張 研，牛統(tǒng)娟，王 智，劉 濤，趙夢潔，劉偉東，寧小敏，張巨亭，胡建宏*

(1.西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710077；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 動物科技學(xué)院，陜西 楊凌 712100；3.西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌 712100；4.西安市畜牧技術(shù)推廣中心，陜西 西安 710061；5.西安市清涼山牧業(yè)有限公司，陜西 西安 710308)

畜禽糞污資源的處理由于處理技術(shù)、效果及成本等因素的限制，還未能得到全面解決，已成為限制畜牧業(yè)綠色發(fā)展的主要原因。而從目前的實踐效果分析，畜禽糞污處理的最佳方法是經(jīng)過一定的資源化處理后與種植業(yè)相結(jié)合，形成無污染的生態(tài)農(nóng)業(yè)循環(huán)體系，實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展和綠色生產(chǎn)的雙贏局面。

雙氰胺(DCD)是常用的硝化抑制劑，使用DCD可通過阻斷氨單加氧酶(一種主要由亞硝化單胞菌介導(dǎo)的酶途徑)來有效抑制硝化作用，抑制畜禽糞污中亞硝化細(xì)菌的活性，從而抑制銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，降低硝態(tài)氮的流失速度[1-2]，DCD處理后的畜禽糞污作為有機肥施用于土壤中，可降解為二氧化碳、氨氣以及水分，不會造成土壤污染[3]。在豬糞堆肥過程中，氮素以N2O的形式損失[4]。Oliveira等[5]的研究表明，在豬糞與木屑共堆肥中添加DCD可有效降低氮素的流失(16%～33%)。Jiang等[6]在豬糞秸稈堆肥過程中添加DCD，可將N2O的排放降低至76.1%～77.6%。綜上所述，DCD在畜禽糞污無害化處理過程中可能促進氮含量的增加。

目前，將雙氰胺作為硝化抑制劑用于養(yǎng)殖污水處理的研究較少。本試驗在養(yǎng)殖污水中添加1%硝化抑制劑DCD，研究采樣當(dāng)天(第0天)和第0、1、2、3、7、14天養(yǎng)殖污水中總氮及其他各成分含量變化，以期為養(yǎng)殖污水資源化利用添加劑的選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用養(yǎng)殖污水取自陜西省西安市某牧業(yè)有限公司固液分離后的液體部分；DCD購于廣東省光華科技股份有限公司，分析純標(biāo)準(zhǔn)。初始性質(zhì)見表1。

表1 養(yǎng)殖污水初始性質(zhì)Table 1 Physical and chemical characters of liquid waste

1.2 試驗設(shè)計

本試驗于2019年7月至9月在西北農(nóng)林科技大學(xué)進行。試驗共設(shè)2個組，分別為空白對照組和1%雙氰胺處理組，每個組設(shè)置3個重復(fù)。每個重復(fù)取2 L固液分離的液體部分于廣口瓶中，處理組中加入1%雙氰胺，對照組不添加，作空白對照?；靹蚝竺芊馄靠冢谑覝叵蚂o置，每12 h搖勻一次。試驗期14 d。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 取樣 液體樣本分別于采樣當(dāng)天(第0天)和第1、2、3、7、14天充分混勻后進行采集，每次取樣50 mL并立即存放在-20 ℃冰箱中，待試驗周期結(jié)束后進行各指標(biāo)的測定。

1.3.2 各理化指標(biāo)測定方法 樣品經(jīng)0.22 μm過濾膜過濾后，使用MP521型pH計和電導(dǎo)儀測定pH和EC值；用烘箱在105 ℃下烘干，測定含水量；總氮采用半微量開氏法測定；總磷使用鉬銻抗比色法進行測定；總鉀含量使用原子吸收分析法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本試驗使用SPSS 18.0和EXCEL統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理。使用EXCEL軟件進行數(shù)據(jù)的整理和圖表制作，利用SPSS 18.0軟件進行方差分析，并采用鄧肯氏法比較各組數(shù)據(jù)間的差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 DCD對豬場養(yǎng)殖污水中總氮含量的影響

如圖1所示，在添加DCD后，總氮的含量呈上升趨勢，從第2天開始試驗組與對照組之間表現(xiàn)出極顯著性差異(38.21±0.96 vs 65.50±18.83，P<0.01)，且處理組的總氮含量趨向于穩(wěn)定。

圖1 養(yǎng)殖污水中總氮含量的變化

2.2 DCD對豬場養(yǎng)殖污水中鉀含量的影響

如圖2所示，在添加DCD后，鉀含量在整個試驗期間保持穩(wěn)定，且DCD處理組與對照組之間無顯著差異(P>0.05)。

圖2 養(yǎng)殖污水中鉀含量的變化Fig.2 Changes of potassium content in liquid waste

2.3 DCD對豬場養(yǎng)殖污水中總磷含量的影響

養(yǎng)殖污水中的總磷含量變化如圖3所示。在處理前2 d，總磷含量呈現(xiàn)上升趨勢，其中第1天DCD處理組中總磷的含量顯著高于對照組(P<0.05)；從第3天開始，養(yǎng)殖污水中總磷的含量迅速下降，到第7天總磷的含量趨于穩(wěn)定。總之，總磷含量呈現(xiàn)上升后降低趨勢，在第2天達到峰值，但是兩組在處理前后均無顯著變化(P>0.05)。

