大量施灌沼液稻田氮素動(dòng)態(tài)特征及其對(duì)環(huán)境的影響.pdf

1、隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)規(guī)?；l(fā)展,畜禽糞便及沖洗用水的排放過(guò)度集中,且產(chǎn)生量迅速增加,對(duì)周邊環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅,尤其是水環(huán)境的污染問(wèn)題日益凸現(xiàn)。利用沼氣發(fā)酵工藝處理畜禽糞污,同時(shí)產(chǎn)生生物質(zhì)能,是畜禽養(yǎng)殖廢棄物眾多處理途徑中最具經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益的方法之一。但是,沼氣工程迅速發(fā)展,其發(fā)酵尾產(chǎn)物沼液產(chǎn)生量迅猛增加,據(jù)估計(jì)我國(guó)年產(chǎn)沼液2億多噸,沼液作為肥料等傳統(tǒng)利用模式已無(wú)法滿足日益增加的沼液處理需求。本文立足于沼液作為一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥在水稻生產(chǎn)上取

2、得良好效果的基礎(chǔ)上,提出應(yīng)用稻田人工濕地生態(tài)系統(tǒng)處理高銨氮含量沼液(平均約600 mg·L-1)。全文以氮素為研究對(duì)象,系統(tǒng)地分析了水稻移栽后一個(gè)月內(nèi)分三次施灌沼液(270～1080 KgNH4+-N·hm-2)的條件下,稻田田面水中氮素降解動(dòng)態(tài),包括每個(gè)施灌周期(10天)內(nèi)、烤田前及烤田覆水期的稻田氨揮發(fā)、氧化亞氮排放、耕層土壤氮素含量、地下水氮素濃度變化及水稻生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響。主要結(jié)論有:
　　 1.在稻田淹水條件下,大量施

3、灌高銨氮濃度的沼液,田面水中TN、DN、NH4+-N在施灌當(dāng)天濃度最高,施灌后的前3天是其濃度顯著降低的時(shí)期,因此,沼液施灌后的前3天是稻田生態(tài)系統(tǒng)消解沼液中氮素的關(guān)鍵時(shí)期,也是控制稻田徑流氮污染的關(guān)鍵時(shí)期;田面水中NO3--N濃度經(jīng)歷了下降-上升-下降的變化過(guò)程,施灌后的第6天NO3--N濃度達(dá)到峰值,且峰值濃度顯著高于施灌當(dāng)天的濃度;隨沼液施灌量的增加,田面水中TN、DN、NH4+-N濃度相應(yīng)增大,降解到空白處理濃度水平所需時(shí)間相對(duì)

4、延長(zhǎng)。本研究最大沼液用量(4N處理,施灌量為1080 Kg NH4+-N·hm-2)條件下,TN、DN、NH4+-N、NO3--N濃度在施灌后的第12天均達(dá)到不施肥處理的濃度水平。
　　 2.施灌沼液后,稻田氨揮發(fā)日均速率在施灌后的1天內(nèi)即達(dá)到峰值,其后迅速降低,直至第6天趨于平緩;氨揮發(fā)速率隨沼液施灌量的增加而增加。前6天的氨揮發(fā)是稻田氮素?fù)p失的關(guān)鍵時(shí)期;烤田及烤田覆水對(duì)稻田氨揮發(fā)無(wú)明顯影響。本研究中,處理1N沼液(270 K

5、g NH4+-N·hm-2)、2N沼液(540 KgNH4+-N·hm-2)和4N沼液(1080 Kg NH4+-N·hm-2)施灌量稻田氨揮發(fā)總量分別為15.48、22.86和43.36 kg·hm-2,對(duì)應(yīng)施灌入田的氮素的損失率分別為5.73％、4.23％和4.01％;增大沼液用量氨揮發(fā)損失總量增加,但損失率降低。
　　 3.本研究在土壤氮素背景值較高和田面有水條件下,施灌沼液后氧化亞氮日均排放通量隨時(shí)間的變化規(guī)律不明顯;沼

6、液施灌量對(duì)氧化亞氮日均排放通量變化的影響亦不明顯。1N、2N和4N沼液施灌處理的氧化亞氮累積排放總量分別為5.63、4.44和4.83 kg·hm-2(不施肥處理,5.88 kg·hm-2);施灌沼液降低了稻田N2O的排放,且氧化亞氮排放總量不隨沼液施用量的增加而增加。
　　 4.本研究土壤類型、質(zhì)地和結(jié)構(gòu)下,試驗(yàn)監(jiān)測(cè)期內(nèi)未發(fā)現(xiàn)施灌沼液導(dǎo)致地下水氮素各濃度指標(biāo)的超標(biāo)(生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB/5749-2006)而造成的地下水氮污

7、染。同時(shí),地下水TN、NH4+-N、NO2--N濃度并未隨沼液施用量的增加而增大。
　　 5.本試驗(yàn)高土壤氮素背景值條件下,不施肥處理分蘗期耕層土壤各層次氮素含量均有所下降,下降幅度為0-2 cm土層＞2-10 cm土層＞10-20 cm土層;而沼液處理的0-2 cm土層和2-10 cm土層全氮含量上升,10-20 cm土層氮素含量下降;收獲期相對(duì)于分蘗期來(lái)說(shuō),不施肥處理土壤全氮呈下降趨勢(shì),沼液處理各層次全氮含量較分蘗期也均有所

8、下降,而且各層次土壤全氮含量大小為0-2 cm土層＞10-20 cm土層＞2-10 cm土層。
　　 6.稻田田面淹水條件下,隨著施灌沼液量的增加,水稻植株分蘗數(shù)和株高顯著增加,稻谷結(jié)實(shí)率及千粒重顯著降低;分蘗期和收獲期水稻植株以及稻谷籽粒中的含氮量與沼液用量之間的關(guān)系復(fù)雜;水稻產(chǎn)量整體趨勢(shì)為4N處理＞2N處理＞1N處理,但是處理之間差異不顯著,現(xiàn)有最大沼液用量(1080 KgNH4+-N·hm-2)不會(huì)對(duì)水稻產(chǎn)量的形成造成影響