沼液還田下不同種植模式的重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及安全消納量分析

劉炳妤，王一佩，姚作芳，楊鈣仁,3*，徐曉楠，鄧羽松,3，黃鈺涵,3

1. 廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西 南寧 530004；2. 中國科學(xué)院科技創(chuàng)新發(fā)展中心，北京 100190；3. 廣西大學(xué)林學(xué)院/廣西森林生態(tài)與保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530004

中國是生豬養(yǎng)殖大國，隨著養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴(kuò)大，畜類糞污排放量也日益增加，年排放量達(dá)到4.3×108m3，其中沼液約3.7×108m3（武淑霞等，2018），沼液的產(chǎn)生在一定程度上制約著養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，如何利用沼液是目前養(yǎng)豬場(chǎng)面臨的主要難題。

沼液還田是廣西壯族自治區(qū)生豬養(yǎng)殖糞污資源化利用和污染治理的主要方式，養(yǎng)豬場(chǎng)糞污經(jīng)過水解、酸化、產(chǎn)烷等過程后，一部分會(huì)轉(zhuǎn)化為有機(jī)物質(zhì)，富含N、P、K，是優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥（沈其林等，2014；He et al.，2017；尹曉明等，2019），在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用途甚廣。與此同時(shí)，養(yǎng)豬場(chǎng)沼液中還含有Cu、Zn、Pb、Cd、Cr 等多種重金屬元素（Sonne et al.，2019）以及抗生素等有害物質(zhì)（Pu et al.，2018），長(zhǎng)期過量施用沼液可能會(huì)引起耕地土壤和農(nóng)林作物重金屬污染（Bian et al.，2014）。

由于不同地區(qū)不同種植模式的沼液需求量是不同的（趙麒淋等，2012；羅偉等，2019），而目前國內(nèi)外對(duì)于此類研究開展的比較少，且多采用盆栽實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，以期確定土壤對(duì)沼液重金屬的安全消納量。但是盆栽實(shí)驗(yàn)沒有考慮到淋失和徑流等養(yǎng)分損失的過程，得出的精確澆灌量比實(shí)際消納量小，因此難以有效應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。此外，中國生豬養(yǎng)殖集約化程度越來越高，產(chǎn)生的糞污越來越集中（惠曉紅等，2016；王敏鋒等，2016），為了解決糞污堆積問題，部分養(yǎng)豬場(chǎng)糞污在還田時(shí)，并非僅從作物對(duì)養(yǎng)分的需求量角度來確定各種耕地沼液施用量，而是增加了提高沼液消納量的想法（毛正榮等，2019；楊琴等，2021；于樂，2022）。

過量施用沼液會(huì)造成耕地土壤和農(nóng)林作物重金屬污染，如何合理有效的利用沼液值得深入探討。鑒于此，本研究通過真實(shí)農(nóng)業(yè)種植環(huán)境，結(jié)合實(shí)地調(diào)查取樣情況，對(duì)土壤重金屬環(huán)境容納量和不同種植模式下重金屬輸入輸出平衡分析，研究各種消納沼液模式對(duì)土壤產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)和對(duì)植物產(chǎn)生的品質(zhì)影響。探討符合廣西綠色循環(huán)生態(tài)農(nóng)業(yè)的最佳沼液消納種植模式，從而為沼液在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中科學(xué)化、資源化、無害化利用提供一定的理論依據(jù)。

