猪场污水还田与化肥配施对农田水土环境和作物产量的影响

畜禽粪污还田利用作为一种具有良好经济性和可操作性的资源化处理方式,近年来逐步成为规模化畜禽养殖场污染减排的方向,但其在还田过程中对水、土壤环境以及作物产量的潜在影响也不容忽视。以规模化养猪场为例,以常规化肥施用农田为对照,研究猪场厌氧污水还田与化肥配施对水环境(地表径流污染物流失负荷、地下水污染物浓度)、土壤环境(养分含量)和作物产量的影响。结果表明,与常规对照农田相比,污水还田农田地表径流化学需氧量(COD)、总磷(TP)和可溶性磷(DP)年流失负荷分别显著增加32.18%、15.46%和28.13%,但氨氮(以NH_4~+-N计)年流失负荷显著减少31.81%;地下水COD、硝态氮(NO_3~--N)、TP和DP等污染物浓度分别显著提高24.69%、17.04%、11.76%和21.05%;与初始土壤相比,污水还田农田不同土层中TN含量显著降低,常规对照农田TP含量显著降低;污水还田农田作物产量与常规对照农田无显著差异。     

农用地土壤-作物系统对畜禽粪便养分消纳能力的评价

从土壤对养分消纳能力和作物养分需求角度出发,利用空间分析和地统计学方法,以北京市大兴区为例,进行了以地块为单元的农用地土壤-作物系统对畜禽粪便养分消纳能力评价.结果表明,大兴区农用地土壤-作物系统对畜禽粪便养分消纳能力整体一般,81.65%的农用地处于中下水平.除了因为大兴区的土壤保肥吸收能力整体不强外,还与大兴区的种植结构与种植面积有关,特别是高肥力的耕地与设施农业用地占地比例较小.     

沼液化肥配施对旱地红壤花生养分吸收分配和产量的影响

为明确最佳沼液化肥配施比例下旱地红壤花生产量、各生育期生物量积累变化规律及其对氮、磷养分吸收的规律,通过田间定位试验研究了相同N-P2O5-K2O(120-90-135 kg·hm-2)施用量条件下,不同沼液还田量(以总氮计)对花生各生育期生物量积累,氮、磷养分吸收以及产量的影响。结果表明,沼液还田处理产量较不施肥和单施化肥分别显著增加44.50%~55.70%和10.80%~19.40%,当沼液还田比例(以总氮计)达30%时产量最高,为3 588 kg·hm-2。相关分析发现沼液还田量(以总氮计,x)与花生产量(y)呈极显著相关,回归方程为y=-1.136 5x2+59.112x+2 988.3(R2=0.98,P0.01)。当沼液还田比例(以总氮计)达30%时,开花期、结荚期和收获期生物量积累较其他处理分别增加7.29%~56.69%、11.24%~100.44%和9.33%~62.17%;氮积累量分别增加16.58%~77.53%、4.99%~113.74%和1.81%~58.58%;磷积累量分别增加4.99%~113.74%、3.06%~127.18%和12.56%~62.17%。同时,该处理收获期籽粒中全氮、全磷积累量占总生物量总氮、总磷积累量的比例较其他处理分别提高3.27%~23.89%和2.72%~19.34%。可见,沼液还田比例(以总氮计)达30%时,一方面提高了开花期、结荚期和收获期植株对土壤中速效氮、磷的吸收,另一方面促进了收获期植株所吸收氮、磷向籽粒中的转移。因此,30%的沼液还田比例(以总氮计)显著提高了花生产量、各生育期生物量积累和植株对土壤中氮、磷的吸收利用,适宜在旱地红壤花生产区推广。     

