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生物有機肥料的主要原料種類與性質

時間:2015-03-13 11:16來源:未知 作者:admin 點擊:
一、秸稈類
隨著復種指數的提高,優質良種的出現,施肥量的增加,栽培技術和栽培條件的改善等,農作物的產量會隨之提高,秸稈的數量相應增多,它是重要的有機肥源之一。
(一)秸稈的成分
秸稈含有作物生長必需的無機營養成分(表1,表2),屬完全肥料。N、P2O5、K20
表1:主要作物秸稈中幾種營養元素的含量
秸稈種類
幾種營養元素的含量(占干物重的%)
N
P2O5
K20
Ca
S
麥稈
0.50~0.67
0.2~0.34
0.53~0.60
0.16~0.33
0.123
稻草
0.63
0.11
0.85
0.16~0.44
0.112~0.189
玉米秸
0.43~0.50
0.38~0.40
1.67
0.39~0.80
0.203
豆秸
1.3
0.3
0.5
0.79~1.50
0.227
油菜秸
0.56
0.25
1.13
----
0.348
表2 一些作物秸稈的微量元素含量mg/kg
(60攝氏度或80攝氏度烘干做基礎)
類別
作物
鐵(Fe)
錳(Mn)
銅(Cu)
鋅(Zn)
硼(B)
豆類
紫苜蓿
130~1000
10~120
4~5
14~110
4~30
紅苜蓿
100~1300
25~540
6~20
24~70
36
胡枝子
100~1000
50~420
----
----
----
谷類
大麥稈
----
7
----
----
----
玉米穗軸
160~190
50~270
2~9
5~80
----
玉米葉
----
----
8~17
----
----
燕麥稈
60~370
4~1660
3~54
4~200
----
蔬菜
甜菜(根)
70~280
20~100
6~27
25~69
----
卷心萊
11~300
5~440
3~28
----
37
水果
梨(葉)
40~350
20~170
----
14~55
----
蘋果(葉)
40~540
17~220
4~30
6~40
12~110
不同種類秸稈含有的養分數量有差異,通常豆科作物和油料作物的秸稈含氮較多;旱生禾谷類作物的秸稈含鉀較多;水稻莖葉中含硅豐富;油菜秸稈含硫較多,施用時應注意這些特點。秸稈中的養分絕大部分為有機態,經礦化后方能被作物吸收利用,因此肥效穩長。
秸稈中的有機成分主要是纖維素、木質素、蛋白質、淀粉等(表3),還含有一定數量的氨基酸,其中以纖維素和半纖維素為主,木質素和蛋白質等次之。
表3 幾種作物秸稈的有機成分%
種類
灰分
纖維素
脂肪
蛋白質
木質素
水稻
17.8
35.0
3.82
3.28
7.95
冬小麥
4.3
34.3
0.67
3.00
21.2
燕麥
4.8
35.4
2.02
4.70
20.4
玉米
6.2
30.6
0.77
3.50
14.8
玉米芯
1.8
37.7
1.37
2.11
14.7
豆科干草
6.1
28.5
2.00
9.31
28.3
(二)秸稈分解的一般規律
秸稈分解是微生物學過程,首先在白霉菌和無芽孢細菌為主的微生物作用下,分解水溶性物質和淀粉等;然后逐步過渡到以芽孢細菌和纖維分解菌為主的微生物區系,分解蛋白質、果膠類物質和纖維素等;后期在以放線菌和某些真菌為主的微生物作用下,主要分解木質素、單寧和蠟質等難分解的物質。故初期分解迅速,在適宜的條件下,分解強度較大的時期可維持12~45 d,然后轉入緩慢分解時期,如玉米秸,無論是在水澆地還是旱地,或是否調節碳氮比,只要環境條件適宜時,第一個月內分解最快,而后逐步減慢。
(三)影響秸稈分解的因素
1.化學組成在秸稈組分中,水溶性和苯醇溶性物質以及蛋白質物質分解最快,半纖維素次之,纖維素再次之,木質素最難分解。
2.秸稈的碳氮比總體看,在相同條件下。C/N窄的分解快,腐殖化系數小;反之,分解較慢,但腐殖化系數較大。隨著秸稈C/N的比值降低,分解速度加快,有機氮礦化增加,例如,成熟三葉草、羽扇豆、豌豆莢和苜蓿的C/N分別為26:1、20:1、13:1和12.7:1,施人土壤6個月后有機氮的礦化率則分別為14%、 18%、40.5%和37.8%,二者呈明顯負相關關系。
3.土壤條件作物秸稈在土壤中的礦化和腐殖化過程,受土壤物理、化學和生物學性質直接或間接的影響,其中尤以溫度和水分最為突出。土壤溫度不但影響微生物的區系組成和活性,而且也影響酶的活性,一般田間在7—37℃范圍內,不但淀粉和纖維素的分解迅速,而且木質素也開始被氧化。土溫過低或過高都會抑制土壤中微生物的活動與酶的活性。在20~30℃時植物殘體分解最快,低于l0℃分解較弱,到5℃時則基本上不分解。溫度對秸稈前期分解的影響比水分明顯。
土壤水分以田間持水量的80%左右(含水量為20%~30%)最有利于秸稈的腐解,此時土壤中的CO2釋放量最高,肥土、瘦土均如此。含水量過高或過低均不利于秸稈的分解。同類土壤中,水分適當有利于分解,腐殖化系數較小。
影響秸稈分解的因素還有秸稈的數量、細碎程度、耕埋深度等。用量適中,比較細碎,全部埋人土中并分布均勻,土壤墑情好均有利于分解;反之,分解緩慢。
二、糞尿類和廄肥
二、糞尿類和廄肥
糞尿類和廄肥一直是我國普遍施用的重要有機肥之一,其數量很大。據統計, 1980年,豬糞、羊糞、牛糞和禽糞提供的N、P2O5、K20分別相當于1979年全國N、P、K化肥銷售量的1.94倍、3.05倍和136.6倍。1995年,我國產生的豬糞、羊糞、牛糞、禽糞折合成養分,則N為715萬t、P2O5為547萬t和K20為424萬t。這類肥源的數量將隨著人口的增加和畜牧業的發展而增加,如能按其特性加以科學利用,對農業生產的發展具有重要作用。
(一)人糞尿
1.人糞人糞是食物經消化后未被吸收排出體外的物質,主要是纖維素和半纖維素、脂肪和脂肪酸、蛋白質和分解蛋白、氨基酸、各類酶,糞膽質及少量糞臭質吲哚、硫化氫、丁酸等臭味物質。約含5%的灰分,主要是硅酸鹽、碳酸鹽、氯化物及鈣、鎂、鉀、鈉等鹽類。還含有大量已死亡的和活的微生物和寄生蟲卵等。新鮮的人糞尿常顯中性反應。此外還含有一定數量植物必需的多種養分,且多以有機態存在,由于C/N小,易分解,能較快地供應養分(表4)。
表4 人糞尿的養分含量%
項目
水分
有機質
礦物質
N
P2O5
K20
CaO
C/N
人糞
75.0
22.1
2.9
1.5
1.1
0.5
1.0
7.3
人尿
97.0
2.0
1.0
0.6
0.1
0.2
0.3
1.3
2.人尿人尿是被消化后并參與新陳代謝后排出的液體,主要成分為水和水溶性物質。其中尿素占1%~2%,氯化鈉約占1%,還有少量肌酸酐(C4H7N3O)、氨基酸、磷酸鹽、銨鹽等。此外,還有微量的生長素(如吲哚乙酸)和微量元素等。由于含有機酸和酸性磷酸鹽(如KH2PO4,NaH2PO4等),故顯弱酸性。人尿含有植物必需的養分,惟有濃度不及糞高,但養分的總量并不低。而且尿中的養分為速效性的所含氮素中尿素態氮占87.0%,銨態氮占4.3%,分解較慢的肌酸態氮、馬尿酸態氮、尿酸態氮和其他形態氮分別占3.6%,0.5%,0.8%和3.8%。故應重視尿的收集和利用。
由上可知,人糞尿是含有機質較少的、偏氮的、速效性的有機肥料,習慣上作為氮肥施用。由于糞便中含有大腸桿菌等病原微生物及寄生蟲卵,施用前,必需進行無害化處理。一般是在化糞池里進行厭氧發酵。
(二)家畜糞便
1.排泄量家畜的排泄量主要與家畜種類有關(表5)。牲畜的年齡、服役情況及飼料狀況對其也有影響。由于豬繁殖快、數量多,因此糞尿的絕對量較大。
表5 豬、牛、馬、羊的撐泄量kg/頭
種類
項目
排泄量
每天
每年
3.5
125.
尿
4.8
1750
合計
8.3
3000
15.0
5475
尿
10.0
3550
合計
25.0
9125
10.0
3650
尿
5.0
1825
合計
15.0
5475
1.5
547.5
尿
0.5
182.5
合計
2.0
730
2.家畜糞尿的養分含量及其形態畜糞是飼料經消化后排出的物質,其成分主要是纖維素、半纖維素、木質素、蛋白質及其分解產物,如脂肪酸、有機酸以及某些無機鹽類。尿是經消化吸收后排出的液體,其成分是水和水溶性物質,主要含有尿素、尿酸、馬尿酸和鉀、鈉、鈣和鎂的無機鹽。糞尿中含有一定數量的有機質和氮磷鉀及微量元素等(表6,表7),還含鈣0.11%一3.4%,鎂0.07%~0.26%,硫0.05%—0.28%等。
表6 家畜糞尿的養分含量 %
 