1 研究方法

1.1 供試材料

選取廣西區(qū)規(guī)?；i養(yǎng)殖場(chǎng)附近，沼液澆灌量明確、種植結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的13 個(gè)沼液消納地作為調(diào)查樣地，所選的13 個(gè)樣地土壤類型為赤紅壤。采集空心菜、雜交象草種植模式所澆灌的沼液，分別為容縣恒楚農(nóng)牧公司（樣點(diǎn)8）、武鳴縣文花養(yǎng)殖場(chǎng)（樣點(diǎn)10）、廣西楊翔公司（樣點(diǎn)9、11）、博白巨浪農(nóng)牧公司（樣點(diǎn)12、13）等4 家養(yǎng)殖場(chǎng)所產(chǎn)生的沼液，做重金屬含量分析，其Cu、Zn、Pb、Cd、Cr 含量的平均值分別為3.830、13.520、0.610、0.025、0.211 mg·L-1，且各養(yǎng)殖場(chǎng)沼液的每種重金屬含量之間差異不明顯（養(yǎng)殖場(chǎng)沼液重金屬含量見圖1），因此以該平均值作為計(jì)算空心菜種植模式、雜交象草種植模式下的沼液消納容量的沼液重金屬含量值。各樣地位置、沼液澆灌情況和植物結(jié)構(gòu)見表1。

圖1 沼液重金屬含量Figure 1 Heavy metal content in biogas slurry

表1 樣點(diǎn)基本信息Table 1 Basic information of sample points

1.2 采樣及測(cè)定方法

于各樣地蔬菜與果實(shí)成熟采摘時(shí)間，進(jìn)行土壤與植物樣品的取樣工作，即2018 年8－12 月。土壤樣品采用五點(diǎn)法，采集0－20 cm 土層土壤和20－40 cm 土層土壤。采集土樣后，挑出根系、石粒等雜質(zhì)，使用四分法分別取0－20 cm 土層土壤混合樣和20－40 cm 土層土壤混合樣各2 kg，裝入自封袋帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)照樣地為各實(shí)驗(yàn)樣地周邊不施用沼液澆灌的農(nóng)田，距離試驗(yàn)農(nóng)田最近距離約為50 m。

植物樣品采集按照葉類蔬菜、油料作物、藥材、果樹、牧草、用材林等6 種植物類型分類采樣。葉類蔬菜、油料作物、藥材等植物樣品在各樣地按照“S”形布點(diǎn)，采集整株樣品，混合樣不少于1 kg。果樹類在各樣地隨機(jī)選擇5 株樹齡、生長(zhǎng)勢(shì)一致的正常株，分別采集其根、葉、果。根系于樣木冠層滴水線向內(nèi)50 cm 的東西南北4 個(gè)方位設(shè)置4 個(gè)采樣點(diǎn)，挖掘0－40 cm 土層的根系并混勻，采樣量約0.2 kg；葉片采集樣木冠層中部的東西南北4 個(gè)方位樹枝上的成熟葉片并混合，采樣量約為0.5 kg；果實(shí)于每棵樣木上4 個(gè)方位進(jìn)行采摘并混合，選擇大中小形狀的果實(shí)組成平均樣，總量不少于1.5 kg。牧草在其樣地按照五點(diǎn)采樣法采集整株牧草，共采集5株。用材林的根、葉與果樹類樣品采集方法相同。

土壤樣品室內(nèi)自然風(fēng)干后，全部過0.85 mm 篩，用四分法分成兩份，一份直接用于土壤pH 值分析，另一份過0.15 mm 篩，用于重金屬Cu、Zn、Pb、Cr、Cd 全量分析。植物樣品經(jīng)蒸餾水淋洗干凈后，在105 ℃條件下殺青，降溫至65－75 ℃烘干至質(zhì)量恒定，再研磨過0.25 mm 篩，用于養(yǎng)分和重金屬元素分析。土壤pH 值用pH 計(jì)（土水比1∶2.5）測(cè)定，各樣點(diǎn)pH 值見圖2。沼液樣品、土壤樣品、植物樣品分別用HCl-HNO3-HF-HClO4、HCl-HNO3-HF、HNO3-HClO4消解后，使用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）測(cè)定其重金屬含量（魏復(fù)盛，1989；中國環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，1998；楊劍虹等，2008）。

圖2 各樣點(diǎn)0－40 cm 土層土壤pH 值Figure 2 pH values of 0-40 cm soil layers at various points

