属c u 主要 以有机物结合态和残渣态的形式存在于猪粪中，有机物结合态的含量为 5 2 9 6 3 m gk g 。1 到6 5 9 7 4 m gk g ，残渣态含量为1 3 2 4 3 m gk g 。1 与2 6 8 2 4 m gk g 。1 之 间；而可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态的含量均很低；重金属z n 则主要以碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态的形式存在于猪粪中，其中碳酸盐结 合态的含量在2 2 1 8 4 m gk g 。1 与3 2 5 6 9 m gk g 1 之间，铁锰氧化物结合态的含量为 1 5 5 9 2 m gk g 以到2 3 3 3 3 m gk g d 之间，剩下三级形态的含量均远低于上述两级。 毫 羞 三 l l 占 s a m p l es a m p l e 注：f 1 代表可交换态；f 2 代表碳酸盐结合态；f 3 代表铁锰氧化物结合态； f 4 代表有机物结合态；f 5 代表残渣态。 图2 2 各猪粪中重金属c u ，z n 的五级形态分布 f i g u r e2 - 2t h ef r a c t i o n a t i o no fc ua n dz ni np i gm a n u r ef r o mf o u rd i f f e r e n ts i t e s 2 5 2 猪粪中c u 、z n 的生物有效性 根据m a i z 等1 4 5 ，4 q 的研究结果表明五级形态中可交换态、碳酸盐结合态和铁 锰氧化物结合态是生物有效态，此三种形态含量之和代表重金属生物有效性大 小，而有机物结合态和残渣态很难被生物吸收利用。根据2 5 1 部分中描述的猪 粪中重金属c u 、z n 五级形态分级，我们对取白不同大棚的猪粪中c u 、z n 生物 2 4 一口-一邑co口一五tocou 浙江大学硕士学位论文 有效态含量进行了比较，详见图2 3 。 如图2 3 所示，猪粪中生物有效态c u 的含量仅为2 5 9 9 5 8 ，而生物有 效态z n 的含量则达到6 6 7 9 8 3 5 4 。结果表明猪粪中c u 的生物有效性远远小 于z n 。l h e r r o u x 等【7 8 1 同样采用t e s s i e r 等【4 4 】推荐的五步连续提取方法研究猪粪 中重金属的生物有效性，他们发现猪粪中c u 的生物有效态的含量占其总量的 2 3 左右，而z n 则高达9 8 。4 。 由图2 - 3 还可以看出，猪粪中c u 、z n 生物有效态包含的三种形态间分布完 全不同，表明重金属种类是影响重金属生物有效态分布的重要因素。猪粪中重金 属铜的可交换态与铁锰氧化物结合态含量均不足总量的2 ，碳酸盐结合态含量 也小于2 ( 除了s 1 ) ；而重金属锌虽然可交换态含量同样小于总量的2 ，但是 其碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态含量分别达到总量的3 9 6 3 5 5 2 1 、 2 6 4 1 4 1 6 7 。l h e r r o u x 等【7 8 1 和“等【7 9 】在研究猪粪中重金属形态分布时均发 现类似结果。 邑 譬 芒 2 正 注：f i 代表可交换态；f 2 代表碳酸盐结合态；f 3 代表铁锰氧化物结合态。 图2 - 3 各猪粪样品中c u 、z n 生物有效态的分布情况 f i g u r e2 - 3p e r c e n td i s t r i b u t i o no fb i o a v a i l a b l ec ua n dz nf r a c t i o n si np i gm a n u r ef r o mf o u r d i f f e r e n ts a m p l i n gs i t e s 2 5 3 猪粪中c u 、z n 总量与形态分布的联系 国内外大量研究结果表明重金属总量与其形态分布之间存在明显的相关性， 总量是影响各形态含量的重要因素之一【8 0 1 。由表2 5 可知，猪粪中重金属c u 、 2 5 浙江大学硕士学位论文 z n 总量与各形态间确实存在不同程度的联系，具体表现为：c u 总量分别与碳酸 盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机物结合态存在负相关关系( p o 0 0 1 ) 、正相 关关系( p o 0 5 ) 和正相关关系( p o 0 5 ) ；而z n 总量与有机物结合态和残渣态 均存在正相关关系，但表现为不同的显著性水平，有机结合态为显著相关 ( p o 0 5 ) ，残渣态为极显著相关( p o 0 1 ) 。 