中国菜地土壤重金属Cd超标最严重^[1]，导致叶菜Cd含量超标^{[2, 3]}，从而增大人体致畸、致癌等健康风险^{[4, 5, 6]}。重金属污染土壤的治理调控技术有物理工程措施、生物修复措施、农艺措施，其中费用低、易操作且能应用到大面积中轻度污染农田土壤的是农艺措施，尤其是施肥措施^[7]。

畜禽粪尿是传统的农家肥，有研究表明，猪粪降低了Cd污染土壤上玉米地上部、小麦籽粒、水稻糙米、小白菜地上部的Cd含量^{[8, 9, 10, 11, 12, 13]}。我国畜牧养殖业已趋规模化和集约化，规模化养猪场常建有沼液发酵罐，沼液一般就近农用^[14]。沼液可提高玉米籽粒、稻米、小白菜的Cd含量^{[15, 16, 17]}；沼渣也提高芹菜根茎叶的Cd含量^[18]。上述报道的猪粪、沼渣、沼液都来自不同的养猪场。为探索同一规模化养猪场的猪粪、沼液、沼渣对Cd超标农田土壤上农作物Cd含量影响情况是否与以上猪场废弃物一致，本文同时采集同一规模化养猪场的猪粪、沼液和沼渣，施用于Cd超标菜地土壤，比较三者对叶菜生长和Cd含量的影响，为合理利用规模化猪场废弃物提供部分参考依据。

供试土壤采自广州市番禺区钟村镇，系坡积物发育而来的普通肥熟旱耕人为土。采集0~20 cm土样，风干过1 cm筛，备用。土壤基本性状如下：pH6.34，有机质19.3 g·kg^-1，全氮1.50 g·kg^-1、碱解氮 484 mg·kg^-1、有效磷114 mg·kg^-1、速效钾418 mg·kg^-1，全量Cd 0.450 mg·kg^-1、全量Cu 60.9 mg·kg^-1、全量Pb 32.7 mg·kg^-1、全量Zn 125 mg·kg^-1、DTPA-Cd 0.24 mg·kg^-1、DTPA-Pb 5.77 mg·kg^-1、DTPA-Cu 4.84 mg·kg^-1、DTPA-Zn 43.2 mg·kg^-1。

供试猪场废弃物（猪粪、沼渣、沼液）同时采自广东省惠州市博罗县某规模化养猪场，晾干猪粪和沼渣、粉碎过2 mm尼龙筛待用。猪场废弃物的理化性质见表 1，重金属Cd、Cu、Pb、Zn含量没有超过我国有机-无机复混肥料国家标准^[19]的限量，也没有超过农业行业有机肥料标准^[20]的限量。

表 1 猪场废弃物的理化性质 Table 1 Selected properties of pig farm wastes

表选项

供试叶菜品种为意大利耐抽苔生菜（Lactuca sativa Linn. var. ramosa Hort.），全年可以在广州地区生长，地上部Cd浓度较高^{[21, 22]}，连续种植2茬。

试验设不施肥对照CK，化肥处理F（其中N 0.2 g·kg^-1，P2O5 0.08 g·kg^-1，K2O 0.16 g·kg^-1，分别以尿素、磷酸二氢钙、硫酸钾施入）、猪场废弃物处理（不施化肥，分别按N总用量0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 g·kg^-1土壤计算猪场废弃物用量：6个沼液处理水平为185、370、555、740、925、1110 mL·kg^-1，记为S1、S2、S3、S4、S5、S6，6个猪粪处理水平为5、10、15、20、25、30 g·kg^-1，记为M1、M2、M3、M4、M5、M6，6个沼渣处理水平为3、6、9、12、15、18 g·kg^-1，记为R1、R2、R3、R4、R5、R6）。共计20个处理，每个处理4次重复，共80盆，每盆土壤4 kg。猪粪和沼渣全部基施，沼液基施40%、追施60%（S6处理沼液量远超土壤持水量，该处理根据土壤水分情况分次追施，S1、S2、S3、S4、S5的沼液与S6处理同一比例追施，用自来水稀释到S6处理的沼液量）。称取土壤后，猪粪与沼渣处理分别与土壤混合均匀，沼液浇入土壤。播种露白生菜种子，4叶期每盆定株4棵。称重法浇水，土壤含水量维持在田间持水量的70%左右。收获第1茬后，不施用猪场废弃物和化肥，再播种露白生菜种子，浇水方式与第1茬相同。盆栽试验自2012年5月4日至2012年8月2日，在广东省农业科学院农业资源与环境研究所网室进行。

