无铬与含铬鞣制皮革有机肥的氮释放特性及对土壤微生物组的影响研究

本研究针对制革业每年产生400万吨含铬(2.5-6% Cr)固体废弃物的环境风险，系统评估了湿白(WW)和湿蓝(WB)鞣制皮革水解产物作为有机肥料的农用价值。通过42天土壤培养实验发现两种肥料均符合一级动力学模型释放40-45%总氮，WB处理土壤DTPA-Cr仅增至31 μg kg-1，CLPP分析表明微生物功能受肥料组成而非Cr含量影响，Rhizotest证实番茄植株未发生Cr生物富集。研究为制革废弃物的安全资源化提供了重要科学依据。

　　

在全球皮革工业每年产生400万吨固体废弃物的背景下，其中60万吨含有2.5-6%的铬(Cr)，这些废弃物的处置成为严峻的环境挑战。传统铬鞣(WB)工艺占全球皮革产量的90%，其废弃物中的Cr(III)虽溶解度低，但长期累积可能转化为有毒的Cr(VI)。金属游离的湿白(WW)鞣制作为环保替代方案，其废弃物农用潜力却鲜有研究。如何实现制革废弃物的安全资源化，同时保障土壤健康和农产品安全，成为循环经济模式下的关键科学问题。

为解答这些问题，Andrea Ciurli团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表研究，系统比较了WB和WW两种皮革水解产物的农用价值。研究采用三级实验设计：首先通过ICP-OES等技术完成肥料理化表征；其次开展42天土壤培养实验，监测氮矿化动态并分析生化指标；最后通过ISO 16198:2015标准的Rhizotest评估Cr的生物有效性。关键技术包括：1) 基于Biolog EcoPlate的群落水平生理图谱(CLPP)分析；2) 一级动力学模型拟合氮释放曲线；3) 土壤氧化还原电位测定评估Cr(VI)转化风险；4) 番茄(Lycopersicon esculentum L.)根际迁移实验。

3.1 有机肥料表征

WB和WW的TOC含量达39-42%，TKN分别为11.3%和14.4%，其中98%为有机氮。关键差异在于WB含2.1%总Cr（均为Cr(III)），而WW仅376 mg kg^-1。DTPA提取显示所有重金属含量均低于农用标准，有机污染物均未检出。

3.2 土壤培养实验

氮释放动力学显示，WW和WB在42天内释放40-45%总氮，符合一级动力学模型(R²>0.87)。WB处理使土壤DTPA-Cr增至31 μg kg^-1，但仍低于意大利立法限值。微生物指标呈现显著激活：脱氢酶活性提高95%，MBC增加27%。CLPP分析揭示WW显著提升碳水化合物和有机酸代谢活性(AWCD+61%)，但WB与WW的微生物功能差异主要源于有机组成而非Cr含量。

3.3 根际迁移实验

尽管WB处理土壤总Cr达60.7 μg kg^-1，番茄植株Cr含量与对照无差异(1.2-2.2 μg kg^-1)。值得注意的是，Zn的吸收反而降低55%，暗示可能存在营养竞争机制。

研究结论深刻揭示了两种皮革肥料的等效农用价值：在推荐施用量下(100 mg N kg^-1)，WB所含Cr不会造成生物有效性风险。这一发现为含铬制革废弃物的安全利用提供了关键科学依据，同时证实金属游离鞣制工艺在循环经济中的优势。讨论部分特别指出，长期连续施用可能导致的Cr累积效应仍需通过大田试验验证，且不同植物物种对Cr的吸收特性有待进一步研究。该成果不仅为皮革工业的绿色转型提供了技术支撑，也为有机废弃物的资源化利用树立了风险评估范式。