AEP  >> Vol. 9 No. 5 (October 2019)

    季候对牛粪及牛粪无机肥中养分和重金属含量影响分析
    Impacts of Season on Nutrient and Heavy Metal Contents in Cow Dung and Organic Fertilizer

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作者:  

李树森,郑 磊,曹宇东,李 莹,田永兰,张化永:华北电力大年夜学工程生态学与非线性迷信研究中间,北京

关键词:
集约化农牧场季候养分含量重金属含量洋河道域Intensive Farms Seasons Content of Nutrient Content of Heavy Metals Yang River Valley

摘要:

无机肥的品德遭到季候影响较大年夜。为懂得畜禽粪便及无机肥的根本理化性质、养分、重金属含量及活菌残留等无机肥目标的季候分布情况,对洋河道域的某典范养牛牧场、农场及葡萄园收集的不合季候的牛粪及牛粪无机肥中的氮(TN)、磷(P2O5)、钾(K2O)等养分目标,锌(Zn)、镍(Ni)、砷(As)、铅(Pb)、铬(Cr)、铜(Cu)的含量等重金属成分,和蛔虫卵逝世亡率、粪大年夜肠菌群数量等活菌残留情况停止室内实验分析。成果注解:1) 牛粪在春季的pH值最大年夜,为7.06~7.37;牛粪含水率各季均大年夜于80%,无机肥含水率均小于30%,且在春季含水率最高。2) 牛粪及无机肥中养分含量由多到少均为K2O > TN > P2O5,总养分在春季最高,无机肥的总养分在夏季、春季和夏季较低,不符合国度相干标准。3) 全部样本只要在春季时Zn的含量在检测线以上,在四个季候内均未检测出Cu;牛粪中Ni的含量在夏季时最高;无机肥中Ni和Cr含量在春季最高,As和Pb含量在四个季候均较小,一切样本的重金属含量均未超标。4) 一切样本的蛔虫卵逝世亡率均达到100%;两种无机肥中粪大年夜肠菌群数量均小于70个/g,符合国度标准,泌乳牛粪在春季时的粪大年夜肠菌群数量巨大年夜,达到11,000个/g,须要处理才可以作为粪肥应用。综上所述,季候变更不只影响牛粪中各成分的含量,还会影响无机肥的品德。本研究的成果可为不合季候无机肥临盆工艺改进、作物栽种的肥料选择供给参考。

The quality of organic fertilizer is greatly affected by seasons. In order to understand the distribu-tion of basic physical and chemical properties, nutrients, heavy metal content and bacterial resi-dues of livestock manure and organic manure in different seasons, the nutrient indices such as ni-trogen (TN), phosphorus (P2O5), potassium (K2O), the heavy metal components such as zinc (Zn), nickel (Ni), arsenic (As), lead (Pb), chromium (Cr), copper (Cu), the mortality rate of Ascaris eggs and the number of fecal coliform bacteria in cow manure and organic manure collected in different seasons from a typical cattle ranch, farm and vineyard in Yang River Valley were studied. The re-sults showed that: 1) The pH value of cow manure was highest in autumn, which was ranged from 7.06 to 7.37. The moisture content of cow manure was more than 80% in all seasons. The moisture content of organic manure was less than 30% and was highest in spring. 2) The nutrient contents of cow manure and organic manure were in the order of K2O > TN > P2O5. The total content of nutrient was highest in autumn. The total nutrient of organic manure was lower in winter, spring and sum-mer, which did not meet the relevant national standards. 3) The contents of Zn in all samples were above the detection limit only in autumn, and no Cu was detected in four seasons. The content of Ni in cow manure was highest in summer. The contents of Ni and Cr in organic manure were highest in autumn. The contents of As and Pb were low in all four seasons. The contents of heavy metals in all samples were not exceeded the standard. 4) The mortality rates of Ascaris eggs in all samples were 100%. The fecal coliforms in both organic manures were less than 70/g, which met the national standard. The fecal coliforms in cow manure in spring were huge, reaching 11,000/g, and needed to be treated before they could be used as manure. In conclusion, variations of seasons not only af-fected the content of components in cow manure, but also affected the quality of organic fertilizer. The results of this study provide references for the improvement of organic fertilizer production technology in different seasons and the selection of fertilizer for crop cultivation.