海南省畜禽养殖污染及其治理分析

畜禽粪便中含有大量畜禽食粮后没有被完全转化的有机质和氮、磷、钾等营养元素,也含有可作为饲料营养物质,流失进入水体环境后会造成水质富营养化,降低河流水质功能。通过实测和估算,研究海南省畜禽养殖粪便产生的主要污染物及其对河流水体的影响情况,同时研究海南省处置畜禽粪便污染的效果。2002年海南省畜禽养殖粪便主要污染物产生量分别为:COD量50.35万t、无机氮8.87万t、磷酸盐2.26万t;主要污染物入河量分别为:COD量19861t、无机氮1953t、磷酸盐365t。目前采用的好氧与厌氧沼气化处理处置畜禽粪便与污水效果较好,COD平均去除率为89%,氨氮平均去除率为88%,总磷平均去除率为75%。国内对畜禽养殖粪便的处理处置和污染问题也有不少研究,但像此文较系统性地研究畜禽养殖粪便污染及其治理问题却为鲜见,计算与估算的方法也与其它研究有所不同。     

集约化养殖场羊与兔粪尿产生量的监测

以集约化养羊场、养兔场为研究对象,监测了不同季节羊与兔的粪尿排泄量、粪尿养分含量、饲料养分摄入量等.结果表明,兔日平均粪便排泄量0.37 kg·只-1,年粪便排泄总量135.05 kg·只-1,粪便中氮、磷、钾和有机质平均质量含量分别为25.55、5.07、6.59和660.4 g·kg-1;羊日平均粪便排泄量1.09 kg·只-1,年排泄总量397.85 kg·只-1,粪便中氮、磷、钾以及有机质平均质量含量分别为19.89、4.90、11.79和649.1 g·kg-1.同一季节,同种动物磷的排泄量与摄入量比值高于氮、钾,同种动物养分排泄量与摄入量比值在不同季节也有差异.     

闽江流域畜禽粪便的污染负荷及其环境风险评价

从闽江流域畜禽养殖业现状分析入手,根据作物所需畜禽粪尿肥的最大量,估算流域各县市的畜禽污染物产生量和农田畜禽粪便负荷量,对各县市畜禽养殖粪便污染进行潜在的环境风险评价.结果表明:闽江流域大多数集约化养殖场集中分布于中上游,并有向下游扩散的趋势;流域农田畜禽粪便负荷量平均达22.95 t·hm-2·a-1;整个流域的畜禽污染已对环境产生风险,尤其是富屯溪、沙溪流域更为突出.     

基于氮磷农田利用的黄淮海地区畜禽粪尿土地承载力研究

为评估黄淮海地区畜禽粪尿土地承载力,以《畜禽养殖业源产排污系数手册》为基础,采用2018年国家及地方统计年鉴数据,测算了黄淮海地区畜禽粪尿总量、耕地畜禽粪尿氮磷负荷和畜禽养殖环境风险指数,并基于氮磷农田利用估算了该地区畜禽粪尿土地承载力及发展潜力。结果表明:(1)2017年黄淮海地区畜禽养殖的粪尿、氮和磷产生量分别为31 434.18万、172.90万和31.10万t,单位面积耕地的畜禽粪尿、氮和磷负荷分别为12.00 t·hm~(-2)、66.05 kg·hm~(-2)和11.88 kg·hm~(-2);(2)畜禽污染物耕地负荷总体上处于较低水平,81.82%的城市畜禽粪尿耕地负荷低于15 t·hm~(-2),70.91%的城市畜禽氮负荷低于75 kg·hm~(-2),78.18%的城市畜禽磷负荷低于15 kg·hm~(-2);(3)从畜禽养殖环境风险看,北京属削减养殖区,天津、秦皇岛、烟台属严格控制区,威海、日照、德州、滨州、洛阳、许昌、漯河属适当控制区,邢台、安阳、商丘、枣庄、亳州、淮北、徐州、连云港、盐城、淮安属重点发展区,其余地区属一般发展区;(4)黄淮海地区基于氮磷农田利用的土地承载力为42 262.70万头猪当量,畜禽养殖潜力值为26 469.82万头猪当量,其中北京需削减66.34万头猪当量,天津、安徽、江苏、河北、河南和山东畜禽发展潜力分别为104.56万、3 569.14万、3 691.77万、4 189.90万、8 371.26万和6 609.53万头猪当量。     

