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基于土壤养分平衡的畜禽养殖承载力研究2021-08-25 07:21

为了合理掌控畜禽养殖规模、有效地减少畜禽养殖污染,收集江门市新会区水田、菜地、园地和林地共35 个土壤样品,监测N、P 养分以及Cu、Zn、As 等重金属含量。基于土壤养分均衡模型,对适合的畜禽养殖量展开了研究。结果显示,新会区土壤肥力水平较高,在35 个监测点中,有29 个点位土壤的全氮含量多达1.2 g.kg-1,占到比82.9%;11 个镇街中,除了大泽,其余10 个镇街的部分土壤不存在N 肥或P 肥不足,部分农用地土壤还同时经常出现N 肥和P 肥不足;部分果园土壤经常出现As 微克,沙堆、古井、罗坑三个镇果园土壤As 微克倍数分别为1.76、0.66、0.21,古井林地、双水、司前的水田As 微克倍数分别为0.31、0.15、0.082;全区现状畜禽养殖总量为125.7 万头猪当量,而基于土壤养分均衡的畜禽养殖总量为27.10 万头猪当量。

基于土壤养分平衡的畜禽养殖承载力研究

因此,在新会区畜禽养殖污染防治工作中,除了必须大幅度缩减各镇的养殖规模、提升有机肥用药比例外,同时须要注目畜禽粪便用药有可能造成的农用地As 污染风险。前 言畜禽粪便因所含非常丰富的养分(N 、P2O5、K2O)往往作为有机肥归还农田,据估计,2011年我国畜禽粪便的产生量已超过25.45×108t,其中的氮、磷含量分别约1419.76 × 104t 和247.98×104t,畜禽粪便带给的氮、磷总量大约为全年用药化肥中所含氮磷的78.9%和57.4%。2017 年,全国畜禽粪尿量已低约38×104t,为了减缓前进畜禽养殖废弃物资源化利用,增进农业可持续发展,2017 年6 月12 日,国务院办公厅公布了《关于减缓前进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》并明确提出,到2020 年,全国畜禽粪污综合利用亲率超过75%以上。因此,利用好畜禽粪便不但可以增加化学肥料的用量,有效地减少畜禽养殖带给的面源污染,还能减少土壤有机质,构建节食增效和农田可持续利用。但是,当一定区域内畜禽产生的粪便多达作物生长必须和土壤的自净能力时,就不会经常出现土壤N、P 盈余,过量的N、P 之后不会通过地表径流和淋溶转入河流、湖泊和地下水,导致水体污染。为了掌控畜禽粪便污染,欧盟委员会明确规定每年投放农田的粪便氮素不得多达170 kg.hm-2,挪威、瑞典和爱尔兰还分别规定了每年粪便磷的最低施用量为35、22 和40 kg.hm-2。目前国内外有关畜禽养殖的研究主要集中于在畜禽粪便组分、环境风险评估以及畜禽养殖承载力研究等方面,而基于土壤氮磷均衡的畜禽养殖承载力研究则比较较较少。为了合理掌控畜禽养殖规模,有效地预防畜禽养殖污染,确保农业可持续发展,本研究以江门市新会区为研究对象,挑选水田、菜地、园地和林地4 种农用地类型,测量土壤N、P 养分以及As、Cu、Zn 等重金属含量,基于养分均衡模型,通过分析核算区域N、P 的输出和输入项,辨别氮、磷盈余或病变,并将区域内能忍受的输入量间接转化成为猪当量畜禽数量,即适合的养殖量,以期为其他地区的畜禽养殖污染防治规划获取糅合和参照。1 材料与方法1.1样品收集与数据搜集2017 年8 月26―29 日,在广东省江门市新会区自由选择水田、菜地、园地、林地四种农用地土壤类型,按照《农田土壤环境质量监测技术规范》(NY/T 395-2012)和《土壤检测第1 部分:土壤样品的收集、处置与储存》(NY/T 1121.1-2006)的拒绝,使用梅花布点和四分法共计收集土壤样品35 个,其中水田、菜地、园地各10 个,林地5 个,取样点产于闻图 1。