種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)利用模式對土壤中氟元素含量的影響研究

冉彬 楊焱

摘 要：目的：探明種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)利用模式對土壤中氟（F）元素含量的影響。對成都市雙流縣實施種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)利用模式下土壤中的氟元素含量進行測定，分析該模式對土壤中F元素含量的影響。方法：試驗區(qū)和對照區(qū)均為稻田-油菜土，并采用網(wǎng)格法取點，GPS+MAPGIS定位，設(shè)置試驗樣地與對照樣點數(shù)分別為47和31個，以每個采樣點為中心，采用交叉法采集5個0～20cm耕層土樣組成一個混合樣，土樣混勻后用四分法棄去部分土壤，保留1.5kg裝入相應(yīng)編號的塑料袋中帶回實驗室。風(fēng)干過篩后采用氟離子選擇電極法測定土壤中氟元素含量，應(yīng)用SPSS軟件進行方差分析。結(jié)果：試驗區(qū)土壤全F含量小于對照樣地全F含量（p<0.01），降幅達12.9%；試驗區(qū)土壤F含量的變異程度大于對照區(qū)。結(jié)論：長期澆灌沼液并施用固體發(fā)酵肥能有效降低土壤F含量。

關(guān)鍵詞：種養(yǎng)結(jié)合；循環(huán)利用；土壤；氟元素

中圖分類號 S151.9 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）09-118-03

Effect of Planting and Breeding Integrated Recycling Model on Fluorine Element Content in the Soil

Ran Bing1 et al.

（1The Animal Husbandry Station in Yaoshan，Libo 558400，China）

Abstract：Objective：The study aims to investigate the effect of planting and breeding integrated recycling model on fluorine element content in the soil. The fluorine element content in the soil was determined under planting and breeding integrated recycling model in Shuangliu county，Chengdu city. Method：The study was conducted on an area where the soil was a complex of rice field and oilseed rape field. Using grid method and GPS and MAPGIS position，47 and 31 sampling point was selected in treatment and control group，respectively. Each 5 soil samples from 0 to 20 cm plough layer were combined into one sample，which was collected from each sample point center using interior extrapolation method.Thereafter，some soil sample was discarded using quartering method and 1.5 kg soil sample were collected. The sample was dried and filtered through metal gauze and fluorine element content was determined by using the fluoride ion selective electrode method.The variance analysis was performed by using the SPSS software. Result：The fluoride element content was significantly lower in treatment than that in control group with a 12.9% decreasing amplitude，and the degree of variation was significantly higher in treatment than that in control group.Conclusion：The long-term biogas slurry irrigation and solid-state fermentation fertilizer application can effectively decrease the fluoride element content in the soil.

Key words：Planting and breeding integrated；Recycling；Soil；Fluorine element

種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)利用模式是近些年來在傳統(tǒng)畜禽規(guī)?；B(yǎng)殖的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，更適應(yīng)現(xiàn)代社會、經(jīng)濟和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的一種新模式。與傳統(tǒng)畜禽規(guī)模化養(yǎng)殖方式相比，它把種植與養(yǎng)殖結(jié)合起來，通過無害化處理后的畜禽糞便灌溉附近農(nóng)田，農(nóng)作物的副產(chǎn)物又作為飼料，從而實現(xiàn)種養(yǎng)的物質(zhì)循環(huán)。由于其高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、不污染環(huán)境等特點，備受現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)注，是生態(tài)循環(huán)利用的一種重要方式，具有極其廣闊的發(fā)展前景。

氟是化學(xué)性質(zhì)最活潑的非金屬元素，廣泛分布于自然界中，雖然它是機體低劑量時可能必須的微量元素之一，對機體有多方面的生理作用，但也有潛在的毒性[1]，長期過量攝入會引起氟中毒，導(dǎo)致機體功能紊亂、機體骨相和非骨相軟組織的損傷[2]。

土壤環(huán)境中氟含量不足，會導(dǎo)致飲用水和食物中氟的缺乏，從而進一步影響到人和動物牙齒的生長；反之，當(dāng)土壤環(huán)境中氟含量過高，就會通過進入地表水和地下水造成水源型氟含量超標(biāo)，通過食物鏈富集到動物或人體后造成氟中毒[3]。人類活動會引起土壤氟元素的積累因施肥，如法國每年每0.4hm2土地上增加了約710～1 716kg的氟化物，而我國中小型磷肥廠生產(chǎn)的磷肥含氟量約為10～16g/kg。磷肥和含氟農(nóng)藥的廣泛施用，勢必引起土壤氟含量的上升。

