尹 琴，瞿廣飛，黃 凱，楊龍譽(yù)(.貴州省環(huán)境監(jiān)測(cè)站，貴州貴陽(yáng)55008;.昆明理工大學(xué)，云南昆明650504)

大量的畜禽養(yǎng)殖使得我國(guó)每年都有大量的畜禽糞便產(chǎn)生。據(jù)朱建春等研究表明，1978～2011年我國(guó)畜禽糞便的產(chǎn)生量及其中氮磷產(chǎn)生量均呈上升趨勢(shì)，分別增加了1.35、1.39和1.66 倍，至2011年分別達(dá)到25.45 億、1 419.76 萬(wàn)和247.98萬(wàn)t［1］。大量產(chǎn)生的畜禽糞便增加了附近水體富營(yíng)養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)，但目前我國(guó)對(duì)畜禽糞便的處理技術(shù)卻難以同步發(fā)展［2］。洱海附近發(fā)達(dá)的奶牛養(yǎng)殖業(yè)致使該地區(qū)的糞便產(chǎn)生量不斷上升，由于缺乏有效控制措施，再加上畜禽糞便產(chǎn)生與農(nóng)田利用時(shí)間的錯(cuò)位，隨意堆置的畜禽糞便在降雨沖刷下隨徑流進(jìn)入水體，對(duì)洱海環(huán)境造成了巨大的危害。據(jù)相關(guān)部門(mén)資料和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，洱海流域農(nóng)村與農(nóng)田面源氮磷污染負(fù)荷占洱海入湖污染負(fù)荷總量的70%以上［3］。

目前針對(duì)降雨沖刷造成氮磷流失的研究主要集中在糞肥還田以后降雨沖刷農(nóng)田形成徑流造成的流失上［4－5］。筆者利用模擬裝置對(duì)堆置狀態(tài)下的畜禽糞便在受到雨水沖刷時(shí)的流失狀況、規(guī)律和元素流失形態(tài)進(jìn)行研究，并以此為依據(jù)提出采用蚯蚓強(qiáng)化降解堆漚池的方法來(lái)控制畜禽糞便氮磷流失。

1 試驗(yàn)裝置與方法

為了試驗(yàn)流程的可控性，試驗(yàn)采取了自然降雨與模擬降雨相結(jié)合的方式進(jìn)行，模擬降雨依靠自行設(shè)計(jì)的模擬裝置完成。圖1a為模擬的降雨沖刷裝置，裝置主體內(nèi)填裝畜禽糞便，利用蓬頭模擬降雨進(jìn)行沖刷試驗(yàn)，滲濾液通過(guò)集水槽收集。有自然降雨時(shí)采樣分析，并通過(guò)控制時(shí)長(zhǎng)來(lái)控制降雨強(qiáng)度，無(wú)自然降雨時(shí)2 d進(jìn)行一次模擬降雨沖刷，總共監(jiān)測(cè)10次。圖1b為改良過(guò)后的蚯蚓降解堆漚池。在接種大平2號(hào)蚯蚓進(jìn)行糞便降解堆漚的同時(shí)，在堆漚池上方養(yǎng)殖生雞，以蚯蚓為雞飼料，雞糞直接進(jìn)入下方與牛糞共同堆漚。堆置時(shí)為方便研究，采用新鮮糞便與經(jīng)高溫發(fā)酵過(guò)的糞便進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn)，一個(gè)月不定期采樣分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 降雨造成的畜禽糞便氮磷流失規(guī)律研究

2.1.1 降雨沖刷對(duì)各種形態(tài)氮磷流失的影響。通常畜禽糞便中的氮磷元素會(huì)通過(guò)滲透、沖刷、揮發(fā)等途徑流失，降雨還會(huì)造成磷元素的持續(xù)流失。畜禽糞便在堆置過(guò)程中的各種隨意性使得流失的元素很難通過(guò)徑流直接進(jìn)入水體，因此其流失過(guò)程具有與農(nóng)田沖刷不同的特點(diǎn)。

