董頤瑋 梁棟 李丹陽 靳紅梅



摘要:? 農村沼氣發展是推進農業有機廢棄物資源化利用的重要途徑。沼液具有資源屬性,為全面掌握沼液全國尺度的主要養分含量特征,本研究收集了近二十年在中國發表的關于沼液還田的研究論文,挖掘了以豬糞、牛糞、雞糞等為發酵原料的沼氣工程及農村戶用沼氣池所產生的沼液樣本的主要養分(TN、TP和TK)含量與其速效養分含量等理化指標,進一步分析了全國不同區域、不同發酵原料的沼液的主要養分含量特征。研究發現,全國范圍內豬糞沼液中TN、TP和TK平均含量為 1 166.71 ??mg/L 、291.60 ?mg/L 和 1 144.26 ??mg/L ;牛糞沼液中TN、TP和TK平均含量分別為 1 488.59 ??mg/L 、 561.67 ??mg/L 和 1 679.10 ??mg/L ;雞糞沼液中TN、TP和TK平均含量分別為 3 226.13 ??mg/L 、959.71 ?mg/L 和 2 858.31 ??mg/L ;戶用沼氣池沼液中TN、TP和TK平均含量分別為1 369.31 ?mg/L 、665.90 ?mg/L 、 1 240.21 ??mg/L 。豬糞沼液中NH +? 4 -N和NO -? 3 -N含量分別占TN含量的51.2%和5.8%,DP含量占TP含量的89.6%,DK含量占TK含量的86.2%,分析結果表明沼液中氮、磷和鉀的總量與其速效養分含量間存在顯著 ( P < 0.05)的正相關關系。不同地區沼液中的養分含量存在明顯差異,在區域尺度上分析土地承載力和環境風險評價時,應充分考慮地區間不同沼液中養分含量的差異性。本研究結果對推動沼液合理資源化,準確評估區域環境承載力,有效防控區域環境污染具有重要意義。
關鍵詞:? 沼液; 養分含量; 特征分析
中圖分類號:? S141.4??? 文獻標識碼: A??? 文章編號:? 1000-4440(2021)05-1206-09
Characteristic analysis of main nutrient content in biogas slurry
DONG Yi-wei? 1,2 , LIANG Dong? 1,3,4 , LI Dan-yang? 1,3 , JIN Hong-mei? 1,2,3,4
(1.Institute of Agricultural Resources and Environment, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China; 2.School of Environment and Safety Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China; 3.Jiangsu Collaborative Innovation Center for Solid Organic Waste Resource Utilization, Nanjing 210095, China; 4.Key Laboratory of Crop and Livestock Integrated Farming, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Nanjing 210014, China)
Abstract:? The development of rural biogas is an important way to promote the resource utilization of agricultural organic waste. Biogas slurry has resource attributes. In order to fully grasp the characteristics of main nutrient content in biogas slurry at the national scale, this study collected domestic research papers on the return of biogas slurry to the field in the past two decades, and excavated the use of pig manure cow manure, and chicken manure. The contents of main nutrients (TN, TP and TK) in biogas slurry samples produced by biogas projects and rural household biogas digesters were explored, and the main nutrient content characteristics of biogas slurry with different fermentation raw materials in different regions of China were further analyzed. It was found that the average contents of TN, TP and TK in pig manure biogas slurry were ?1 166.71 ??mg/L , 291.60 ?mg/L ?and ?1 144.26 ??mg/L . The average contents of TN, TP and TK in cow manure biogas slurry were ?1 488.59 ??mg/L , 561.67 ?mg/L ?and ?1 679.10 ??mg/L . The average contents of TN, TP and TK in chicken manure biogas slurry were ?3 226.13 ??mg/L , 959.71 ?mg/L ?and ?2 858.31 ??mg/L . The average contents of TN, TP and TK in the household biogas digesters were ?1 369.31 ??mg/L , 665.90 ?mg/L ?and ?1 240.21 ??mg/L . The contents of NH +? 4 -N and NO -? 3 -N in the pig manure biogas slurry accounted for 51.2% and 5.8% of the TN content, respectively, the DP content accounted for 89.6% of the TP content, and the DK content accounted for 86.2% of the TK content. The results showed that the total contents of nitrogen, phosphorus and potassium in biogas slurry were positively correlated with their available nutrient contents. The nutrient content of biogas slurry in different regions was significantly different. When analyzing land carrying capacity and environmental risk assessment at regional scale, the differences of nutrient content in different biogas slurry should be fully considered. The results of this study are of great significance for promoting the rational utilization of biogas slurry, accurately assessing the regional environmental carrying capacity, and effectively preventing and controlling regional environmental pollution.