土壤是氟環(huán)境化學(xué)體系的樞紐化學(xué)成分，前人對土壤中氟的來源，氟的含量狀況，氟的遷移、富集及分布規(guī)律和氟的反應(yīng)機制、吸附特性及其影響因素研究較多[4-8]，而有關(guān)實施種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)利用模式對土壤中氟元素的影響的研究未見報道。為此，本研究采用氟離子選擇電極法對實施種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)利用模式3a以上的稻田—油菜土壤中氟元素進行測定和分析，旨為該模式的推廣和評價其生態(tài)環(huán)境效益提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗區(qū)概況

1.1.1.1 地理位置 雙流縣地處四川省中西部、成都平原東南緣、成都市西南近郊（103°47′～104°15′E，30°13′～30°40′N）?？h域東西寬46km，南北長49km，面積

1 068km2。

1.1.1.2 地質(zhì)地貌與土壤特征 雙流縣主要土壤類型有水稻土、沖積土、黃壤土、紫色土4種，沖積性水稻土、紫色性水稻土、黃壤性水稻土、潮土、紫色土、黃壤土6個亞類，21個土屬，44個土種。其中以水稻土為主，占總耕地面積的78.62%，分布于全縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)，pH值5.5～8.5，基本適宜水稻、小麥、油菜等作物的生長需求[8]。

1.1.1.3 氣候與植被特征 雙流縣地屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，氣候溫和，空氣濕潤，冬無嚴寒，夏無酷暑，春暖秋涼，四季分明。年平均氣溫為16.2℃，最高年平均氣溫16.9℃，最低年平均氣溫15.4℃；縣域降水豐沛，平均年降水量為921.1mm，夏多冬少，長年云霧多，日照少，屬全國日照低值區(qū)。植被具有多樣性特點：平原區(qū)以農(nóng)業(yè)植被為主，主要是油菜和水稻；村落周圍、河渠道路兩旁，以慈竹群落為主的川西平原林盤星羅棋布；低山區(qū)主要分布經(jīng)濟林木；臺地以人工次生林為主，主要類型為馬尾松、濕地松等松林。

1.1.1.4 養(yǎng)殖場概況 雙流縣的養(yǎng)殖場隸屬成都吞拿養(yǎng)殖有限公司，位于公興鎮(zhèn)青云寺村，養(yǎng)殖面積為70hm2，現(xiàn)存欄種豬800余頭，商品豬4 000余頭；此外還建有儲糞池10個，約3 700m2，厭氧發(fā)酵池500m2，輸糞管道1 800m長。養(yǎng)殖場產(chǎn)生的糞污通過干濕分離技術(shù)灌溉周圍農(nóng)田（覆蓋青云寺和蘭溝2個村），共約1 200hm2。周圍的農(nóng)田種植的主要作物有水稻、油菜、水果以及一些大棚蔬菜。養(yǎng)殖場在2009年已實施種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)利用模式3a以上。

1.1.2 樣品的采集 本試驗采樣地位于成都雙流縣公興鎮(zhèn)青云寺村吞拿養(yǎng)殖場以北的水稻田，樣地地勢平坦，環(huán)境條件一致，遠離交通要道，周圍無工礦企業(yè)，每年5～9月種植水稻，10月至次年4月種植油菜，稻谷和油菜籽加工副產(chǎn)物作為育肥豬及種豬的飼料。糞污經(jīng)干濕分離，固體部分經(jīng)堆肥發(fā)酵，液體部分經(jīng)沼氣池發(fā)酵，產(chǎn)物均用做肥料。樣地分試驗區(qū)和對照區(qū)，試驗區(qū)連續(xù)澆灌沼液并施用固體發(fā)酵肥3a以上，不施用化肥；對照區(qū)以施化肥為主，兼施少量農(nóng)家肥（豬糞污未經(jīng)專門發(fā)酵處理，直接排進儲糞池供施肥用）。2009年3月借助GPS導(dǎo)航定位確定整個研究區(qū)域的面積，以及經(jīng)緯度、海拔高度、周圍環(huán)境特征、土壤質(zhì)地及植被狀況等，將通過GPS所得到的研究區(qū)域平面圖導(dǎo)入Mapgis進行坐標(biāo)矢量化，并設(shè)計出采用60m×60m標(biāo)準網(wǎng)格法進行采樣。從東到西，設(shè)置2個樣區(qū)，分別為灌溉無害化處理沼液的試驗區(qū)和對照區(qū)。2個樣區(qū)均選在地形平坦，土壤類型一致的區(qū)域，并進行具體的編號。再將Mapgis里的矢量坐標(biāo)導(dǎo)入GPS中，與2009年5月8日借助GPS導(dǎo)航找到所需采樣點，相鄰樣點間間距相同，為60m。以每個采樣點為中心，采用交叉法采集5個0～20cm耕層土樣組成一個混合樣，土樣混勻后用四分法棄去部分土壤，保留1.5kg裝入相應(yīng)編號的塑料袋中帶回實驗室分析。