佛山市畜禽粪便排放量与农田负荷量分析

在确定畜禽粪便年排放量的估算方法和畜禽粪便排泄系数的基础上,根据2009年佛山市畜禽养殖数据,估算佛山市畜禽粪便产生量及其主要养分含量,并对畜禽粪便的环境效应进行评价。结果表明,2009年佛山市畜禽粪便总排放量约为332.35万t,其中以商品肉猪和鸡排放量较高,分别占总量的60.85%和14.10%。畜禽粪便中COD、BOD、NH3-N、TP和TN含量分别为97 004.17、92 782.79、7 929.77、7 850.56和18 382.88 t。农田畜禽粪便负荷量（以猪粪当量计）为74.07 t.hm-2,N、P养分负荷量分别为436.83和186.55 kg.hm-2,畜禽粪便产生的环境问题已不容忽视。     

不同基肥处理对山原红壤土壤理化特性、酶活性及作物产量的影响

采用完全随机区组设计,在等量养分供应条件下,以单施化肥(NPK)为对照,研究基施猪粪有机肥替代化肥的10%(M10)、20%(M20)、30%(M30)、40%(M40)4个比例对玉米不同生育期土壤养分变化及土壤酶活性的影响,为山原红壤化肥减施、有机培肥和作物增产提供科学依据.结果表明:随基施有机肥替代比例的增加土壤养分呈增加趋势,与NPK处理相比,M10处理土壤养分含量无显著变化;M20、M30、M40处理玉米拔节期至抽雄期土壤养分含量显著增加,成熟期土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾含量增幅分别高达7.10%-8.46%、24.18%-26.37%、13.00%-18.31%、12.43%-17.43%(P 0.05);与基肥处理前相比,M40处理土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾含量分别增加了2.64 g/kg、0.31 g/kg、15.36 mg/kg、3.96 mg/kg、16.09 g/kg.基施有机肥玉米生育期土壤转化酶、脲酶、磷酸酶总体上先增后降,转化酶、磷酸酶活性相对高峰为抽雄期,脲酶活性相对高峰为大喇叭口期,过氧化氢酶呈逐渐升高趋势;M40处理土壤转化酶、磷酸酶活性较高,由25.24 mg/g、0.262 mg/g分别增加到31.53 mg/g、0.328 mg/g,成熟期较NPK处理分别提高了80.54%、77.29%;而土壤脲酶、过氧化氢酶活性M30处理最高,成熟期较NPK处理分别增加了11.25 mg/g、1.28mL/g.同时,M30、M40处理较NPK处理相比,玉米籽粒产量由6808.38kg/hm~2提高到7860.58 kg/hm~2和7463.66kg/hm~2,分别显著提高了15.45%、9.62%(P 0.05),且M30、M40差异不显著.多因素方差分析显示基肥处理和生育时期对有机质、全氮、有效磷、转化酶和磷酸酶有极显著的交互作用,而玉米产量与土壤养分和酶活性之间总体上呈显著或极显著正相关.本研究表明在山原红壤上进行基施有机肥替代化肥,短期内能改善与土壤碳、氮、磷循环密切相关的土壤酶活性,培肥土壤,提高作物产量,替代范围在30%-40%作用效果较好.(图4表3参38)     

成都平原菌渣还田土壤镉铅含量变化和环境容量

菌渣还田可改善土壤结构和供给作物生长所需部分养分,然而其所残留的重金属镉(Cd)和铅(Pb)可能污染土壤.为了解其施用量和环境容量之间的关系,在观察空白对照(CK)、常规施肥(T1)、单施菌渣提供100%氮(T2)、高量单施菌渣提供125%氮(T3)、菌渣和化肥配施各提供50%氮(T4)、菌渣和化肥配施分别提供75%和25%氮(T5)处理下土壤耕作层(0~(-2)0 cm)Cd和Pb含量变化的基础上,采用地累积指数法及污染指数法进行污染评价,应用静态容量法估算其环境容量.结果表明,土壤Cd和Pb含量随着菌渣施用量的增加及麦稻轮作周期延伸呈上升趋势,且水稻季土壤Cd和Pb含量上升趋势较小麦季略有减缓.污染评价结果表明,一年轮作周期后各处理下土壤Cd和Pb地累积指数(-0.51-0.29)和单因子污染指数(0.50-0.61)及综合污染指数(0.55-0.59)均属无污染等级,其中T4处理对土壤污染最低.经测算,土壤Cd和Pb静态环境容量为26.88 kg hm~(-2)和85.08 kg hm~(-2),菌渣适宜年还田量为8 183~(-1)2 681 kg hm~(-2)a~(-1),可安全使用15年.综上,重金属含量不超标的菌渣具备替代化肥的潜力,适量施用能够延长土壤的安全使用年限.     

