收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

稻田生态系统消解沼液的潜力及风险评估

史一鸣  
【摘要】: 随着农业产业结构调整、畜禽养殖业规模化发展,畜禽粪尿和冲洗用水过度集中并大量无序排放,不仅严重污染临近水体和周边环境,还直接影响畜禽养殖的防疫卫生,制约畜牧业的持续健康发展。在目前的畜禽养殖废弃物的处理途径中,特别是在循环经济的倡导和各级政府的支持下,利用沼气发酵工艺将畜禽粪污进行生物质能转化,已经成为最具经济、社会和环境效益的方法之一。但是,沼气工程大发展带来的突出问题就是沼气发酵的尾产物沼液的处置问题,因为沼液是富含COD、BOD、SS、总氮、氨氮、总磷等的有机污染物质,而仅作为当地肥料使用远不能满足对源源不断并且日益增加的沼液的处理需求。特别是对于规模化畜禽养殖场的日产沼液达一、二百吨的情况,如何处置沼液已经成为亟待解决的重大环境问题。因此,本研究根据我国南方稻田遍布的现实条件,试图在维持和促进水稻优质高产和确保土壤质量健康的前提下,尽可能地充分利用稻田湿地生态系统和水稻生产对沼液的消解和净化能力,建设和开发水稻粮食生产和沼液处理相结合的人工湿地生态系统。然而,水稻作为我国最重要的粮食作物之一,大量沼液投入到稻田,到底会不会给水稻生产带来风险,并给水环境、土壤肥力、土壤环境质量健康、土壤微生物生态等带来怎样的影响,是必须回答的问题。本文以养猪场沼液为研究对象,通过室内模拟和大田试验,探讨了沼液的自净及其在稻田生态系统消解净化过程中对水稻生产和环境的影响,研究了沼液淹灌过程中土壤肥力和土壤微生态的变化规律;分析和监测了稻田消解沼液过程对水稻产量和品质安全以及土壤环境质量的影响。为全面了解水稻生长和稻田生态系统对沼液的响应规律,分析稻田生态系统消解沼液的潜力,优化沼液排放模式提供理论与技术依据。主要结论有: 1、沼液自净过程的研究表明,静置条件下沼液自身的生境条件对微生物生存不利,严重抑制了微生物的活动,削弱了微生物的自净能力。沼液的自净作用主要依赖于物理和物理化学过程、化学过程。施灌到稻田以后,在微生物、作物等生物因子的参与下,大大强化了沼液的消解、净化过程;在沼液灌后12天内,田面水N、P、CODMn浓度基本可达到空白对照田的水平。在本试验的传统水稻种植区,由于稻田犁底层发育良好,施灌沼液引起的地下水铵态氮污染风险不大,4倍N沼液处理田块(2400 t ha-1的沼液用量)的地下水NH4+-N浓度小于常规化肥N用量的田块。施灌沼液不会导致当季地下水硝态氮浓度超标(生活饮用水卫生标准GB/5749-2006)。施灌沼液对当季地下水CODMn的浓度的影响不显著。 2、大量施灌沼液使土壤氮、磷含量提高,土壤氮、磷含量与沼液施灌量呈显著正相关;土壤有机质含量及其腐殖化强度无明显增强;所用沼液没有对土壤过氧化氢酶与蔗糖转化酶活性产生明显影响;土壤pH、水溶性盐电导率与沼液施灌量显著正相关,施灌沼液在一定程度上影响土壤的酸碱性,但还远不足产生盐害。 3、沼液淹灌室内培养试验结果表明,土壤微生物种群数量增加,而PLFA总量有下降趋势;细菌、真菌、好氧菌的特征脂肪酸总量所占比例基本保持不变。土壤中放线菌、甲烷氧化菌、硫酸盐还原菌的特征脂肪酸总量和所占比例均有显著下降;土著优势种群结构长时间保持稳定,表明稻田土壤微生态具有较强的调整内部种群结构的能力,较快适应沼液淹灌环境;水稻土微生态区系中共有的优势特征脂肪酸总量的判别分析结果表明,0.5倍N至等N沼液灌溉量对土壤优势微生物的影响最小,1.5倍N沼液灌溉量尚不会破坏稻田土壤微生物的区系构成。 4、现有沼液施灌水平下(最大沼液灌溉量为2400 t ha-1),土壤重金属含量未因施灌沼液有显著提高,土壤中重金属均符合保障农业生产,维护人体健康的国家土壤环境质量标准(GB/15618-1995)。 5、水稻田间试验结果表明,2倍N沼液处理的产量最高,当沼液用量达到4倍N处理时出现倒伏等现象,虽然产量较常规化肥处理没有下降,但边际增产效应下降;施灌沼液处理的稻谷中重金属含量与空白处理以及正常化肥处理之间没有显著差异。沼液施灌量的增大未对稻谷中重金属含量产生显著影响。稻谷中重金属含量未超出国家食品中污染物限量标准(GB/2762-2005)。随沼液用量增加,稻谷胶稠度、赖氨酸含量下降,直链淀粉含量、粗蛋白含量影响效果不明显。 6、做为处理废水为目的的稻田湿地生态系统,要解决的关键问题是在确保水稻安全生产的基础上尽可能增加单位面积的沼液负荷量,而且不仅要保证水稻的产量和品质安全,还应该避免土壤退化,防止土壤生态遭到破坏以及土水环境遭到污染,保障稻田生态系统的健康运转。