 
水分
有機質
N
P2O5
K20
82
15.0
0.56
0.40
0.44
尿
92
2.5
0.12
0.12
0.95
83
14.5
0.32
0.25
0.15
尿
94
3.0
0.50
0.03
0.65
76
20.0
0.55
0.30
0.24
尿
90
6.5
1.20
0.01
1.50
65
28.0
0.65
0.50
0.25
尿
87
7.2
1.40
0.03
2.10
表7 畜、禽糞中主要大量營養元素和微量元素含量
項目
牛糞
豬糞
羊糞
雞糞
全氮/%
1.73
2.91
2.23
2.82
水解氮/(mg·kg-1)
2000
4140
2120
7350
NH:—N/(mg·kg-1)
1590
2620
1040
6410
全磷/%
0.83
1.33
0.78
1.22
有效磷/(mg·kg-1)
2900
3140
4310
6110
有效磷占全磷/%
35
24
55
51
全鉀/%
0.74
1.00
0.78
1.40
速效鉀/(mg·kg-1)
5490
7280
4330
6750
有效鉀占全鉀/%
80
73
56
48
全硼量
22.8
21.7
30.8
24.0
有效硼
2.7
2.6
5.0
3.0
全鋅量
187
199
146
130
有效鋅
11.9
16.2
32.2
29.0
全錳量
355
261
172
141
有效錳
62.9
55.5
19.0
14.9
全鉬量
3.7
3.0
3.4
4.2
有效鉬
n.d
n.d
n.d
n.d
全鐵量
1952
1845
1921
1901
有效鐵
69.3
260
19.2
29.3
全銅量
16.7
50.0
23.0
13.0
有效銅
3.4
9.0
5.0
3.3
注:微量元素含量為mg/kg.
糞尿中的養分形態,除鉀素外,絕大部分為有機態。畜尿中含易分解的尿素不多,難分解的馬尿酸和尿酸等較多,故其肥效較慢,必須腐熟后施用,尤其是牛尿。畜尿中還含有多種鹽類和生長素。畜糞中富含有機質,從家畜糞的有機組成看,總腐殖質和陽離子交換量均較高,其中尤以豬糞的質量為優。畜糞中還含有可溶性糖、氨基酸、核酸等有機養料與酶類,是無機肥料所無法比擬的。
3.不同畜糞的特點
(1)豬糞。由于豬的飼料相對較細,糞中纖維素較少,含蠟質較多,質地較細,C/N較低。但含水量較多,纖維分解菌少,分解較慢,產生的熱量較少。陽離子交換量高,吸附能力較強。
(2)牛糞。牛是反芻動物,飼料可反復消化,糞質細密,含水量大。C/N約21:1,分解比豬糞慢,腐熟過程中產生的熱量少,故有冷性肥料之稱。
(3)馬糞和羊糞。馬糞疏松多孔,纖維素含量高,并含有較多的高溫纖維分解細菌,C/N約為13:1,含水分較少,腐熟過程中能產生較多的熱量,故有熱性肥料之稱。羊糞的性質與馬糞相似,糞干燥而致密,C/N約12:1,也屬熱性肥料。
(三)其他動物糞肥
1.兔糞兔糞含有豐富的有機質和各種養分,可作飼料和肥料。有報道指出,兔糞含有機質20.47%,全磷0.68%,全鉀0.58%,全氮3.32%,其中蛋白態氮3.14%,堿解性氮2 387 mg·kg-1,銨態氮1827 mg·kg-1。
兔糞中氮多鉀少,尿中氮少鉀多,C/N窄,易腐熟,在腐解過程中能產生較多的熱量屬熱性肥料。還含有蔗糖、阿拉伯糖、果糖、葡萄糖及氨基酸、核糖核酸和脫氧核糖核酸等,為作物提供有機養料。兔糞多用于茶、桑、瓜、果樹及蔬菜等作物。
2.禽糞禽糞通常指雞、鴨、鵝的排泄物,其數量取決于飼養量及其排泄量,每只雞、鴨、鵝和鴿的年平均排泄量分別為5~7.5 kg,7.5~10kg,12.5~15.0kg及2~3 kg。禽糞中含有豐富的養分和較多的有機質(表8)。按干重計,還含有3%~6%的鈣,1%~3%的鎂和微量元素。絕大部分養分為有機態,肥效穩長,
表8 新鮮禽糞中的養分平均含量%
項目
水分
有機質
N
P2O5
K20
雞糞
50.5
25.5
1.63
1.54
0.85
鴨糞
56.6
26.2
1.10
1.40
0.62
鵝糞
77.1
23.4
0.55
0.50
0.95
鴿糞
51.0
30.8
1.76
1.78
1.00
3.蠶沙我國利用蠶沙做肥料已有2000多年的歷史,古代就有“蠶矢熟糞”的記載。蠶沙是蠶糞、幼蠶脫的皮及殘余桑葉碎屑的混合物,其成分受蠶齡、桑葉品質的影響。各齡蠶沙的養分不同(表9),蠶沙的特點是有機物豐富和養分濃度高。所含氮素主要是尿酸態,C/N窄,易分解,腐熟過程中能產生較多的熱量,屬熱性肥料。
表9 各齡蠶的新鮮糞養分含量%,風干物
蠶齡
有機質
N
P2O5
K20
 