1.3 計(jì)算和評(píng)價(jià)方法

單因子污染指數(shù)：

式中：

Ipi——土壤（植物）中i污染物的污染指數(shù)；

wmi——i種重金屬的實(shí)測(cè)含量（mg·kg-1）；

wsi——土壤（或植物）的i重金屬的限量標(biāo)準(zhǔn)值（mg·kg-1）。土壤重金屬的限量標(biāo)準(zhǔn)值采用中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB 15618—2018 中農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值（中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部，2018）；植物可食用部分重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)值采用中華人民共和國食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB 2762—2017中的限量值（中華人民共和國國家食品藥品監(jiān)督管理總局，2017）。

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)IN：

式中：

Ipimax——土壤重金屬元素中污染指數(shù)最大值；

Ipiave——土壤各重金屬污染指數(shù)的平均值。

式中：

wmi——i種重金屬的實(shí)測(cè)含量（mg·kg-1）；

wsi——土壤的i種重金屬的限量標(biāo)準(zhǔn)值（mg·kg-1）；

樣點(diǎn)多個(gè)重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)Ir：

單因子污染指數(shù)法分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和多項(xiàng)綜合污染指數(shù)法分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參考寧曉波等（2009）的標(biāo)準(zhǔn)；潛在生態(tài)危害指數(shù)法分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參考徐晨等（2019）的標(biāo)準(zhǔn)。具體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 污染指數(shù)與污染程度等級(jí)劃分Table 2 Pollution Index and classification of pollution degree

沼液消納容量：

式中：

Qi——以i元素為限量指標(biāo)的耕地0－40 cm 土壤沼液消納容量（m3·hm-2）；

wsi——土壤中i元素的限量標(biāo)準(zhǔn)值（mg·kg-1）；

wbi——土壤中i元素的背景值（mg·kg-1）；

ρbsi——廣西養(yǎng)豬場(chǎng)沼液中i元素含量的平均值（mg·L-1）；

σpi——通過收獲植物而輸出的i元素含量（g·hm-2）；

1.1——土壤的容重（g·cm-3）；

0.4——土壤深度（m）；

104——換算單位系數(shù)（m2·hm-2）（夏增祿等，1992。公式中的量符號(hào)經(jīng)修改）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)采用Excel 2022 進(jìn)行處理、SPSS 27.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行相關(guān)性分析（大小采用Pearson 指數(shù)）、OriginPro 2022 進(jìn)行數(shù)據(jù)圖繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤污染評(píng)價(jià)

根據(jù)圖3 顯示，單因子污染指數(shù)（Ipi）方面，在13 個(gè)樣點(diǎn)中，Cu 和Zn 在0－20 cm 和20－40 cm土層出現(xiàn)輕微及以上的樣點(diǎn)數(shù)相同且最多（圖3a、圖3b），分別為6 個(gè)和5 個(gè)，占樣點(diǎn)總數(shù)的46.2%和38.5%；Pb 和Cr 的污染情況最輕（圖3c、圖3e），13 個(gè)樣點(diǎn)的0－20 cm 土層土壤均顯示為清潔，20－40 cm 土層土壤出現(xiàn)輕微級(jí)污染的樣點(diǎn)數(shù)分別為2 個(gè)和1 個(gè)。0－20 cm 土層土壤有3 個(gè)樣點(diǎn)出現(xiàn)Cd污染，其中2 個(gè)為重度污染，在20－40 cm 土層有1 個(gè)樣點(diǎn)的Cd 指數(shù)為中度污染（圖3d）。0－20 cm土層共有9 個(gè)樣點(diǎn)（占總數(shù)的69.2%）的IN呈現(xiàn)輕微及以上污染，輕微、中度、重度和極重度占樣點(diǎn)總數(shù)的比例分別為30.8%、15.4%、15.4%和7.6%；在20－40 cm 土層，共有7 個(gè)樣點(diǎn)（占總數(shù)的53.8%）IN出現(xiàn)輕微及以上程度污染，其中，中度污染樣點(diǎn)最多，為5 個(gè)，占總數(shù)的38.5%（圖3f）。在0－20 cm 土層，有2 個(gè)樣點(diǎn)的Ir值呈現(xiàn)輕微的潛在生態(tài)危害指示，而20－40 cm 土層的潛在生態(tài)危害指示均顯示為清潔（圖3g）。

