【论文精选】稻田消解沼液工程措施的水环境风险分析

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《农业工程学报2016年第32卷第5期刊载了江苏省农业科学院农业资源与环境研究所等单位王子臣、梁永红、盛婧、管永祥、吴昊、陈留根和郑建初的论文——“稻田消解沼液工程措施的水环境风险分析”。

 

据2010 年第一次全国污染源普查公报数据显示,畜禽养殖业普查对象196.36万个,粪便产生量2.43亿吨,尿液产生量1.63亿吨,主要水污染物化学需氧量、总氮、总磷、铜、锌排放量分别达1268.26万吨、102.48万吨、16.04万吨、2397.23吨和4756.94吨。其中,化学需氧量、总氮、总磷排放量分别占全国排放总量的41.87%、21.67%和37.90%,占农业源排放总量的95.78%、37.89%和56.34%,畜禽养殖污染已引起社会舆论广泛关注和各级政府治污决策时的高度重视。为实现粪污无害化处理及能源化利用,畜禽养殖场纷纷建设沼气工程,在取得既定效益的同时也产生了大量的副产物,即沼液。沼液中富含COD、氮、磷等成分,未经后续处理直接排放环境将对周边水体自净功能造成严重影响,成为水环境保护中亟待解决的关键问题,也长期困扰着畜牧业的健康发展。

 

稻田作为一种以水稻生产为目的的典型人工湿地,具备土壤-微生物-植物复合系统的自我调控功能以及对污染物的综合净化能力,具有较大的沼液消纳潜力。将稻田工程化用于消解沼液有别于沼液的稻田肥料化利用,是处理沼液的一种新思路,更是最易实施且行之有效的一种“新”途径。

 

该文通过田间定位试验,采取工程措施设置了6个消解量水平,监测了稻田主要生育期消解沼液过程中田面水及不同深度下渗水总氮、铵态氮和硝态氮质量浓度变化情况,并分析了稻田不同生育期消解沼液的能力及消解沼液过程中潜在的水体环境风险,研究结果可为稻田沼液安全消解技术及农业面源污染源头减量减排技术提供理论支撑。

 

该文在前人研究基础上指出稻田消解沼液的关键时期是施灌后的前3天,总氮降解幅度达46.67%~78.36%,铵态氮降解幅度达47.52%~85.27%,且穗肥期消解速率大于基蘖期。施灌后3天内若产生径流造成周边水体富营养化的环境风险较大,可采取封闭大田排水口或增加小区田埂高度5~10厘米等田间工程措施,控制地表径流产生量和产生时间,确保安全消解,实现农业面源污染源头减量减排。消解量在每亩23.5吨时与常规施肥处理相比潜在的环境污染风险稍低。因此,该文认为稻田工程措施消解沼液应采取少量多次的消解方式。

 

稻田作为消解沼液的工程化措施后是否会导致地下水富营养化一直是政府决策层、学术交流界备受关注的话题。该文监测结果显示稻田工程措施消解沼液对下渗水的污染风险主要集中在基蘖期,以铵态氮污染风险为主,硝态氮污染风险较小,污染程度因下渗水深度不同而有所差异。研究表明基蘖期稻田每次沼液消解量应控制在每亩14吨以内,穗肥期稻田消解沼液能力较强,污染风险较小,单次消解量低于28吨每亩在该试验的一个稻米生长周期内可视为安全的。

 

利用稻田人工湿地功能消解沼液,更加注重环境效益,有别于将沼液作为肥料进行增产提效的经济效益,该文研究结果显示水稻产量较常规施肥处理均减产,但环境效益显著增加。


(图片来源:昵图网)


 

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