沼液沼渣资源化利用对土壤次生盐渍化的潜在影响
Potential Effects of Biogas Slurry and Biogas Residues Resource Utilization on the Secondary Salinization of Soil

作者: 沈月 , 陆若辉 :浙江省农业技术推广中心,浙江 杭州; 叶波 :浙江省农业生态能源办,浙江 杭州 ;

关键词: 沼液沼渣钠离子次生盐渍化Biogas Slurry and Biogas Residues Sodium Ion Secondary Salinization

摘要:
通过对我省各地沼液沼渣进行取样检测,客观分析沼液沼渣中钠离子的含量,探讨沼液沼渣资源化利用对土壤盐渍化可能存在的影响。结果表明,沼渣中钠离子平均含量为0.113%,沼液中钠离子平均含量为0.016%,沼液沼渣资源化利用存在促进土壤次生盐渍化的潜在风险,依据测算结果,提出控制单位耕地面积沼液沼渣用量、从源头控制土壤中钠离子累积量的建议措施。

Abstract: Through sampling and testing biogas slurry and biogas residues of Zhejiang province, we have analyzed objectively the sodium content of biogas slurry and biogas residues and explored the possible effects of resource utilization of them on soil salinization. The mean contents of sodium ion in biogas slurry and biogas residues were 0.113% and 0.016% respectively. It shows that the resource utilization of biogas slurry and biogas residues can be used to promote the poten-tial risk of secondary salinization of soil. According to the calculation results, the proposed measures of controling biogas slurry and biogas residues consumption in unit cultivated land area were proposed to control the amount of sodium ion accumulation in soil from the source control unit.

1. 引言

次生盐渍化又称“次生盐碱化”,是指由于不合理的耕作灌溉而引起的土壤盐渍化过程,不仅直接危害作物的正常生长,而且也易引发其他相关生产问题。随着设施栽培面积的逐年加大,我国是世界上土壤盐渍化为害最为严重的国家之一,盐渍土总面积据估计 [1] 为99.13 × 106 hm2,而且面积还在逐年增加,已成为现代农业发展的限制因子。有研究表明 [2] - [15] ,在盐渍化土壤中,普遍存在土壤结构性和养分状况差以及土壤酶活性低等现象,这种现象主要是由于土壤中过量的交换性钠离子所引起,而钠离子的来源主要是肥料。为探究沼液沼渣肥用对土壤盐渍化的贡献,笔者对全省各地的沼液沼渣进行了取样,分析其中钠离子含量,力求客观分析沼液沼渣肥用对土壤质量的影响,提出下一步沼液沼渣肥用的建议措施,对指导合理生产,实现土壤的可持续利用具有十分重要的现实意义。

2. 沼液沼渣资源化利用现状

沼液沼渣是农作物秸秆、养殖污水、人畜粪尿、厨余垃圾等有机废弃物经沼气池厌氧发酵产生沼气后的残余物。沼液沼渣肥用可以增加土壤有机质含量,可以减少化肥用量 [16] [17] ,同时也是生态养殖环节中必不可少的重要组成。随着生态农业的日益发展,近些年来沼液沼渣的资源化利用率逐年上升,据不完全统计,浙江省2014年有各类沼气工程1.7万处,总池容161万m3,有效池容137万m3,按平均滞留期10 d计,全省沼液产生量约5000万吨/年,作为肥料化资源利用的沼液已高达3000万吨/年,亩均耕地面积沼液施用量超过1吨。

3. 取样及检测情况

3.1. 取样

主要考虑区域位置、经济条件和畜禽养殖量等因素,选择具有代表性的衢州市龙游县、衢江区、江山市,金华兰溪市、婺城区,杭州余杭区、丽水莲都区、绍兴上虞市、嘉兴桐乡市等10个县(市、区),累计采集样品60个,沼渣、沼液样品各30个。

3.2. 测试

3.2.1. 检测方法及仪器

参照NY525有机肥料标准中的试样处理方法 [18] ,将一定量沼渣沼液样品(精确至0.0001克)称量到开氏烧瓶底部,用少量水冲洗粘附在瓶壁上的试样,加5 ml硫酸(ρ 1.84)和1.5 ml过氧化氢(30%),小心摇匀,瓶口放一弯颈小漏斗,放置过夜。在可调电炉上缓慢升温至硫酸冒烟,取下稍冷后再加15滴过氧化氢,轻轻摇动开氏烧瓶,加热10 min取下,稍冷后再加5滴~10滴过氧化氢并分次消煮,直至溶液呈无色或淡黄色清液后,继续加热10 min,除尽剩余的过氧化氢。取下稍冷,小心加水至20 ml~30 ml,加热至沸腾。取下冷却,将消煮液转移到100 ml容量瓶,加水定容,过滤后作为钠离子含量待测液。