圖3 不同種植模式下0－40 cm 土層土壤重金屬污染指數(shù)和潛在生態(tài)危害指數(shù)Figure 3 Heavy metal pollution index and potential ecological hazard index of 0-40 cm soil layer under different planting patterns

比較13 個(gè)樣點(diǎn)的2 個(gè)土層各污染指數(shù)平均值，發(fā)現(xiàn)0－20 cm 土層土壤Cu 和Zn 的污染指數(shù)平均值比20－40 cm 的分別高13.1%和38.6%，均達(dá)到輕微污染，而20－40 cm 土層土壤為清潔水平，表明澆灌沼液對(duì)0－20 cm 土層土壤的Cu、Zn 污染風(fēng)險(xiǎn)要大于其下層。而0－20 cm 土層土壤的Pb、Cd、Cr 污染指數(shù)平均值與其20－40 cm 的基本相同，均為清潔。此外，0－20 cm 土層土壤的IN和Ir值比20－40 cm 的分別高35.5%和49.4%，0－20 cm 和20－40 cm 土層的IN值分別處于中度、輕微污染水平，而Ir值均處于清潔水平，表明IN值比Ir值對(duì)污染的響應(yīng)可能更為靈敏。

由表3 可知，0－20、20－40 cm 土層土壤的Cu、Zn 污染指數(shù)和0－20 cm 土層土壤的IN值與沼液澆灌總量存在顯著（P＜0.05）的Pearson 線性正相關(guān)關(guān)系。0－20 cm 和20－40 cm 土層土壤的Pb、Cd 和Cr 污染指數(shù)與沼液澆灌總量的Pearson 線性相關(guān)不顯著，而沼液年均澆灌量與所有污染指數(shù)的Pearson 線性相關(guān)不顯著。

表3 沼液澆灌量與土壤重金屬污染指數(shù)的相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis between biogas slurry dosage and soil heavy metal pollution index

2.2 植物可食器官污染評(píng)價(jià)

如圖4 所示，13 個(gè)樣點(diǎn)中采集到可供人食用植物器官的樣點(diǎn)有9 個(gè)、雜交象草樣點(diǎn)3 個(gè)。

圖4 植物可食器官重金屬污染指數(shù)Figure 4 Index of heavy metal contamination in edible organs of plants

由于Cu、Zn 是人體需求量較大的有益元素，中國的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)移除了Cu、Zn 的限量要求，因此，施用養(yǎng)豬場(chǎng)沼液對(duì)作物質(zhì)量安全的威脅主要是Pb、Cd、Cr。在9 個(gè)食品生產(chǎn)樣點(diǎn)中，出現(xiàn)Pb 污染的共6 個(gè)，占66.7%，其中，污染等級(jí)輕微的為3 個(gè)，中度1 個(gè)（樣點(diǎn)2，柑橘），重度1 個(gè)（樣點(diǎn)9，空心菜葉），極重1 個(gè)（樣點(diǎn)4，沙梨），果實(shí)類產(chǎn)品中有4 個(gè)樣點(diǎn)出現(xiàn)Pb 超標(biāo)。出現(xiàn)Cd 污染的樣點(diǎn)只有1 個(gè)，為樣點(diǎn)7 的南瓜葉片；出現(xiàn)Cr 污染的有4 個(gè)，占44.4%，其中輕微污染的1 個(gè)（樣點(diǎn)2，柑橘），其余3 個(gè)均為極重度污染（樣點(diǎn)6 巴西人參塊根、樣點(diǎn)7 南瓜苗、樣點(diǎn)9 空心菜葉）；IN處于污染的共有8 個(gè)，占88.9%，其中中度的有3 個(gè)，重度的1 個(gè)，極重度的4 個(gè)，樣點(diǎn)7 南瓜苗的IN值達(dá)12.43，在所有樣點(diǎn)中最高。

在4 個(gè)雜交象草樣點(diǎn)中，Pb、Cd 指標(biāo)均處于清潔狀態(tài)，而樣點(diǎn)13 的雜交象草莖稈中的Cr 污染指數(shù)與IN值呈現(xiàn)輕微污染，葉片未出現(xiàn)污染。