1. 引言

畜禽粪就是农业临盆中经常使用的传统肥料,畜禽粪便无机肥在绿色农业、轮回农业和无机农业中扮演侧重要角色 [1] [2]。畜禽粪便无机肥不只可以充分应用牛粪的肥效,还可以改良泥土,较少化肥施用对情况形成的伤害 [3] [4]。然则在实际临盆中,畜禽饲估中常常应用铜(Cu)、镉(Cd)、砷(As)、锌(Zn)等微量元素添加剂以增长经济效益 [5] ,而畜禽对微量元素较低的应用率招致其粪便中含有大年夜量的重金属 [6] [7] [8]。含重金属的粪便制成的无机肥经久施用会形成泥土中重金属元素的富集积聚,改变农田重金属的有效性,从而形成泥土重金属污染及潜伏风险的加重 [9] [10] [11] [12]。畜禽粪便重金属含量超标已成为广泛景象,威逼人类的身材安康 [13] [14] [15]。

重金属在畜禽粪便和无机肥成分的研究中遭到广泛存眷。普通情况下,对畜禽粪便及无机肥的重金属污染研究集中于As、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni [16] [17] [18] [19]。李书田等 [14] 在对20个省市畜禽粪便养分含量的研究中发明牛粪Cu、Zn超标率为9.6%、3.8%王飞等 [1] 对华北地区畜禽粪便养分及重金属含量的研究中发明,畜禽粪便中TN、P2O5、K2O的含量较高,无机质含量较高,但Cu、Zn等重金属含量超标。同时畜禽粪便无机肥的重金属含量会受畜禽粪便来源、季候等身分的影响。覃丽霞 [20] 等在对浙江省畜禽无机肥重金属含量的研究中发明,春季牛粪的Pb和Cr含量比夏季的高。田雪力 [21] 在对天津市奶牛场的牛粪停止四个季候持续采样分析,发明Zn和Cr的含量在春季时最高。

作为永定河上游的一级主流,洋河的污染控制是永定河综合管理的重要环节 [22]。洋河的水质也在很大年夜程度上影响官署水库的水质,影响对官署水库恢复饮用水水源地筹划 [23]。程鹏和李叙勇 [24] 在对洋河道域不应时空水体重金属污染的研究中发明,持续20年洋河道域Pb和Cd的含量均一向逾越地表水质标准。王闯 [25] 在洋河堆积物重金属研究中发明洋河水系表层堆积物中重金属Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn含量均匀值分别是0.34、59.91、30.64、30.85、39.51和129.27 mg/kg,分析注解个中的Cd、Pb和Zn重要来源自工资活动,Cr、Cu和Ni重要来自于天然过程。个中,畜禽养殖是洋河道域污染的重要来源之一。经过过程临盆无机肥增添养殖放弃物入河量,增添化肥施用量,是控制区域污染的重要手段。而遭到技巧程度的限制,洋河道域的无机肥临盆多以克己为主,缺乏成熟的工艺条件,是以无机肥的品德遭到不合季候下温度和原料成分的影响较大年夜。

查询拜访分析不合季候牛粪及牛粪无机肥中的理化性质、养分、重金属和活菌残留情况,有助于对牛粪停止更好的有害化处理和资本化应用,促进绿色农业、轮回农业、无机农业的生长。本研究拔取了洋河道域某典范养牛牧场的泌乳牛粪和储备牛粪、某典范农场的牛粪无机肥及某葡萄园的牛粪无机肥作为研究对象,经过过程分析不合季候牛粪及牛粪无机肥中的pH值、含水率、TN、P2O5、K2O、Zn、Ni、As、Pb、Cr、Cu的含量和活菌残留情况,旨在懂得洋河道域内,不合季候招致的牛粪和无机肥品德差别,以期为该地区畜牛粪及牛粪无机肥临盆工艺的改进及有效应用供给参考根据。

2. 材料与办法

2.1. 样品收集与处理

本研究共4个采样点,分别是洋河道域某典范养牛牧场的泌乳牛粪和储备牛粪、某典范农场的牛粪无机肥及某葡萄园的牛粪无机肥,采样时间为春季(2018年9月)、夏季(2018年12月)、春季(2019年3月)、夏季(2019年6月),取样前将取样部位表层铲除,根据粪堆高度拔取上中下三个部位取样,混淆后采取四分法停止终究取样。样品高温冷藏带回实验室后放入4℃冰箱中备用。

2.2. 样品测定与分析

畜禽粪便及无机肥的酸碱度(pH值)的测定采取电极法;含水率的测定采取烘干法;TN的测定采取碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法,P2O5的测定采取钒钼黄比色法,K2O的测定采取火焰光度法;Zn、Ni、Cu的测定采取火焰原子接收分光光度法,Pb、Cr的测定采取原子荧光光谱法,As的测定采取原子荧光光谱法 [26] [27] ;活菌残留的测定采取乳糖发酵实验和分别培养法 [28]。样品在测试过程当中经过过程平行双样分析方法停止质量控制。