Key words:? biogas slurry; nutrient content; characteristic analysis
農村沼氣發展是推進各類農業有機廢棄物資源化利用的有效途徑,也是推進生態循環農業發展,建設美麗鄉村的重要抓手? [1] 。2016年以來,農業農村部結合農業綠色發展行動、有機肥替代化肥行動,不斷推動農村沼氣轉型升級,重點支持建設了 1 423 處規模化大型沼氣工程和64處生物天然氣工程? [2-3] 。截至2017年底,全國建設的沼氣工程達 1.13× 10? 5 處,總沼池容積為 2.07× 10? 7 ?m? 3 ,年產沼氣為 2.61× 10? 9 ?m? 3 ,供氣戶數達到 1.98× 10? 7 戶,年發電量為 7.6× 10? 8 ??kW·h?? [4] 。這對優化國家能源結構、增強國家能源安全保障能力發揮了積極作用。畜禽糞便、作物秸稈、尾菜、農產品加工剩余物和農村生活垃圾及污水等有機廢棄物是沼氣發酵原料的主要來源。十三五期間,全國每年可用于沼氣生產的農業廢棄物資源總量超過 1.4× 10? 9 ?t,可產生天然氣 7.36× 10? 10 ?m? 3 ,可替代約 8.76× 10? 7 ?t標準煤? [2] 。
沼氣發酵后的液體和固體殘留物分別稱為沼液和沼渣? [5] 。據測算,截至2019年,中國年產沼液及沼渣已超過 4× 10? 8 ?t。沼液占發酵殘留物總量的90%以上,由于其產生數量大、儲運成本高、達標處理難、商品化價值低等特點,存在嚴重的二次污染等問題,沼液的處理和利用一直以來都是國內外研究的重點與難點? [6-8] 。沼液具有資源屬性,含有大量的氮、磷和鉀等營養元素、豐富的微量元素及對作物有益的物質,因此可用于生產有機肥,適時適量還田利用有利于保障農田可持續生產能力? [9] 。國內外大量研究結果表明,沼液還田可提升農產品品質,改善土壤條件? [10] ,部分或全量替代無機肥料? [11] ,是實現種養結合循環農業的重要橋梁。盡管近年來有關中國沼液農田利用的研究逐年增加,但現有沼氣工程面臨著原料保障難、工程科技含量不高、資源綜合利用率低等瓶頸? [12] ,導致各地區沼氣發酵原料種類、發酵工藝及沼液貯存方式多樣,入田沼液的理化性質(特別是養分含量)差異巨大。因此,全面掌握全國尺度的沼液主要養分含量特征,對于準確評估區域環境承載力、有效防控區域環境污染具有重要意義。
近年來,國內在地區尺度上對沼液理化特性開展了一些研究。例如,靳紅梅等? [13] 對江蘇省21個規模化養豬場和奶牛場內大型沼氣工程的沼液樣本進行了基本理化特性分析,發現沼液中總氮(TN)含量分別集中在 400~ 900 ?mg/L 和 200~ 400 ?mg/L ,其中銨態氮占總氮量的70%以上,總磷(TP)含量分別集中在 30~ 100 ?mg/L 和300 ?mg/L 以上,可溶性磷含量變異較大;總鉀(TK)含量分別集中在 100~ 500 ?mg/L 和500 ?mg/L 以上,且速效養分占比較大。鐘攀等? [14] 發現重慶地區沼液中TN、TP和TK含量的均值分別為448.1 ?mg/L 、120.0 ?mg/L 和630.3 ?mg/L ,其中水溶性氮、磷和鉀的含量分別占其全量的 69.4%~ 95.1%、 6.1%~ 91.8%和 60.8%~ 99.7%。呂錦萍等? [15] 研究新疆博州地區豬糞和牛羊糞為發酵原料的沼液,發現沼液中TN為 687~ 705 ?mg/kg ,TP為 43~ 98 ?mg/kg ,TK為 417~? 3 540 ??mg/kg 。倪中應等? [16] 發現華東地區畜禽糞便沼液中的NH +? 4 -N占TN的 46.42%~ 92.86%;前人研究普遍發現,發酵原料、沼氣工程運行狀況等對沼液理化性狀影響顯著,但目前尚未有全國范圍內沼液養分特征的研究。基于此,本研究收集了近二十年國內發表的關于沼液還田的研究論文,以豬糞、牛糞、雞糞等不同發酵原料的沼氣工程及農村戶用沼氣池所產生的沼液樣本作為數據來源,挖掘沼液中主要養分含量(TN、TP和TK)及其速效養分含量等理化指標,進一步分析全國不同區域、不同發酵原料沼液的主要養分含量特征,旨在推動沼液資源化,減少化肥施用? [17] 。