监测指标还包括pH、土壤电导率(EC)、有机质、全氮、仅有磷、速效氮、有效地磷以及Cu、Zn、As 等重金属共10 个指标,其中,pH 和EC 使用电极法测定,有机质使用重铬酸钾滴定法测量,全氮和速效氮分别使用凯氏法和碱求解展开测量,全磷和有效地磷分别使用分光光度法和钼锑外用比色法展开测量,Cu、Zn、As 使用分光光度法测量。本研究中各种农作物的栽种面积和产量数据源于新会区统计资料年鉴,每构成100 kg 作物的N、P需求量闻表格 1。1.2研究方法根据土壤中养分的均衡原理,即:盈余量=输入量-输出量,本研究通过分析核算区域内氮、磷元素的输出和输入项,辨别氮、磷盈余或病变,并将区域内能忍受的输入量间接转化成为猪当量畜禽数量,即为适合的养殖量。在一定的土地供肥能力和单位面积农作物产量条件下,考虑到由畜禽粪便获取一定比例的农业生产需肥量的情况下,计算出来取得的土地当量畜禽的承载量,计算公式如下:式中,N 为必须产生的畜禽粪便量,t.hm-2;A 为单位面积产量作物必须吸取的养分量;即需肥量,t?hm-2;S 为单位面积土壤的供肥量,t?hm-2;d 为畜禽粪便(腊基)中营养元素的含量(N 为1%,P为0.9%);r 为畜禽粪便的当季利用率,%,本研究所取30%;f 为畜禽粪便的施用量占到播种总量的比例,%。根据《2015 年新会区统计资料年鉴》,新会区主要栽种的农作物还包括水稻、玉米、薯类、大豆、花生、蔬菜以及柑桔橙、香大蕉、荔枝、龙眼、番石榴等水果,主要的林产品为蒲葵,农作物的产量分别闻表格2,融合单位产品N、P 需求量,之后可计算出来出有农业生产需肥量A。使用《畜禽粪便农田利用环境影响评价准则》(GBT26622-2011)和《畜禽粪便还田技术规范》(GB/T 25246-2010)中引荐的方法计算出来单位面积土壤供氮和可供磷量(S):S = 2.25× 10-3 × C × t (2)式中,2.25×10-3回应土壤养分(N、P)的折算系数,土壤耕作层深度一般来说为20 cm,其每hm2土壤总重大约为225×104kg,C 回应土壤中N、P 元素的测量值,mg?kg-1,t 回应校正系数,因土壤具备缓冲器能力,测量值只是代表供肥潜力,实际能被作物吸取的量只占到测量值的一部分,是非0.5。2 结果与辩论2.1土壤肥力水平新会区农用地土壤的有机质、N、P 含量结果闻表格 3。从该表中可显现出,新会农用地土壤中有机质平均值含量在3.57%~3.80%之间,全氮平均值含量在1. 70~1. 91 g ?kg-1之间, 有效地氮平均值含量在97.21~149.9 mg?kg-1之间,仅有磷平均值含量在0.88~1.41 g?kg-1之间,有效地磷平均值含量在49.7~166.5 mg?kg-1之间。在水田、菜地、园地和林地四种农用地中,水田的有机质、全磷和有效地磷的平均值含量低于,林地的有机质、全氮、有效地氮和全磷的平均值含量最低,果园的全氮平均值含量低于,菜地的有效地磷平均值含量最低。本研究按照《畜禽粪便还田技术规范》(GB/T 25246-2010)引荐的土壤肥力分级标准,根据土壤全氮含量展开新会区农用地土壤肥力水平评价,结果显示,在所监测的点位中,新会区土壤肥力等级较高,水田和林地肥力仅有为Ⅰ级,菜地除崖门镇为Ⅲ 级外,其余仅有为Ⅰ级,果园除大泽和双水为Ⅱ级外,其余也为Ⅰ级,Ⅰ级点位数占到所有监测点位的91.4%。2.2土壤Cu、Zn、As 含量根据土壤取样监测结果,按照《农用地土壤环境质量标准》(三次印发稿),使用单因子指数法对新会区土壤中Cu、Zn、As 污染情况展开评价,结果闻表格 4。