2.3 不同種植模式下沼液的消納容量

根據(jù)中華人民共和國農(nóng)用地土壤國家標(biāo)準(zhǔn)（GB 15618—2018）規(guī)定，Cu、Zn、Pb、Cd、Cr 的限量值在不同土壤pH 值、不同土地利用類型下是不同的，具體到本研究，其限量值分別為50、200、70、0.3、150 mg·kg-1。根據(jù)沼液消納容量公式，在不考慮植物對(duì)重金屬的各種輸出情況下，可求出廣西耕地0－40 cm 土壤（容重以1.1 g·cm-3計(jì)）Cu 、Zn、Pb、Cd、Cr 含量不超標(biāo)的理論消納容量（Qi），分別為1.279×104、3.110×104、2.026×105、5.280×103和1.925×106m3·hm-2，Cr 的理論消納容量最大，其次是Pb、Zn、Cu，Cd 的理論消納容量最小。根據(jù)表4 所示，如以收獲空心菜、雜交象草重金屬含量作為這兩類耕地土壤重金屬的唯一輸出，則可計(jì)算這兩類耕地Cu、Zn、Pb、Cd、Cr 的沼液最大消納量，空心菜的分別是1.280×104、3.111×104、2.026×105、5.284×103、1.925×106m3·hm-2，雜交象草的分別是1.289×104、3.148×104、2.026×105、5.468×103、1.926×106m3·hm-2，空心菜種植模式的最大沼液消納量與理論值差異不大，而雜交象草種植模式下沼液消納容量得到提升，這可能是因?yàn)殡s交象草收獲生物量大、輸出重金屬元素含量高的緣故。

表4 土壤重金屬消納容量Table 4 Heavy metal absorption capacity of soil

3 討論

沼液安全高效利用的前提是保證土壤和農(nóng)林作物重金屬含量不超標(biāo)。在本研究中，0－20 cm 土層土壤出現(xiàn)Cu、Zn 污染的樣點(diǎn)數(shù)最多，Cd 次之，Pb、Cr 均顯示為清潔，這主要是由于Cu、Zn 通過沼液的輸入強(qiáng)度比其余3 種元素大而造成的。當(dāng)然，土壤重金屬污染程度還受到植物吸收量、沼液澆灌量、土壤本底含量以及該種元素的限量標(biāo)準(zhǔn)等綜合影響（楊軍香等，2016；周靈君等，2017），在不同種植模式下消納沼液，土壤的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)是不同的。如雜交象草（樣點(diǎn)12）與空心菜（樣點(diǎn)8）沼液澆灌量相同的情況下，雜交象草樣地（樣點(diǎn)12）中土壤重金屬各污染指數(shù)均顯示為清潔，而空心菜樣地（樣點(diǎn)8）中0－20 cm 土層土壤的Cu、Zn 的污染指數(shù)均顯示為輕微及以上，這說明相同沼液澆灌量下，空心菜對(duì)重金屬的吸收量較小，雜交象草對(duì)土壤重金屬的吸收量較大。而以往研究發(fā)現(xiàn)，土壤重金屬污染程度與沼液澆灌總量呈正相關(guān)（王一佩，2018），因此即使雜交象草對(duì)重金屬吸收量較大，在澆灌量超標(biāo)的情況下，也會(huì)超出土壤環(huán)境容量負(fù)擔(dān)，造成土壤重金屬污染。如雜交象草3 個(gè)樣點(diǎn)（11、12、13）中，樣點(diǎn)11、12 的土壤重金屬污染指數(shù)均顯示為清潔，樣點(diǎn)13 的0－20 cm 土層土壤的Cu、Zn 污染指數(shù)顯示為輕微及以上，主要是由于樣點(diǎn)13 的沼液澆灌量高于樣點(diǎn)11、12，超出了該種植模式下土壤對(duì)沼液重金屬的消納能力。