种养一体规模化农场温室气体排放量分析

为准确评估华北平原种养一体规模化农场温室气体排放量,以河北某种养一体规模化农场为例,应用生命周期评价方法,根据《IPCC 2006国家温室气体清单指南》中的排放系数,计算该农场运行过程中温室气体排放量。结果表明,农场运行过程中年温室气体总排放量(以CO_2当量计,下同)为32 528.02 t,其中农田生产系统排放占28.09%,养殖场排放占71.91%,其中粪便贮存管理、饲料生产和加工、肠道发酵及氮素生产和施用等生产环节是温室气体主要排放源,分别占总排放量的34.66%、21.24%、15.48%和20.08%。生产1 t小麦、玉米籽粒的温室气体排放量分别为1 059.39和411.92 kg;生产1 kg原奶和1 kg按蛋白质和脂肪纠正的牛奶(FPCM)的温室气体排放量分别为1.04和1.14 kg,低于全球平均水平;生产1 kg活体猪、肉牛的温室气体排放量分别为2.58和10.00kg,与国内其他集约化养殖场的排放量相当。通过情景分析发现,种植生产中采取减氮(化肥)以及提高畜禽粪便废弃物处理能力等措施,加强农场氮素管理,改善饲料结构,可直接或间接减少农场水平温室气体排放。     

浙北地区平原河网农村小流域面源污染调查与防治对策——以德清县武康镇新琪村为例

以浙江省德清县武康镇新琪村为例,通过污染源及水环境调查,分析平原河网农村小流域面源污染的产生来源与特点,并估算调查区域面源污染负荷及比例.研究结果表明,研究区面源污染的主要来源是水产养殖业、农村生活污水和种植业,水产养殖业氮、磷污染负荷占总污染负荷的31.73%和21.59%;农村生活污水对磷污染负荷贡献最大,占39.48%;氮、磷养分投入过高,导致种植业氮、磷污染负荷比例分别为27.69%和28.53%;畜禽养殖业氮、磷污染负荷比例分别为10.75%和10.40%,对区域氮、磷污染贡献率最低.建议将农业面源污染的控制重点从传统的粮食作物种植区转移到高投入密集型种植业,通过合理的工程和技术措施降低水产养殖业和农村生活污水的污染排放量.     

基于污染控制的小麦品种氮磷钾吸收与移除特征研究

种植养分高效吸收利用的作物,可以减少农田养分损失,控制农业生产造成的面源污染。通过不同小麦(Triticum aestivum L.)品种对比试验,旨在筛选养分高效吸收利用的小麦品种并探索其调控机理。以南京地区近年来新育成的12个品种为材料,研究了不同品种氮、磷、钾吸收量及其在体内的分配,分析了影响养分吸收各因子的贡献,并计算了秸秆还田和不还田两种方式下小麦收获期从农田移除的养分量。同一肥料供应水平下,不同品种间整株养分吸收量存在显著差异。以植株氮、磷、钾吸收量作为指标进行聚类分析,12个育成的小麦品种中宁麦09-118属于高效吸收氮磷钾的品种。所有供试品种的氮、磷含量均以籽粒最高,其积累量分别占植株总吸收量的72.6%~77.6%和68.5%~72.9%。籽粒氮、磷积累量的高低主要取决于籽粒产量,其对氮、磷总吸收量的贡献率分别为73.1%和84.6%。收获时上中部秸秆中钾的残留量占植株吸钾总量的比例达到59.4%~69.2%。籽粒产量与植株氮磷吸收量具有高度的相关性。不同品种对氮、磷、钾的吸收比例相对固定,平均N/P、N/K的值分别为4.7和1.8。在秸秆还田方式下,小麦收获期从农田移除的N、P、K养分量分别为128.4、25.8、14.0 kg·hm-2;在秸秆不还田方式下,小麦收获期从农田移除的N、P、K养分量分别为153.4、30.8、74.1 kg·hm-2。两种方式从农田移除的钾量差异显著。宁09-118高产且吸收氮磷钾能力最强,应成为长江下游地区栽种小麦的首选。要减少农业面源污染,应根据不同品种的小麦吸肥特性及当地养分利用效率确定氮磷钾施用量,并且在确定钾肥施用量时,还应该考虑种植区域小麦的秸秆利用方式。     