1 材料與方法
1.1 研究對象
本研究以中文文獻報道的入田沼液為研究對象,以其中的總氮、銨態氮(NH +? 4 -N)、硝態氮(NO -? 3 -N)、總磷、溶解性磷(DP)、總鉀和速效鉀(DK)等養分含量為主要分析指標。
1.2 數據來源及篩選
本研究以中國知網(CNKI)作為研究數據來源,對中國近20年有關沼液還田的文獻進行檢索。以“沼液”+“農業廢棄物”為關鍵字和主題進行檢索,檢索范圍為全部期刊,時間范圍為2000年1月-2019年12月,共檢索出文獻750篇。在此基礎上,刪除與主題不相關或無沼液養分含量信息的文獻后,共獲得有效文獻282篇。其中,分析以豬糞、牛糞和雞糞等畜禽糞便為主要發酵原料的沼液的文獻,分別有185篇、41篇和19篇;少數發酵原料為農作物秸稈和人糞尿等戶用生活垃圾,它們通常作為混合發酵原料進入戶用沼氣池,此類文獻共37篇。本研究將沼液劃分為4類,即以豬糞為發酵原料的沼液(PM)、以牛糞為發酵原料的沼液(DM)、以雞糞為發酵原料的沼液(CM)和以秸稈、人糞尿等戶用生活垃圾混合物為發酵原料的沼液(MM)。
由于沼液主要來源于濕發酵或半干發酵工藝,發酵濃度( TS )一般在20%以內? [18-19] ,因此,沼液中TN、TP和TK的總量不應高于發酵原料自身TN、TP和TK含量的20%,否則視為異常值。在對文獻中相關數據提取和整理的過程中,首先對超過閾值的數值進行剔除。豬糞、牛糞和雞糞的養分含量參考李書田等? [20] 的研究數據,戶用混合發酵原料的養分含量以人糞尿為標準? [21] ,詳見表1。
1.3 數據分析
利用Microsoft Office Excel 2019軟件進行數據統計;利用IBM SPSS 26 v.軟件對不同類型沼液及不同地區沼液的各指標的差異進行單因素方差分析(One-way ANOVA),均值比較采用Duncans新復極差法,顯著性水平? P = 0.05;沼液中TN與銨態氮和硝態氮間的關系、TP與可溶性磷間的關系、TK與速效鉀間的關系采用線性回歸分析;采用Origin 2018軟件(OriginLab,Northampton,USA)進行繪圖。
2 結果與分析
2.1 研究區域
研究區域為全國范圍,其中香港特別行政區、臺灣地區和澳門特別行政區缺少相關數據,因此,研究區域主要分布在31個省(直轄市、自治區)? [22] 。按地理區劃分為:東北區,包括黑龍江省、吉林省、遼寧省;華北區,包括河北省、山西省、北京市、天津市和內蒙古自治區;華東區,包括江蘇省、浙江省、安徽省、福建省、江西省、山東省和上海市;華南區,包括廣東省、海南省和廣西壯族自治區;華中區,包括湖北省、湖南省、河南省;西北區,包括陜西省、甘肅省、青海省、新疆維吾爾自治區和寧夏回族自治區;西南區,包括重慶市、四川省、貴州省、云南省和西藏自治區。全國各地區沼液文獻來源分布如圖1所示。對于PM,華東區研究數量最多,占比為42.16%,華中區次之,占比為16.22%,東北區最少,占比為3.78%;對于DM,西南區和西北區研究數量最多,占比均為21.95%,華北區和華東區次之,占比均為19.51%,華中區最少,占比為4.88%,華南區無相關文獻;對于CM,華東區研究數量最多,占比為36.84%,華北區和華中區次之,占比均為21.05%,西北區和西南區最少,占比均為10.53%,東北區和華南區無相關文獻。對于MM,西北區研究數量最多,占比為37.84%,華北區次之,占比為18.92%,華中區和西南區最少,占比均為5.41%,東北區無相關文獻。全國范圍內沼液研究的地區分布特征與區域養殖格局、氣候條件、經濟發展水平和居民生產生活方式等密切相關。華東區和華中區是生豬和禽類養殖的重點區域,西南區和西北區是肉牛和奶牛養殖的重點區域,沼氣工程是畜禽養殖場糞污處理的重要環節? [13] ,因此這些地區有關PM、DM和CM的研究最多;西北區能源緊缺,戶用沼氣池推廣較早,因此有關MM的研究較多;而東北區關于沼液的研究相對較少,主要是由于該區域氣候寒冷,難以達到沼氣發酵所需的反應溫度,因此應用受到限制。
