牧草处理养殖场废弃物粪便的初步研究

牧草处理养殖场废弃物粪便的初步研究

近年来，我国畜牧业的快速发展将水产养殖污染列为现代肥料的重要来源。大型养殖场废弃物的施用,易导致氮、磷在土壤中大量积累,极大地提高了氮、磷流失和对地下水污染的风险性。因此,提出一种科学有效的废弃物处理方法至关重要。研究和实践表明,还田是行之有效的处理方式,废弃物还田作肥料是传统又经济的处理方法。目前国外对废弃物还田利用的研究主要侧重于安全性评估以及减少风险的措施;我国这方面研究则主要着眼于废弃物处理的正面影响,即土壤改良及增产效果,对其副作用即长期施用带来的危害尚未给予足够重视。农田处理养殖场废弃物的制约因素是二次污染问题,一定面积土壤吸纳能力是一定的,如果处理废弃物超过土壤可以吸纳的量,养分就会大量流失。针对这个问题,本文利用盆栽实验模拟牧草地开展试验,在持续两季高施肥量种植作物的土壤上继续种植狼尾草,明确农田连续处理养殖场废弃物的能力,分析潜在的生态环境风险,为规模化、集约化畜禽养殖场废弃物的还田处理提供理论参考。1材料和方法1.1猪粪和牛粪全氮、全磷含量狼尾草品种:美国特高狼尾草。有机肥来源:猪粪源于南京市六合区竹镇镇一大型养殖户,牛粪源于江宁山田奶牛场,为生物作用处理干牛粪。猪粪全氮含量45.4gkg-1,全磷含量7.8gkg-1,含水量356.0gkg-1;牛粪全氮含量44.9gkg-1,全磷含量7.6gkg-1,含水量212.0gkg-1。2005年种植第一季之前供试土壤肥力全氮0.42gkg-1,全磷0.31gkg-1。1.2施肥处理方法本试验是在2005年和2006年盆栽试验基础上进行的(盆栽面积相当于耕地0.06m2,2005年为第一季,每盆装过筛土15kg,每盆土壤延续使用至现今的第三季),将猪粪、牛粪两种有机肥作为基肥一次性施入,不施用化肥。设置七个施肥处理水平(表1),三次重复。试验在南京农业大学四周敞室玻璃大棚内进行,周期为2007年7月2日至同年10月15日。1.3测量内容和方法1.3.1茎、叶干物质重、全氮、全磷狼尾草两次刈割,第一次刈割时间8月25日,第二次刈割时间10月15日。刈割后分别取植株茎、叶杀青、烘干测定干物质重、全氮、全磷;第二次刈割后取盆栽土样,取全土层土壤,测定全氮、全磷含量。1.3.2测量土壤全氮测定采用凯氏定氮法。土壤全磷采用HClO4-H2SO4消煮、钼锑抗比色法。1.4植株氮磷吸收量植株干物质重采用实测法获得每盆干物质重,再折算成每公顷产量;植株氮磷吸收量为植株干物质重与植株氮磷含量的乘积;土壤氮磷残留量为土壤重量与处理后土壤氮磷含量和处理前土壤氮磷含量差值的乘积。2结果与分析2.1猪粪处理量和总干物质重由图1和图2可以看出,盆栽狼尾草干物质重随猪粪、牛粪还田量增加而增加。P5(猪粪处理量120000kghm-2)处理总干物质重较P4(猪粪处理量60000kghm-2)处理增加95%,P6(猪粪处理量240000kghm-2)处理总干物质重较P5处理仅增加19%;C5(牛粪处理量97875kghm-2)处理干物质重较C4(牛粪处理量48930kghm-2)处理增加25%,C6(牛粪处理量195750kghm-2)处理总干物质重较C5处理增加19%。由此可见,尽管P6处理和C6处理保持了高施肥水平,从整体来看狼尾草干物质重也未出现下降趋势,但随着粪便还田量增加,植株干物质重增幅在减小。说明此时粪便处理量已接近狼尾草植株生理承受能力极限。