從圖2可知，畜禽糞便經(jīng)8次降雨后，全氮與全磷流失率分別達(dá)65%和53%，且流失主要集中在降雨初期，隨著堆置時(shí)間的延長(zhǎng)，畜禽糞便中氮磷的流失逐漸趨于平緩。在降雨過(guò)程中，硝態(tài)氮含量基本處于平穩(wěn)的狀態(tài)，銨態(tài)氮含量起伏較大，說(shuō)明降雨沖刷流失的主要是銨態(tài)氮和部分顆粒態(tài)的有機(jī)氮。這與文獻(xiàn)資料是相符的［6－7］。而全磷含量雖然減少幅度比速效磷減少幅度快，但是兩者之間的差值不斷減小，說(shuō)明磷除了速效磷形態(tài)外，還流失了部分顆粒態(tài)磷。

2.1.2 不同堆層的全氮全磷含量變化。從圖3可知，位于50 cm處與表層處的全氮全磷含量都呈減少趨勢(shì)，特別是底層處的全氮流失最為嚴(yán)重，而全磷在表層和50 cm處的流失趨勢(shì)比較一致，說(shuō)明氮磷主要是從堆體的表層和底層流失。而30 cm處含量變化都比較平緩，且有一定的富集趨勢(shì)，說(shuō)明經(jīng)雨水沖刷流失的氮磷在堆體內(nèi)是從上至下傳遞的，即采用高堆的方式可使得堆體內(nèi)的氮磷有一定富集，對(duì)其流失有一定的控制作用。

2.1.3 降雨量和流失率的關(guān)系。由圖4可知，每次降雨后氮磷元素的流失率與該次降雨量關(guān)系不大，影響流失率的主要是堆置時(shí)間。堆置前期含水率高、可流失元素量大，少量降雨就可以造成大量的元素流失。隨著堆置時(shí)間加長(zhǎng)，堆體表層變得干燥，對(duì)降雨沖刷有一定阻礙作用，且元素在堆體中層有富集趨勢(shì)，因此即使后面降雨量加大，流失率也不會(huì)變大。可見(jiàn)要控制畜禽糞便氮磷元素的流失，關(guān)鍵是在糞便產(chǎn)生初期加以有效控制，避免雨水的沖刷。

2.2 蚯蚓強(qiáng)化降解堆漚池對(duì)氮磷流失的控制作用

2.2.1 牛糞養(yǎng)殖蚯蚓環(huán)境條件分析。從日本引進(jìn)的大平2號(hào)蚯蚓，主要以牛糞為飼料，具有較強(qiáng)的吞食有機(jī)廢物的能力［8］，同時(shí)通過(guò)與微生物協(xié)同作用使有機(jī)質(zhì)的發(fā)酵分解速度達(dá)到平時(shí)的3～4倍，并能促進(jìn)碳氮比穩(wěn)定［9］。蚯蚓適宜生長(zhǎng)的環(huán)境條件:溫度18～25℃，基料含水率30% ～50%，pH 6～8。

而有關(guān)學(xué)者在實(shí)際研究中卻發(fā)現(xiàn)，在牛糞堆漚中接種的蚯蚓，含水率達(dá)到70%時(shí)生長(zhǎng)最好［10］，因此在研究分析時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析。

從圖5可知，隨著環(huán)境溫度的改變，鮮糞與陳糞堆體溫度變化都很小，并且都在適宜蚯蚓生長(zhǎng)范圍內(nèi)(15～25℃)，說(shuō)明在糞肥堆置過(guò)程中堆體本身有一定的保溫作用，不需要添加額外的保溫措施。而對(duì)比鮮糞堆體與陳糞堆體發(fā)現(xiàn)，陳糞堆體保溫效果更好。

在無(wú)人工調(diào)節(jié)的情況下，對(duì)堆置過(guò)程中堆體pH和含水率的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示(圖6)，鮮糞和陳糞的pH都較為穩(wěn)定，基本維持在7.8～8.5之間，適合蚯蚓生長(zhǎng)。就含水率而言(圖7)，前期鮮糞堆體明顯高于陳糞堆體，后期兩者逐漸接近，說(shuō)明糞堆的含水率在堆漚過(guò)程中會(huì)隨時(shí)間降低。

通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，蚯蚓在陳糞堆體中比鮮糞堆體中長(zhǎng)勢(shì)更好，這說(shuō)明陳糞堆體的溫度(20～25 ℃)、pH(8.0～8.5)與含水率(65% ～75%)更適宜蚯蚓生長(zhǎng)。

