畜禽養(yǎng)殖廢水發(fā)酵液態(tài)有機(jī)肥肥效研究

摘 要：發(fā)酵工藝將養(yǎng)殖廢水發(fā)酵制作液態(tài)有機(jī)肥對資源化利用畜禽養(yǎng)殖廢水和改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。文章利用養(yǎng)豬廢水、養(yǎng)牛廢水和家禽廢水為原料發(fā)酵制成液態(tài)肥，以水稻為研究對象，設(shè)計(jì)不同對比試驗(yàn)，研究不同類型畜禽養(yǎng)殖廢水發(fā)酵液態(tài)有機(jī)肥對種植土壤和種植作為的影響。研究結(jié)果表明，三種類型的液態(tài)肥對土壤速效氮和速效磷有明顯增加，養(yǎng)牛廢水液態(tài)肥12kg/畝處理的效果最好；養(yǎng)牛廢水液態(tài)肥12kg/畝和養(yǎng)豬廢水液態(tài)肥12kg/畝兩種處理土壤容重整體降幅較大，改良效果較好。就改善孔隙度這一單因素而言，養(yǎng)牛廢水液態(tài)肥12kg/畝處理與家禽廢水液態(tài)肥12kg/畝處理處理最好；同時(shí)三種液態(tài)肥對水稻的株高和葉綠素含量都有明顯的速進(jìn)作用。研究結(jié)果可為資源化利用畜禽養(yǎng)殖廢水提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：發(fā)酵；液態(tài)有機(jī)肥；畜禽養(yǎng)殖廢水；土壤

引言

近年來，我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，已經(jīng)成為促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，改善農(nóng)村生產(chǎn)生活的重要經(jīng)濟(jì)支柱，但同時(shí)，畜禽養(yǎng)殖會產(chǎn)生大量的廢水，處理不當(dāng)會引起一系列的環(huán)境問題。畜禽養(yǎng)殖廢水是一種富含N、P的高濃度有機(jī)廢水，直接排放或受雨水沖洗進(jìn)入水體，會造成地表水、地下水及農(nóng)田的嚴(yán)重污染。養(yǎng)殖廢水中的大量含氮化合物在土壤微生物的作用下，通過氨化、硝化等化學(xué)反應(yīng)過程形成NO3--N下滲到地下水，造成地下水中硝酸鹽含量過高，使水質(zhì)不能用于飲用，嚴(yán)重影響人體健康。豬場廢水是典型的高濃度富磷廢水，磷是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必須的營養(yǎng)元素，其回收利用對于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和控制水體污染具有重要意義。奶牛場廢水中包含約93%的水、0.7%的蛋白質(zhì)、0.3%的脂肪、4±5%的乳糖和0.5±0.6%的鹽分，養(yǎng)分含量較高，具有很高的回用價(jià)值。家禽廢水由于氨氮濃度、有機(jī)物濃度與總磷濃度較高，直接排放不利于生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。發(fā)酵工藝可將養(yǎng)殖廢水發(fā)酵制作液態(tài)有機(jī)肥以進(jìn)行資源化利用，文章設(shè)計(jì)不同試驗(yàn)，研究液態(tài)肥的施用對土壤營養(yǎng)元素累積、水稻生理生長的影響，旨在為液態(tài)有機(jī)肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試作物為水稻。供試肥料為生物有機(jī)液態(tài)肥料，分別為液態(tài)肥Z、液態(tài)肥N、液態(tài)肥Q，三種液態(tài)肥養(yǎng)分含量如表1所示；液態(tài)肥Z為以養(yǎng)豬廢水為原料發(fā)酵制成，液態(tài)肥N和液態(tài)肥Q分別以養(yǎng)牛廢水和家禽廢水為原料發(fā)酵制成。