2.3. 数据分析与统计

文中数据均为3个平行样品的均匀值,养分及重金属含量的描述性统计应用Excel软件停止处理。

3. 成果与分析

3.1. 牛粪及无机肥中pH值和含水率分析

pH值和含水率是畜禽粪便检测的重要物理目标 [12]。植物可在很宽的pH范围内正常发展,但各类植物有本身合适的pH值,绝大年夜多半植物正常发展的pH值在7.0阁下,检测调控粪便及无机肥的pH值有益于进步肥效 [29]。如表1所示,牧场泌乳牛粪、储备牛粪、农场牛粪无机肥和葡萄园牛粪无机肥的均匀pH值分别为6.68、7.22、8.20、7.97。两种牛粪pH值均大年夜于6,但与其他研究比拟数值较小 [30] [31]。陈芬和余高 [30] 在2019年关于畜禽粪便中养分含量分析研究中测得牛粪的pH值为7.82~8.85。Song [31] 等在2014年关于堆肥处理对畜禽粪便中养分含量影响的研究中测得牛粪的均匀pH值为9.54。本研究中,两种牛粪无机肥的pH值均在5.5~8.5范围内,符合无机肥的国度标准《无机肥料》(NY525-2012) [32]。牧场泌乳牛粪、储备牛粪、农场牛粪无机肥在春季时的pH值最高,分别是7.06、7.37、8.41,葡萄园牛粪无机肥的pH值在夏季最高,达到8.22。牛粪和牛粪无机肥的均匀pH值分别为6.95、8.09,该牛粪无机肥的制备工艺可以或许明显进步牛粪的pH值,有益于改进酸性泥土。在春季、夏季、春季、夏季,该地区无机肥制备工艺将牛粪的均匀pH值分别从7.22、6.92、6.96、7.06进步至8.26、7.93、7.93、8.21,分别进步了1.04、1.01、0.97、1.15。个中,春季时的无机肥制备工艺对牛粪的pH进步后果最明显。

Table 1. pH value and water content of cow dung and cattle manure organic fertilizer

表1. 牛粪及牛粪无机肥的pH值和含水率

禽粪便堆肥过程当中的含水率可以或许影响无机肥的腐熟度,牛粪在堆肥时的含水率为59.8%时达到最高腐熟度 [33]。牧场泌乳牛粪、储备牛粪、农场牛粪无机肥和葡萄园牛粪无机肥的均匀含水率分别是82.49%、81.00%、1.71%、8.32%。两种牛粪含水率均大年夜于80%,在堆肥前可停止照应处理,增添其含率,使含水率接近60%。Choi [34] 等在对不合季候荷斯坦母牛产肥量和特点研究中检测到牛粪的含水量为83.5%,与本实验接近。两种牛粪无机肥的含水率均小于30%,均符合无机肥的国度标准《无机肥料》 (NY525-2012) [32] ,即该牛粪无机肥的制备工艺对含水率的降低后果较好。农场牛粪无机肥和葡萄园牛粪无机肥在春季时的含水率较高,分别是27.29%、19.00%,在夏季和夏季的含水率较低,均在6%以下。推敲是降水、蒸发等气候身分的不合形成含水率在不合季候的差别。

3.2. 牛粪及无机肥中TN、P2O5、K2O含量分析

畜禽粪便及无机肥中含有丰富的TN、P2O5、K2O等元素,是植物发展发育所必须的养分元素,也是农业可持续生长的须要资本。如表2所示,不合季候的粪肥的TN、P2O5、K2O养分含量差别较大年夜。牧场泌乳牛粪、储备牛粪、农场牛粪无机肥和葡萄园牛粪无机肥在春季的总养分分别是7.40%、7.07%、6.84%、9.58%,均满足《无机肥料》(NY525-2012)规定的养分大年夜于5%的标准 [32]。4种样品在夏季、春季、夏季的总养分均小于3%,不满足标准。在夏季、春季和夏季时,牧场储备牛粪的总养分均高于牧场泌乳牛粪,在制备无机肥时可经过过程进步牧场储备牛粪的添加比例停止调理。也能够经过过程添加过量的鸡粪和养分,来进步无机肥的养分含量 [35]。该牛粪无机肥的制备工艺对总养分的均匀含量的进步后果在夏季时较为明显,从1.42%进步至2.43%;在春季时总养分的均匀含量从7.24%进步至8.21%;在春季和夏季时总养分的均匀含量有所降低,分别从0.96%、1.79%降低至0.64%、0.98%。

