豬糞尿源沼液中主要養(yǎng)分和重金屬分布特性

趙國華，陳 貴，徐 劼

（1.嘉興學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，浙江嘉興 314001；2.嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境研究室，浙江嘉興 314016）

豬糞尿源沼液中主要養(yǎng)分和重金屬分布特性

趙國華1，陳 貴2，徐 劼1

（1.嘉興學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，浙江嘉興 314001；2.嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境研究室，浙江嘉興 314016）

為了解豬糞尿源沼液的養(yǎng)分及重金屬含量特性，通過多點采樣、分析測定了沼液中作物生長所需的大量和微量養(yǎng)分含量，以及主要有害重金屬元素的含量。結(jié)果表明，豬糞尿源沼液含氮1 488～10 109 mg· L-1，平均5 514 mg·L-1，其中主要以銨態(tài)氮形式存在，可占總氮的68.7%～89.8%；磷1 123～3 318 mg· L-1；鉀36～167 mg·L-1；另外，沼液中含有大量的鐵（36.6 mg·L-1）、銅（13.3 mg·L-1）和鋅（18.0 mg· L-1）等微量營養(yǎng)元素，但同時也含有一定量的砷（9.05 mg·L-1）、鎳（0.77 mg·L-1）、鉛（0.21 mg· L-1）、鎘（0.022 mg·L-1）等有害重金屬元素；但各采樣點之間沼液中各成分的變異較大。沼液普遍呈堿性且含有豐富的有機質(zhì)。因此，沼液農(nóng)用時要注意高銨對作物的毒害作用以及長期施用對土壤和作物重金屬污染的風險。

豬糞尿；沼液；氮；重金屬

隨著我國部分地區(qū)畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，沼氣工程的建設(shè)不僅解決了大量畜禽排泄物任意排放及其他不合理處置所帶來的環(huán)境污染問題，也節(jié)約了電力能源，降低了二氧化碳排放量。但是，沼氣工程實施過程中會產(chǎn)生大量的沼液，有報道稱1個總池容為800 m3的沼氣工程每天需要外排的沼液量為15 t左右［1］，因此，如對其處理不當仍會導(dǎo)致次生環(huán)境污染。目前，沼液的主要處理方式是將其集中定點收集之后以廢水形式進行環(huán)境無害化處理，這不僅增加了城市本已高負荷運行的污水處理成本和壓力，而且造成了養(yǎng)分資源的浪費。發(fā)展生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)，減少由于農(nóng)業(yè)活動而引起的環(huán)境問題是很多地區(qū)大力宣傳和倡導(dǎo)的發(fā)展模式，也是農(nóng)業(yè)可持續(xù)、健康發(fā)展的必由之路［2-3］。沼液農(nóng)用即可以有效循環(huán)利用作物生長所需的營養(yǎng)元素，如氮、磷、鉀及部分微量元素等，也能夠減少化學(xué)肥料和礦物質(zhì)肥料的施用量和節(jié)約淡水資源。然而，沼液成分比較復(fù)雜，如對其不加了解而任意農(nóng)用很可能導(dǎo)致作物減產(chǎn)和其他環(huán)境危害，如對農(nóng)產(chǎn)品安全性、土壤重金屬累積以及地下水質(zhì)量等。以我國主要的生豬養(yǎng)殖基地浙江省嘉興市為研究地，隨機選取不同生豬養(yǎng)殖規(guī)模農(nóng)戶或企業(yè)沼氣池發(fā)酵后的沼液，分別從養(yǎng)分含量和有害物含量2方面對其進行了分析研究，旨在為沼液農(nóng)用提供指導(dǎo)和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗點和采樣方式

以浙江省嘉興市某村為試驗地，以不同生豬養(yǎng)殖規(guī)模的農(nóng)戶或企業(yè)所產(chǎn)沼液為研究對象，共計7處取樣點，每處取樣點采集代表性的3份沼液樣品于250 m L塑料采樣瓶中，迅速帶回實驗室，用定性濾紙過濾后進行分析測定。