試驗(yàn)裝置采用水桶，在桶一端壁自下而上每0.15m有排水管與水套相連，以人工控制土壤水分。試驗(yàn)用土為南京當(dāng)?shù)氐牡咎锿寥?，風(fēng)干后過2mm篩，按容重為1.30g/cm3裝入水桶，每桶土壤重量約為8kg。處理間為隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)2次。水稻種植密度為70株/m2。不同類型液態(tài)肥的施用量如表2所示，單獨(dú)一種類型液態(tài)肥采用兩種施用量，分別是8kg/畝和12kg/畝。

1.2 試驗(yàn)方法

在水稻生長期間，單個(gè)處理每15d采集土樣一次，取樣深度為0-20，20-40cm，并測定土壤基本理化性質(zhì)。水稻成熟后，采集植株測定單位面積植株氮、磷累積量。主要測量指標(biāo)包括：

（1）土壤養(yǎng)分測定：速效氮測定（采用堿解擴(kuò)散法）；速效磷測定（采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法）；有機(jī)質(zhì)測定（采用重鉻酸鉀氧化法）。

（2）土壤孔隙度測定：稱重法。

（3）土壤pH值測定：采用PH值速測儀對不同土層土壤PH值進(jìn)行測定，型號為METTLER TOLEDO FE20。

（4）土壤陽離子交換量：NH4Cl-（NH4）2C2O4法。

（5）植株養(yǎng)分測定：全氮（H2SO4-H2O2消煮，奈氏比色法）；全磷（H2SO4-H2O2消煮，釩鉬黃比色法）。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 液態(tài)肥施用對土壤速效養(yǎng)分含量的影響

一般氮素在土壤中以有機(jī)化合物的形態(tài)存在，依靠土壤中含氮有機(jī)物的不斷分解轉(zhuǎn)化成無機(jī)態(tài)氮化合物，速效氮的特性是易溶于水，也稱水解氮，是速效性養(yǎng)分，供植物吸收，吸濕性強(qiáng)，其含量的多少是短期供氮水平的指標(biāo)，氮是植物生長發(fā)育不可或缺的營養(yǎng)元素之一，測定土壤中速效氮的含量對植物的施肥管理有著重要的意義。表3所示為液態(tài)肥施用下土壤速效氮含量隨移栽時(shí)間的動態(tài)變化，總體來看，土壤速效氮含量呈上升趨勢，增幅在1.11%-5.53%，峰值出現(xiàn)在15d，45d和75d，說明基肥、追肥和穗肥的施用對土壤速效氮含量的增加有顯著作用，75d之后土壤速效氮含量呈下降趨勢，但降幅不明顯，105d時(shí)土壤0-20cm，20-40cm速效氮含量大于同土層基土速效氮含量?；?-20cm土層的速效氮含量為113.7mg/kg，移栽15d后（即基肥施用后），速效氮含量的增幅在9.6%-17.5%，其中處理N2增幅最大，Q2次之，為14.9%；基土20-40cm土層速效氮含量為107.4%，移栽15d后（即基肥施用后），土壤速效氮含量的增幅在8.65%-12.01%，仍以處理N2最大。三組處理相比，結(jié)果表明，液態(tài)肥N2處理效果最好。

土壤速效磷作為土壤有效磷貯庫中對作物最為有效部分，能直接供作物吸收利用，因而是評價(jià)土壤供磷能力的重要指標(biāo)。表4所示為土壤速效磷的動態(tài)變化，與土壤速效氮變化規(guī)律較為相似，土壤速效磷含量的峰值點(diǎn)出現(xiàn)在移栽后15d，45d和75d，說明施肥對于土壤中速效磷含量的增加有顯著影響。0-20cm土層的速效磷增幅總體高于20-40cm，說明液態(tài)肥的施用對土壤速效磷含量增加的作用主要體現(xiàn)在表層土壤，計(jì)算發(fā)現(xiàn)，移栽后105d，0-20cm不同液態(tài)肥處理土壤速效磷含量的增幅為5.32%-19.29%，20-40cm不同液態(tài)肥處理土壤速效磷含量的增幅為1.02%-7.63%，液態(tài)肥N與液態(tài)肥Q土壤20-40cm速效磷含量基本沒有變化。對不同液態(tài)肥之間土壤速效磷含量情況對比發(fā)現(xiàn)，移栽后105d，0-20cm土壤速效磷含量最高的處理為N2，達(dá)到35.87mg/kg，Q2次之，為34.27mg/kg，說明液態(tài)肥處理N與液態(tài)肥處理Q對增加表層土壤速效磷含量效果顯著。