2.2 不同類型沼液的特性
2.2.1 pH值? 由表2可知,全國范圍內,PM的pH范圍為 4.23~ 9.20,均值為7.46;DM的pH范圍為 6.10~ 9.20,均值為7.72;CM的pH范圍為 7.36~ 8.50,均值為8.01;MM的pH范圍為6.15~8.20,均值為7.37。所有沼液均呈弱堿性,與前人的研究結果相一致? [13-15] ,厭氧消化過程中體系中NH +? 4 -N含量較高導致沼液偏堿性? [23] 。不同類型沼液的pH由高到低依次為: CM>? DM>? PM> MM。以雞糞為發酵原料的沼液pH最高,顯著高于PM和MM(? P < 0.05),這主要與原料自身特性有關。雞糞中的氮素含量高于其他動物糞便,厭氧消化過程中產生更多的NH +? 4 -N? [23] ,因此CM的pH高于其他類型沼液。
2.2.2 總氮及其各形態氮含量? 如表2所示,PM的TN含量范圍為 0.80~? 7 280.00 ??mg/L ,均值為 1 166.71 ??mg/L ;DM的TN含量范圍為 32.00~? 6 500.00 ??mg/L ,均值為1 488.59 ?mg/L ;CM的TN含量范圍為 400.00~? 5 700.00 ??mg/L ,均值為 3 226.13 ??mg/L ;MM的TN含量范圍為 0.04~? 5 900.00 ??mg/L ,均值為 1 369.31 ??mg/L 。可見,全國范圍內沼液中TN含量差異較大。不同類型沼液的TN含量由高到低依次為: CM>? DM>? MM> PM。CM中TN含量顯著高于PM、DM和MM ( P < 0.05),主要原因是雞糞中TN含量明顯高于豬糞、牛糞和人糞尿? [24] 。
沼液中的總氮主要由NH +? 4 -N和NO -? 3 -N組成,它們也是作物生長需要的氮源? [25] 。全國范圍內,沼液中NH +? 4 -N的含量均值穩定在 490~ 600 ?mg/L 。其中,PM中NH +? 4 -N含量最高,為597.53 ?mg/L ,占其TN含量的51.2%;MM次之,為519.15 ?mg/L ,占其TN含量的33.1%;DM最低,為493.47 ?mg/L ,占其TN含量的37.9%。倪中應等? [16] 發現華東區畜禽糞便沼液中的NH +? 4 -N含量占TN含量的 46.4%~ 92.9%;靳紅梅等? [13] 發現江蘇省大型沼氣工程豬糞沼液和牛糞沼液中NH +? 4 -N含量分別占TN含量的 71.8%~ 98.8%和 73.3%~ 92.6%。可見,大型沼氣工程發酵工藝較為先進,運行操作規范,發酵原料消化充分,氮元素轉化完全,因此產生的沼液中NH +? 4 -N含量占比大。本研究與已有研究相比,NH +? 4 -N含量占TN含量的比例普遍偏低,這可能是由于全國范圍內沼液來源較為復雜,各地區間發酵原料特性、發酵工藝和運行條件等差別較大,部分中小型沼氣工程對原料的消化不完全,因此NH +? 4 -N含量占比較低。