l i u 等【8 l 】的研究结果发现重金属c u 总量与碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合 态和有机物结合态均呈现正相关，与残渣态存在负相关；重金属z n 总量与碳酸 盐结合态和铁锰氧化物结合态呈现正相关，与残渣态存在负相关。与本研究结果 明显不同，这可能是因为试验条件和试验对象不同所致，他们研究土壤中重金属， 而本试验研究猪粪中重金属，土壤与猪粪在理化性质方面存在巨大的差异。 表2 - 5 猪粪中c u 、z n 总量与五级形态分布的相关性 t a b l e2 - 5c o r r e l a t i o n sb e t w e e nt o t a lc o n c e n t r a t i o no fc uo rz ni np i gm a n u r ea n dt h e i r d i s t r j b u t j o no ff r a c t i o n a t i o n 注：宰表示p o 0 5 ；幸表示p o 0 1 ；奉夺宰表示p o 0 0 1 。 2 6 蚯蚓对c u 、z n 积累与猪粪中c u 、z n 生物有效态的关系 2 6 1 蚯蚓对c u 、z n 积累量与猪粪中c u 、z n 生物有效态的关系 本论文利用多元回归分析研究蚯蚓体内c u 、z n 浓度与猪粪中c u 、z n 生物 有效态含量间的潜在联系。多元回归方程和统计参数详见表2 - 6 。 由表2 - 6 可知，蚯蚓体内c u 、z n 浓度与猪粪中c u 、z n 生物有效态含量存 在显著的线性关系，一方面，该结果表明可以通过测定猪粪中c u 、z n 生物有效 态的含量来预测蚯蚓体内相应金属的积累浓度，另一方面，表明可以通过改变猪 粪中c u 、z n 生物有效态浓度来调节蚯蚓对c u 、z n 积累量。蚯蚓体内c u 浓度 浙江大学硕士学位论文 与猪粪中c u 的可交换态和铁锰氧化物结合态含量存在显著的正关系；而蚯蚓体 内z n 浓度与猪粪中z n 的可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态含量均 存在明显的线性关系。此外，猪粪中z n 的可交换态浓度是影响蚯蚓体内z n 积 累浓度的第一因子，铁锰氧化物结合态浓度是第二因子，蚯蚓体内z n 含量与上 述两个影响因子间分别呈正负关系。显然，猪粪中c u 、z n 的可交换态浓度对蚯 蚓体内c u 、z n 含量具有显著影响，将两者进行相关性分析，结果显示：c u ( r = 0 9 7 3 ，p o 0 1 ) 、z n ( r = o 7 0 2 ，p o 0 1 ) 。此结果表明猪粪中c u 、z n 可交换 态浓度越高，则蚯蚓体内c u 、z n 含量越高。这可能是因为蚯蚓主要通过体表对 离子态重金属的吸收实现重金属在其体内的积累。s a x e 等【7 2 】凭借模型的方法研 究发现蚯蚓体内c u 积累量的9 6 - 与z n 积累量的8 2 主要通过其体表对离子态 重金属的吸收实现富集。v i i v e r 等7 5 1 利用树胶封闭蚯蚓嘴巴后研究发现其体内 z n 积累量的7 9 以及几乎全部的c u 积累量均依靠体表吸收。显然，实际生产 中可以通过调节猪粪中c u 、z n 的生物有效态含量( 尤其是可交换重金属的含量) 来降低蚯蚓体内富集的重金属浓度。 表2 - 6 蚯蚓体内c u 、z n 浓度与猪类中相应金属的生物有效态含量问的多元线性回归模型 t a b l e2 - 6l i n e a rr e g r e s s i o nm o d e l sd e s c r i b i n gt h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e n t o t a lm e t a l c o n c e n t r a t i o n so f e f e t i d aa n db i o a v a i l a b l ef r a c t i o n so fm e t a li np i gm a n u r e 注： m e t a l 表示蚯蚓体内重金属浓度( m gk g “) ；f 1 表