收获生菜地上部，用自来水冲洗干净，去离子水泡洗2次，擦干表面水分，记录鲜重后用塑料打浆机匀浆制成鲜样，称取10.00 g鲜样（同时称取蔬菜标准样品进行质量监控）于三角瓶中，加入10.0 mL混酸（体积比HNO₃∶HClO₄=9∶1，优质纯试剂）消煮并定容到25 mL，石墨炉原子吸收分光光度计（PerkinElmer AAnalyst 600，下同）测定消解液中Cd浓度。同时采集土壤样本，自然风干，过1 mm尼龙筛，称取10.00 g加入50 mL DTPA溶液（0.005 mol·L^-1 DTPA+ 0.01 mol·L^-1 CaCl₂+0.1 mol·L^-1 TEA），在摇床（180 r·min^-1）上浸提1 h后过滤，石墨炉原子吸收分光光度计测定滤液中Cd浓度。称10.00 g土壤，电位法测定土壤pH（土水质量比为1∶2.5）。

数据采用Excel 2003处理，SPSS 10.0统计（差异显著水平为P＜0.05）。

由表 2可见，猪粪、沼液与沼渣的不同施用量均显著影响生菜地上部生物量；双因素分析表明，猪场废弃物种类、猪场废弃物用量均显著影响生菜生物量，且二者有显著的交互作用。对生菜地上部生物量的贡献大小顺序为猪场废弃物用量>猪场废弃物种类。t检验表明，第1茬生菜生物量显著大于第2茬，可能与第2茬生菜生长期间的零施肥、高温、日夜温差小、废弃物腐解缓慢释放养分等因素有关。

表 2 生菜地上部生物量、Cd含量及土壤DTPA-Cd含量 Table 2 Shoot biomass and Cd concentrations of lettuce and DTPA-Cd concentrations in soil

表选项

3种猪场废弃物对第1茬生菜的生长均呈抑制效应，即第1茬生菜的地上部生物量均随着施用量的增加而降低。其中沼液对生菜生长的抑制效应最大，S6处理的生菜全部死亡。沼渣对生菜生长的抑制效应最弱，与沼液和猪粪相比，第1茬生菜沼渣处理的平均生物量最高。与对照相比，第1茬生菜正常生长，该土壤沼液用量≤370 mL·kg^-1土，猪粪用量≤10 g·kg^-1土，沼渣用量≤15 g·kg^-1土。

低量沼液或沼渣处理显著降低了第2茬生菜地上部生物量，高量处理也显著抑制生菜的生长，二者的施用量与生菜生物量呈“Λ”形关系。但随猪粪用量的增加，第2茬生菜生物量显著提高。

从表 2中生菜Cd含量可以看出，3种猪场废弃物显著影响生菜地上部Cd含量。双因素分析表明，猪场废弃物种类、猪场废弃物用量均显著影响生菜地上部的Cd含量，且二者有显著的交互作用；对生菜地上部Cd含量的贡献大小顺序为猪场废弃物种类>猪场废弃物用量。第1茬生菜地上部Cd含量都低于食品安全国家标准^[23]的限值（0.2 mg·kg^-1），经t检验，第2茬生菜地上部Cd含量平均值（0.113 mg·kg^-1）显著高于第1茬（0.083 mg·kg^-1）。

3种猪场废弃物对第1茬生菜Cd含量的影响规律各不相同：施用沼液的生菜Cd含量随沼液用量的增加而显著提高；不同沼渣用量的生菜Cd含量没有显著差异；施用猪粪的生菜Cd含量随猪粪用量的增加而显著减少。3种猪场废弃物第1茬生菜Cd含量的平均值大小顺序为沼液>沼渣>猪粪（差异显著），表明施用猪粪具有显著降低第1茬生菜Cd含量的效果。

沼液和猪粪对第2茬生菜Cd含量的影响规律与第1茬相同：施用沼液的生菜Cd含量随沼液用量的增加而显著提高；施用猪粪的生菜Cd含量随猪粪用量的增加而显著减少。与第1茬不同，施用沼渣的生菜Cd含量随猪粪用量的增加而显著减少。3种猪场废弃物第2茬生菜Cd含量的平均值大小顺序为沼液>猪粪>沼渣（差异显著），可见施用猪粪降低生菜Cd含量的时效性比较短暂。

