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畜禽养殖粪水还田技术研究

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摘要:根据目前畜禽养殖粪水处理利用现状,结合国内外粪水还田技术的先进经验,本研究构建了粪水还田技术工艺流程,并对粪水还田前的预处理、无害化、贮存、输送、还田方法等工艺环节提出了相关技术要求,促进了畜禽粪水的农田利用,又可防治环境污染,实现种养结合和农牧循环绿色发展。

关键词:粪水;工艺流程;预处理;还田工艺畜牧业

在我国国民经济中占据及其重要的地位,在满足人民对日益增长的肉食产品需求的同时,也产生了大量的粪污。为促进及不断完善畜禽养殖粪污无害化处理及资源化利用技术推广,国家各部委相继出台了多项法律、法规和条例,如2014年《畜禽规模养殖污染防治条例》、2015年《中华人民共和国环境保护法》、2016年《关于推进农业废弃物资源化利用试点的方案》、2017年《关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》、2018年《畜禽粪污资源化利用项目实施工作的通知》等,旨在使畜禽粪污从环境的“污”变成农业的“宝”。粪污还田是最经济有效的粪污处理与利用方式[1]。固体粪污可通过堆肥得到有效处理,而粪水则由于地域、饲料、畜禽饲喂及管理的差异,无法实现粪水中的养分、重金属、抗生素等数据的一致性,加之缺乏清晰可行的还田技术,大多数种植户在粪水还田量、还田时间及还田方法等方面仅凭经验进行操作,还田效果相差较大。宋立,等[2]研究认为,每亩小麦、水稻、玉米每茬可以承载2~3头猪的沼渣沼液,每亩果园、菜地分别可承载2~5头猪的沼渣沼液;韩永胜,等[3]研究表明,牛场粪污经厌氧发酵处理后,玉米和水稻沼渣年施用量为13.5~27.0t/hm2,沼液年施用量为45.0~100.0t/hm2。由此可见,不同粪水还田量的表述方法导致农户无法获取同一作物合理的粪水施用量,缺少广谱性的粪水还田技术。鉴于此,很有必要对畜禽养殖粪水的农田施用工艺流程以及工艺流程中的工艺环节作出相关技术要求,以期为畜禽养殖粪水处理利用工艺的选择及农畜牧业管理部门针对养殖粪水还田政策的定位提供参考。

1畜禽养殖粪水还田的一般要求

粪水还田技术应包括粪水预处理、无害化过程、贮存、输送、还田5个技术环节,在综合考虑养殖场的养殖种类、养殖规模、卫生防疫、清粪工艺、粪水特性、能源需求、养殖场周边配套的土地面积、农作物种类及其种植制度、农产品去向等因素的基础上,拟定粪水还田规划、选定还田工艺与装备设施、开展还田效果综合评估等。还田粪水需达到国家和地方还田相关要求,且在畜禽养殖期间未爆发需要封场要求的一类或二类疫病及未在饲料和动物饮用水中添加农业农村部公告禁用兽药目录中的药物。

2粪水的预处理

粪水无害化处理前应强化预处理,以去除不易生物降解的物质,提高粪水的可生物降解性。预处理工艺及设备设施的选择应根据被分离粪水的性质、要求分离的程度和综合利用要求等因素确定。畜禽毛发、羽毛以及其他不易生物降解的物质可采用一级到多级格栅或其他技术手段从粪水中分离。格栅栅条间空隙宽度要求及格栅的其他设计要求应符合《NY/T1220.1-2006沼气工程技术规范第1部分:工艺设计》和《GB50014-2006室外排水设计规范》的相关规定。对于含砂量较高的鸡场或散放式奶牛场粪水,应设置沉砂池,其他养殖场粪水的预处理可在集污池设置一定的沉砂功能,不单独设置沉砂池。沉砂池的设计参照《CJJ64-2009粪便处理厂设计规范》的相关规定。根据养殖粪水处理利用的目的不同,可选用固液分离设备。固液分离设备可选用分离筛、离心分离机和压滤机等。对固形物去除率要求达70%以上且滤渣含水率小于70%的固液分离,宜选用箱式压滤机或条带压滤机;对固形物去除率要求不太高的固液分离,宜选用立式离心机、卧式离心机、螺旋挤压机或固液分离筛等。