沼液對(duì)于農(nóng)林作物的影響主要在于其可食器官部分，過量施用沼液會(huì)導(dǎo)致Pb、Cd、Cr 超標(biāo)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，植物器官中重金屬風(fēng)險(xiǎn)水平主要與沼液澆灌量、植物種類以及重金屬限量值有關(guān)。具體到本研究中，12 個(gè)可食植物樣點(diǎn)中，受Pb 污染的樣點(diǎn)數(shù)最多，其次是Cr、Cd。Cd 污染指數(shù)顯示只有一個(gè)樣點(diǎn)7（南瓜苗莖葉）出現(xiàn)輕微污染，而Pb 污染指數(shù)顯示果實(shí)類的4 個(gè)樣點(diǎn)（2、3、4、5）與蔬菜類2 個(gè)樣點(diǎn)（9、10）均出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。這主要是因?yàn)镻b 對(duì)人體毒性較高，各國對(duì)食品Pb 限量值（≤0.3 mg·kg-1）比較低，加之沼液Pb含量相對(duì)較高（遠(yuǎn)高于Cd、Cr）。而在3 個(gè)雜交象草的樣點(diǎn)（11、12、13）中，牧草葉片與牧草莖的Pb、Cd 污染指數(shù)均處于清潔狀態(tài)，這主要是因?yàn)橹腥A人民共和國飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中牧草的重金屬限量值比蔬菜類重金屬限量值高，Pb 含量限量值（30 mg·kg-1）是新鮮蔬菜的100 倍，Cd 含量限量值比新鮮蔬菜高5 倍以上，并且牧草收獲生物量大，對(duì)重金屬輸出量較高，因此，施用沼液不容易引起牧草Pb、Cd 污染。同時(shí)根據(jù)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)來看，蔬菜類（樣點(diǎn)7）與牧草類（樣點(diǎn)12）在相同沼液澆灌總量下，蔬菜類（樣點(diǎn)7）的IN值為極重度污染，牧草類（樣點(diǎn)12）IN值顯示為清潔；而果實(shí)類4 個(gè)樣點(diǎn)（2、3、5、6）的沼液澆灌總量在小于蔬菜類（樣點(diǎn)8）的情況下，果實(shí)類IN值均顯示為污染，蔬菜類顯示為清潔，因此沼液重金屬對(duì)不同植物可食器官污染的風(fēng)險(xiǎn)水平一般是水果類＞蔬菜類＞牧草類。

綜上所述，施用沼液對(duì)土壤的主要污染是Cu、Zn，Cd 次之，而后是Pb，Cr 污染風(fēng)險(xiǎn)最??；對(duì)作物污染最嚴(yán)重的是Pb，Cr 次之，Cd 污染風(fēng)險(xiǎn)最小。不同種植模式下，土壤和作物重金屬風(fēng)險(xiǎn)不同，其對(duì)沼液的消納能力也就不同，因此在進(jìn)行沼液消納時(shí)，為了保證土壤和作物的質(zhì)量安全，要考慮土壤對(duì)重金屬的承載能力和作物受沼液重金屬污染的澆灌臨界值，即沼液安全消納量。在本研究中，木本水果的Pb 含量均出現(xiàn)超標(biāo)，即使是沼液澆灌量比較少（樣點(diǎn)2，柑橘，90 m3·hm-2·a-1）的情況下果實(shí)也出現(xiàn)超標(biāo)，因此，相對(duì)而言，在對(duì)木本果樹進(jìn)行沼液澆灌時(shí)需謹(jǐn)慎，其施用量不宜太多（澆灌量＜90 m3·hm-2·a-1）。葉類蔬菜的4 個(gè)樣點(diǎn)（7、8、9、10）中在最小年沼液澆灌量（樣點(diǎn)9，年澆灌量135 m3·hm-2）下，土壤0－20 cm 土層Cd 污染指數(shù)和IN數(shù)值分別顯示為輕度與中度污染，與此同時(shí)，上述4 個(gè)樣點(diǎn)的植物可食用部分，樣點(diǎn)7（南瓜苗）的Cd 污染指數(shù)顯示為輕微污染，Cr 污染指數(shù)和IN數(shù)值達(dá)到極重度污染水平，樣點(diǎn)9（空心菜）的Pb污染指數(shù)達(dá)到重度污染水平，Cr 污染指數(shù)和IN數(shù)值亦達(dá)到極重度污染水平，因此，在廣西，葉類蔬菜的沼液安全澆灌量應(yīng)以小于135 m3·hm-2·a-1為宜。