1.1.3 土壤樣品的預(yù)處理 將塑料袋帶回的土樣，分別放在干凈的塑料布或白紙上，打碎，除去石礫、根、葉、蟲體等雜質(zhì)，自然風(fēng)干約20d后，碾磨、過100目篩備用。

1.1.4 試驗儀器 氟離子選擇電極；甘汞電極；磁力攪拌器；酸度計；PB303-N電子天平（梅特勒托利多儀器公司）；DHG-914A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海一恒科技有限公司）；DRZ-4型電阻爐溫度控制器（天津?qū)嶒炿姞t廠）；RJX-4-9箱型電阻爐（天津?qū)嶒炿姞t廠）；鎳坩堝；坩堝鉗；容量瓶。

1.2 土樣氟含量的測定 將土壤樣品于105℃烘3～4h，過100目篩。準確稱取勻樣品0.2～0.5g（準確至0.01mg），移至鎳坩堝中，用少量水潤濕后，加氫氧化鈉溶液（670g/L）4～6mL，混勻，于烘箱內(nèi)150℃烘干后，移入馬福爐內(nèi)，升溫至250℃，停止升溫5～10min，再升溫至450℃，熔融20～30min。冷卻后，加入15mL水，水浴加熱使融塊全溶后，用1M鹽酸調(diào)pH8～9，將樣液轉(zhuǎn)移到100mL容量瓶中，稀釋到刻度?？瞻自嚇樱撼瞬患訕悠吠猓溆嗖僮鞑襟E同上。吸取樣品濾液25mL，置于50mL燒杯中，加入25.00mL總離子強度調(diào)節(jié)緩沖液，插入電極，測定電位值，在標(biāo)準曲線上查出樣液的F濃度。計算公式如下：

氟化物（干重，mg/kg）=[p?V×4W]

式中：p—從標(biāo)準曲線上查出的樣液中氟化物質(zhì)量濃度（μg/mL）；

V—被測樣液體積（mL）；

W—樣品質(zhì)量（g）。

1.3 數(shù)據(jù)處理 運用SPSS11.0數(shù)據(jù)分析軟件對試驗數(shù)據(jù)進行方差分析和顯著性檢驗（p<0.01），結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準誤差。

2 結(jié)果與分析

由表1可知，試驗組土壤中F含量低于對照組土壤中F含量，降幅達12.9%，試驗組的變異程度高于對照組。經(jīng)測定后分析發(fā)現(xiàn)，試驗組與對照組土壤中F含量差異極顯著（p<0.01）。以上結(jié)果表明，實施種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)模式能有效控制土壤中的F含量。澆灌沼液和施用固體發(fā)酵肥是導(dǎo)致試驗樣地氟元素含量低于對照樣地的主要原因，試驗組F含量降低的原因可能是該過程所采取的厭氧或好氧發(fā)酵等生物工程技術(shù)對養(yǎng)殖場畜禽糞便進行發(fā)酵腐熟、除臭干燥過程中微生物對糞污的分解轉(zhuǎn)化所致。

表1 不同處理下的土壤F元素含量

[處理＼&最小值

（mg/kg）＼&最大值

（mg/kg）＼&平均值

（mg/kg）＼&變異系數(shù)

（%）＼&試驗組 ＼&132.46＼&237.06＼&187.07±22.64a＼&12.1%＼&對照組＼&164.84＼&251.03＼&214.74±22.15b＼&10.32%＼&]