蠶齡
有機質
N
P2O5
K20
第一齡
88.12
3.58
0.50
0.84
 
第四齡
88.62
2.32
0.75
3.19
第二齡
88.81
2.32
0.70
2.65
 
第五齡
85.19
2.22
0.72
2.45
第三齡
88.90
3.29
0.66
3.40
 
熟蠶糞
77.64
13.55
8.37
10.15
4,海鳥糞海鳥糞是海鳥的糞便、尸體、剩余食物及枯枝落葉等的混合物,經長期堆積分解而形成的有機肥料。產于海島區海鳥群居的場所,按其形成條件和養分種類可分為氮質海鳥糞和磷質海鳥糞兩類。前者多在炎熱干旱的條件下形成,鳥糞中的有機質和氮素不易分解,含氮量4%一8%,有的高達13%。氮素形態以尿酸為主,較易分解。后者多在高溫多雨的條件下形成,鳥糞中的有機質易礦化,氮素轉化為硝酸鹽后被淋失,鉀素也隨降雨流失,磷酸鹽被淋洗到下層,與土壤中的鈣結合形成羥磷灰石而逐步聚集,故磷質海鳥糞以磷為主,含有少量有機質和氮鉀,又可稱為“鳥糞磷礦”,可作為磷肥施用。
我國西沙群島約有100萬t的磷質海鳥糞,質量較好,其水溶性磷的含量高于一般沉積磷礦(表lO),是重要的磷礦資源。
表10 西沙群島鳥糞磷礦的養分含量%
種類
pH值(水浸)
有機質
N
P2O5
K20
C/N
腐泥狀鮮鳥糞
4.6
57.0
3.85
9.61
0.12
8.59
粒狀嗎糞磷礦
7.9~8.8
8.36~20.70
0.52~1.32
6.49~26.87
0.02~0.05
8.44~10.10
松塊狀鳥糞磷礦
8.4~8.5
5.29~6.67
0.42~0.46
21.50~22.81
0.02~0.03
6.66~9.46
緊塊狀鳥糞磷礦
8.5~8.7
1.68~2.76
0.11~0.18
8.47~10.60
0.02~0.03
8.70~9.28
砂質盤狀鳥糞磷礦
8.4~8.9
1.01~3.95
0.05~0.33
7.48~22.70
0.02~0.03
6.94~10.85
(四)廄肥
1.廄肥的成分和性質廄肥是家畜糞尿、墊料和飼料殘屑的混合物經腐熟而成的肥料。我國北方中多以土為墊料,故稱為“土糞”或“圈糞”,南方多以秸稈或青;草為墊料。故稱為“草糞”或“欄糞”。廄肥中含有豐富的有機質和各種養分(表11,表12),屬完全肥料。
表11 廄肥的平均肥分%
家畜種類
水分
有機質
N
P2O5
K20
CaO
MgO
S(SO3)
72.4
25.0
0.45
0.19
0.60
0.08
0.08
0.08
77.5
20.3
0.34
0.16
0.40
0.31
0.11
0.06
71.3
25.4
0.58
0.28
0.53
0.21
0.14
0.01
64.6
31.8
0.83
0.23
0.67
0.33
0.28
0.15
表12 廄肥中微量元素含量mg·kg-1,干基
微量元素
最低
最高
平均
4.5
52.0
20.2
75.0
549.0
201.1
0.25
4.7
1.04
7.6
40.8
15.6
43.0
247.0
96.2
0.84
4.18
2.06
華北農村的土糞含有機質在10%以內,N為0.26%±0.14%.P2O5為0.3l%±0.17%,K20為0.77%±0.31%,影響廄肥質量的因素較多,主要有飼料的種類及配比,墊料的種類和用量,因此各地廄肥的質量相差較大。廄肥中的氮、磷大部分呈有機態,當季利用率不高。但肥效持久,最宜做基肥施用。
2.廄肥的積制和腐熟積制廄肥的方式有坑式、平地式。廄肥施用前尚需堆積,使之腐熟,堆積方法則有緊密堆積法、疏松堆積法和緊密疏松堆積法等,其腐熟實質完全相同。
廄肥堆腐是廄肥中有機物質,在數種微生物的相繼作用下,進行礦質化和腐殖質化兩個對立統一的過程。前者是復雜有機物逐步分解成為簡單化合物,即養分有效化過程;后者是分解的中間產物重新合成腐殖質。即腐殖化過程,這是有機肥料腐熟的普遍規律。
礦質化過程:眾所周知,廄肥中的有機物包括淀粉、糖類、纖維素、半纖維素、木質素、果膠類物質等不含氮的有機物;尿素、馬尿酸、尿酸、蛋白質等含氮有機物;核酸、植素、磷脂等含磷有機物以及胱氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸等含硫有機物。在好氣或嫌氣條件下,各類有機物質經逐步分解,放出熱量,形成一些中間產物、水和二氧化碳等。最后釋放出其中含有的氮、磷、硫等養分。
腐殖化過程:這一過程極為復雜,迄今尚未研究清楚。通常認為可分兩個階段第一階段是廄肥在礦質化過程中,部分有機物可能形成腐殖質中的若干組成分,其中主要有芳香族化合物,氨基酸或肽等含氮化合物及糖類物質等;第二階段是利用已形成的上述化合物,經脫水縮合等一系列步驟形成腐殖質。
3.廄肥腐熟的特征新鮮廄肥(或稱生糞)在礦質化和腐殖質化過程中,外部形態上會發生一系列明顯變化。通常可將廄肥腐熟分為生糞、半腐熟、腐熟和過勁 4個階段(圖1)。 
當廄肥進入牛腐熟階段時,有機物已部分礦質化,材料變軟,并帶有霉爛味,此時腐殖化過程比礦質化過程弱,形成的腐殖質較少,廄肥呈棕色,此階段的形態特征可概括為“軟、霉、棕”。在水氣熱適宜的條件下,繼續進行礦質化和腐殖化。當進入腐熟階段時,有機物已變爛,含氮有機物形成較多的氨而使廄肥有臭味,腐殖化過程較強烈,形成了較多的腐殖質而顯黑色。此階段的形態特征可概括為“爛、臭、黑”。腐熟階段的廄肥再繼續分解而進人過勁階段,此時有機物和新形成的腐殖質將被徹底分解,廄肥幾乎呈粉末狀,同時伴有白色的放線菌菌落,肥料由黑色變為灰白色,并有特殊的泥土味,此時的形態特征可概括為“粉、土、灰”,肥效已大受損失。實踐中應嚴防廄肥進入過勁階段,半腐熟和腐熟時即可施用,否則應采取壓緊肥堆、加水、密封等方式,抑制微生物的活動阻止其繼續分解,以防廄肥肥分大量損失。