沼液中NO -? 3 -N的占比較低,已有的研究結果表明其含量占TN含量的比例不超過1%? [16] 。本研究的整理結果發現,PM、DM中NO -? 3 -N的平均含量分別為67.84 ?mg/L 和71.53 ?mg/L ,占其TN含量的比例分別為5.8%和4.8%,與前人的研究結果相比,整體數值偏高。這是由于相當數量的沼液樣本來自于露天的沼液貯存池,沼液長期暴露在空氣中易發生氧化反應,同時其中的NH +? 4 -N可能通過硝化細菌的作用轉化成NO -? 3 -N? [26] ,因此導致NO -? 3 -N含量占比增加。
2.2.3 總磷及速效磷(DP)含量? 如表2所示,PM的TP含量范圍為 0.54~? 2 220.50 ??mg/L ,均值為 291.60 ??mg/L ;DM的TP含量范圍為 10.00~? 3 700.00 ??mg/L ,均值為561.67 ?mg/L ;CM的TP含量范圍為 49.00~? 4 650.00 ??mg/L ,均值為959.71 ?mg/L ;MM的TP含量范圍為 0.03~? 3 900.00 ??mg/L ,均值為665.90 ?mg/L 。可見,全國范圍內沼液中TP含量差異極大,這可能是由于沼液貯存及前處理條件的差異所致。沼液中的磷元素與鈣、鎂、鐵等離子結合生成磷酸鹽沉淀,極易由液相向固相轉移? [27-28] ,在后續沉淀過程中會因顆粒沉降作用而導致沼液中TP含量的大幅削減? [29] 。因此,不同取樣時間和處理過程會導致沼液中TP含量的巨大差異。不同類型沼液中TP含量依次為: CM>? MM>? DM> PM。CM中TP含量最高,主要原因是雞糞中TP含量高? [30] 。CM中TP含量顯著高于PM ( P < 0.05)。
可溶性無機磷? [31] 是植物可吸收的磷的主要形態。由表2可知,全國范圍內,PM、DM和MM中DP含量的平均值分別為261.40 ?mg/L 、416.88 ?mg/L 和76.68 ?mg/L ,其中,PM的DP含量占其TP含量的89.6%,DM的DP含量占其TP含量的74.2%,說明沼液可以為作物生長提供較多有效的磷資源。但同時,DP具有較大的移動性,在沼液施用過程中要防止其流失造成水體污染? [32] 。DP數據差異較大,這主要是由于磷素轉化較為復雜,前期研究發現,DP在吸附到固相的同時,也發生著固相中水溶態磷轉化為難溶態磷的過程? [28] 。
2.2.4 總鉀及速效鉀(DK)含量? 如表2所示,全國范圍內,PM、DM、CM和MM中TK的含量平均值分別為 1 144.26 ??mg/L 、 1 679.10 ??mg/L 、 2 858.31 ??mg/L 和 1 240.21 ??mg/L 。以雞糞為發酵原料的沼液TK含量最高,顯著高于PM、DM和MM ( P < 0.05)。這主要是由于雞糞中的鉀元素含量遠高于其他糞便? [21] 。
鉀的溶解性較大,PM中DK的含量平均值為986.47 ?mg/L ,占其TK含量的86.2%;DM中DK的含量平均值為 1 418.33 ??mg/L ,占其TK含量的84.5%;MM中DK的含量平均值為764.73 ?mg/L ,占其TK含量的61.7%。這與倪中應等? [16] 的研究結果基本一致,他們發現DK含量占TK含量的比例為 63.14%~ 95.48%。可見,沼液中的鉀具有較高的生物有效性,是農田良好的鉀肥來源。
2.2.5 沼液中主要養分總含量與其速效養分含量間的關系? 以PM為例,從統計文獻中提取氮、磷和鉀的總量及其各形態含量的完整數據串進行相關性分析,以指示變量間的相互關系及其緊密程度? [33] 。結果表明,TN含量與NH +? 4 -N含量和NO -? 3 -N含量之間均呈極顯著正相關 ( P < 0.01),Pearson相關系數分別為0.798和0.832。TN含量與NH +? 4 -N含量和NO -? 3 -N含量之間的預測回歸模型分別為:? Y=? 1.93x- 143.68 (圖2A)和? Y=? 4.15x+ 476.29 (圖2B)。TP含量和DP含量之間呈極顯著 ( P < 0.01)正相關,Pearson相關系數為0.949,預測回歸方程為? Y? =? 1.57x+ 189.22 (圖2C)。TK含量和DK含量之間呈極顯著正相關 ( P < 0.01),Pearson相關系數為0.846,預測回歸方程為? Y? =? 0.82x+ 788.30 (圖2D)。這表明以豬糞為發酵原料的沼液中氮、磷和鉀的總量與其速效養分含量間存在顯著的正相關關系,對后續的資源化利用潛力和環境風險評估具有指導意義。