2.2 液態(tài)肥施用對土壤基本理化性質(zhì)的影響

土壤容重用來表示單位原狀土壤固體的重量，是衡量土壤松緊狀況的指標(biāo)。容重的大小是土壤值低、結(jié)構(gòu)、孔隙等物理性狀的綜合反映，同時(shí)也受外部因素，如降雨、灌水、耕作活動的影響。一般對于同一質(zhì)地的土壤來說，容重的大小，則可以大體反映出土壤結(jié)構(gòu)狀況。容重越?。ú坏陀?.14），土壤越疏松，結(jié)構(gòu)性好，反之，表明土壤緊實(shí)，結(jié)構(gòu)性差。表5中所示施用液態(tài)肥前后土壤容重的變化。CK處理容重各土層容重均有所上升，尤其是最下層（0-60cm）土壤容重，上升幅度最大，達(dá)到8.46%，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，該層土壤容重為1.41g.cm-3，說明比較其他土層而言，該層土壤結(jié)構(gòu)性較差；施用液態(tài)肥的處理，容重整體呈下降趨勢，各土層容重變化規(guī)律較為一致，0-20cm土層容重最小，20-40cm土層次之，40-60cm土層容重最大。施用液態(tài)肥后，土壤容重的降幅在0.71%-7.69%，其中Q1降幅較小，0-20cm，20-40cm，40-60cm分別降低了3.08%，2.31%，0%，說明液態(tài)肥Q雖有改良土壤容重的效果，但相比其他處理而言效果較差；N2處理降幅較大，0-20cm，20-40cm，40-60cm分別降低了7.69%，3.84%，3.07%，0-20cm土壤容重降幅大于該土層其他處理。對試驗(yàn)前后土壤容重的分析結(jié)果表明，適當(dāng)施用液態(tài)肥可降低土壤容重，改善土壤結(jié)構(gòu)，對不同液態(tài)肥處理容重降幅的比較分析發(fā)現(xiàn)，N2，Z2處理土壤容重整體降幅較大，改良效果較好。

孔隙狀況影響水、氣含量，也就影響?zhàn)B分的有效化和保肥供肥能力，還影響土壤的增溫與穩(wěn)溫，因此土壤松緊度和孔隙狀況對土壤肥力的影響是巨大的，同時(shí)也對作物生長有重要作用。如果土壤過于緊實(shí)，總孔隙度小，其中小孔隙多，大孔隙少，影響作物的根系生長；土壤過于疏松時(shí)，總孔隙度增大，植物扎根不穩(wěn)，容易倒伏。土壤孔性取決于土壤質(zhì)地、松緊度、有機(jī)質(zhì)含量和結(jié)構(gòu)等土壤本身性狀的影響，另外一些外部因素如耕作、施肥、灌溉、排水等人為措施對土壤孔隙的影響很大，因而它一直處于動態(tài)變化之中。表中所示試驗(yàn)前后孔隙度變化可直觀地看出液態(tài)肥施用對土壤孔隙度的影響。CK處理孔隙度呈下降趨勢，其中40-60cm降幅大于0-20 cm與20-40cm土層，這與嚴(yán)潔與彭世彰等的研究成果相互印證。液態(tài)肥處理中，表層土壤的孔隙度升高幅度相對較高，而0-60cm土壤基本沒有變化，這說明各處理的孔隙度上層好于下層，0-20cm，20-40cm，40-60cm各液態(tài)肥處理孔隙度的增幅分別為3.90%-10.75%，1.52%-8.33%，0.51%-2.25%，說明液態(tài)肥對孔隙度的改善主要體現(xiàn)在對于表層土壤孔隙度的改善，而0-60cm土層除Z2有所下降以外，其余均出現(xiàn)較小幅度的上升，這可能由于短期施用液態(tài)肥對深層土壤的改良效果不能立竿見影，后續(xù)試驗(yàn)應(yīng)著重觀測連續(xù)施用液態(tài)肥對深層次土壤孔隙度的影響。比較液態(tài)肥處理對改善土壤孔隙度的效果發(fā)現(xiàn)，N2處理0-20cm孔隙度增加10.75%，顯著高于其他處理；Q2處理次之，達(dá)到8.72%；Z1處理僅為3.99%，相對較差，就改善孔隙度這一單因素而言，N2與Q2為推薦處理。