麦稻茬口期内施氮对土壤养分及微生物碳源利用的影响

为解决麦秆还田后土壤微生物与苗期水稻争氮的生产问题,采用模拟土柱试验,通过设置四种处理(无麦秆无氮肥(CK)、麦秆还田+无氮肥(CM)、麦秆还田+尿素(SN)、麦秆还田+沼液(SZ)),分析了在麦秆还田后1 d和21 d的土壤有效养分和微生物碳源利用能力的变化。结果显示,CM处理的有效氮含量较CK处理下降20.58%,表明麦秆还田后无氮肥施入造成土壤有效氮含量下降;麦秆还田显著增加了土壤速效钾(AK)和有效磷(AP)的含量,其中,SZ处理的AK和AP含量增幅最大,分别达22.07%和23.20%。所有麦秆还田处理的AWCD值和Shannon指数均高于CK,麦秆还田整体提高了土壤微生物碳源代谢活性和功能多样性。相较于CM,添氮处理更有利于微生物群落分布均匀性。主成分分析和相关性分析表明土壤中的磷钾养分会促进微生物对碳水化合物和聚合物的利用和转化,而SN处理的微生物活性和代谢功能在21 d时可能受到抑制。综上,麦稻茬口期麦秆还田添加沼液更有利于改善后茬水稻苗期营养供应和土壤生态水平。     

长期种植紫花苜蓿对复垦土壤碳氮磷养分转化的影响

为研究长期种植紫花苜蓿对复垦土壤质量改善和生物改土的效果,以种植作物地和撂荒地为对照,分析建筑复垦地多年种植紫花苜蓿土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和全磷(TP)含量的化学计量特征变化。结果表明,长期种植紫花苜蓿显著降低土壤电导率(EC),对表层土壤保水效果较好,显著提升土壤有效养分含量(P<0.05);与作物地和撂荒地相比,苜蓿地土壤SOC和TN含量显著提高(P<0.05),但0～20 cm土壤TP含量显著低于作物地。3种土地利用类型0～20 cm土壤化学计量差异显著,苜蓿地土壤C/N显著低于作物地和撂荒地(P<0.05),而土壤C/P和N/P则表现为苜蓿地显著高于作物地和撂荒地(P<0.05)。种植紫花苜蓿有助于提升土壤有机碳氮活性组分,0～20 cm土层苜蓿地颗粒有机碳(POC)、易氧化有机碳(ROC)和微生物生物量碳(MBC)含量较作物地分别提高88.38%、17.24%和39.16%(P<0.05),苜蓿地颗粒有机氮(PON)、微生物生物量氮(MBN)和酸解有机氮组分含量最高,PON和MBN比作物地显著提高135.29%和17.39%,较撂荒地...     