2.3 不同區域沼液的養分特征
2.3.1 TN含量特征? 由圖3可知,各地區豬糞沼液中TN含量的中值和平均值均小于 1 500 ??mg/L ,且平均值大于中值,說明各地區豬糞沼液中TN含量的數據中偏小的數據較多。各地區TN含量的數據較為集中,雖然數據樣本中存在個別離群的大值,但總體上離散程度小,各地區間無顯著差異(圖3A)。各地區牛糞沼液中TN含量波動較大,東北區TN含量的平均值和中值均在 3 000 ??mg/L 左右,顯著高于華東區、華中區和西南區 ( P < 0.05)(圖3B)。雞糞沼液中TN含量的波動較PM和DM更大(圖3C),但各地區間無明顯差異;戶用沼氣池沼液中TN含量平均值和中值均處于 2 000 ??mg/L 以下(圖3D)。雖然各地區間差異不顯著,但華北區和華南區TN含量平均值和中值有明顯的數值差距,其平均值遠大于中值,說明該地區戶用沼氣池沼液中TN含量的數值存在一些離群的大值。這說明,在區域尺度上進行承載力估算時,應充分考慮各地區沼液中養分含量的差異。
2.3.2 TP含量特征? 各地區豬糞沼液中TP含量的數據較為集中,離散程度小。中值和平均值均小于 1 000 ??mg/L ,且均值大于中值,說明雖然數據樣本中存在個別離群的大值,但由于各地區豬糞沼液中TP含量的數據中偏小的數據較多,各地區間無顯著差異(圖4A)。各地區牛糞沼液中TP含量波動較大,其中華北區和東北區數據離散程度大,2個地區TP含量的平均值 在 1 500 ??mg/L 左右,顯著高于其他地區 ( P < 0.05)(圖4B);各地區雞糞沼液中TP含量的波動較PM和DM大,其中西北區TP含量的平均值和中值均在 4 500 ??mg/L 左右,顯著高于其他地區 ( P < 0.05)(圖4C);戶用沼氣池沼液中TP含量平均值和中值均處于 1 600 ??mg/L 以下(圖4D),雖然各地區之間不存在顯著差異,但華南區TP含量的平均值和中值略高于其他地區,說明該地區TP含量數據樣本極差最大,戶用沼液TP含量中存在個別離群值。因此,在區域尺度上測算非點源磷污染負荷時,應充分考慮各地區沼液中養分含量的差異性。
2.3.3 TK含量特征? 各地區豬糞沼液中TK含量的中值和平均值均小于 1 500 ??mg/L ,雖然各地區間的差異不顯著,但華東區、華中區和西北區TK含量的數值有明顯差距,其平均值遠大于其中值,說明該地區豬糞沼液中TK含量存在較多離群值(圖5A);各地區牛糞沼液中TK含量的中值和平均值均小于 3 000 ??mg/L ,各地區牛糞沼液TK含量較豬糞沼液TK含量波動較大,但差異不顯著,其中西北區TK含量平均值和中值較其他地區有著明顯差距,其平均值遠大于其中值,說明該地區牛糞沼液中TK含量偏大的數值較多(圖5B);雞糞沼液中TK含量的平均值和中值均小于 3 500 ??mg/L ,其波動較PM和DM更大,但各地區間無顯著差異(圖5C);戶用沼氣池沼液中TK含量平均值和中值均處于 2 000 ??mg/L 以下(圖5D),各地區平均值與中值差距甚小,無顯著差異。這說明,在區域尺度上進行農用風險評價時,應充分考慮各地區沼液中養分含量的差異。
3 結 論
