牧草處理養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物糞便的初步研究

牧草處理養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物糞便的初步研究

近年來(lái)，我國(guó)畜牧業(yè)的快速發(fā)展將水產(chǎn)養(yǎng)殖污染列為現(xiàn)代肥料的重要來(lái)源。大型養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物的施用,易導(dǎo)致氮、磷在土壤中大量積累,極大地提高了氮、磷流失和對(duì)地下水污染的風(fēng)險(xiǎn)性。因此,提出一種科學(xué)有效的廢棄物處理方法至關(guān)重要。研究和實(shí)踐表明,還田是行之有效的處理方式,廢棄物還田作肥料是傳統(tǒng)又經(jīng)濟(jì)的處理方法。目前國(guó)外對(duì)廢棄物還田利用的研究主要側(cè)重于安全性評(píng)估以及減少風(fēng)險(xiǎn)的措施;我國(guó)這方面研究則主要著眼于廢棄物處理的正面影響,即土壤改良及增產(chǎn)效果,對(duì)其副作用即長(zhǎng)期施用帶來(lái)的危害尚未給予足夠重視。農(nóng)田處理養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物的制約因素是二次污染問(wèn)題,一定面積土壤吸納能力是一定的,如果處理廢棄物超過(guò)土壤可以吸納的量,養(yǎng)分就會(huì)大量流失。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,本文利用盆栽實(shí)驗(yàn)?zāi)M牧草地開(kāi)展試驗(yàn),在持續(xù)兩季高施肥量種植作物的土壤上繼續(xù)種植狼尾草,明確農(nóng)田連續(xù)處理養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物的能力,分析潛在的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),為規(guī)?；?、集約化畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物的還田處理提供理論參考。1材料和方法1.1豬糞和牛糞全氮、全磷含量狼尾草品種:美國(guó)特高狼尾草。有機(jī)肥來(lái)源:豬糞源于南京市六合區(qū)竹鎮(zhèn)鎮(zhèn)一大型養(yǎng)殖戶,牛糞源于江寧山田奶牛場(chǎng),為生物作用處理干牛糞。豬糞全氮含量45.4gkg-1,全磷含量7.8gkg-1,含水量356.0gkg-1;牛糞全氮含量44.9gkg-1,全磷含量7.6gkg-1,含水量212.0gkg-1。2005年種植第一季之前供試土壤肥力全氮0.42gkg-1,全磷0.31gkg-1。1.2施肥處理方法本試驗(yàn)是在2005年和2006年盆栽試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行的(盆栽面積相當(dāng)于耕地0.06m2,2005年為第一季,每盆裝過(guò)篩土15kg,每盆土壤延續(xù)使用至現(xiàn)今的第三季),將豬糞、牛糞兩種有機(jī)肥作為基肥一次性施入,不施用化肥。設(shè)置七個(gè)施肥處理水平(表1),三次重復(fù)。試驗(yàn)在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)四周敞室玻璃大棚內(nèi)進(jìn)行,周期為2007年7月2日至同年10月15日。1.3測(cè)量?jī)?nèi)容和方法1.3.1莖、葉干物質(zhì)重、全氮、全磷狼尾草兩次刈割,第一次刈割時(shí)間8月25日,第二次刈割時(shí)間10月15日。刈割后分別取植株莖、葉殺青、烘干測(cè)定干物質(zhì)重、全氮、全磷;第二次刈割后取盆栽土樣,取全土層土壤,測(cè)定全氮、全磷含量。1.3.2測(cè)量土壤全氮測(cè)定采用凱氏定氮法。土壤全磷采用HClO4-H2SO4消煮、鉬銻抗比色法。1.4植株氮磷吸收量植株干物質(zhì)重采用實(shí)測(cè)法獲得每盆干物質(zhì)重,再折算成每公頃產(chǎn)量;植株氮磷吸收量為植株干物質(zhì)重與植株氮磷含量的乘積;土壤氮磷殘留量為土壤重量與處理后土壤氮磷含量和處理前土壤氮磷含量差值的乘積。2結(jié)果與分析2.1豬糞處理量和總干物質(zhì)重由圖1和圖2可以看出,盆栽狼尾草干物質(zhì)重隨豬糞、牛糞還田量增加而增加。P5(豬糞處理量120000kghm-2)處理總干物質(zhì)重較P4(豬糞處理量60000kghm-2)處理增加95%,P6(豬糞處理量240000kghm-2)處理總干物質(zhì)重較P5處理僅增加19%;C5(牛糞處理量97875kghm-2)處理干物質(zhì)重較C4(牛糞處理量48930kghm-2)處理增加25%,C6(牛糞處理量195750kghm-2)處理總干物質(zhì)重較C5處理增加19%。