但在稻田生态系统中,针对沼液的粮食产量、微生态承载量和环境承载量三者并不完全一致;如何确保水稻持续高产和品质稳定的条件下,尽可能地协调三个目标优化组合,构成了稻田湿地生态系统消解沼液的多目标优化问题。本研究对试验地区沼液的施灌量的优化做了初步探讨,提出两种优化方案:方案1,以水稻产量最大为优先目标,环境安全最大承载量为第二目标,生态安全最大承载量为第三目标。产量最高的2倍N沼液处理为最优,既能保障水稻产量、品质安全,又不对稻田生态、环境产生破坏,水稻种植期的沼液总共承载量折算为1200 t·ha-1;方案2,以环境安全最大承载量为第一目标,粮食安全最大承载量为第二目标,生态安全最大承载量为第三目标。则4倍N沼液处理为最优,既能维持粮食稳定高产,又满足消解容量最大化的沼液处理目标,水稻种植期的总承载量折算为2400 t·ha-1。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 刘增富;戴怀阔;袁永坤;任文伟;;稻田生态系统水量平衡对实验增温的响应——上海青浦案例研究[J];复旦学报(自然科学版);2010年03期
2 吴海宝;气候变暖与稻谷生产的相互影响及对策[J];生态学报;1997年02期
3 聂佳燕;向平安;张俊;;稻田生态系统多功能价值评估研究[J];湖南农业科学;2011年10期
4 苟小红;从生态位的观点试论稻田综合利用[J];生态学杂志;1989年02期
5 王伯伦,刘新安,王术,陈振武;稻田生态系统的优化调节[J];资源科学;2001年06期
6 王尚明;胡继超;吴高学;张崇华;曾凯;张清霞;胡逢喜;冯敏玉;;亚热带稻田生态系统CO_2通量特征分析[J];环境科学学报;2011年01期
7 倪达书;汪建国;;稻鱼共生生态系统中物质循环及经济效益[J];水产科技情报;1985年06期
8 朱咏莉;吴金水;陈微微;童成立;韩建刚;;稻田生态系统CO_2通量的日变化特征[J];中国农学通报;2007年09期
9 葛体达;;“稻田生态系统持续生产力与生态功能协调机制研究”取得重要成果[J];农业现代化研究;2011年02期
10 刘雨芳,古德祥,张古忍;稻田生态系统中捕食性天敌节肢动物种类调查分析[J];昆虫天敌;2002年04期
11 易俗,王瑞兰,吴志建;湘潭市郊冬闲田植物物种多样性的初步研究[J];仲恺农业技术学院学报;2002年01期
12 刘雨芳,古德祥,张古忍;广东省稻田生态系统中蜘蛛群落多样性研究[J];蛛形学报;2003年01期
13 全国明,章家恩,严会超,许荣宝;免耕对稻田土壤肥力的影响研究进展[J];中国农学通报;2005年09期
14 朱咏莉;吴金水;胡晶亮;童成立;韩建刚;;亚热带稻田能量平衡闭合状况分析[J];中国农学通报;2007年08期
15 秦祖平,徐琪;水循环对太湖地区稻田生态系统中养分平衡的影响[J];农村生态环境;1989年02期
16 梁文举,李琪,陈立杰,黄国宏,朱建国;开放式空气CO_2浓度增高对中国稻田生态系统线虫营养类群产生的影响(英)[J];应用生态学报;2002年10期
17 曹凑贵,汪金平,邓环;稻鸭共生对稻田水生动物群落的影响[J];生态学报;2005年10期
18 肖玉;谢高地;鲁春霞;吕耀;;稻田气体调节功能形成机制及其累积过程[J];生态学报;2005年12期
19 朱雪志;邓小华;;永州市稻田种植模式经济效益评价[J];安徽农业科学;2009年11期
20 尹丽辉;常望霓;肖顺勇;谢可军;;关于南方稻田生物多样性问题的分析[J];农业环境与发展;2010年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 毛润乾;古德祥;张古忍;张文庆;;稻田生态系统中稻飞虱卯寄生羹群溶优势种的研究[A];走向21世纪的中国昆虫学——中国昆虫学会2000年学术年会论文集[C];2000年
2 郑许松;吕仲贤;俞晓平;王济良;裘列群;陈建明;徐红星;陈列忠;张珏锋;;氮肥和杀虫剂对稻田生物多样性及稻飞虱和天敌的影响[A];科技创新与绿色植保——中国植物保护学会2006学术年会论文集[C];2006年
3 刘雨芳;古德祥;张古忍;尤民生;;稻田生态系统中捕食性食物网结构的研究[A];昆虫学创新与发展——中国昆虫学会2002年学术年会论文集[C];2002年
4 叶厚专;李艳大;沈显华;古新序;药林桃;舒时富;万鹏;江向荣;王水发;尹国庆;;不同机插行距对水稻产量的影响[A];全国丘陵山地农机化技术发展高层论坛论文集[C];2011年