2.2.2 堆漚池內(nèi)氮磷遷移規(guī)律。從圖8可知，陳糞堆體中全磷與全氮含量都呈下降趨勢(shì)，鮮糞堆體中全氮與全磷都出現(xiàn)了一定的富集趨勢(shì)。這說(shuō)明堆漚池確實(shí)能起到阻礙元素流失的作用。因?yàn)轵球局饕且耘＜S中的腐殖質(zhì)為食，所以會(huì)造成全氮與全磷含量降低，但是其產(chǎn)生的蚯蚓糞便中全氮與全磷含量比牛糞高，采樣過(guò)程中不可避免采到一定的蚯蚓糞便，所以造成了圖中出現(xiàn)的全氮與全磷含量的波動(dòng)。

圖9反映的是堆體內(nèi)銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的變化趨勢(shì)。在堆置期間微生物活動(dòng)劇烈，硝化和反硝化同時(shí)進(jìn)行，因此兩種堆體中的硝態(tài)氮含量波動(dòng)都很劇烈。銨態(tài)氮會(huì)以氨氣的形式揮發(fā)，但兩種堆體中的銨態(tài)氮都出現(xiàn)了富集的狀態(tài)，而硝態(tài)氮的含量總體上也沒(méi)有減少，說(shuō)明銨態(tài)氮富集的主要原因不是因?yàn)榉聪趸饔?，而是因?yàn)轵球臼秤门＜S后將其中的有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為了銨態(tài)氮。而銨態(tài)氮肥效快，可供作物直接吸收，說(shuō)明蚯蚓的降解堆漚增加了堆肥的肥效。

2.2.3 蚯蚓對(duì)堆體腐熟的影響。加拿大政府根據(jù)Bernal等的研究規(guī)定，當(dāng)氨氮硝氮比(NH4-N/NO3-N)＜0.5或硝氮氨氮比(NO3-N/NH4-N)＞2時(shí)，可認(rèn)為堆肥已經(jīng)腐熟［11］。從圖10a可知，鮮糞堆體中NO3-N/NH4-N在第25天＞2。而陳糞堆體內(nèi)的NO3-N/NH4-N從堆置的第14天就開(kāi)始＞2(圖10b)，可以認(rèn)為已經(jīng)腐熟。而一般堆漚方式需要49～65 d才能達(dá)到腐熟，由此可見(jiàn)，接種蚯蚓強(qiáng)化降解的堆漚方式對(duì)糞肥具有明顯的加快腐熟的作用。

3 結(jié)論與建議

(1)降雨可造成大量氮磷流失，經(jīng)過(guò)8次降雨沖刷就可造成畜禽糞便中約65%的氮和55%的磷就流失，流失率與單次降雨量關(guān)系不大。氮主要從堆體底層流失，磷主要從堆體表層和底層流失，在堆體中層氮磷都會(huì)出現(xiàn)富集趨勢(shì)，而且在8次降雨沖刷后，糞肥堆體中的可流失氮磷已基本流失完，說(shuō)明流失率主要與堆置時(shí)間和堆體高度有關(guān)。因此為了保證畜禽糞便肥效，一是適宜采取加高堆體的堆置方式;二是需要做好前期的收集儲(chǔ)存工作，避免雨水沖刷。

(2)蚯蚓強(qiáng)化降解堆漚技術(shù)對(duì)控制堆肥氮磷流失有較好作用，一是在保證硝態(tài)氮總體含量不變的情況下，可促進(jìn)銨態(tài)氮富集，有一定增加堆肥肥效作用;二是可以加快堆漚的腐熟進(jìn)程，普通堆漚需要49～65 d才能腐熟，在接種蚯蚓的情況下，只需20 d左右NH4-N/NO3-N的指標(biāo)就能達(dá)到腐熟標(biāo)準(zhǔn)，極大縮短了堆肥腐熟所需時(shí)間，滿(mǎn)足糞肥的及時(shí)利用。

蚯蚓強(qiáng)化降解堆漚池對(duì)氮磷流失污染具有良好的控制作用，適宜在流域范圍內(nèi)推廣。

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