由此可見(jiàn),盡管P6處理和C6處理保持了高施肥水平,從整體來(lái)看狼尾草干物質(zhì)重也未出現(xiàn)下降趨勢(shì),但隨著糞便還田量增加,植株干物質(zhì)重增幅在減小。說(shuō)明此時(shí)糞便處理量已接近狼尾草植株生理承受能力極限。2.2狼尾草植物對(duì)氮和磷的吸收2.2.1氮吸收量pb圖3、圖4顯示,豬糞、牛糞處理下,盆栽狼尾草氮吸收量隨著豬糞、牛糞還田處理量的增加而增加。其中,P6(豬糞處理量240000kghm-2)處理較P5(豬糞處理量120000kghm-2)處理氮吸收量增加36%,P5處理較P4(豬糞處理量60000kghm-2)處理氮吸收量增加63%;C6(牛糞處理量195750kghm-2)處理較C5(牛糞處理量97875kghm-2)處理狼尾草氮吸收量增加76%,C5處理較C4(牛糞處理量48930kghm-2)處理狼尾草氮吸收量增加19%。由此說(shuō)明,在不同糞便處理量與狼尾草植株氮含量無(wú)明顯相關(guān)性前提下,糞便處理量與狼尾草生物量之間有一定相關(guān)性,隨著糞便處理量增加,狼尾草生物量也會(huì)增加。2.2.2不同處理植株磷吸收量圖5顯示,豬糞處理下盆栽狼尾草植株磷吸收量隨豬糞處理量增加呈先增后減的變化趨勢(shì)。P5(豬糞處理量120000kghm-2)處理狼尾草植株磷吸收量達(dá)到最大值,為116kghm-2。P5處理磷吸收量較P4(豬糞處理量60000kghm-2)處理高85%,較P6(豬糞處理量240000kghm-2)處理高14%,說(shuō)明豬糞處理量達(dá)到一定程度時(shí),狼尾草對(duì)磷的吸收會(huì)飽和。圖6顯示,牛糞處理下盆栽狼尾草植株磷吸收量隨牛糞處理量增加而增加。由空白處理至C4(牛糞處理量48930kghm-2)處理植株氮吸收量增幅明顯,C5(牛糞處理量97875kghm-2)處理至C6(牛糞處理量195750kghm-2)處理植株磷吸收量增幅不明顯,C6處理植株磷吸收量較C5處理高0.04%,C5處理植株磷吸收量較C4處理高6%,在較高牛糞處理量情況下,植株磷吸收量隨牛糞處理量升高增幅程度減小。上述情況說(shuō)明當(dāng)牛糞處理量達(dá)一定程度時(shí),磷施入量也達(dá)到一定程度,如果繼續(xù)增加施用量植株磷吸收量不會(huì)繼續(xù)明顯增加,這充分說(shuō)明狼尾草植株對(duì)磷吸收能力是有限的,與作物的生理特點(diǎn)吻合。2.3家禽糞便二次污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析2.3.1收獲狼尾草后的土壤氮和磷含量2.3.1.不同處理對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響圖7和圖8顯示,土壤氮含量隨糞便處理量增加而增加。P1(豬糞處理量7500kghm-2)處理至P3(豬糞處理量15000kghm-2)處理差異性不顯著,P4(豬糞處理量60000kghm-2)處理至P6(豬糞處理量240000kghm-2)處理差異性顯著,P6處理土壤氮含量較P5(豬糞處理量120000kghm-2)處理、P4處理分別高26%和44%;C1(牛糞處理量6120kghm-2)處理至C3(牛糞處理量24465kghm-2)處理差異性不顯著,C4(牛糞處理量48930kghm-2)處理至C6(牛糞處理量195750kghm-2)處理差異性顯著,C6處理土壤氮含量較C5(牛糞處理量97875kghm-2)處理、C4處理分別高47%和82%。充分說(shuō)明過(guò)量施肥必然會(huì)導(dǎo)致土壤氮含量明顯升高,氮素?fù)p失風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)加劇。因此為了不給環(huán)境帶來(lái)較大的危害,不應(yīng)無(wú)節(jié)制地將大量養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物進(jìn)行還田處理,應(yīng)摒棄養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物(糞便)只要還田即是處理妥善的錯(cuò)誤想法、做法。2.3.1.不同處理土壤磷含量差異性圖9、圖10顯示,土壤磷含量隨著糞便處理量增加而增加。從空白處理至P3(豬糞處理量30000kghm-2)處理土壤磷含量差異性不顯著,P4(豬糞處理量60000kghm-2)處理和P5(豬糞處理量120000kghm-2)處理土壤磷含量差異性不顯著,P5處理和P6處理土壤磷含量差異性顯著,P6處理土壤磷含量較P5處理高32%;C4(牛糞處理量48930kghm-2)處理至C6處理土壤磷含量差異性顯著,C6(牛糞處理量195750kghm-2)處理土壤磷含量較C5(牛糞處理量97875kghm-2)處理高22%,C5處理土壤磷含量較C4處理高42%。