2.2狼尾草植物对氮和磷的吸收2.2.1氮吸收量pb图3、图4显示,猪粪、牛粪处理下,盆栽狼尾草氮吸收量随着猪粪、牛粪还田处理量的增加而增加。其中,P6(猪粪处理量240000kghm-2)处理较P5(猪粪处理量120000kghm-2)处理氮吸收量增加36%,P5处理较P4(猪粪处理量60000kghm-2)处理氮吸收量增加63%;C6(牛粪处理量195750kghm-2)处理较C5(牛粪处理量97875kghm-2)处理狼尾草氮吸收量增加76%,C5处理较C4(牛粪处理量48930kghm-2)处理狼尾草氮吸收量增加19%。由此说明,在不同粪便处理量与狼尾草植株氮含量无明显相关性前提下,粪便处理量与狼尾草生物量之间有一定相关性,随着粪便处理量增加,狼尾草生物量也会增加。2.2.2不同处理植株磷吸收量图5显示,猪粪处理下盆栽狼尾草植株磷吸收量随猪粪处理量增加呈先增后减的变化趋势。P5(猪粪处理量120000kghm-2)处理狼尾草植株磷吸收量达到最大值,为116kghm-2。P5处理磷吸收量较P4(猪粪处理量60000kghm-2)处理高85%,较P6(猪粪处理量240000kghm-2)处理高14%,说明猪粪处理量达到一定程度时,狼尾草对磷的吸收会饱和。图6显示,牛粪处理下盆栽狼尾草植株磷吸收量随牛粪处理量增加而增加。由空白处理至C4(牛粪处理量48930kghm-2)处理植株氮吸收量增幅明显,C5(牛粪处理量97875kghm-2)处理至C6(牛粪处理量195750kghm-2)处理植株磷吸收量增幅不明显,C6处理植株磷吸收量较C5处理高0.04%,C5处理植株磷吸收量较C4处理高6%,在较高牛粪处理量情况下,植株磷吸收量随牛粪处理量升高增幅程度减小。上述情况说明当牛粪处理量达一定程度时,磷施入量也达到一定程度,如果继续增加施用量植株磷吸收量不会继续明显增加,这充分说明狼尾草植株对磷吸收能力是有限的,与作物的生理特点吻合。2.3家禽粪便二次污染环境风险分析2.3.1收获狼尾草后的土壤氮和磷含量2.3.1.不同处理对土壤养分含量的影响图7和图8显示,土壤氮含量随粪便处理量增加而增加。P1(猪粪处理量7500kghm-2)处理至P3(猪粪处理量15000kghm-2)处理差异性不显著,P4(猪粪处理量60000kghm-2)处理至P6(猪粪处理量240000kghm-2)处理差异性显著,P6处理土壤氮含量较P5(猪粪处理量120000kghm-2)处理、P4处理分别高26%和44%;C1(牛粪处理量6120kghm-2)处理至C3(牛粪处理量24465kghm-2)处理差异性不显著,C4(牛粪处理量48930kghm-2)处理至C6(牛粪处理量195750kghm-2)处理差异性显著,C6处理土壤氮含量较C5(牛粪处理量97875kghm-2)处理、C4处理分别高47%和82%。充分说明过量施肥必然会导致土壤氮含量明显升高,氮素损失风险也会加剧。因此为了不给环境带来较大的危害,不应无节制地将大量养殖场废弃物进行还田处理,应摒弃养殖场废弃物(粪便)只要还田即是处理妥善的错误想法、做法。2.3.1.不同处理土壤磷含量差异性图9、图10显示,土壤磷含量随着粪便处理量增加而增加。从空白处理至P3(猪粪处理量30000kghm-2)处理土壤磷含量差异性不显著,P4(猪粪处理量60000kghm-2)处理和P5(猪粪处理量120000kghm-2)处理土壤磷含量差异性不显著,P5处理和P6处理土壤磷含量差异性显著,P6处理土壤磷含量较P5处理高32%;C4(牛粪处理量48930kghm-2)处理至C6处理土壤磷含量差异性显著,C6(牛粪处理量195750kghm-2)处理土壤磷含量较C5(牛粪处理量97875kghm-2)处理高22%,C5处理土壤磷含量较C4处理高42%。