5 查笑君;杨梦飞;罗小金;钱晓茵;马伯军;潘建伟;杨金水;;水稻产量相关跨膜类受体蛋白激酶LRK基因簇的功能研究[A];遗传学与社会可持续发展——2010中国青年遗传学家论坛论文摘要汇编[C];2010年
6 马学林;郭茂胜;陈欣荣;;二化螟虫伤株对水稻产量的影响[A];水稻螟虫灾变规律及治理对策研讨会论文集[C];2001年
7 王鹏;周桂林;余四斌;;水稻产量与株型的分子遗传基础剖析[A];全国植物分子育种研讨会摘要集[C];2009年
8 朱育红;徐进亚;张国友;;影响水稻产量的两种病虫害与气象条件关系分析[A];第八届长三角气象科技发展论坛论文集[C];2011年
9 顾根茂;杨丽红;潘云俊;许军;;水稻优化施氮技术应用[A];江苏耕地质量建设论文集[C];2008年
10 吴廷兴;黄承勇;吴胜文;易志学;;黎平县气候变化对水稻生育期影响分析[A];贵州省气象学会2010年学术年会论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 史一鸣;稻田生态系统消解沼液的潜力及风险评估[D];浙江大学;2010年
2 朱咏莉;亚热带稻田生态系统CO_2通量研究[D];中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心);2005年
3 陈建国;不合理施肥引起的稻田生态系统退化机理及其施肥修复效应研究[D];湖南农业大学;2008年
4 马殿荣;杂草稻遗传多样性及其对稻田生态系统影响的研究[D];沈阳农业大学;2009年
5 陈怀锅;有机栽培对稻田动物多样性及生态环境的作用和影响[D];南京师范大学;2012年
6 王秋菊;黑龙江地区土壤肥力和积温对水稻产量、品质影响研究[D];沈阳农业大学;2012年
7 许仁良;麦秸还田对水稻产量、品质及环境效应的影响[D];扬州大学;2010年
8 王钱洁;AP2/ERF转录因子与水稻产量相关基因LRK6等位基因的表达差异[D];复旦大学;2011年
9 张运波;夜温升高对热带地区水稻产量和农艺性状影响的研究[D];湖南农业大学;2011年
10 张奇春;稻田土壤供氮机理及水稻氮肥优化施用研究[D];浙江大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 聂佳燕;湖南稻田生态系统多功能性价值研究[D];湖南农业大学;2012年
2 寇志奎;耕作和施肥对稻田生态系统土壤碳排放及碳收支影响的研究[D];华中农业大学;2011年
3 黄太庆;不同轮作制度稻田生态系统温室气体排放研究[D];南京农业大学;2011年
4 费频频;脲酶/硝化抑制剂对稻田生态系统氮素流向的影响研究[D];浙江大学;2011年
5 袁俊吉;稻田生态系统对外源氮、磷的消纳[D];西南大学;2011年
6 张海进;近地层大气O_3浓度升高对稻田生态系统微量元素的影响[D];扬州大学;2011年
7 刘春岩;基于静态明、暗箱观测估算稻田生态系统—大气CO_2净交换[D];南京气象学院;2004年
8 陈卫卫;三江平原稻田生态系统N_2O排放研究[D];吉林农业大学;2007年
9 谢宁宁;武汉市稻田生态系统服务功能评价[D];东北林业大学;2008年
10 吕志跃;稻田生态系统水稻—飞虱—拟水狼蛛间能量流动研究[D];湖南师范大学;2002年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 顾磊;“一病一草”威胁水稻产量日趋严重[N];江苏农业科技报;2010年
2 邓肯;日均气温升一度水稻产量降15%[N];科技日报;2006年
3 忻隆华;水稻单产创超800公斤新高[N];上海科技报;2006年
4 邓肯;日均气温升一度 水稻产量降15%[N];陕西科技报;2006年
5 本报记者 王晓明;水稻托市收购给吉林稻农带来“及时雨”[N];经济参考报;2008年
6 王静;东北“袁隆平”:旱田稻香说丰年[N];中国特产报;2008年
7 徐亲阳;超级杂交稻“内2优6号”创浙江水稻产量两项新高[N];农民日报;2004年
8 记者 吴砾星;湖南力改“谷强米弱”打造湘米产业链[N];农民日报;2010年
9 记者 孙佳薇;吕维峰会见阿根廷客人[N];黑龙江日报;2010年
10 记者  王春;我国水稻产量相关功能基因研究取得重大进展[N];科技日报;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978