分析测试仪器:热电ICP 6000。

3.2.2. 测试结果

沼渣沼液中钠离子含量见表1

3.3. 钠离子投入量测算

3.3.1. 沼液沼渣中钠离子含量区间分布较为集中

分析结果可得表2,沼渣中钠离子含量主要分布在0.1%~0.15%,平均含量为0.113%;沼液中钠离子含量主要分布在0.01%~0.025%,平均含量为0.016%;沼渣中钠离子含量是沼液中的10倍。

3.3.2. 钠离子投入量测算

鉴于运输成本问题,沼液使用多存在一定的区域限制,能使用沼液、沼渣的田块,一般处于多年持续使用状态。依据相关资料 [19] 和笔者对省内多地农业生产中使用沼液、沼渣的调研情况,对农田施用沼液沼渣进行钠离子投入量测算结果见表3

Table 1. The content of sodium ion in biogas slurry and biogas residues (Unit: %)

表1. 沼液沼渣中钠离子含量 (单位:%)

Table 2. Interval distribution of sodium ion content in biogas slurry and biogas residues

表2. 沼液沼渣中钠离子含量区间分布

Table 3. Mass measurement of sodium ion in farmland

表3. 农田钠离子投入量测算

以连续5年使用沼液、沼渣测算钠离子累计投入量,水稻、小麦、油菜、花椰菜、番茄、辣椒、西瓜按表3所示投入沼渣、沼液的量测算,5年每666.7 m2耕地累计投入钠离子分别为24,565 g、24,565 g、8850 g、12,475 g、18,525 g、38,650 g、22,125 g,相当于62,480 g、62,480 g、22,505 g、31,730 g、47,120 g、98,320 g氯化钠所含钠离子的量。

4. 分析与讨论

1) 沼液沼渣资源化利用存在促进土壤次生盐渍化的潜在风险。钠离子在土壤中累积导致的盐渍化,由于表象上分析存在pH不发生变化的可能,甚至可能会趋向中性,因此容易被忽视。但土壤溶液中的钠离子浓度高,会直接导致土壤胶体上交换性钠离子百分率偏高,有研究表明 [20] [21] ,在钠质化土壤中团聚体和粘粒的分散导致土壤大孔隙和小孔隙的崩塌,从而阻碍气体和水分的运动,导致土壤干燥时强度增大、灌溉时水分不易入渗,与此相关联的土壤管理问题包括渍水、侵蚀、排灌渠道滑塌、播种困难和植物生长不良等。

2) 沼液沼渣资源化利用可能会影响植物的生长发育。钠离子过多会破坏叶绿素,影响植物的光合作用与生长发育。植物细胞里的钠离子浓度过高时,细胞膜上原有的钙离子就会被钠离子所取代,使细胞膜出现微小的漏洞,膜产生渗漏现象,导致细胞内的离子种类和浓度发生变化,核酸和蛋白质的合成和分解的平衡受到破坏,从而严重影响植物的生长发育,直至死亡。

3) 鉴于沼液沼渣肥用对土壤盐渍化影响的研究尚不成熟,大多数的生态消纳着眼于沼液沼渣具有一定肥效的直接功能性,对潜在的副作用尚无有效手段,笔者对沼液沼渣的肥用提出以下两点建议:

一是应制订施用标准。沼液沼渣的资源化利用是实现化肥减量、解决养殖制约因子的最直接和有效的途径,但有必要研究提出各类农作物品种、不同土壤种类、不同降雨条件下的沼液沼渣的适宜施用量、施用方法等,制订沼液沼渣施用的指导标准,将沼液沼渣融入农业生产的肥料体系之中。根据浙江以二熟制为主导的种植模式,建议每年同一田块最多只能有一季作物使用沼液沼渣,并且最好在雨季前半个月使用,有利于利用雨季降低土壤中钠离子的累积量。

二是单位耕地面积用量必须受限。过度施用沼液势必增加土壤被污染、被盐渍化的风险,应规定单位面积的土地、一定时期内沼液沼渣肥用的最大量,即用量必须受限。尤其在葡萄、柑橘、茶叶等多年生作物栽培区域,十分有必要限值沼液沼渣的用量,鉴于沼渣的钠离子含量是沼液的10倍,建议多年生作物限用沼渣作为肥料。

NOTES

*通讯作者。

文章引用: 沈月 , 叶波 , 陆若辉 (2018) 沼液沼渣资源化利用对土壤次生盐渍化的潜在影响。 土壤科学, 6, 22-26. doi: 10.12677/HJSS.2018.61003

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