土壤酸堿性是土壤的重要化學(xué)性質(zhì)，對土壤微生物的活性、礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)的分解起著重要用，并影響土壤養(yǎng)分元素的釋放、固定和遷移。表中可看出，試驗(yàn)前后土壤PH均在合理范圍，試驗(yàn)初始時(shí)土壤pH均為5.84，一季水稻種植結(jié)束時(shí)，各處理土壤PH值均有所下降，0-20cm，20-40cm，40-60cm土層土壤PH值呈遞增趨勢。CK處理PH降幅最大，0-20cm，20-40cm，40-60cm土層分別下降了5.14%，3.77%和0.41%，液態(tài)肥處理土壤PH值下降幅度遠(yuǎn)小于CK處理，0-20cm，20-40cm，40-60cm土層PH值降幅在0.86%-2.40%，0.68%-1.71%，0.17%-1.31%，上層土壤PH值降幅大于下層土壤。

2.3 液態(tài)肥施用對水稻生理生長的影響

2.3.1 液態(tài)肥施用對水稻株高的影響

株高對形成水稻產(chǎn)量群體有重要的意義，植株過高，營養(yǎng)體生長過旺，與生殖生長競爭養(yǎng)分，最終會影響產(chǎn)量；植株過矮，營養(yǎng)體生長不良，不能為生殖生長提供必要的養(yǎng)分，也會降低產(chǎn)量。在一定的程度上可以通過增加施肥量來增加株高和產(chǎn)量，但過度施肥使得株高過高，容易造成水稻倒伏和減產(chǎn)。從總體來看，液態(tài)肥施用下，較低施肥量與較高施肥量相比，株高明顯低于較高施肥，說明在一定的施肥范圍內(nèi)，水稻株高與施肥量呈正相關(guān)。

表6中可以看出，20d時(shí)不同處理水稻株高已有差異，其中CK處理最低，僅為23.8cm，N2處理最高，達(dá)到35.9cm；20d后水稻株高增長顯著，但并非一直增長；100d時(shí)，水稻株高為84.5cm-110.0cm，仍以CK株高最低，為84.5cm，Q1最高，達(dá)到110.0cm。液態(tài)肥Q1與Q2之間的株高差異不大，這從側(cè)面說明施肥量并非越大越好。圖1中株高變化更為直觀，總體來看，不同處理株高變化可分為三個(gè)階段，20d-30d為快速增長，30d-75d為緩慢增長，75d-100d各處理株高變化不大。就株高這一單因素來看，Q1與N2肥效較好，對株高增長的影響顯著。