注：表中同列數(shù)據(jù)后小寫字母表示差異極顯著（p<0.01）。

3 討論

3.1 傳統(tǒng)畜禽規(guī)模化養(yǎng)殖對土壤的污染 畜禽規(guī)?；B(yǎng)殖相比分散的粗放養(yǎng)殖有許多優(yōu)勢，但隨著社會的發(fā)展，傳統(tǒng)的畜禽規(guī)?；B(yǎng)殖方式也暴露出了污染環(huán)境等很多問題。畜禽規(guī)模化生產(chǎn)系統(tǒng)是一個完全開放的系統(tǒng)，一方面由于其自身難以完全解決所需的飼料和能源，需要外部大量的輸入；另一方面，規(guī)?；B(yǎng)殖場在向外輸出畜禽產(chǎn)品的同時，也釋放了大量的有毒有害物質(zhì)，嚴重影響大氣、水體和土壤等生態(tài)環(huán)境。目前，傳統(tǒng)畜禽規(guī)?；B(yǎng)殖場對糞便采取將其作為糞肥直接施入土壤的處理方式，一些因有足夠土地消納廢水的養(yǎng)殖場甚至采用土地直接處置養(yǎng)殖場污水。由于添加一些重金屬元素如鋅和銅等可以改善動物的生長性能，但大部分重金屬元素會直接被動物排出體外。隨著重金屬添加劑的增加，畜禽糞污中重金屬元素含量也呈直線上升趨勢，進入土壤環(huán)境后，局部地區(qū)遠遠超出土地容納量。長此以往，將導(dǎo)致重金屬及其它微量元素在土壤中富集、糞污中的大量細菌、病毒等有害微生物在土壤中長期生存以及大量農(nóng)藥、獸藥殘留土壤中，影響農(nóng)作物的生長，造成作物減產(chǎn)，給人類帶來潛在威脅[10-11]。

3.2 種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)利用模式的優(yōu)點 種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)利用模式是近些年來在傳統(tǒng)畜禽規(guī)?；B(yǎng)殖的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，更適應(yīng)現(xiàn)代社會、經(jīng)濟和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的一種新模式。與傳統(tǒng)畜禽規(guī)?；B(yǎng)殖方式相比，它把種植與養(yǎng)殖結(jié)合起來，通過無害化處理后的畜禽糞污灌溉附近農(nóng)田，從而使農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟得以實現(xiàn)。種養(yǎng)結(jié)合農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟模式具有以下特點：第一，建立了液體糞污無害化處理和資源化循環(huán)利用體系。在實行“干濕分離、雨污分流、節(jié)水養(yǎng)殖”的基礎(chǔ)上，在規(guī)模養(yǎng)殖場建立大型沼氣池，在大量獲得清潔能源的同時，對液體糞污進行無害化處理和發(fā)酵腐熟處理，有效殺滅糞污中的大腸桿菌等病原微生物和寄生蟲卵，使之符合無公害綠色農(nóng)產(chǎn)品對有機肥料的技術(shù)要求。在此基礎(chǔ)之上，將沼液經(jīng)封閉和自成體系的輸糞管道輸送到養(yǎng)殖場周圍種植基地的儲糞池里儲存，并配備污水泵等相關(guān)設(shè)施，以方便農(nóng)戶利用。第二，建立了畜禽固體糞便無害化處理和資源化利用體系。在規(guī)模養(yǎng)殖場建立與之相配套的畜禽固體糞便預(yù)處理車間，采取厭氧或好氧發(fā)酵等生物工程技術(shù)，對養(yǎng)殖場的畜禽糞便進行發(fā)酵腐熟、除臭并干燥，同時將畜禽糞便的含水量從80%以上降低至20%～30%，將畜禽糞便生產(chǎn)成為有機肥料的半成品，以解決畜禽糞便運輸過程中的二次污染和運輸成本，也為規(guī)模養(yǎng)殖場增加了收入[9]。預(yù)處理車間同時承擔(dān)周邊中小養(yǎng)殖場的畜禽固體糞便處理任務(wù)。在規(guī)模養(yǎng)殖場建立畜禽固體糞便預(yù)處理車間的基礎(chǔ)上，建立全縣畜禽糞便無害化處理中心，收集全縣各規(guī)模養(yǎng)殖場經(jīng)預(yù)處理的半成品，根據(jù)土壤N、P、K含量情況，通過測土配方和精深加工生產(chǎn)成各種專用生物有機肥料，為有機農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準化生產(chǎn)的提供大量生物有機肥源。

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（責(zé)編：張宏民）