三、餅肥、菇渣或糠醛渣類
三、餅肥、菇渣或糠醛渣類
(一)餅肥
餅肥是含油較多的種子提取油分后的殘渣,俗名油餅,又叫油枯。它含有豐富的營養成分,做肥料用時稱為餅肥。這類資源應提倡過腹還田和綜合利用。
我國的餅肥主要有大豆餅、菜子餅、花生餅、茶子餅、柏子餅等,餅中含有了5%一85%的有機質,氮(N)為L 1%一7.0%,磷(P2O5)為0.4%一3.0%,鉀(K20)為0.9%~2.1%,還含有蛋白質及氨基酸等(表13)。油菜子餅和大豆餅中,還含有粗纖維6%一10.7%,鈣0.8%一11%及0.27%~0.70%的膽堿。此外, 還有一定數量的煙酸及其他維生素類物質等。
表13 主要餅肥氮、磷、鉀的平均含量%
油餅種類
氮(N)
磷(P2O5)
鉀(K2O)
大豆餅
7.00
1.32
2.13
芝麻餅
5.80
3.00
1.30
花生餅
6.32
1.17
1.34
棉子餅
3.14
1.63
0.97
菜子餅
4.50
2.48
1.40
篦麻子餅
5.00
2.00
1.90
柏子餅
5.16
1.89
1.19
茶子餅
1.11
0.37
1.23
桐子餅
3.60
1.30
1.30
椰子餅
3.74
1.30
1.96
大麻子餅
5.05
2.40
1.35
杏仁子餅
4.56
1.35
0.85
蒼耳子餅
4.47
2.50
1.47
蘇子餅
5.84
2.04
1.17
花椒子餅
2.06
0.71
2.50
椿樹子餅
2.70
1.21
1.78
胡麻餅
5.79
2.81
1.27
桕子餅
5.16
1.89
1.19
餅肥中的氮以蛋白質形態存在,磷以植酸及其衍生物和卵磷脂等形態存在,均屬遲效性養分,鉀則多為水溶性的,用熱水可從中提取出90%以上。
油餅含氮較多,C/N較窄,易于礦質化。由于含有一定量的油脂,影響油餅的分解速度。不同油餅在嫌氣條件下的分解速度不同,如芝麻餅分解較快,茶子餅分解較慢。
土壤質地影響到餅肥的分解及氮素的保存。砂土有利于分解,但保氮較差;黏土前期分解較慢,但有利于氮素保存。
有些油餅中含有毒素,如茶子餅中的皂素,菜子餅中的皂素和硫甙,棉子餅中的棉酚,蓖麻子餅中的蓖麻素,桐子餅中的桐酸和皂素等,不能直接做飼料,將上述油餅通過化學處理或選育子實中不含毒素的品種,如含硫甙低的油菜品種,便可飼用以提高餅肥的利用價值。
(二)菇渣
指收獲完食用菌后的殘留培養基,主要由栽培基質和殘留的菌絲體組成。菇渣養分豐富,pH值為5~5.5,最大持水量為372%,全氮為1.62%,全磷為0.454%,速效氮為212mg·kg-l,速效磷為188 mg·kg-l,有機質60%~70%,并含豐富的微量元素。菇渣除可作為肥料使用外,還可作為飼料、吸附劑和園林花卉及蔬菜的栽培基質。
(三)糠醛渣
糠醛渣是以玉米穗軸經粉碎加入一定量的稀硫酸在一定溫度和壓力作用下,發生一系列水解化學反應提取糠醛后排出的廢渣,顏色呈深褐色,細度3~4mm,較疏松。糠醛渣含有機質76.4%~78.1%,全氮0.45%~0.52%,全磷0.072%~0.074%,速效氮328~533 mg·kg-l,速效磷109~393 mg·kg-l,速效鉀700~750mg·kg-1,殘余硫酸3.50%一4.21%,pH值為1.86~3.15,容重0.45kg· m-3。因其含有有機質和養分,可用做肥料。施用于土壤,可以提高土壤有機質含量和CEC,改善土壤理化性狀,使作物增產。但必須注意其強酸性,使用前需中和,或用于堿性土和鹽土的改良,效果顯著。
四、泥土肥類
泥土類肥料包括:泥肥和土肥。
(一)泥肥及其特性
泥肥指河、塘、溝、湖中的淤泥。其養分來源主要有:水生動植物的殘體和排泄物;由雨水帶人的養分;隨雨水沖刷下來的表土及其中的養分;生活污水等。故養分含量變化較大(表14)。
表14 不同泥肥的養分含量
種類
有機質/%
全氮/%
全磷/%
全鉀/%
銨態氮
速效磷
速效鉀
mg·kg-l
河泥
5.28
0.29
0.36
1.82
1.25
2.8
7.5
塘泥
2.45
0.20
0.16
1.00
273
97
245
溝泥
9.37
0.44
0.49
0.56
100
30
-----
湖泥
4.46
0.40
0.56
1.83
-----
18
55
通常,靠近城鎮的、放養水生植物的、養水產的水域,其泥肥有機質與養分的含量較高。從地形部位看,沖田塘泥的質量優于高位塘泥。長年不取的泥肥好于經常取的,故應有計劃地培育和利用泥肥,以保持泥肥的質量。泥肥含有較多的有機質,養分種類齊全,有一定的供氮強度(水解氮/全氮的比例多數在8%一12%之間),屬遲速兼備的肥料,肥效穩長,宜做基肥。河泥中一般含粗粉砂20%~50%,中粉砂和細粉砂在40%一70%之間,黏粒均小于10%,砂黏適中,可用于砂地和黏土地以改善其質地。
隨著鄉鎮工業的發展,部分水面受到不同程度的有機和無機污染物污染,因此,泥肥中污染物有可能超過我國農用污泥中污染物控制標準(GB4284—84),用時應充分注意。
(二)土肥及其特性
土肥包括熏土、炕土、老房土、墻土、地皮土等。由于人民生活水平的改善,炕±、老房土及墻土已日益減少。熏土是農由表土在適宜溫度和少氧條件下用枯枝、落葉、草皮、稻根、秸稈等熏制而成,故又稱熏肥、火糞、火土、燒土、焦泥灰等。它是山區、半山區及部分平原地區的一種肥源。熏燒后土壤的滲透率、孔隙度、陽離子交換量明顯提高,速效養分也有所增加,常做基肥施用。
五、泥炭類和腐殖酸類肥料
(一)泥炭