圖3 養(yǎng)殖污水中總磷含量的變化Fig.3 Changes of total phosphorus content in liquid waste

2.4 DCD處理對豬場養(yǎng)殖污水中pH和電導(dǎo)率(EC)的影響

養(yǎng)殖污水中pH和EC值的變化如圖4所示。在自然發(fā)酵過程中，所有組的pH始終呈現(xiàn)弱堿性，均在7.7～8.4之間，且無顯著差異(P>0.05)。處理前7 d，養(yǎng)殖污水的電導(dǎo)率高于4 000 μs/cm，第14天時DCD處理組和對照組的電導(dǎo)率均降低到4 000 μs/cm以下。處理14 d后的養(yǎng)殖污水可正常施用。

圖4 養(yǎng)殖污水中pH值的變化Fig.4 Changes of pH value in liquid waste

3 討 論

近年來，隨著我國畜牧業(yè)規(guī)模化的快速發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖糞污對環(huán)境的污染問題日益凸顯。在《第一次全國污染普查公報》中，僅畜禽養(yǎng)殖中產(chǎn)生的尿液就有1.6×108t[7]。在2018年和2019年公布的中央一號文件[8-9]中均提到要發(fā)展生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)，推進畜禽糞污無害化處理和資源化利用。在當(dāng)前打好污染防治攻堅戰(zhàn)的背景下，畜禽糞污資源化利用勢在必行。

圖5 養(yǎng)殖污水中EC值的變化Fig.5 Changes of EC in liquid waste

本試驗中使用水解后對土壤無污染的DCD進行豬場養(yǎng)殖污水的無害化處理，其產(chǎn)物可作為氮肥來源施入農(nóng)田，以期在降低環(huán)境污染的同時提高作物的生長狀況。盧紅玲等[10]在牛場養(yǎng)殖污水中添加硝化抑制劑處理進行施肥后可提高百合的生長發(fā)育狀況，較等量化肥增產(chǎn)12%[11]，CaCN2處理后顯著提高了總氮含量，這與本試驗的結(jié)果類似，CaCN2添加于污水中由于其水解形成尿素態(tài)氮，提高了總氮的含量，但污水中銨態(tài)氮的含量沒有變化[10]。雙氰胺溶解于養(yǎng)殖污水顯著增加了總氮的含量，同時作為硝化抑制劑抑制污水中硝化細(xì)菌的硝化作用，抑制了污水中的銨態(tài)氮向亞硝化態(tài)氮和硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，增加了污水中銨態(tài)氮的含量[12]。

本試驗發(fā)現(xiàn)使用雙氰胺處理前后養(yǎng)殖污水中的鉀含量無顯著差異，說明在本試驗中雙氰氨處理對污水中的鉀含量無影響，與盧紅玲[10]的試驗研究結(jié)果一致，可能是因為糞污中鉀鹽較穩(wěn)定，雙氰胺的作用不會引起鉀含量的變化。本試驗中雙氰胺處理前后總磷含量無顯著差異，與盧紅玲等[10]的試驗研究結(jié)果不一致，這可能是因為盧紅玲等的試驗中使用的是CaCN2，可與磷酸鹽形成沉淀，而本試驗所用的雙氰胺不與磷酸鹽生成沉淀，所以處理前后總磷的含量無顯著變化。在處理前2 d總磷含量顯著提高，可能是因為養(yǎng)殖污水中存在的微生物使有機物質(zhì)的礦化，使得其中的碳轉(zhuǎn)化為CO2而損失，氫轉(zhuǎn)化為H2O而損失，氮轉(zhuǎn)化為NH3而損失，只有磷保留在污水中，并因為“濃縮效應(yīng)”而是磷含量升高[13]。其中第2天時處理組與對照組的總磷含量最高且無顯著差異，而第1天和第3天均有顯著差異且相反，這可能是因為在處理初期樣品中的微生物處于中溫階段，有機物礦化速度較慢，“濃縮效應(yīng)”不明顯。第2天時達到高溫階段，礦化速度最快，第3天后有機物消耗殆盡，微生物活動減弱，“濃縮效應(yīng)”減弱而使磷含量降低。且添加雙氰胺后污水中氫和氨的含量提高，轉(zhuǎn)化的速度較對照組快。而第2天時兩組均處于微生物最活躍時期，從而可能使磷含量在兩組中無顯著差異。本試驗中添加雙氰胺處理后的養(yǎng)殖污水的pH升高，張昊青等[14]使用雙氰胺處理后紅土壤的pH升高，與本試驗的研究結(jié)果類似，因為雙氰胺抑制養(yǎng)殖污水的硝化作用，污水中的NH4+含量升高從而使pH提高，使用CaCN2水解可形成Ca(OH)2使污水pH提高。經(jīng)此處理的污水施用于田地可改善土壤的酸化、提高土壤肥力。本試驗中電導(dǎo)率在處理過程中均保持穩(wěn)定狀態(tài)，與盧紅玲等[10]的研究結(jié)果類似，因為雙氰胺為極性分子，本身不導(dǎo)電，所以加入養(yǎng)殖污水中對電導(dǎo)率幾乎無影響。

4 結(jié) 論

本試驗結(jié)果表明，經(jīng)雙氰胺處理后的豬場養(yǎng)殖污水總氮含量顯著提高，總磷含量、鉀含量無明顯變化，pH和電導(dǎo)率均在有機肥標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。