长期秸秆还田与施肥对潮土酶活性和真菌群落的影响

秸秆还田对土壤肥力的提升有重要作用,然而其对于土壤真菌群落的影响及其主导因子尚不清楚。以国家土壤肥力和肥料效益长期监测站为平台,探究秸秆还田配施化肥与单施化肥条件下黄淮海平原潮土区土壤养分含量、酶活性的变化,运用Illumina高通量测序技术对土壤真菌群落结构进行调查,分析了不同施肥处理下真菌群落结构变化的主要影响因素。结果表明,两种施肥条件下土壤全氮(TN)、硝态氮(NO_3~--N)以及速效磷(AP)均显著提高;同时秸秆还田配施化肥处理显著提高了土壤有机碳(SOC)含量,增加了45.21%。土壤过氧化物酶(POD)和纤维素酶(CL)活性在秸秆还田配施化肥条件下与对照相比分别显著增加了80.89%和60.16%。秸秆还田处理下土壤真菌群落多样性显著提高,群落组成结果显示,秸秆还田配施化肥条件下弯孢菌属(Curvularia)、篮状菌属(Talaromyces)、赤霉菌属(Gibberella)、镰刀菌属(Fusarium)、被孢霉属(Mortierella)、毛壳属(Cheatomium)以及枝顶孢属(Acremonium)真菌的相对丰度显著提高。Spearman分析发现枝顶孢属(Acremonium)、镰刀菌属(Fusarium)、曲霉属(Aspergillus)、青霉属(Penicillium)、篮状菌属(Talaromyces)和弯孢菌属(Curvularia)真菌丰度与土壤β-葡萄糖苷酶(β-GC)活性呈显著正相关。蒙特分析显示,POD、β-GC是促进秸秆还田条件下真菌群落结构分异的主要影响因子。研究结果揭示了长期秸秆还田配施化肥条件下,真菌群落结构的变异及其影响因子,对预测黄淮海平原潮土区秸秆还田条件下农田真菌群落的演替规律具有重要意义。     

不同农田土壤养分可持续性指数的研究

讨论了不同农田土壤碳、氮、磷、钾养分的可持续性指数。结果表明,不同施肥方式、不同土壤类型对碳、氮养分可持续性指数的影响表现为有机肥配施化肥处理＞有机肥处理＞化肥处理,潮土＞水稻土＞红壤;对磷、钾养分表现为化肥处理＞有机肥配施化肥处理＞有机肥处理,水稻土＞潮土＞红壤。相关分析表明,土壤养分可持续性指数与土壤养分相关或极相关。这表明,土壤养分可持续性指数可以用来评价土壤肥力和指示土壤养分的动态变化。     

不同农田土壤养分可持续性指数的研究

讨论了不同农田土壤碳、氮、磷、钾养发的可持续性指数,结果表明,不同施肥方式、不同土壤类型对碳、氮养分可持续性指数的影响表现为有机肥配施化肥处理〉有机肥处理〉化肥处理,潮土〉水稻土〉土壤,对磷、钾养分表现为化肥处理〉有机肥配施化肥处理〉有机肥处理,水稻土〉潮土〉红壤,相关分析表明,土壤养分可持续性指数指数与土壤养分相关或极相关这表现,土壤养分可持续性指数可以用来评价土壤肥力和指示土壤养分的动态变化。     

鄱阳湖生态经济区畜禽养殖污染负荷分析

以2011年鄱阳湖生态经济区各类畜禽养殖数量为基础,采用参数估算法估算了该区畜禽养殖产生的粪便及其中的污染物化学需氧量(CODCr)、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)和总磷(TP)质量,结合各县(市、区)耕地面积计算得到畜禽粪便耕地负荷量,并以畜禽粪便耕地负荷警报值评价各县(市、区)畜禽粪便负荷量的承受程度。结果显示,2011年该经济区畜禽养殖共产生3 129.42万t粪尿,83.34万t CODCr,6.97万t NH3-N,17.19万t TN,5.79万t TP,该区这些污染物产生量约占全省的40%。对畜禽粪便耕地负荷警报值的分析表明,该经济区有9个县(市、区)畜禽粪便负荷量尚未对环境构成潜在威胁,其余26个县(市、区)畜禽粪便负荷量从理论上来讲都对环境构成了潜在威胁,尤以南昌市青云谱区和九江市浔阳区畜禽粪便负荷量对环境的污染威胁最大。     

广东省主要农作物秸秆养分资源量及替代化肥潜力

合理利用秸秆养分资源可替代部分化肥使用,是种植业减肥增效并促进农业绿色发展的重要途径之一,探明广东省主要农作物秸秆养分资源量及其替代化肥潜力,对于全省化肥减施增效、农业绿色生产具有重要意义.该研究以广东省主要农作物水稻(Oryza sativa L.)、玉米(Zea mays L.)、薯类(Dioscorea escu...