泥炭又叫草炭、草煤、土煤、泥煤、草筏子等。我國泥炭資源豐富,分布面積在 300萬hm2以上。泥炭是古代低濕地帶生長的植物,在積水條件下由未完全分解的植物殘體形成的有機物層,植物殘體在分解過程中可形成腐殖質和礦物質。
1.泥炭的類型
(1)低位泥炭。一般分布在地勢低洼處,植物群落以沼澤植物為主,如薹屑、蘆葦屬、赤楊屬、樺屬等,分解程度和養分含量較高,呈微酸性到中性,適宜直接利用,我國的泥炭多屬此類型。
(2)高位泥炭。一般分布在高寒山區的森林地帶的分水嶺上,植被以水蘚類為主。分解程度差、養分含量少、呈酸性,不宜直接做肥料。但其吸收能力強,宜做墊圈材料。
(3)中位泥炭。又稱過渡型泥炭,分布的地形部位與植被類型均介于二者之間。
可通過泥炭的物理狀況來鑒別其分解程度(表15)。分解程度好的可直接利用,否則需經過適當處理(如堆制)后方可利用。
表15 泥炭分解程度的簡易鑒別
分解程度
植物殘體
塑性與彈性
擠水難易和水色度/%
<15
瞳物殘體幾乎全部保存
不沾手,用手握時不能從指間擠出,有彈性
水分很易擠出,水色很淡,介于透明到黃色
15—25
植物殘體易辨認,含少量腐殖質
略微粘手,用手握時不能從指間擠出,有彈性
稍用力即可將水擠出,水為棕色或淺褐色
25—35
植物殘體保存較差,但能認出,腐殖質較多
能沾手,用手握時,可由指間擠出,有可塑性
用力時能擠出少量水,顯褐色或淺褐色,較渾濁
35~50
植物殘體還可以見到,但短小細碎,腐殖質很多
沾手,壓擠時,易從指間擠出,無彈性
用大力才能擠出很少量水,渾濁呈深褐色或灰褐色
>50
植物殘體細小,只有較少部分可認,腐殖質占優勢
易沾手,壓擠時可從指間擠出很多泥炭,無彈性
擠不出水或只能擠出幾滴水,很渾濁呈深褐或黑色
2.成分和性質泥炭一般含有機質40%~70%,腐植酸含量在20%一40%之間,還含有氮、磷、鉀等養分(表16)。
表16 我國各地泥炭的成分和化學性質%
產地
PH值
有機質
碳氮比
灰分
磷(P2O5)
鉀(K20)
吉林
5.4
60.0
1.80
18.6
40.0
0.30
0.27
北京
6.3
57.4
01.94
----
42.6
0.09
0.24
山西怡縣
----
49.3
2.01
----
---
0.18
----
山東萊陽
5.6
44.8
1.46
----
55.2
0.02
0.50
安徽
6.3
50.0
1.50
17.0
50.0
0.10
0.30
內蒙古
----
67.8
2.09
----
----
----
----
青海
6.3
68.5
1.25
19.8
31.5
----
----
新疆
6.5
----
0.75
----
----
0.15
----
浙江余姚
6.0
69.1
1.83
21.9
30.9
0.15
0.25
廣西陸川
4.6
40.2
1.21
----
59.8
0.12
0.42
廣東云浮
4.6
73.6
1.44
----
----
0.07
0.25
四川
5.0
54.1
1.61
17.4
45.9
0.34
----
云南
4.9
69.0
2.28
----
----
0.34
----
貴州威寧
-----
67.3
1.61
----
----
0.24
----
由于泥炭是在積水條件下形成的,水溶性養分大部分流失,磷、鉀不多,速效性氮很少。據報道,吉林、浙江、黑龍江的泥炭中速效性氮含量僅為全氮的0.7%、1.1%及3.1%。泥炭的C/N雖然不大,但分解緩慢,因為所含氮化物多以蛋白質態與雜環態形式存在,不易分解;含碳化合物又多為結構復雜的木質素、纖維素、半纖維素、瀝青、樹脂、蠟質和脂肪酸等。泥炭適合作為牲畜欄的墊料、細菌肥料的載體、營養體、混合肥料和腐植酸類肥料的原料,較少直接施用。
(二)腐植酸類肥料
1.種類腐植酸類肥料是以含腐植酸較多的泥炭、褐煤、風化煤為主要原料,加入適量氮、磷、鉀及微量元素制成的肥料總稱,例如,腐植酸銨、硝基腐植酸銨、腐植酸鈉、腐植酸鉀、腐植酸磷、高氮腐肥等等,其中以前兩種較為普遍。 
2.性質腐植酸類肥料的共同點是含有較多的腐植酸類物質,它是黑色或棕色的高分子有機化合物,其結構以芳香核為主體,含有羧基、酚羥基、醌基等多種官能團,顆粒直徑在0.001~0.1nm之間,交換量較大。腐植酸不溶于水,可溶于堿和有機溶劑,與銨、鉀、鈉等形成相應的可溶性腐植酸鹽,也可與鈣、鎂、鐵、錳等生成相應不溶性的腐植酸鹽。
由于腐植酸中含有酚基和醌基,可形成一個氧化還原體系,參與作物體內的氧化還原過程。促進多酚氧化酶、過氧化物酶和抗壞血酸氧化酶等的活性,從而促進作物的呼吸作用,有利于作物的生長發育。腐植酸中的活性基團,對土壤中的陰、陽離子具有較強的吸附作用和交換能力,在鹽堿地上施用,可降低土壤中鹽分的含量,有利于鹽堿地的改良。
腐植酸有活化土壤中磷素的作用,并能與土壤中的微量元素(錳、鉬、鋅、銅等)形成配合物,往往有利于作物的吸收,但在某種情況下。還在預防重金屬的危害方面也有一定的作用。
合理施用這類肥料,對改良低產田、提高化肥利用率、刺激作物生長、增強作物抗逆能力、提高作物產量和改善產品品質等方面均有一定的作用。
六、海肥類
六、海肥類
我國海岸線長達約3.2萬km,海肥資源豐富,海肥指海產品加工的廢棄物和一些不能食用的海生動物、植物及礦物性物質等。按其成分與性質可分為動物性、植物性和礦物性海肥3類,其中以動物性海肥的種類最多,數量最大。
(一)動物性海肥
這類海肥中有魚雜肥類、蝦蟹類、貝殼類和海星類、腔腸類和軟體類動物等。在養分含量上各有特點,魚雜肥和蝦蟹類含氮磷較多;貝殼類除含氮磷鉀外,富含碳酸鈣,海星類中氮、磷、鉀較多(表17)。
表17 動物性海肥的主要種類與養分含量%
種類
有機質
N
P2O5
K20
CaCO3
魚雜類
 