3种猪场废弃物及各自不同施用量均显著影响第1茬和第2茬土壤pH值（图 1）。双因素分析表明，猪场废弃物种类、猪场废弃物用量均显著影响土壤pH值，且二者有显著的交互作用；对土壤pH的贡献大小顺序为猪场废弃物种类>猪场废弃物用量。t检验表明，第2茬土壤pH平均值（6.08）显著高于第1茬（5.80）。

每种废弃物中不同小写字母表示各处理水平之间差异显著（P＜0.05） 图 1 土壤pH值 Figure 1 Soil pH

图选项

第1茬土壤pH平均值的高低顺序是猪粪>沼渣>沼液（显著差异）；第2茬土壤pH平均值的高低顺序是沼渣>猪粪>沼液（后者与前二者差异显著）。第1、2茬土壤pH值均随猪粪用量增加而显著提高，随沼液或沼渣用量增加而显著降低。

土壤施用沼液，第1、2茬pH值均与生菜地上部Cd含量显著负相关；但土壤施用猪粪，仅第1茬pH值与生菜地上部Cd含量显著负相关；施用沼渣，第1、2茬pH值均与生菜地上部Cd含量无相关性。

不同用量的猪场废弃物显著影响第1茬土壤DTPA-Cd含量，但第2茬土壤DTPA-Cd含量仅在施用猪粪处理组有显著差异（表 2）。双因素分析表明，猪场废弃物种类、猪场废弃物用量均显著影响第1茬土壤的DTPA-Cd含量，二者有显著的交互作用；对第1茬土壤的DTPA-Cd含量的贡献大小顺序为猪场废弃物种类>猪场废弃物用量；但二者没有显著影响第2茬土壤的DTPA-Cd含量。t检验发现，第1茬土壤DTPA-Cd含量平均值（0.184 mg·kg^-1）显著高于第2茬（0.163 mg·kg^-1）

第1茬土壤DTPA-Cd含量随沼液用量的增加而显著提高，随沼渣用量的增加而显著降低，但与猪粪用量没有显著相关性。第2茬土壤DTPA-Cd含量与沼液、猪粪或沼渣均没有显著相关性。

对沼液处理而言，第1、2茬生菜Cd含量与土壤DTPA-Cd含量均没有显著相关性；对猪粪处理而言，第1茬生菜Cd含量随土壤DTPA-Cd含量增加而显著减少，第2茬则没有显著相关性；对沼渣处理而言，第2茬生菜Cd含量与土壤DTPA-Cd含量显著正相关，但第1茬没有相关性。因此，土壤DTPA-Cd含量难以表征猪场废弃物对生菜Cd含量的影响机制。

当菜地土壤碱解氮>300 mg·kg^-1、有效磷>90 mg·kg^-1、速效钾>240 mg·kg^-1时，菜地土壤肥力过高^[24]，表明这类土壤不施肥就能满足蔬菜生长所需营养，施肥反而可能抑制蔬菜生长。本文供试土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量均超过以上限值，所以CK处理第1茬生菜生物量显著高于大部分处理的生物量。另一方面，由于第1茬生菜生长消耗了土壤中的养分，且第2茬没有施肥，导致CK处理第2茬生菜鲜重平均值最低。

唐明灯等^[21]报道，猪粪用量为0.5%、1%、2%、4%时，3茬生菜的生物量都与猪粪用量显著正相关。本文猪粪施用量为0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%，第1茬生菜生物量与猪粪用量显著负相关，第2茬生菜生物量与猪粪用量显著正相关。二者不一致的原因可能是：前者对生菜追施尿素1.00 g·茬-1·盆-1，供试猪粪取自猪粪堆垛，其NPK营养较高，含有第1茬生菜能直接吸收的养分，腐解后又能为第2、3茬生菜提供部分养分；而本试验没有追施化肥，且供试猪粪为规模化猪场水泡粪，NPK营养较低（表 1），第1茬生菜能直接吸收的养分有限，甚至还可能通过吸附作用与第1茬生菜根系竞争土壤中碱解氮等植物易于吸收的养分，但水泡粪腐解能为第2茬生菜提供养分。

沼渣是规模化养猪场沼气发酵池池底的半流质物，其持续降解能力较弱，但其NPK养分等含量较高（表 1）。Odlare等^[25]报道，增加沼渣用量，土壤氮矿化作用增强，作物产量降低。与之类似的是，本文第1茬生菜生物量随着沼渣的增加而降低。沼渣处理第2茬生菜生物量低于猪粪处理的原因，一方面可能是沼渣持续降解能力较弱，另一方面可能是该处理土壤氮矿化作用较强。