2.3.2 液態(tài)肥施用對水稻葉綠素含量的影響

光合作用是水稻葉綠素利用二氧化碳和水把光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的過程，所以在一定的范圍內(nèi)，水稻葉片的葉綠素含量和水稻葉片氮素營養(yǎng)、葉片顏色、水稻產(chǎn)量、水稻品質(zhì)存在著密切關(guān)系。水稻對養(yǎng)分的變化反應(yīng)敏感，為了獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的水稻，生產(chǎn)上通過將水稻葉片葉綠素含量變化引起的葉色變化作為營養(yǎng)管理、水稻氮素營養(yǎng)狀況跟蹤和科學(xué)施肥判斷的重要指標(biāo)。而施肥條件將影響葉片中葉綠素a和葉綠素b的含量，通過影響光合作用進(jìn)而影響作物產(chǎn)量。表7所示為葉綠素含量速測儀所測在液態(tài)肥施用條件下，水稻葉綠素含量的動態(tài)變化，由于光合作用減弱，葉片開始衰老，水稻成熟期時(shí)葉綠素含量有所下降，整體來看，水稻葉綠素衰退的時(shí)間在移栽后75d左右，75d達(dá)到峰值，這種變化趨勢也由于水稻生長過程中，前期作物不斷積累營養(yǎng)，后期由于生理代謝的需要，營養(yǎng)物質(zhì)不斷地轉(zhuǎn)化到籽粒中，符合植物生長的源庫流協(xié)調(diào)機(jī)制。對于同一類液態(tài)肥，施氮量較高的處理其水稻葉綠素含量高于施氮量較低的處理；液態(tài)肥N2的水稻葉綠素含量總體要略高于其他處理，移栽75d時(shí)其葉片相對葉綠素含量達(dá)到38.9；CK處理水稻葉綠素含量減低，說明CK處理水稻植株的營養(yǎng)狀況相對較差。

圖2中可以更直觀地看出液態(tài)肥施用條件下，水稻葉綠素含量的變化，其中CK處理的曲線基本一直位于最下方，說明CK處理各生育期葉綠素含量均低于液態(tài)肥處理，營養(yǎng)狀況不佳。N2處理曲線位于最上方，Q2次之，說明，N2與Q2對水稻葉綠素含量的增加效果顯著，也從側(cè)面說明施用液態(tài)肥N與液態(tài)肥Q的水稻營養(yǎng)狀況較優(yōu)。總體來看，葉綠素的變化隨時(shí)間分為三個(gè)階段，20-30d為快速增長階段，各液態(tài)肥處理增幅較為一致，CK處理增幅較低；30d-75d為緩慢增長階段；75d-100d為衰退階段。

3 結(jié)束語

綜合上述分析，三種液態(tài)有機(jī)肥均表現(xiàn)出很高的肥效，并且對土壤中氮磷養(yǎng)含量的增加、土壤物理化學(xué)特性和土壤生理生長有重要影響，具體內(nèi)容總結(jié)如下：

（1）液態(tài)肥對土壤中速效氮和速效磷含量有速進(jìn)作用，土壤中施用液態(tài)肥后，土壤速效氮和速效磷含量隨施用時(shí)間呈先上升后下降趨勢，三種處理中，液態(tài)肥N2處理效果最好，液態(tài)肥處理N與液態(tài)肥處理Q對增加表層土壤速效磷含量效果顯著。

（2）液態(tài)肥對土壤基本物理化學(xué)特性有很大影響，三種處理對土壤容重有明顯的減少作用，對三種不同液態(tài)肥處理容重降幅的比較分析發(fā)現(xiàn)，N2，Z2處理土壤容重整體降幅較大，改良效果較好。就改善孔隙度這一單因素而言，N2與Q2處理最好。

（3）液態(tài)肥對水稻生理生長影響顯著，液態(tài)肥施用下，較低施肥量與較高施肥量相比，株高明顯低于較高施肥，說明在一定的施肥范圍內(nèi)，水稻株高與施肥量呈正相關(guān)。液態(tài)肥對葉綠素的影響顯著，水稻葉綠素的變化隨時(shí)間分為三個(gè)階段，20-30d為快速增長階段，各液態(tài)肥處理增幅較為一致，CK處理增幅較低；30d-75d為緩慢增長階段；75d-100d為衰退階段。

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