由此说明继续提高猪粪处理量将导致土壤磷含量升高,相应就会出现土壤磷残留量升高,磷损失风险性增加。2.3.2在收获狼尾草后，土壤中的氮和磷残留2.3.2.试验处理土壤氮残留量图11显示,随着猪粪处理量与牛粪处理量的增加盆栽狼尾草土壤中氮残留量也随之增加,并且增加幅度很大。P6(猪粪处理量240000kghm-2)处理与P5(猪粪处理量120000kghm-2)处理土壤氮残留量较P4(猪粪处理量60000kghm-2)处理分别高97%和46%,C6(牛粪处理量195750kghm-2)处理与C5(牛粪处理量97875kghm-2)处理土壤氮残留量较C4(牛粪处理量48930kghm-2)处理分别高188%和25%,这说明猪粪与牛粪处理量越大,高施肥量处理相对于低施肥量处理而言氮残留量的增幅也越大,甚至成倍增加。这充分证明猪粪和牛粪处理量过多将导致土壤中氮残留量增加的说法的正确性,印证了单位面积土地处理养殖场废弃物能力是有限的,不应该无节制地用农田处理废弃物(粪便)说法的正确性。2.3.2.不同施肥方案对土壤磷残留的影响图12显示,随着猪粪处理量与牛粪处理量的增加盆栽狼尾草土壤中磷残留量也随之增加,并且增加幅度很大。P6(猪粪处理量240000kghm-2)处理和P5(猪粪处理量120000kghm-2)处理土壤磷残留量较P4(猪粪处理量60000kghm-2)处理分别高42%和20%,C6(牛粪处理量195750kghm-2)处理与C5(牛粪处理量97875kghm-2)处理土壤磷残留量较C4(牛粪处理量48930kghm-2)处理分别高75%和10%,这说明猪粪和牛粪处理量越大,高施肥水平相对于低施肥水平而言磷残留量的增幅也越大,甚至成倍增加,由此产生的磷素流失带来的环境污染风险不容忽视。3讨论和结论3.1农田三氮磷污染风险本试验是在2005年和2006年试验基础上进行的,上下季土壤氮磷含量相比较而言,呈增加态势,说明有机肥可以培肥地力,如果试验选用土壤养分含量较低,效果更明显。但是高废弃物(粪便)处理量必然引起农田氮素大量盈余,造成氮素损失量和损失率的增加,而农田氮素是造成水体质量退化、富营养化的重要因素之一。磷是水体产生富营养化的限制因素[10~12],磷素易被土壤固定,引起农田磷素大量富集在土壤表层,而土壤表层中溶解的无机磷、有机磷和颗粒磷均可随地表径流而流失,进而汇入河流、湖泊,加重地表水富营养化。综观上述说明,单位面积土地消纳养殖场废弃物(粪便)的能力是有限的,过量、无节制地将粪便直接还田处理带来的环境污染风险不容小视。高施肥水平导致了土壤氮磷含量及其残留量明显增加,因此在种植下一季作物时可以考虑对施肥量进行调整,以保证农田可持续处理畜禽废弃物,但如何调整还有待于进一步研究。同时需要指出的是本试验选用的土壤肥力较低,如果试验选用的土壤肥力较高,土壤消纳废弃物(粪便)的能力是否会受到影响,还有待于进一步研究。3.2过低施肥,土壤中全氮、全氮含量高,两牧草地可以有效地消纳养殖场废弃物(粪便),在获得作物增产带来的经济效益的同时避免养殖场废弃物(粪便)对环境的污染。本试验得出如下结论:随粪便处理量增加,狼尾草干物质重及植株对氮磷的吸收量也随之增加,但过量施肥增加效果不明显,甚至出现下降趋势;高量施用养殖场废弃物(粪便)将导致土壤中全氮含量、全磷