3粪水无害化过程

畜禽粪水还田前必须进行无害化处理,以确保还田粪水不会对农作物生产和土壤环境产生危害,实现畜牧业和生态环境和谐发展[4]。畜禽粪水无害化过程主要包括两种模式:

3.1氧化塘无害化过程

当中小规模畜禽养殖场主要以粪水还田利用时,粪水经去杂后全量进入敞口式氧化塘或经固液分离后进入氧化塘长期贮存并完成无害化过程。贮存期间可向粪水中投加一定量的化学药品或生物制剂,保持养分和减少粪水长期贮存的温室气体排放。

3.2厌氧消化无害化过程

厌氧消化无害化过程是指在厌氧密闭环境(沼气工程)或厌氧封闭环境(封闭粪水池)中贮存、处理养殖粪水,生产沼气能源并完成无害化过程,包括全量粪水厌氧消化无害化过(图2)和前端固液分离粪水厌氧消化无害化过程(图3)。

4粪水贮存

粪水贮存不仅仅是解决暂时不用粪水存放问题,更重要的是通过一段时间的贮存来确保粪水真正实现无害化的目的。一些欧美国家对粪肥或沼渣沼液储存时间有明确的规定。其中,要求最低的是意大利,其储存时间为3~6个月;要求最高的是瑞典,达10个月,一般在都在6个月以上[2]。(1)粪水在氧化塘中敞口贮存时,贮存期不少于6个月;粪水在密闭环境下厌氧消化或贮存时,贮存期不小于2个月。(2)粪水或沼液贮存池可为敞口式或封闭式,提倡封闭式贮存。贮存池的结构可为地下式钢混或砌体结构,也可采用地下式或半地下式软体结构。(3)氧化塘有效容积应不小于6个月贮存期内粪水产生量;沼液贮液池有效容积应不小于沼液贮存期内沼液产生量;封闭粪水池有效容积应不小于2个月贮存期内粪水固液分离后的粪水产生量。非用肥间隔期大于贮存期时,贮存池(塘)有效容积应满足当地农作物生产非用肥时间内的粪水或沼液产生量。

5粪水无害化控制指标

在畜禽养殖条件稳定期间,粪水无害化控制指标应每年在贮存期结束时取样检测一次。在畜禽养殖条件改变时,粪水无害化控制指标应在条件改变后增加取样检测一次。粪水无害化控制指标应符合表1、表2的规定。

6粪水输送

粪水输送可采用管网输送或槽罐车运输。当粪水采用管网输送时,其设计应具有防爆、抗堵等安全保障功能。管道宜采用埋设,且不应对周边环境产生不利影响。管线布置要避免迂回曲折和相互交叉,尽量减少管道弯头。粪水由管网输送到田间施用时,可借用明沟明渠并与农田灌溉同时进行。当粪水采用槽罐车运输时,应采取有效措施严防跑、冒、滴、漏造成污染。

7粪水还田

粪水还田量以粪水中氮养分供给和作物氮养分需求为基准平衡进行计算。对于以设施蔬菜生产为主或土壤磷本底值较高的区域或农用地,可选择以磷为基准平衡进行测算。粪水还田量可采用配方施肥技术进行计算,也可根据土地承载力进行测算。

7.1基于配方施肥的粪水还田量

测土配方施肥在于测定土壤基础有效养分含量,并以此建立作物产量与施肥量之间最经济的施肥量,具有快速、简易、价廉的优点,并可覆盖于每一块条田,发挥测土配方施肥中的微观指导功能[5-6]。以新疆巴里坤县大河镇春小麦为例:该镇土壤全氮0.64g/kg,速效氮43mg/kg,速效磷3.4mg/kg,速效钾149mg/kg,pH8.44,土壤养分校正系数为0.6[7]。目标产量为4500kg/hm2,每100kg小麦需要吸收氮磷钾养分量分别为3.00、1.00、2.50kg[8]。所用粪水为水泡猪粪水,全氮0.06%,氮素当季利用率为25%。粪水基施量和追施量以氮平衡为基准,按配方施肥技术进行计算。(1)预期目标产量下的粪水基施量。由于该镇土壤全氮0.64g/kg,可断定该土壤氮养分水平为Ⅲ级,基施氮肥占比为50%。一般而言,粪水基施供给养分不应超过基施氮养分总量的50%,本研究取值为40%,其余基施氮养分由沼渣或有机肥与化肥配施供给,则粪水基施量为102600kg/hm2。(2)预期目标产量下的粪水追施量。粪水追施时,应与化肥配合施用,粪水与化肥供给养分各占50%,则粪水追施量为128250kg/hm2。