1.2 測定項目與方法

全氮采用堿性過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定，銨態(tài)氮采用靛粉藍比色法，硝態(tài)氮采用紫外分光光度法，全磷采用過硫酸鉀氧化-鉬藍比色法，全鉀采用火焰分光光度法測定，COD采用重鉻酸鉀法，重金屬元素（As、Cd、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb和Zn）采用微波消解后電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-Ms）測定。

1.3 統(tǒng)計與分析

數(shù)據(jù)分析采用數(shù)據(jù)處理軟件Excel進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 沼液中不同形態(tài)氮素含量

由表1可見，采集沼液中的氮含量為1 488～10 109 mg·L-1。銨態(tài)氮是沼液中的主要氮素形態(tài)，含量范圍為1 071～9 081 mg·L-1，平均含量為2 621 mg·L-1，占總氮的69%～90%，而硝態(tài)氮僅為33～360 mg·L-1，平均為166 mg·L-1，占總氮的0.5%～9.4%。除此之外，沼液中還含有相當一部分可溶性有機態(tài)氮，其含量可達262～1 681 mg·L-1，平均為992 mg·L-1，占總氮的7%～26%。通過分析發(fā)現(xiàn)，沼液中各形態(tài)氮素含量的變異均較大，其中總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和可溶性有機態(tài)氮的變異系數(shù)分別為53%，60%，68%和54%。

表1 豬糞尿源沼液中不同形態(tài)氮素含量特性

由此可見，沼液中含豐富的氮素營養(yǎng)成分，特別是銨態(tài)氮，同時含有一定量的有機態(tài)氮和少量的硝態(tài)氮。沼液中的氮素營養(yǎng)能夠為作物提供所需的養(yǎng)分，但值得注意的是，沼液中的氮素營養(yǎng)以銨態(tài)氮為主，施用時要注意用量，用量過多會造成燒苗和作物生長受抑制。對于NH4+-N敏感作物而言尤需警惕。研究表明大麥、西紅柿、黃瓜、菠菜對銨態(tài)氮較敏感，高濃度會造成生長受抑和減產(chǎn)，而水稻、豌豆、洋蔥對銨態(tài)氮的耐受能力則比較強［4-5］。因此，要根據(jù)不同作物對銨態(tài)氮的耐受特性適量施用沼液。

2.2 沼液中其他養(yǎng)分含量及特性

由表2可知，7處沼液的pH值均呈堿性，范圍為7.95～8.96，均值為8.56，此結(jié)果與其他研究基本一致［6-7］，沼液pH的變異系數(shù)為3.82。磷和鉀營養(yǎng)是除氮素以外作物所需的另外2種大量營養(yǎng)元素。從此次采集的沼液來看，其中含有豐富的磷和鉀營養(yǎng)元素，全磷平均濃度可達2189 mg· L-1，鉀達113 mg·L-1，但沼液中兩者的變異系數(shù)相對較大，分別為45%和42%。COD能夠反映沼液中的有機物質(zhì)含量，通過分析發(fā)現(xiàn)沼液中含相當量的有機物質(zhì)，COD平均值達952 mg·L-1。

表2 豬糞尿源沼液中的不同養(yǎng)分特性

2.3 沼液中作物生長必須微量元素和其他重金屬元素含量

沼液中含有的重金屬元素，包括作物生長所必須和非必需元素。通過分析（表3）發(fā)現(xiàn)沼液中含有的必需元素Cu、Fe、Mn和Zn的平均值分別為13.3，36.6，2.97和18.0 mg·L-1，其變異值分別為68.3%，44.7%，63.2%和57.1%。另外，沼液中含有的非必需重金屬元素As、Cd、Ni和Pb的含量分別為9.05，0.022，0.77和0.21 mg· L-1，其變異值分別為41.7%，40.3%，40.2%和26.7%。