 
 
 
 
魚雜
69.84
7.36
5.34
0.52
----
魚鱗
45.26
3.59
5.06
0.22
----
魚腸
65.40
7.20
9.23
0.08
----
雜魚
28.66
2.76
3.43
----
----
魚水(魚鹵)蝦
----
0.31
0.30
0.40
----
蟹類
 
 
 
 
 
蝦糠
46.34
3.85
2.34
0.64
----
蝦皮
----
4.74
2.72
0.87
----
干蟹
----
4.21
2.97
0.57
----
蟛蜞
----
1.63
3.30
0.17
----
貝殼類
 
 
 
 
 
圣子
----
1.17
0.32
0.51
----
馬牙子
24.80
1.84
0.48
0.28
----
海螺
----
2.11
0.32
0.46
----
鬼螺
7.13
0.85
0.52
0.09
57.0
白蜆
----
0.20
0.80
0.40
----
蠣子皮
18.47
1.21
0.23
0.38
----
殼頭
----
0.05
0.02
0.07
----
海星類
 
 
 
 
 
海五星
15.71
1.80
0.24
0.51
90.0
海風車
----
2.11
0.36
0.46
65.6
海錢
----
0.40
0.16
0.21
57.0
這類肥料中的氮大多以蛋白態存在,大部分磷為有機態,貝殼類中的磷以磷酸三鈣為主。同時它們均含有一定數量的有機質,其中以魚雜肥和蝦蟹類較多。這類肥料需經漚制后方能施用,屆遲效性肥料,宜做基肥施用。
(二)植物性海肥
通常以藻類為主,除食用、工業用外,也可作為肥料。此外,還包括淺灘上生長的植物,見表18。
表18 主要植物性海肥的養分含量
種類
N
P2O5
K20
海青薹(鮮)
0.30
0.10
1.23
海藻(干)
2.40
1.50
3.19
海朗樹葉(干)
1.54~2.44
0.28~0.45
0.17~1.74
朗尾
0.66
0.30
1.47
海蕎麥(干)
1.35
0.09
1.68
海草
1.64
0.42
1.77
(三)礦物性海肥
主要是海泥和鹵水。海泥是江河沖來的泥土和海中動植物殘體的淤積物,其性質與泥肥相似,但有約0.35%的鹽分,其養分含量與沉積條件有關。若是泥底,江河人海處又有避風港時,則養分較多;若是沙底,江河人海處淤成的,則養分較少。一般海泥含有機質為1.5%~2.8%,氮為0.15%~0.61%,磷酸為0.12%一 0.28%,氧化鉀為0.72%一2.25%,可溶性的氮、磷很少,并含有較高的鹽分,還有一定數量的還原性物質,施用時需經暴曬以除去還原性物質,腐熟后方可施用。
鹵水是生產鹽的殘余鹵液,主要成分為NaCl、KCl、MgCl2、MgSO4等,可作為提取鉀鹽的原料。
七、粉煤灰類
粉煤灰是火電工業特有的固體廢棄物,年排放量極大。每燃燒“煤產生粉煤灰250—300kg。我國1985年粉煤灰排放量已達6800萬t,隨著火電工業的迅速發展,到2010年,粉煤灰的預期年產量將達到1.2億t。粉煤灰雖不屬于有機廢棄物類別,但粉煤灰也可在農業中利用,既可用于改土,又可提供植物需要的某些元素,因此,也將粉煤灰歸于本章進行介紹。
多年來,我國在粉煤灰農用方面已取得不少研究成果,部分已應用于生產,主要有以下方面:
(1)做平整土地的填充料。對一些低洼地、廢坑、深溝等廢棄地,用粉煤灰鋪填作底,再覆土造田,以恢復土地的農用價值。
(2)做土壤改良劑。粉煤灰呈堿性或強堿性,并含鈣、鎂等元素(表19),可做酸性土改良劑。粉煤灰顆粒組成中含蜂窩體結構,其中>0.01 mm的物理性砂粒占85%,物理性狀類似于砂壤土,施用于黏質土可改善耕性和通透性。粉煤灰用量要大,累計施用量通常要達到300—450t·hm-2,同時要配施多量有機肥。粉煤灰中含一定數量的重金屬,過量施用可能會使土壤積累過多重金屬而污染環境,另外,粉煤灰含硼較高,農用時注意硼毒害。為此要對農用粉煤灰中污染物含量按“農用粉煤灰有害物質控制標準”加以限制(表20)。
表19 粉煤灰的化學組成%
成分
SiO2
Al203
Fe203
S03
Ca0
Mg0
Na20+ K20
燒失量
平均值
48
26
10
4
2
1
4.5
11.58
范圍
40~60
20~40
6~16
2~10
1~4
0.5~2
2~6
0.34~68.2
表20 農用粉煤灰中污染物國家控制標準*(GB 8173—87)mg·kg-l
重金屬元素
Cd
Cr
As
Pb
Ni
Cu
Mo
Se
B
酸性土
5
250
75
250
200
250
10
15
5~50
中性或堿性土
10
500
75
500
300
500
10
15
5~50
摻灰45萬kg·hm-2計。
(3)制成硅鈣肥等。施用這些肥料能為農作物提供鈣、鎂、鉀及多種微量元素,使營養均衡、減少缺素癥。在一定條件下可增強作物的抗逆性,提高對氮、磷肥的利用率,促進高產穩產。但是它不能代替有機肥和化肥的正常施用。
(4)作為冬小麥等越冬作物或水稻秧田的蓋種肥,以提高土溫,改善作物苗期的土壤環境,有利于壯苗。
八、市政有機廢棄物
八、市政有機廢棄物
(一)生活垃圾
生活垃圾是指在居民日常生活中或為日常生活提供服務的活動中產生的固體廢物,主要產自居民家庭、商業、餐飲業、旅游業、旅館業、服務業和文教行業等。垃圾產量平均每人每天已超過1 kg。解決垃圾出路,已成為非常迫切的任務。
1.成分與性質城市垃圾的來源廣泛,成分復雜,其主要成分包括廚余物、廢紙、廢塑料、廢織物、廢金屬、廢玻璃陶土碎片、磚瓦渣土、糞便、庭院廢物、廢舊電器及廢家用什具等。其組成性質與經濟發展、生活水平、消費方式、地理環境和季節等關系密切。