7.2基于土地承载力的粪水还田量

(1)以氮养分基准平衡进行换算,粪水养分供给占比为50%,氮养分当季利用率为25%,土壤氮养分水平为Ⅲ级时,目标产量为4500kg/hm2春小麦土地承载力为22头猪当量。(2)不同畜种之间粪水还田量可进行折算:100头猪相当于15头奶牛、30头肉牛、250只羊、2500只家禽(以存栏量计)。

8还田方法

8.1基施(基肥或底肥)

(1)在土壤耕种前,利用拖拽软管连接罐车或管道,先将粪水均匀喷洒于地表,并结合耕地把粪水翻入土中或起垄种植;对于水田,将粪水顺入灌溉水,并结合耕地把粪水翻入土中。根据作物养分需求,可结合沼渣、有机肥及化肥一同施用。适用于水田作物、大田作物、蔬菜作物。(2)对于多年生果树,在春季、秋季、冬季,在果树行间两侧开沟或以中心干为圆心沿株冠垂直投影边缘外侧开沟,将粪水施于沟内并覆土。

8.2追施(追肥)

(1)将粪水与水稀释,水田、大田应用时粪水与灌溉水比例应不小于1:1,设施蔬菜应用时粪水与灌溉水比例应不小于1:5。对于水田,将粪水按比例输入灌溉水进行漫灌;不具备灌溉条件的地块(如旱田、梯田等)可先将粪水依上述比例与水配比,使用罐车及水管进行追施。根据作物养分需求,粪水可与化肥一同施用。适用于水田、大田及蔬菜作物。(2)对于多年生果树,粪水追施方法同基施。(3)粪水按水肥一体化追施时,应采用2~3级过滤,过滤后粪水应通过120目滤网,粪水与灌溉水比例应不小于1:5。适用于大田作物、蔬菜作物、多年生果树。(4)对于土质差、土层薄、耕层以下有漏水层的地块,粪水追施时可采用少量多次方式或采用喷、滴灌技术。

9结语

目前在畜禽养殖粪水还田技术环节中,粪水贮存过程中的养分指标和卫生学指标变化规律尚不清楚,不同畜种及不同收集方式的粪污无害化所需最短贮存时间仍不确定,还田利用后土壤中养分变化、病原体、重金属、抗生素等有害物质变化趋势、科学数据尚不完善,仍需今后针对性的加强研究。

参考文献:

[1]柴仲平,贾宏涛,余雄,等.新疆奶牛养殖及粪污处理现状研究[J].中国牛业科学,2009,35(1):74-77.

[2]宋立,刘刈,王智勇,等.猪场污水处理与综合利用技术[J].科技与实践,2015,51(10):51-57.

[3]韩永胜,张淑芬.肉牛粪污肥料化处理与还田利用[J].黑龙江畜牧兽医,2016(09):66-67.

[4]田志梅,崔艺燕,容庭,等.畜禽粪污无害化处理技术[J].广东畜牧兽医科技,2018,43(6):29-31.

[5]高详照.我国测土配方施肥进展情况与发展方向[J].中国农业资源与区划,2008,29(1):7-10.

[6]胡政权,熊道龙,金敏,等.测土配方施肥建议卡的智能化制作[J].湖北农业科学,2013,52(23):5871-5876.

[7]韩银生,陈春梅,蔡春雷,等.新疆巴里坤县春小麦测土配方施肥土壤养分校正系数研究[J].新疆农业大学学报,2014,37(3):250-253.

[8]李金风,姜娟,赵斌,等.关于平衡施肥中土壤供肥性能的研究[J].土壤通报,2002,33(5):351-355.

作者:孙吉翠 杨守军 鞠鑫鑫 董仁杰 单位:中国农业大学烟台研究院

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