在所监测的所有菜地中,并未经常出现Cu、Zn、As 微克,部分果园土壤经常出现As 微克,这有可能与果园大量用于不含砷农药有关,微克的点位分别为罗坑、沙堆、古井三个镇,微克倍数分别为0.25、1.32、0.49 此外,双水和司前的水田、古井的林地也经常出现了As 微克,微克倍数分别为0.15、0.08和0.23。为了增进畜禽生长和提升免疫力,动物饲料中往往重新加入含Cu、Zn、As 等重金属的添加剂,然而,由于动物对Cu、Zn、As 添加剂的利用率较低,造成这些重金属随畜禽粪便转入环境,引发土壤重金属污染,特别是在是As 污染。有研究指出,猪饲料中As、Cu、Zn 的平均值含量分别为6.5、119.4、486.2 mg?kg-1,经过禽畜消化吸收后还不会在禽畜粪中富含。另有调查指出,广东集约化养殖场猪粪中As、Cu、Zn 的平均值含量分别约89.3、765.1、1128 mg?kg-1;鸡粪中As、Cu、Zn 的平均值含量分别约21.6、107.5、366.6 mg?kg-1。因此,用药畜禽粪肥可能会造成土壤重金属污染。2.3土壤养分供需平衡根据新会区土壤中N、P 含量监测结果,利用式(2)分别计算出来各镇街单位面积农用地供氮量和可供磷量,并与农作物生产必须的养分量展开较为,以必须施肥量来密切相关土壤养分的盈亏状况(“-”回应盈,“+”回应盈),闻表格 5。从这些表可显现出,除大泽外,其余10个镇街的部分土壤皆经常出现了供肝能力小于作物需肥量的情况,N、P 肥料过量用药,P 肥尤为引人注目,其中,会城、三江和大鳌的所有农用地皆不存在土壤P 肥或N 肥不足现象,会城园地和大鳌水田还同时经常出现N 肥和P 肥不足,这与前人的研究结论完全一致,因此,畜禽粪便中P2O5是容许畜禽粪便农田用药的主要容许因素。2.4适合养殖量与现状养殖量根据调查,目前新会区有机肥用药比例大约为20%,畜禽粪便搜集率为70%(流失率30%),利用式(1)和式(2)计算出来出有不会各镇街适合的养殖量(闻表格 6),全区总的养殖量为27 万头猪当量。同时,根据新会区农林局获取的畜禽养殖种类和数量,融合广东省地方标准《畜禽养殖业污染物废气标准》,按30 只蛋鸡、30 只鸭(蛋鸭和肉鸭)、30 只兔、3 只羊、15 只鹅、60 只肉鸡换算成1头猪;1 头奶头换算10 头猪,1 头肉牛换算成5 头猪的换算标准,按猪当量计算出来各镇街畜禽养殖量,全区现状养殖总量为125.7 万头猪当量。此外,根据《广东国民经济和社会发展统计资料公报》(2016),取得年人均肉类消耗量为37.8 kg,按每出栏1 头猪产肉75 kg计,融合新会区人口数据,不算出有基于新会区肉类市场需求的养殖量,为38 万头猪当量。由此可见,现状全区的养殖总量早已相比之下远超过了适合的养殖量和肉类需求量,必须大幅缩减养殖规模。基于承载力的畜禽养殖量产于不平衡,其中,会城、三江、大鳌三个镇早已没养殖空间,适合养殖的区域主要产于在双水和司前两个镇。3 结 论新会区部分农用地土壤不存在过量播种现象,2015 年全区化肥平均值用药强度为367 kg?hm-2(按栽种面积计算出来),远超过了发达国家明确提出的警戒线(225kg?hm-2)。新会区现状畜禽养殖总量大,相比之下远超过了畜禽养殖承载力,除崖门和睦州两个镇外,其余8 个镇都必须大幅度缩减养殖量才能符合畜禽养殖承载力的拒绝。此外,部分农用地土壤经常出现As 微克,畜禽粪肥农用的环境风险不容忽视。因此,新会区在用药畜禽粪肥时除了要考虑到土壤的养分均衡,避免N、P 盈余和积累外,还须要注目粪肥带给的As 污染风险。