Table 2. Contents of TN, P2O5 and K2O in cow dung and cattle manure organic fertilizer (unit%)

表2. 牛粪及牛粪无机肥中TN、P2O5、K2O含量(单位%)

注:TN、P2O5、K2O分别代表样品中氮、磷、钾的含量。

在春季、夏季、春季、夏季,该地区无机肥制备工艺将牛粪中TN含量分别从0.25%、0.49%、0.3%、0.66%调剂至0.29%、1.83%、0.12%、0.25%,个中,夏季时的无机肥制备工艺对牛粪TN含量的进步后果较为明显,春季和夏季时TN含量降低;在各个季候牛粪和牛粪无机肥中P2O5含量较低,在0.01%~0.08%之间,各季候P2O5含质变更不明显;在各个季候无机肥制备工艺将牛粪中K2O含量分别从6.96%、0.20%、0.37%、1.07%调剂至7.89%、0.57%、0.50%、0.72%,个中,春季、夏季、春季的无机肥中K2O含量比拟牛粪中均有进步,春季的进步后果最明显,夏季的无机肥中K2O含量有所降低。

在牛粪及无机肥中,三种养分元素的含量由多到少分别为K2O、TN、P2O5。田雪力 [21] 的TN均匀含量超出P2O5均匀含量的结论与本研究分歧。K2O均匀含量最高是由于牛属于反刍植物,秸秆等富含纤维的饲估中比籽粒富集更多的K2O元素,是以牛粪中含有更高的K2O元素 [12] [30]。牧场泌乳牛粪和储备牛粪的TN含量在夏季和夏季时最高。田雪力 [21] 在对天津市奶牛场的牛粪停止四个季候持续采样分

含量在夏季时含量最高;K2O含量在春季时最高,夏季时略高。

3.3. 牛粪及无机肥中重金属含量分析

表3所示,牧场泌乳牛粪、储备牛粪、农场牛粪无机肥和葡萄园牛粪无机肥Zn的含量只要在春季时在检测线以上,含量分别是209.8、83.6、86.0、98.6 mg/kg。全部样本在四个季候内均未检测出Cu。牧场泌乳牛粪和储备牛粪中Ni的含量在夏季时最高,分别是32.0、48.0 mg/kg;农场牛粪无机肥和葡萄园牛粪无机肥中Ni的含量在春季时最高,分别是23.3、25.3 mg/kg,在夏季时Ni含量略高,分别是19.0、23.0 mg/kg。在四个季候内,两种无机肥的As和Pb含量均较小,含量在10.0 mg/kg以下,且夏季Pb的含量最小。农场牛粪无机肥和葡萄园牛粪无机肥Cr的含量在春季时最高,分别是45.2、48.9 mg/kg,在其他三个季候Cr含量均在10 mg/kg以下,且Cr的含量在夏季时最小。在春季、夏季、春季、夏季,该地区无机肥制备工艺将牛粪中Ni含量分别从11.2 mg/kg、11.0 mg/kg、5.0 mg/kg、40.0 mg/kg调剂至24.3 mg/kg、10.0 mg/kg、14.0 mg/kg、21.0 mg/kg,个中,夏季时的无机肥制备工艺对牛粪Ni含量的降低后果较为明显,春季和春季的无机肥中Ni含量比拟牛粪中有所进步。

Table 3. Contents of heavy metals in cow dung and cattle manure organic fertilizer (mg/kg)

表3. 牛粪及牛粪无机肥中重金属元素含量(单位mg/kg)

注:*代表未检测该目标。

覃丽霞 [20] 等对浙江省畜禽无机肥重金属和养分含量研究中发明,春季牛粪Zn、Pb、Cr的含量分别为74.33~2229.08、3.45~39.98、8.77~70.50 mg/kg,夏季牛粪Zn、Pb、Cr的含量分别为97.83~1502.95、3.19~28.46、5.21~39.13 mg/kg。个中牛粪中春季的Pb和Cr含量比夏季高的结论与本研究结论分歧。田雪力 [21] 在对天津市奶牛场的牛粪停止四个季候持续采样分析,发明Zn和Cr的含量在春季时最高,与本研究的成果分歧。李治宇 [36] 等在对塔里木大年夜学植物迷信学院养牛场的牛粪研究中,检测到牛粪中Cu含量为3~5 mg/kg,Zn含量为30~50 mg/kg。陈芬和余高 [30] 在对晋北地区范围化养殖场畜禽粪便养分和重金属含量分析研究中,发明由于畜禽饲估中添加大年夜量Zn和Cu来增添细菌感染和促进畜禽发育,在牛粪中Zn和Cu的含量比其他重金属的含量更高。不合研究间重金属含量的差别推想是由于不合畜禽所应用的饲料添加剂不合 [14]。从以后的国际情势来看,国度对畜禽粪便中的重金属含量没有制订严格的国度标准 [16]。是以,在本次研究中,将《无机肥料》(NY525-2012)对As、Pb、Cd和Cr的含量限制和《污泥农用污染物控制标准》(GB4284-1984)对Cu、Zn和Ni的含量限制造为评价根据 [37]。Cu、Zn、As、Pb、Cr、Ni等6种元素的施用临界值分别为250、500、75、300、600、100 mg/kg。一切样品的重金属含量远低于标准限值,解释该区域范围化农牧场的粪便及无机肥对情况污染较小,符合绿色农业、轮回农业、无机农业的请求。