從表21北京市城市垃圾成分變化中可以看出20世紀90年代初以前我國居民生活垃圾中煤灰渣所占比例很大,因此,無機成分灰土所占比例較高。隨著城市煤氣化的實現和區域供熱的實施,城市垃圾中灰土等無機成分到20世紀末所占比例已從先前的50%以上下降到5%左右。而紙類、食品、金屬、塑料、玻璃和織物等相對經濟價值較高可直接回收的成分明顯上升。其他城市也有類似趨勢。垃圾成分的這種變化趨勢將有利于生活垃圾的資源化。
表21 北京市城市垃圾成分構成表%
年份
食品
灰土
紙類
塑料
玻璃
金屬
織物
草木
磚瓦
1990
24.89
53.22
4.56
5.08
3.10
0.09
1.82
4.13
4.11
1995
35.96
10.92
16.18
10.35
10.20
2.96
3.56
8.37
1.50
1998
36.12
5.64
17.89
11.35
10.70
3.34
4.11
9.12
1.11
由于我國城市垃圾產生量和構成的變化,其理化屬性也發生了很大變化。其一,容重迅速下降,由10年前的0.6—0.8t·m-3下降到0.3—0.4t·m-3;其二,熱值上升,1991—1996年北京城市垃圾熱值增長了2 839kJ·kg-1。據調查,國內主要城市的垃圾成分和理化屬性的變化基本與北京相同。
城市垃圾的化學成分很復雜,除含有植物營養物質外,還含有一些有毒元素。從北京市環衛所1983—1985年3年調查的平均值來看,垃圾中含碳為12%~38%、氮為0.6%~2.0%、磷為0.14%一0.2%、鉀為0.6—2.0%、鐵為2.57%、硅為19.9 mg·kg-1、錳為350 mg·kg-1、鉻為52.47 mg·kg-1、鋁為14.51 mg·kg-1、砷為10.21 mg·kg-1、汞為0.062 mg·kg-1、鎘為0.0044 mg·kg-1。
2.生活垃圾的處置方式城市生活垃圾主要有3種處置方式——衛生填埋,焚燒和堆肥。各地社會經濟條件和垃圾構成上的巨大差異,是導致選擇不同處置方式的原因。
衛生填埋用來直接處置未分選垃圾,也處置經焚燒后垃圾余灰和垃圾堆置過程中分選出來的雜物。垃圾填埋場選址,除需考慮地質、地貌、垃圾收運方便外,還要估計對大氣環境、水環境,對附近居民健康和衛生方面的影響,并采取相應的技術措施,盡量減少這些不利影響,例如,分層填埋、底層防滲、嫌氣發酵和沼氣回收等。對填埋場地今后的重復利用也要做出規劃。
焚燒是利用垃圾中的熱值來取暖或發電,用作焚燒處理的垃圾熱值需要高于 4187kJ·kg-1,可燃物含量要達到60%。這種標準在發展中國家通常達不到(垃圾中紙張,塑料等可燃物少)。再則,建廠投資大,供料、廢熱利用、除塵環保等一系列設備的技術要求高,也是限制因素。本方法在發達國家已相當普遍,特別是在國土面積狹小、能源緊缺的日本,焚燒垃圾已占垃圾生產總量的2/3以上。
垃圾經堆置腐熟后農用,是處理費用較低、處理和利用相結合的途徑。在發展中國家廣泛采用。我國城郊農民有利用城市垃圾的歷史傳統,并積累了經驗。再則,我國城市生活垃圾組成中廚余物含量高,雜物含量較低,也適合做堆肥處理。今后,我國在城市生活垃圾處理途徑上,大多數地區仍宜以堆肥為主,衛生填埋和焚燒為輔。
3.垃圾堆肥農用效果據研究,土壤條件是影響肥效的主要因素。在中、低肥力土壤上,垃圾堆肥有較高的增產效果,特別在配施適量氮肥后,增產幅度可達66%~79%之間。而高肥力土壤上增產效果要低得多,一般都小于9%。用無錫市高溫堆肥二次發酵工藝的垃圾堆肥進行試驗發現,施用于多種蔬菜和大田作物上均得到了良好的增產效果和經濟效益。蔬菜的適宜用量為45 t·hm-2,增產率為11%~27%。
垃圾堆肥在提高土壤肥力上的作用也很明顯。據研究報道,施垃圾堆肥75 t·hm-2,土壤有機質提高0.07%~0.27%,全氮提高0.003%。土壤容重下降0.02~ 0.16g·cm-3,土壤孔隙度增加了0.3%一5.3%,土壤保水、保肥力也有相應提高。無錫市蔬菜研究所的研究發現,施用垃圾堆肥全面改善新菜地土壤的物理性狀,在試驗用量范圍內,改善程度與肥料用料量問呈正相關。
施用垃圾堆肥對農產品品質有多方面的有利影響,例如,番茄和馬鈴薯薯塊的單個重量增加,番茄提早上市,大白菜單株重、凈產率、包心率也有所提高。施垃圾堆肥可降低青菜和蘿卜的硝酸鹽濃度,由單施尿素的274 mg·kg-1降到45—119 mg·kg-1。在9種蔬菜試驗中還發現產品中礦物質和維生素含量有所提高。另有報道,施150 t·hm-2垃圾肥的小麥子粒蛋白質和面筋含量,均有增加趨勢。
4.垃圾堆肥的合理施用垃圾施用于土壤,帶來的環境問題主要是:如使用前不分選,易使土壤“渣化”,造成漏水漏肥;其中的病原物和重金屬如不處理,會污染土壤和水體,進入食物鏈,危及人和動物的健康。因此,施用有機廢棄物前,要進行分選,然后經過厭氧發酵或好氧堆肥等處理后,按國家規定的標準有控制地施用。按我國城鎮垃圾堆肥農用控制標準(表22),表22中1~9項全部合格者方能施用于農田;在10~15項中,如有一項不合格,其他5項合格者,可適當放寬,但不合格項目的數值,不得低于我國垃圾的平均數值。即有機質不少于8%,總氮不少于0.4%,總磷不少于0.2%,總鉀不少于0.8%,pH值最高不超過9,最低不低于6,水分含量最高不超過40%。施用符合該標準的垃圾,每年每公頃農田用量,黏性土壤不超過60t,砂性土壤不超過45t,提倡在花卉、草地、園林和新菜地、黏土地上施用。大于lmm粒徑的渣礫含量超過30%及黏粒含量低于15%的渣礫化土壤、老菜地、水田不宜施用。對于表22中1—9項都接近本標準值的垃圾,施用時其用量應減50%。
表22 城鎮垃圾農用控制標準(GB8172—87)
編號
項目
標準極限
 