(1)全國范圍內沼液均呈弱堿性? [34-35] ,豬糞沼液中TN、TP和TK平均含量為 1 166.71 ??mg/L 、291.60 ?mg/L 和 1 144.26 ??mg/L ;牛糞沼液中分別為 1 488.59 ??mg/L 、561.67 ?mg/L 和 1 679.10 ??mg/L ;雞糞沼液中分別為 3 226.13 ??mg/L 、959.71 ?mg/L 和 2 858.31 ??mg/L ;戶用沼氣池沼液中分別為 1 369.31 ??mg/L 、665.90 ?mg/L 、 1 240.21 ??mg/L ;
(2)豬糞沼液中,氮、磷和鉀的總量與其速效養分含量間存在顯著 ( P < 0.05)的正相關關系,NH +? 4 -N和NO -? 3 -N含量分別占TN含量的51.2%和5.8%,DP含量占TP含量的89.6%,DK含量占TK含量的86.2%;
(3)不同地區沼液中的養分含量存在明顯差異,在區域尺度上分析土地承載力、非點源污染負荷和環境風險評價時,應充分考慮地區間不同沼液中養分含量的差異性。
參考文獻:
[1]? 李景明,徐文勇,李冰峰,等. 關于中國沼氣行業發展困境和出路的思考[J]. 2020,38(12): 1563-1568.
[2] 國家發展改革委和農業部.全國農村沼氣發展“十三五”規劃[R].北京:國家發展改革委和農業部,2017.
[3] 屈安安,鄭 鑫,王 陽,等. 基于文獻計量的沼渣沼液處理利用技術研究態勢分析[J]. 中國沼氣,2020,38(6):86-94.
[4] 田宜水,單 明,孔 庚,等.我國生物質經濟發展戰略研究[J].中國工程科學,2021,23(1):133-140.
[5] 中華人民共和國農業部. 沼肥施用技術規范:NY/T 2065-2011[S]. 北京:中國農業出版社,2011.
[6] ZHOU S Y,ZHANG B,CAI Z F. Emergy analysis of a farm biogas project in China:a biophysical perspective of agricultural ecological engineering [J]. Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation,2010,15(5):1408-1418.
[7] JIANG X Y,SOMMER S G,CHRISTENSEN K V. A review of the biogas industry in China [J]. Energy Policy,2011,39(10):6073-6081.
[8]? HAGOS K,ZONG J P,LI D X,et al. Anaerobic co-digestion process for biogas production:progress, challenges and perspectives [J]. Renewable & Sustainable Energy Reviews,2017,76:1485-1496.
[9] 陶秀萍,董紅敏. 畜禽廢棄物無害化處理與資源化利用技術研究進展[J]. 中國農業科技導報,2017,19(1):37-42.
[10] SHEN L,LIU L,YAO Z,et al. Development potentials and policy options of biomass in China [J]. Environmental Management, 2010, 46(4):539-554.
[11] 石 呂,劉 建,魏亞鳳,等. 沼液在農業領域的資源化利用現狀[J]. 中國農學通報,2019,35(35):109-117.
[12] 袁艷文,劉 昭,趙立欣,等. 生物質沼氣工程發展現狀分析[J]. 江蘇農業科學,2021,49( 6): 28-33.
[13] 靳紅梅,常志州,葉小梅,等. 江蘇省大型沼氣工程沼液理化特性分析[J]. 農業工程學報,2011,27(1): 291-296.
