沼肥在山地竹筍基地的應(yīng)用效果及其環(huán)境效應(yīng)

何旭華，蔣玉根*，李鳳根，徐君，邵賽男，戴學(xué)龍，夏曉燕，羊國(guó)芳，張立群

(1.杭州市富陽(yáng)區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 杭州 311400； 2.杭州市富陽(yáng)區(qū)新登鎮(zhèn)人民政府, 浙江 杭州 311401)

隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，養(yǎng)殖業(yè)廢棄物污染及其帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題日益突出[1]。加強(qiáng)對(duì)畜禽養(yǎng)殖業(yè)廢棄物的合理化利用是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵。沼液是畜禽廢棄物經(jīng)微生物厭氧發(fā)酵后產(chǎn)生的[2]，其營(yíng)養(yǎng)成分主要包括發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)、無(wú)機(jī)鹽類物質(zhì)和多種氨基酸、活性酶[3]。同時(shí)，沼液中還含有有害微生物、重金屬、抗生素等殘留，對(duì)食品、環(huán)境和生態(tài)安全具有潛在風(fēng)險(xiǎn)[4]。本研究依托相關(guān)項(xiàng)目，對(duì)沼液在山地竹筍基地上的消納處理進(jìn)行多年定位跟蹤研究，現(xiàn)總結(jié)報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地的養(yǎng)殖場(chǎng)規(guī)模為豬年存欄250頭。養(yǎng)殖廢棄物進(jìn)行干濕分離后，豬尿水和沖欄水經(jīng)沼化后，進(jìn)入沼液存儲(chǔ)池處理，沼液經(jīng)機(jī)提由山地竹林消納，實(shí)行零排放。同時(shí)，有部分沼液被運(yùn)輸?shù)椒N植基地澆沖施用。

試驗(yàn)期間，共檢測(cè)6個(gè)批次的沼液成分。分析發(fā)現(xiàn)，沼液和沼渣中的主要成分如下：沼液，pH值7.31，化學(xué)需氧量(COD)1 373.25 mg·L-1，氨氮1 811.56 mg·L-1，重金屬鉻(Cr)、鎳(Ni)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、汞(Hg)未檢出，砷(As)含量低于0.1 mg·kg-1；沼渣，Cr 4.9 mg·kg-1，Ni 5 mg·kg-1，Cd<0.1 mg·kg-1，Pb 7.1 mg·kg-1，Hg 0.1 mg·kg-1，As 4.8 mg·kg-1。

1.2 處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)一：建立長(zhǎng)期沼液使用監(jiān)測(cè)點(diǎn)，小區(qū)之間采用水泥砼隔離，小區(qū)面積66 m2。共設(shè)4個(gè)處理：Ⅰ，空白對(duì)照片區(qū)(不使用任何肥料)；Ⅱ，每年每667 m2使用沼液100 t；Ⅲ，每年每667 m2使用沼液200 t；Ⅳ，每年每667 m2使用沼液300 t。

試驗(yàn)二：建立竹筍沼液消納基地33 350 m2，分4個(gè)沼液使用分區(qū)：A，前北山；B，前東北山；C，前南山；D，前西山。區(qū)外設(shè)置2個(gè)對(duì)照：CK1，北山延伸；CK2，南山延伸。沼液機(jī)提到消納區(qū)，采用總、分輸液管和人工輔助均勻施液，月均2次，控制每年每667 m2沼液用量50 t，記錄施用量、氣溫、產(chǎn)筍量等。

1.3 試驗(yàn)時(shí)間

試驗(yàn)一和試驗(yàn)二的數(shù)據(jù)采納時(shí)間均為2013—2017年，共5 a。每個(gè)小區(qū)和分區(qū)單獨(dú)采筍，產(chǎn)量分別記載。

1.4 樣本采集和檢測(cè)內(nèi)容

1.4.1 樣本采集

2013—2017年，共采集試驗(yàn)一、試驗(yàn)二土壤樣本52個(gè)，飼料、添加劑(中豬、仔豬)、畜飲水(深井)、地下水、竹筍、沼液和沼渣等樣本16個(gè)。

1.4.2 檢測(cè)內(nèi)容

委托浙江綠城農(nóng)科檢測(cè)技術(shù)有限公司按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)68個(gè)樣本的主要重金屬指標(biāo)(Cr、Ni、Cd、Pb、Hg、As)進(jìn)行檢測(cè)，52個(gè)土壤樣本由富陽(yáng)區(qū)土壤肥料檢測(cè)中心對(duì)pH、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、全氮、水溶性鹽總量、陽(yáng)離子交換量等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。

1.4.3 檢測(cè)方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

檢測(cè)方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)按GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》、GB/T 5750.1～3—2006《生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》、GB 13078—2017《飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》、GB 2762—2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》、GB 5084—2005《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》、NY 525—2012《有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)》要求執(zhí)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)一