表3 豬糞尿源沼液中重金屬含量

Cu、Fe、Mn和Zn雖然是作物生長所必需的營養(yǎng)元素，但如果沼液中含量過高，再加上長期澆灌對土壤重金屬含量和作物生長可能也是不利的。在本調(diào)查當中，所測必需金屬元素的含量順序為Fe＞Zn＞Cu＞Mn，變異系數(shù)為44.7%～68.3%。這可能與生豬喂養(yǎng)飼料成分以及發(fā)酵原料中水分含量存在很大關(guān)系。沼液中非必需重金屬元素含量順序為As＞Ni＞Pb＞Cd，其中As的含量遠大于其他3種元素，而且遠超農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)標準（GB 5084—2005）中的As的標準值（旱作0.1 mg· L-1，水作和蔬菜0.05 mg·L-1）。但是低于有機肥行業(yè)標準（NY 525—2012）中的As含量≤15 mg·kg-1，沼液中Pb和Cd含量也低于有機肥行業(yè)標準（≤50 mg·kg-1和≤3 mg·kg-1）。沼液中的重金屬可能與我國目前的畜禽飼料添加劑質(zhì)量標準不夠嚴格，質(zhì)量管理松懈緊密相關(guān)，如有的在仔豬飼料中添加硫酸銅達100～250 mg·kg-1，添加Zn達2 000～3 000 mg·kg-1［8-9］。

3 小結(jié)

沼液中含有豐富的氮、磷和鉀等作物所需的大量元素，但氮素主要以銨態(tài)氮形態(tài)存在，施用時要注意高銨對作物的毒害作用；沼液普遍呈堿性，且含有豐富的有機物質(zhì)，應(yīng)盡量減少在喜酸環(huán)境作物上的應(yīng)用。

沼液中含有豐富的金屬元素，包括作物生長必需和非必需元素，后者含量雖然超過農(nóng)業(yè)用灌溉水的標準，但并未超過有機肥的行業(yè)標準。有關(guān)沼液長期施用是否會導(dǎo)致土壤重金屬污染仍需緊密關(guān)注；沼液中各成分的變異系數(shù)較大，各地施用時要注意把握合理用量。

［1］ 陳永杏.豬場沼液農(nóng)用生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究：以北京地區(qū)冬小麥/夏玉米輪作農(nóng)田為例［D］.北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

［2］ 馬同富.發(fā)展農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟的利用模式與思考［J］.山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（10）：1128-1130，1136.

［3］ 席建峰，高飛，房蘇清，等.我國生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及對策研究［J］.中國西部科技，2012，11（9）：47-48.

［4］ Britto D T，Kronzucker H J.NH4+toxicity in higher plants：a critical review［J］.JPlant Physiol，2002，159：567-584.

［5］ Lasa B，F(xiàn)rechilla S，Lamsfus C，et al.The sensitivity to ammonium nutrition is related to nitrogen accumulation［J］. Scientia Horticu ltu rae，2001，91：143-152.

［6］ 張進，張妙仙，單勝道，等.沼液對水稻生長產(chǎn)量及其重金屬含量的影響［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2009，28（10）：2005-2009.

［7］ 鐘攀，李澤碧，李清榮，等.重慶沼氣肥養(yǎng)分物質(zhì)和重金屬狀況研究［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2007，26（增刊1）：165-171.

［8］ 黃鴻翔，李書田，李向林，等.我國有機肥的現(xiàn)狀與發(fā)展前景分析［J］.土壤肥料，2006（1）：3-8.

［9］ 朱兆良，金繼運.保障我國糧食安全的肥料問題［J］.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2013，19（2）：259-273.

（責任編輯：盧福莊）

S 141

A

0528-9017（2014）09-1454-03

2014-06-09

嘉興市科技計劃項目（2011AY1047）；嘉興市科技計劃項目（2012AY1046）

趙國華（1980-），女，山西稷山人，講師，博士，研究方向為固體廢物處理與資源化。E-mail：renaidong@163.com。

文獻著錄格式：趙國華，陳貴，徐劼.豬糞尿源沼液中主要養(yǎng)分和重金屬分布特性［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014（9）：1454-1456.