3.4. 牛粪及无机肥中活菌残留

粪大年夜肠菌群数、蛔虫卵逝世亡率是评价无机肥品德的重要目标,由表4可以看出,一切样本的蛔虫卵逝世亡率均达到100%。农场牛粪无机肥和葡萄园牛粪无机肥的粪大年夜肠菌群数量春季和夏季较多,春季和夏季均在检测线以下。两种牛粪无机肥粪大年夜肠菌群数量均小于70个/g,《生物无机肥》 (NY884-2012)中规定无机肥估中粪大年夜肠菌群应小于100个/g,一切无机肥样品均符合标准 [38]。泌乳牛粪在春季时的粪大年夜肠菌群数量巨大年夜,达到11,000个/g,在堆肥时须要严格把控相干工艺流程,以确保在施用前达到相干标准。

Table 4. Residues of live bacteria in cow dung and cattle manure organic fertilizer

表4. 牛粪及牛粪无机肥中活菌残留

4. 结论

本研究分析了不合季候对牛粪及牛粪无机肥理化性质、养分、重金属含量和活菌残留的影响。

1) 一切样品的pH值均在5.5~8.8范围内,符合无机肥的国度标准《无机肥料》(NY525-2012),泌乳牛粪、储备牛粪和农场牛粪无机肥在春季的pH值最高,葡萄园牛粪无机肥在夏季的pH值最高,该牛粪无机肥的制备工艺可以或许明显进步牛粪的pH值。两种牛粪含水率均较高,该牛粪无机肥制备工艺对牛粪中的含水率降低后果明显,经过堆肥等处理后均满足国度标准《无机肥料》(NY525-2012)。两种牛粪无机肥含水率在春季较高,夏季和夏季较低。

2) 一切样品在春季的总养分最高,符合《无机肥料》(NY525-2012)规定的标准;在夏季、春季和夏季时,不满足标准。牛粪及牛粪无机肥中各养分元素的含量高低次序为K2O > TN > P2O5。该牛粪无机肥的制备工艺在夏季和春季时对总养分的均匀含量有进步的后果;在春季和夏季时总养分的均匀含量有所降低。

3) 样品中只要春季时Zn的含量在检测线之上。一切样本均未检测出Cu。两种牛粪在夏季时的Ni含量最高。两种无机肥在春季时的Ni和Cr含量最高。一切样本的重金属均未超出相干标准,对情况的重金属污染较小。

4) 一切样品的蛔虫卵逝世亡率均为100%。无机肥样品的粪大年夜肠菌群数量满足《生物无机肥》(NY884-2012)标准,泌乳牛粪在春季时的粪大年夜肠菌群数量较大年夜,需经过特别处理制备成无机肥。

综上所述,根据四个季候牛粪及无机肥中的养分及重金属含量的分析成果停止评价,季候对牛粪及无机肥的含水率、养分、重金属含量及粪大年夜肠菌群数量影响较大年夜。从全体上看,夏季和夏季的无机肥品德较好,夏季和夏季的牛粪无机肥制备工艺可以或许有效的增添牛粪的含水率,同时,重金属含量和粪大年夜肠菌群数较少,但冬夏两季的牛粪无机肥中总养分含量较春季低。

基金项目

本研究遭到国度水体污染控制与管文科技严重年夜专项(2017ZX07101003)、中心高校根本科研营业费专项资金(2018MS051)赞助。

NOTES

*通信作者。

文章援用:
李树森, 郑磊, 曹宇东, 李莹, 田永兰, 张化永. 季候对牛粪及牛粪无机肥中养分和重金属含量影响分析[J]. 情况保护前沿, 2019, 9(5): 697-705. https://doi.org/10.12677/AEP.2019.95093

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