2.1.1 對(duì)竹筍生產(chǎn)的影響

如圖1所示，2014年各處理的出筍量從高到低依次是Ⅳ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ，而2015—2017年各處理的出筍量大幅下跌。2015—2017年各處理的竹株枯死率從高到低依次為Ⅳ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ。2017年開挖竹鞭觀察：處理Ⅰ、Ⅱ的竹鞭生長(zhǎng)正常，而處理Ⅲ、Ⅳ壞死、發(fā)黑、腐爛的比例較高，部分竹鞭已失去養(yǎng)分吸收功能。初步分析，出現(xiàn)竹筍減產(chǎn)、竹鞭枯死的原因可能與小區(qū)隔離造成斷鞭，及大量使用沼液等有關(guān)。

2.1.2 對(duì)土壤理化性狀的影響

由表1可知：2013—2016年各處理的陽(yáng)離子交換量有下降的趨勢(shì)，2017年略有回升，且總體表現(xiàn)為隨著沼量使用量的增加升幅擴(kuò)大。各處理的水溶性鹽含量總體呈下降趨勢(shì)，這與沼液使用后稀釋了表層土壤離子，使鹽分下壓有關(guān)。同時(shí)，2015—2017年各處理的水溶性鹽含量隨著沼液使用量的增加有增加的趨勢(shì)。處理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的土壤pH值表現(xiàn)為隨著沼液使用量、使用年限的增加而明顯降低，說(shuō)明沼液使用加劇了土壤酸化。土壤有機(jī)質(zhì)隨沼液用量增加有先減后增的變化趨勢(shì)，不使用沼液的處理Ⅰ土壤有機(jī)質(zhì)降幅較大。因用沼液替代了化肥，可以看出，隨著沼液使用量的增加，土壤全氮、有效磷和速效鉀含量整體增加，而不使用沼液的處理Ⅰ土壤全氮、有效磷和速效鉀含量整體下降。

2.1.3 對(duì)土壤重金屬含量的影響

根據(jù)GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》的比對(duì)分析(表2)可知，長(zhǎng)期沼液使用監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤Cr、Ni、Hg含量均在風(fēng)險(xiǎn)篩選值150、60、1.3 mg·kg-1內(nèi)，4 a富集不明顯；Pb元素有1個(gè)檢測(cè)指標(biāo)超過(guò)風(fēng)險(xiǎn)篩選值70 mg·kg-1，且4 a的數(shù)據(jù)明顯比建立監(jiān)測(cè)點(diǎn)前的數(shù)據(jù)高，有富集的趨向；Cd有3個(gè)檢測(cè)指標(biāo)超過(guò)風(fēng)險(xiǎn)篩選值0.3 mg·kg-1，且處理Ⅰ有2個(gè)指標(biāo)超標(biāo)，這與沼液使用的相關(guān)性可能不是很大，其中原因有待進(jìn)一步分析；而As元素隨沼液用量增加而增加的趨勢(shì)較明顯，施用沼液的12個(gè)檢測(cè)項(xiàng)均超過(guò)2013年建點(diǎn)時(shí)的水平(2013年的分析數(shù)據(jù)為建立監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)的混合樣，是一個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)的平均數(shù))，且有7個(gè)超過(guò)風(fēng)險(xiǎn)篩選值40.0 mg·kg-1。

2.2 試驗(yàn)二

2.2.1 對(duì)竹筍生產(chǎn)的影響

如圖2所示：除2015年受出筍前持續(xù)干旱影響產(chǎn)量異常外，沼液消納基地的出筍量呈逐年增加趨勢(shì)，均高于2013年使用沼液前。竹株枯死率2013年為0.40%，2014年為0.43%，2015年為0.48%，2016年為0.42%，2017年為0.41%，均低于正?？菟缆?0.50%)。2017年開挖竹鞭觀察，生長(zhǎng)正常。

表1 長(zhǎng)期沼液使用監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤理化性狀

表2 長(zhǎng)期沼液使用監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤重金屬含量

圖2 沼液消納基地2013—2017年的竹筍產(chǎn)量

2.2.2 對(duì)土壤理化性狀的影響

如表3所示，整體來(lái)看，相較于CK1和CK2，消納區(qū)各區(qū)的土壤理化性狀未明顯劣化，其中，B、C、D區(qū)的土壤pH值隨沼液使用年限增加有小幅降低，提示沼液消納可能引起土壤酸化，但程度較緩。另外，沼液消納區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀含量相較于CK還有增加的趨勢(shì)。

2.2.3 對(duì)土壤重金屬含量的影響

由表4可知，沼液消納基地的土壤Cr、Cd、Ni、As、Pb、Hg含量在2017年均未超過(guò)GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》的風(fēng)險(xiǎn)值指標(biāo)；因此，沼液在限量的使用范圍內(nèi)(50 t·a-1)，土壤清潔度還是較好的，不存在土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