由此說(shuō)明繼續(xù)提高豬糞處理量將導(dǎo)致土壤磷含量升高,相應(yīng)就會(huì)出現(xiàn)土壤磷殘留量升高,磷損失風(fēng)險(xiǎn)性增加。2.3.2在收獲狼尾草后，土壤中的氮和磷殘留2.3.2.試驗(yàn)處理土壤氮?dú)埩袅繄D11顯示,隨著豬糞處理量與牛糞處理量的增加盆栽狼尾草土壤中氮?dú)埩袅恳搽S之增加,并且增加幅度很大。P6(豬糞處理量240000kghm-2)處理與P5(豬糞處理量120000kghm-2)處理土壤氮?dú)埩袅枯^P4(豬糞處理量60000kghm-2)處理分別高97%和46%,C6(牛糞處理量195750kghm-2)處理與C5(牛糞處理量97875kghm-2)處理土壤氮?dú)埩袅枯^C4(牛糞處理量48930kghm-2)處理分別高188%和25%,這說(shuō)明豬糞與牛糞處理量越大,高施肥量處理相對(duì)于低施肥量處理而言氮?dú)埩袅康脑龇苍酱?甚至成倍增加。這充分證明豬糞和牛糞處理量過(guò)多將導(dǎo)致土壤中氮?dú)埩袅吭黾拥恼f(shuō)法的正確性,印證了單位面積土地處理養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物能力是有限的,不應(yīng)該無(wú)節(jié)制地用農(nóng)田處理廢棄物(糞便)說(shuō)法的正確性。2.3.2.不同施肥方案對(duì)土壤磷殘留的影響圖12顯示,隨著豬糞處理量與牛糞處理量的增加盆栽狼尾草土壤中磷殘留量也隨之增加,并且增加幅度很大。P6(豬糞處理量240000kghm-2)處理和P5(豬糞處理量120000kghm-2)處理土壤磷殘留量較P4(豬糞處理量60000kghm-2)處理分別高42%和20%,C6(牛糞處理量195750kghm-2)處理與C5(牛糞處理量97875kghm-2)處理土壤磷殘留量較C4(牛糞處理量48930kghm-2)處理分別高75%和10%,這說(shuō)明豬糞和牛糞處理量越大,高施肥水平相對(duì)于低施肥水平而言磷殘留量的增幅也越大,甚至成倍增加,由此產(chǎn)生的磷素流失帶來(lái)的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。3討論和結(jié)論3.1農(nóng)田三氮磷污染風(fēng)險(xiǎn)本試驗(yàn)是在2005年和2006年試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行的,上下季土壤氮磷含量相比較而言,呈增加態(tài)勢(shì),說(shuō)明有機(jī)肥可以培肥地力,如果試驗(yàn)選用土壤養(yǎng)分含量較低,效果更明顯。但是高廢棄物(糞便)處理量必然引起農(nóng)田氮素大量盈余,造成氮素?fù)p失量和損失率的增加,而農(nóng)田氮素是造成水體質(zhì)量退化、富營(yíng)養(yǎng)化的重要因素之一。磷是水體產(chǎn)生富營(yíng)養(yǎng)化的限制因素[10~12],磷素易被土壤固定,引起農(nóng)田磷素大量富集在土壤表層,而土壤表層中溶解的無(wú)機(jī)磷、有機(jī)磷和顆粒磷均可隨地表徑流而流失,進(jìn)而匯入河流、湖泊,加重地表水富營(yíng)養(yǎng)化。綜觀上述說(shuō)明,單位面積土地消納養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物(糞便)的能力是有限的,過(guò)量、無(wú)節(jié)制地將糞便直接還田處理帶來(lái)的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)不容小視。高施肥水平導(dǎo)致了土壤氮磷含量及其殘留量明顯增加,因此在種植下一季作物時(shí)可以考慮對(duì)施肥量進(jìn)行調(diào)整,以保證農(nóng)田可持續(xù)處理畜禽廢棄物,但如何調(diào)整還有待于進(jìn)一步研究。同時(shí)需要指出的是本試驗(yàn)選用的土壤肥力較低,如果試驗(yàn)選用的土壤肥力較高,土壤消納廢棄物(糞便)的能力是否會(huì)受到影響,還有待于進(jìn)一步研究。3.2過(guò)低施肥,土壤中全氮、全氮含量高,兩牧草地可以有效地消納養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物(糞便),在獲得作物增產(chǎn)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)避免養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物(糞便)對(duì)環(huán)境的污染。本試驗(yàn)得出如下結(jié)論:隨糞便處理量增加,狼尾草干物質(zhì)重及植株對(duì)氮磷的吸收量也隨之增加,但過(guò)量施肥增加效果不明顯,甚至出現(xiàn)下降趨勢(shì);高量施用養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物(糞便)將導(dǎo)致土壤中全氮含量、全磷