规模化猪场的猪粪Cu、Zn含量较高^{[25, 26]}，本文供试猪粪的组成与之类似（表 1）。猪粪施入重金属污染土壤，其效果各异：或在高量处理下才显著降低糙米Cd含量^{[9, 10]}，或降低小麦籽粒Cd含量^[11]，或低Cd猪粪能显著降低小白菜Cd含量^[13]；或有降低生菜Cd含量的趋势^{[21, 22]}；或能缓解重金属对水稻的危害，但没有显著降低水稻糙米Cd含量^{[26, 27]}；或外加Cd猪粪提高小白菜Cd含量，且小白菜Cd含量与猪粪用量显著正相关^[13]；或显著提高土壤Cd活性（土壤Cd 6.13 mg·kg^-1）、提高小麦Cd含量^[28]。本文供试猪粪Cd含量低，对生菜Cd含量影响与孙华等^[13]的低Cd猪粪的效果类似（表 2）。因此，一般而言，施用猪粪可降低作物Cd含量，但其效果随土壤Cd含量、猪粪Cd含量等试验条件的不同而有所差异。

规模化猪场的沼液和沼渣重金属含量也较高^{[16, 17, 25]}，本文供试沼液、沼渣与之类似（表 1）。此类沼液施用到农田土壤（Cd超标或不超标），提高了小白菜、稻米、玉米籽粒的Cd含量，甚至其施用量与玉米籽粒Cd含量显著正相关^{[15, 16, 17]}，本文生菜Cd含量对供试沼液的响应与玉米籽粒具有同样的规律（表 2）。另外，张进等^[29]报道，沼液没有显著提高稻米Cd含量。沼渣可提高芹菜根茎叶的Cd含量^[18]，而本文供试沼渣降低了生菜Cd含量（表 2）。

对沼渣或沼液处理而言，第1、2茬生菜Cd含量随其生物量增大而显著降低；对猪粪处理而言，第2茬生菜也呈现以上规律，但第1茬生菜Cd含量随其生物量减少而显著降低。可见，生物量的稀释效应能揭示沼液、沼渣、猪粪（第2茬）影响生菜地上部Cd含量的主要原因，但猪粪处理对第1茬生菜Cd含量的效应机制尚待研究。

另外，猪粪能降低作物中Cd含量，一方面由于猪粪通过吸附^[30]或提高土壤pH等方式显著降低Cd污染土壤中Cd的生物有效性^{[31, 32, 33]}；另一方面由于猪粪腐解产生胡敏酸、胡敏素等高分子有机物，与重金属离子形成不易溶的络合物，也显著降低Cd的生物有效性^{[34, 35, 36, 37]}。沼液能提高生菜Cd含量，与其中含有较多的提高Cd生物活性的有机小分子物质有一定关系^[38]。

规模化猪场废弃物含多种重金属，虽然4年田间试验表明猪粪和沼渣没有显著影响土壤及其微生物特性^[25]，但长期田间试验表明，施用猪粪后土壤重金属含量会累积，甚至使糙米Cd含量超标^[39]。规模化猪场的猪粪和沼渣虽然具有一定的降低Cd超标农田中农作物Cd含量的作用，但其风险也不容忽视。因此，在规模化猪场废弃物施用到Cd超标农田前，应对其进行重金属风险评价。

规模化猪场的废弃物种类及其用量均显著影响Cd超标土壤上生菜地上部生物量，猪场废弃物用量的影响大于猪场废弃物种类。第1茬生菜的生物量均随3种猪场废弃物用量的增加而降低；第2茬生菜的生物量与沼液或沼渣的用量呈“Λ”形关系，但随猪粪用量的增加而显著提高。从第1茬生菜正常生长来看，该土壤的沼液用量≤370 mL·kg^-1，猪粪用量≤10 g·kg^-1，沼渣用量≤15 g·kg^-1。

猪场废弃物种类及其用量均显著影响生菜地上部Cd含量，且猪场废弃物种类的贡献大于猪场废弃物用量的贡献。3种猪场废弃物处理的第1、2茬生菜Cd含量的平均值大小顺序分别为：沼液>沼渣>猪粪，沼液>猪粪>沼渣。猪粪和沼渣可降低生菜Cd含量；沼液可显著提高生菜Cd累积风险。土壤pH和DTPA-Cd含量不能表征3种猪场废弃物影响生菜Cd吸收的机制，生菜Cd含量的变化主要受生物量稀释效应的影响。