表3 沼液消納基地的土壤理化性狀

表4 沼液消納基地的土壤重金屬含量

2.2.4 對(duì)沼液消納基地山腳和下游地下水重金屬的影響

為分析沼液使用后沼液地表徑流或滲流對(duì)周邊地下水的影響，于2017年9月對(duì)沼液使用區(qū)周邊的地下水進(jìn)行檢測(cè)分析。地下水采水深度位于地表下1.0～1.5 m處，挖坑取水。經(jīng)檢測(cè)，沼液消納基地山腳及距基地500 m下游的地下水中Cr、Ni、Cd、Pb、Hg均未檢出，As含量低于0.007 mg·L-1，均符合GB 5084—2005的限量要求。這說(shuō)明，適量的沼液消納未給周邊環(huán)境帶來(lái)不利影響。

2.2.5 對(duì)食用竹筍安全性的影響

GB 2762—2017規(guī)定的Cr、Cd、Pb、Hg、As限量標(biāo)準(zhǔn)分別為0.5、0.05、0.1、0.01、0.5 mg·kg-1。與之相比，除Pb個(gè)別指標(biāo)超標(biāo)外，沼液消納基地所生產(chǎn)的竹筍中其余重金屬指標(biāo)均在安全范圍內(nèi)(表5)，但與未用沼液的樣本相比，長(zhǎng)期使用沼液、沼渣，農(nóng)產(chǎn)品仍有一定的安全隱患。

表5 沼液消納基地竹筍的重金屬含量

注：-表示檢測(cè)不到。

2.2.6 沼渣和沼液的重金屬含量

沼液、沼渣安全利用的關(guān)鍵是沼液、沼渣本身的安全。為此，分批次抽檢了沼液、沼渣。從檢測(cè)結(jié)果與NY 525—2012《有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)》比對(duì)看，沼液、沼渣的總體質(zhì)量是安全的(表6)。但從長(zhǎng)期使用的角度出發(fā)，其仍有可能引起累積，特別是沼渣，可能是Cr、Pb、As等重金屬元素污染轉(zhuǎn)移的主要載體。

表6 沼液與沼渣中的重金屬含量

2.2.7 畜飲水、飼料及添加劑

根據(jù)GB/T 5750.1～3—2006，畜飲水(深井)中Cr、Cd、Pb、Hg、As的限量標(biāo)準(zhǔn)分別為0.05、0.005、0.01、0.001、0.01 mg·kg-1。本研究調(diào)查的畜飲水(深井)樣本中，Cr、Ni、Cd、Pb、Hg均未檢出，As含量為0.008 mg·kg-1。根據(jù)GB 13078—2017，飼料和飼料添加劑中Cr、Cd、Pb、Hg、As的限量標(biāo)準(zhǔn)分別為10、0.5、40、0.1、10 mg·kg-1。本研究調(diào)查的飼料(玉米、豆粕)樣品中，Cr、Ni、Cd、Pb、Hg、As含量分別為<0.01、1.24、0.022、<0.01、0.013、0.02 mg·kg-1，飼料添加劑(中豬)樣品中Cr、Ni、Cd、Pb、Hg、As含量分別為10.66、7.38、0.57、6.23、0.034、3.91 mg·kg-1，飼料添加劑(仔豬)樣品中Cr、Ni、Cd、Pb、Hg、As含量分別為6.18、8.24、0.55、3.8、0.032、5.08 mg·kg-1。由此分析，飼料添加劑(中豬)中Cr、Cd含量，和飼料添加劑(仔豬)中Cd含量均超過(guò)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，故推測(cè)沼渣、沼液中的重金屬來(lái)源主要為飼料添加劑，其次為飼料原料或加工機(jī)械。

3 小結(jié)

沼液在山地竹筍基地消納，配套自動(dòng)和人工輔助管網(wǎng)設(shè)施，每667 m2消納50 t·a-1以內(nèi)，對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量影響較小，但Cr、Pb、As元素土壤中富集趨勢(shì)較快，必須加強(qiáng)監(jiān)控，建議以5 a為一周期停止消納，通過(guò)雨水淋溶等自然降解修復(fù)土壤。同時(shí)，應(yīng)建立嚴(yán)格的管控機(jī)制，對(duì)消納場(chǎng)所全程監(jiān)控。

沼液、沼渣中的重金屬主要來(lái)源于飼料添加劑，其次來(lái)源于飼料、加工機(jī)械；故相關(guān)職能部門

必須對(duì)飼料添加劑行業(yè)加大監(jiān)管力度。

重金屬元素在沼渣中的含量高于沼液，故必須杜絕畜禽糞便的鮮基使用，對(duì)商品有機(jī)肥生產(chǎn)企業(yè)，應(yīng)加大資金、技術(shù)扶持力度，研發(fā)、生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，防止二次污染。

應(yīng)加強(qiáng)沼液使用前端技術(shù)，如重金屬吸附或鈍化等技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)源頭控制。

沼液對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量的影響是潛移默化的，因此，要長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)。