[14] 鐘 攀,李澤碧,李清榮,等. 重慶沼氣肥養分物質和重金屬狀況研究[J]. 農業環境科學學報,2007,30(S1): 165-171.
[15] 呂錦萍,李俊杰,巴哈提古麗,等. 博州地區沼氣池沼液沼渣有機質及養分含量分析[J]. 中國沼氣,2008(5):28-29.
[16] 倪中應,章明奎. 沼液中氮磷鉀化學形態組成及其生物有效性評價[J]. 土壤通報,2017,48(5):1114-1118.
[17] 董紅敏. 力推肥料化和能源化利用 破解畜禽糞污治理難題[J]. 北方牧業,2017(16):4,8.
[18] 鐘志堂,朱 虹. 有機固體廢棄物干法厭氧發酵技術[J]. 農業裝備技術,2010,36(3):44-46.
[19] BOLZONELLA D,INNOCENTI L,PAVAN P,et al. Semi-dry thermophilic anaerobic digestion of the organic fraction of municipal solid waste:focusing on the start-up phase [J]. Bioresource Technology,2003,86(2):123-129.
[20] 李書田,劉榮樂,陜 紅. 我國主要畜禽糞便養分含量及變化分析[J]. 農業環境科學學報,2009,28(1):179-184.
[21] 封勇濤,張克勇. 人糞尿的理化性質及合理利用[J]. 南方農業,2014,8(9):108-109.
[22] 鞠昌華,芮菡藝,朱 琳,等. 我國畜禽養殖污染分區治理研究[J]. 中國農業資源與區劃,2016,37(12): 62-69.
[23] 黃丹丹,羅皓杰,應洪倉,等. 沼液貯存中甲烷和氨氣排放規律實驗[J]. 農業機械學報,2012,43(S1):190-193.
[24] 武淑霞. 我國農村畜禽養殖業氮磷排放變化特征及其對農業面源污染的影響[D]. 北京:中國農業科學院,2005.
[25] ORSEL M, KRAPP A, DANIEL-VEDELE F. Analysis of the NRT2 nitrate transporter family in ?Arabidopsis . Structure and gene expression [J]. Plant Physiology,2002,129(2):886-896.
[26] 王小花. 不同氮代謝微生物對有機肥中氮形態轉化的影響[D]. 貴陽:貴州大學,2019.
[27] 付廣青,葉小梅,靳紅梅,等. 厭氧發酵對豬與奶牛兩種糞污固液相中磷含量的影響[J]. 農業環境科學學報,2013,32(1):179-184.
[28] 付廣青,靳紅梅,葉小梅,等. 豬和奶牛糞污厭氧發酵中固相磷形態變化分析[J]. 生態與農村環境學報,2014,30(2):239-245.
[29] 劉 威,石金霞,管益東,等. 規模豬場沼液沉淀池底泥中磷形態變化特征[J]. 生態與農村環境學報,2020,36(7):938-944.
[30] LEYTEM A B,TURNER B L,THACKER P A. Phosphorus composition of manure from swine fed low-phytate grains:evidence for hydrolysis in the animal [J]. Journal of Environmental Quality,2004,33(6):2380-2383.
[31] MCDOWELL R W,CONDRON L M,STEWART I. An examination of potential extraction methods to assess plant-available organic phosphorus in soil [J]. Biology and Fertility of Soils,2008,44(5):707-715.
[32] 李 剛,岳建芝,郭前輝. 秸稈沼氣工程化對環境的影響及應對措施[J]. 農業工程學報,2011,27(S1):200-204.
[33] 張蘇江,陳慶波. 數據統計分析軟件SPSS的應用(五)——相關分析與回歸分析[J]. 畜牧與獸醫,2003(9):16-18.
[34] 侯福銀,楊智青,陳應江,等. 豬糞沼液替代尿素對秈稻生長性狀、產量和飼用品質的影響[J].南方農業學報,2019,50(6):1197-1203.
[35] 陳志龍,陳廣銀,李敬宜. 沼液在我國農業生產中的應用研究進展[J]. 江蘇農業科學,2019,47(8):1-6.
(責任編輯:陳海霞)