根據(jù)表4 所示，種植空心菜的最大沼液消納量與理論值差異不大，而種植雜交象草情況下沼液消納容量得到提升，同時(shí)該模式下土壤和作物重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)最小，因此在本研究中，雜交象草種植模式對(duì)沼液的消納能力以及承載能力最佳。此外，由于用材林、牧草類作物對(duì)重金屬?zèng)]有限量要求，在對(duì)其施用沼液時(shí)主要考慮維持土壤環(huán)境質(zhì)量安全。在雜交象草的3 個(gè)樣點(diǎn)中，樣點(diǎn)11、12 中土壤的各重金屬污染指數(shù)均顯示為清潔，如以本研究中雜交象草沼液年澆灌量最高的樣點(diǎn)11 的年沼液澆灌量（563 m3·hm-2）為計(jì)算依據(jù)，以表4 中雜交象草耕地的最小的Cd 消納容量為限制因子（5.468×103m3·hm-2），則可計(jì)算出，在這種澆灌強(qiáng)度下可連續(xù)澆灌9 年而維持土壤重金屬含量不超標(biāo)，因此廣西地區(qū)雜交象草種植模式的沼液適宜安全消納量為560 m3·hm-2·a-1。已有研究發(fā)現(xiàn)，每年沼液澆灌量為207 m3·hm-2的桉樹生長(zhǎng)良好（李金懷等，2012），本研究中，樣點(diǎn)1 的桉樹在年澆灌量225 m3·hm-2下土壤沒有出現(xiàn)重金屬含量超標(biāo)，因此桉樹用材林對(duì)沼液的適宜安全消納量為225 m3·hm-2·a-1，與李金懷等人研究結(jié)果相近。

4 結(jié)論

本研究詳細(xì)調(diào)查和分析了廣西壯族自治區(qū)13個(gè)樣點(diǎn)的土壤和植物Cu、Zn、Pb、Cd、Cr 等重金屬在不同沼液澆灌量與沼液澆灌年限下的污染風(fēng)險(xiǎn)程度，以及不同種植模式對(duì)沼液的消納容量，得到的結(jié)論主要如下：

（1）土壤對(duì)5 種重金屬元素的理論消納容量大小為Cr＞Pb＞Zn＞Cu＞Cd，土壤重金屬污染程度主要取決于沼液澆灌量的大小，施用沼液后，土壤最易發(fā)生Cu、Zn 的污染，Cd 次之，Cr 污染風(fēng)險(xiǎn)最小。

（2）農(nóng)林作物受污染程度主要與沼液澆灌量、重金屬限量值有關(guān)。澆灌沼液對(duì)不同作物不同器官的Pb、Cd、Cr 污染指數(shù)亦有明顯差異，葉類蔬菜和木本水果等食品安全風(fēng)險(xiǎn)主要是Pb 的污染，Cr次之，Cd 污染風(fēng)險(xiǎn)最小；對(duì)果實(shí)類污染最大，蔬菜類莖葉次之，牧草類污染風(fēng)險(xiǎn)最小。

（3）不同種植模式對(duì)沼液消納能力不同，木本果樹類對(duì)重金屬的限量值較小，因此木本果樹的沼液安全消納量最小，應(yīng)以小于90 m3·hm-2·a-1為宜，其次是葉類蔬菜，應(yīng)以小于135 m3·hm-2·a-1為宜，速生用材林沼液安全消納量約為225 m3·hm-2·a-1，而雜交象草的沼液安全消納量較高，約為 560 m3·hm-2·a-1。整體來說，以土壤質(zhì)量和重金屬為控制目標(biāo)時(shí)，雜交象草種植模式，可以作為消納沼液的首選。