編號
項目
標準極限
1
雜物/%
≤3
 
9
總/mg·kg-1
≥10
2
粒度/mm
≤12
 
10
總氮(N)/%
≥0.5
3
蛔蟲卵死亡率/%
95~100
 
11
總磷9P2O5)/%
≥0.3
4
大腸菌值
10-2~10-1
 
12
總鉀(K20)/%
≥1.0
5
總鎘/mg·kg-1
≤3
 
13
PH值
6.5~8.5
6
總汞/mg·kg-1
≤5
 
14
水分/%
23~35
7
總鉛/mg·kg-1
≤100
 
 
 
 
8
總鉻/mg·kg-1
≤300
 
 
 
 
注:①表中除2、3、4項外,其余各項均以干基計算;②雜物指塑料、玻璃、金屬、橡膠等。
(二)污水污泥
1.污水的處理工藝與污水污泥的形成污水污泥是指污水處理廠在凈化污水過程中產生的沉淀物。它不同于江、河、湖、海、塘、溝、渠的底泥(常稱之為淤泥),也不同于上水(飲用水)處理后的污泥。根據污水處理程度又分為一級、二級和三級處理。一級處理是指污水通過格柵截留粗大雜物,再經曝氣沉沙池除去砂粒,流人初沉池沉降分離污水中懸浮物,從而使水質得到部分凈化的工藝。強化一級處理則是在普通一級處理的基礎上結合添加化學絮凝劑來使污水得到更好的凈化。二級處理則是指通過一級處理后的出水進入接種有活性污泥(指含大量好氣微生物的絮狀菌體膠團)的生物反應池(如曝氣池,氧化溝等),在不斷供氧條件下,經6~8h生化處理再流人二次沉淀池,泥水靜止分離后,污水得到凈化的處理工藝。三級處理則是在二級處理工藝上附加脫磷脫氮生化處理的工藝。目前,我國污水處理廠污水處理工藝以二級為主。從二次沉淀池中排出的污泥稱為二沉污泥,但多數污水廠排出的污泥都是一沉污泥和二沉污泥的混合物。對于采用活性污泥法處理工藝的污水處理廠,污泥(含水97%左右)的產生量通常占污水量的0.3%一0.7%。污泥經過厭(好)氧消化處理后,稱之為厭(好)氧消化污泥。這些消化的或未消化的污泥通常需要進一步采用壓濾或離心脫水形成含水75%一80%的脫水污泥,以利于后續處理處置,目前,我國城市污水處理廠約450座,年產生污泥300萬t(干物質計)。
2.污水污泥的基本組成與性質不同的污水處理廠由于采用的污水處理工藝,污水來源與性質的不同,產生的污泥組成與性質差異極大。一般地,工業污水所占比例越大,污染物含量越高;而生活污水所占比例越大,有機質和植物養分含量高,污染物含量低。污水二級處理后產生的污泥其有機質和養分含量比一級處理的:污泥要高。表23列舉了江蘇省5家城市污水處理廠全年污泥基本組成。
表23 江蘇城市污水處理廠脫水污泥的成分與性質
項目
蘇州新區
無錫蘆村
常州城北
徐州圭河
南京江新洲
處理深度
二級
二級
二級
二級
一級
pH值
7.35
8.1
7.92
7.99
8.07
EC/ms·cm
2.01
2.55
1.14
8.78
1.88
有機質/%
40.4
40.7
53.4
48.9
14.1
全氮(N)/%
3.86
2.91
5.16
5.31
0.85
全磷(P)/%
0.80
1.16
0.77
1.07
0.29
全鉀(K)/%
0.40
0.35
0.24
0.27
0.79
C/N
6.07
8.11
6.00
5.34
9.62
Ca為/%
1.00
2.96
1.05
2.27
2.39
Al為/%
2.60
2.38
1.42
1.06
3.63
Fe為/%
1.37
1.45
1.07
1.02
2.06
Mg為/mg·kg-1
3365
3468
2905
6009
7269
Mn為/mg·kg-1
641
505
320
160
384
B為/mg·kg-1
133
86
59
66
87
Cu為/mg·kg-1
6552
317
662
2855
153
Zn為/mg·kg-1
986
1333
670
14790
620
Pb為/mg·kg-1
849
72
28
44
86
Cd為/mg·kg-1
4.3
4.2
3.2
33
5.8
Ni為/mg·kg-1
537
292
64
38
39
Cr為/mg·kg-1
239
358
637
524
61
Se為/mg·kg-1
16.3
35.2
1248
104
13.2
As為/mg·kg-1
141
115
5.2
15
20
注:全年的平均值,干基。
我國絕大多數城市污泥中有機質含量在20%~60%之間,全氮在2%~7%全磷(P)在0.7%~1.4%,比一般的農家肥養分豐富,而與雞糞相似。但污泥中鉀含量通常較低,多數在0.2%一0.5%之間。此外,污泥中重金屬種類較多,含量也較高,是污泥農用最大的障礙因素。污泥中還存在各種病原物,以大腸桿菌為指標,其數量相當于10MPN,蛔蟲卵可達l~7個/500g液體污泥。近年來,一些研究者還從污泥中檢出一些微量的難降解持久性有機污染物,如多環芳烴(PAHs)、多氯聯苯(PCBs)等。因此,污泥農用必須謹慎。
污水污泥在物理性質上與其他有機肥如畜禽糞便完全不同。由于二級污水處理廠排出的污泥主要由微生物菌體膠團組成,顆粒細小,蛋白質含量高,親水性強,因此,脫水污泥(含水75%一80%)可塑性高,進一步采用機械脫水十分困難,而污泥干化后卻又變得十分硬結,因此脫水污泥土地利用前常需要改良其不良的物理性質,如采用堆肥化方法。
3.污泥農用的肥料效果與環境問題污泥農用能明顯提高土壤肥力。由于污泥有機質、氮、磷養分高,其中80%左右的氮磷均為有機態,養分供應具有緩速兼備的特點,因此,施用污泥明顯促進作物長勢長相,表現在生物量和株高增加,葉片肥厚。對于糧食作物,用當季,污泥氮至少可替代80%化肥氮,而不會造成作物的減產。而且污泥的殘效明顯,對后季作物的生長有好的促進作用。與施用化肥的處理相比,施用污泥還明顯使土壤容重下降,孔隙率、土壤有機質、全氮磷及有效態氮磷等均有明顯升高,提高了土壤肥力。
由于污泥中含有有機無機及生物性污染物,因此,污泥不合理應用會造成土壤、植物和水體污染,其中重金屬污染是污泥農用過程中監測的重點。研究發現,污泥農用會使重金屬在土壤施用層大量聚集,而且由于污泥本身帶人以及污泥在分解過程中產生水溶性有機物,通過其絡合作用,會導致少量重金屬向下遷移,例如,在連續施用污泥2年的糧食地中發現,污泥中鋅可遷移到60cm下的土層(圖9—2)。施用污泥的土壤重金屬化學活性通常比對照土壤高得多,前者為后者的1.2—4倍,也比其他重金屬污染類型(如礦山附近的污染土壤)的土壤為高。有研究者發現,污泥停施15年后,污泥處理土壤中重金屬的有效性依然高于對照區土壤。
長期不合理施用污泥或一次大量施用污泥必然會造成作物的重金屬污染,特別是對于葉菜類蔬菜污染尤其嚴重。利用蘇州城西污水處理廠污泥所做的一項研究表明,施用污泥的處理,包菜中外包葉重金屬鋅含量比施化肥的對照處理高4倍,包球(可食部分)中高2倍。北京市1994年調查,北京東南郊部分農地由于過去長期施用污泥,導致小麥和玉米中重金屬汞和鎘超標。
4.污泥的安全農用為防止污泥農用過程中造成重金屬污染,許多國家都制訂了相應的控制標準,例如,美國于1983年制訂了污泥土地利用條例(40FCR Part 503),1993年再度修訂了該條例,對污泥重金屬含量進行了限定,并同時規定了土壤對污泥重金屬的最高負荷量和年負荷量。我國在1995年曾頒布了農用污泥中污染物控制標準{表24}。規定有害物質超標的污泥不能作為農肥施用于農地,本標準的其他的規定是:①施用符合控制標準的污泥,每年最大施用量不得超過30t·hm-2(干物質計)。污泥中任何一項無機化合物含量接近本標準時,連續在同一塊土壤上施用,不得超過20年;②為了防止對地下水的污染,在砂質土壤和地下水位較高的農田上不宜施用污泥;在飲水水源保護地帶不得施用污泥;③生污泥須經高溫堆腐或消化處理后才能用于農田。,污泥可在大田、園林和花卉地上施,在蔬菜地和當年放牧的草地上不宜施用;④在酸性土壤上施用污泥除了必須遵循在酸性土壤上污泥的控制標準外,還應該同時年年施用石灰以中和土壤酸性;⑤對于同時含有多種有害物質而含量都接近本標準值的污泥,施用時應酌情減少用量。
表24 農用污泥中污染物控制標準(GB4284--84)mg·kg-1干物質
 
最高允許含量
酸性土(pH<6.5)
中性或堿性土(pH~6.5)
鎘及其化合物(以Cd計)
5
20
汞及其化合物(以Hg計)
5
15
鉛及其化合物(以Pb計)
300
1000
鉻及其化合物(以Cr計)
600
1000
砷及其化合物(以As計)
75
75
硼及其化合物(以B計)
153
150
銅及其化合物(以Cu計)
250
500
鋅及其化合物(以Zn計)
500
1000
鎳及其化合物(以Nl計)
103
200
礦物油
3000
3000
苯并(a)芘
3
3
為避免污泥中重金屬對食物鏈的污染,糧食作物直接大量地施用污泥或污泥堆肥應該特別謹慎,最好將之應用于不進入食物鏈的園林綠化地。將污泥制成有機無機復合肥,由于大幅度提高了污泥復合肥中養分的含量,使單位面積土壤實際接.受的污泥量少(150一450kg·hm-2),可有效避免由于污泥集中大量施用所帶來的污染風險。
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