畜禽养殖废水是畜禽养殖场产生的尿液、全部粪便或残余粪便、饲料残渣、冲洗水及工人生活生产过程中产生的废水总称(HJ 497—2009《畜禽养殖业污染治理工程技术规范》),含有大量未被消解的有机质和氮、磷、钾等营养元素,直接排放会引起环境污染。发展种养结合的畜禽养殖废弃物资源化利用模式具有可行性。然而,当前种养结合主要面临的技术难题有:配套农田消纳占用的土地面积较大,经济效益不高;作物具有一定的环境耐受性,但超过耐污阈值,生长发育会受影响,甚至出现烧苗或死棵现象。

  水芹为伞形科水芹菜属水生蔬菜,研究表明采用生态浮床栽培水芹可修复富营养化水体,消解水体中的氮、磷等营养元素,为水生动物和微生物营造一个良好的生长环境,提高水体的自净能力(周元清 等,2011;向文英和彭颖,2015)。为此,笔者针对畜禽养殖废水中氮﹑磷及有机质含量较高,水芹可修复富营养化水体的特性,集成畜禽养殖废水规模化生产水芹关键技术,保障了环境土壤和水体的安全质量指标符合相关标准,水芹产品符合国家食品安全标准,同时改善了种植塘的水体水质,经济效益和环境效益显著,对打造集农业增效、农民增收、农村增绿、资源节约和水污染防治为一体的现代农业产业和发展特色高效农业具有重要意义。目前,该技术已在江苏省宿迁经济技术开发区渔樵种植专业合作社示范应用。

  1.品种选择

  可选择金陵 1 号水芹,该品种四季常绿,抗寒、耐热,抗病虫能力强,适宜生长温度为 5~30℃,可在 -15~40 ℃之间存活。水芹茎节间距相对较长,可一次种植多次收割,在江苏地区一年可收割 4~5 茬。

  2.自然氧化塘发酵处理

  自然氧化塘用于发酵畜禽养殖废弃物,一般建在畜禽圈舍附近,距离水芹种植塘不宜太远。自然氧化塘深 100~150 cm,长度和宽度不限,以方便操作为宜,底部和四周用 HDPE 防渗膜做防渗处理,使畜禽养殖废弃物不和土壤直接接触,确保土壤环境安全;顶部搭架覆膜,既可防止气味挥发,又可加快发酵速度。用清水冲刷畜禽圈舍后,养殖粪污进入自然氧化塘,不添加任何发酵剂在自然状态下发酵(图 1)。发酵时间为夏季 7~10 d(天),春秋季 10~15 d(天),冬季 15~25 d(天)。

江苏省宿迁养殖废水规模化生产水芹关键技术

图 1.养殖粪污在自然氧化塘进行发酵处理

  3.构建水芹种植塘

  水芹种植塘深 80~100 cm,面积不限(图 2)。为便于操作,建议种植塘宽 8~10 m,底部和四周用 HDPE 防渗膜做防渗处理,使畜禽发酵水不和土壤直接接触,确保种植塘环境土壤和农田灌溉水体的安全质量指标符合 NY/T 5010—2016《无公害农产品 种植业产地环境条件》等相关标准要求。水芹栽种前种植塘注入发酵畜禽废水和农田灌溉水,体积比为 1∶10,塘水深度为 70 cm 左右,水体总氮含量低于 100 mg · L -1 ,化学需氧量(COD)低于 1 000 mg · L -1

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图 2.水芹种植塘

  4.制作水芹生态浮床

  生态浮床是以直径3~4 cm的PVC管为框体,以网眼为 1.5~2.0 cm 的尼龙网或孔径为 2 cm 的网格塑料片为床体,用竹竿进行“十”字交叉固定而成(图 3),每个生态浮床长、宽均为 1 m。浮床之间用扎带连接成排,多排连成一组,每组四周用竹竿砸桩固定。每组浮床之间留有 1 m 宽的作业通道,便于后期管理。

  5.水芹栽种方法

  水芹繁殖可选择具有 2~3 个茎节点、长18~22 cm 的老壮匍匐茎作为种茎,也可以直接选择带根种芹进行繁殖。种茎均匀摆放在浮床上,要求密度适中,以平铺摆满浮床为宜;带根种芹直接插入浮床孔中,根系要完全浸泡在水中。生态浮床水芹在生长过程中会随着植株质量的增加自然下沉,同时采用密植可减少阳光直射,使茎秆变白、自然软化,口感更加清脆爽口。

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图 3.制作水芹生态浮床

  6.种养配置

  宿迁渔樵农业生态园示范基地养殖生猪 1 500头,原有养殖粪污处理设施配置为:沉淀池 300m 3 、沼气池 667 m 3 、氧化塘 2 000 m 2 、水稻田种植地 13.3 hm 2 (200 亩)进行粪污消纳。应用畜禽养殖废水进行水芹规模化生产,自然氧化塘的发酵液利用 1.3 hm 2 (20 亩)水芹种植塘进行消纳,减少了配套农田消纳占用的土地面积,养殖基地日产粪污水 70 m 3 ,每 667 m 2 水芹种植塘能容纳 150~180头生猪的粪污水(3.5 m 3 · d -1 )。处理后的水质可循环至养殖场再利用。

  7.肥水管理

  水芹种植前,将发酵后的养殖废水直接分点均匀注入种植塘内(以下施肥方式相同),与农田灌溉水按照 1∶(8~10)的体积比混合,获得第1 培育液,第 1 培育液总氮含量≤ 100 mg · L -1 、COD ≤ 1 000 mg · L -1 。第 1 培育液调配好后即可放置水芹生态浮床,待水芹株高 8~12 cm 时注入第 2培育液(图 4),第 2 培育液由第 1 培育液与发酵养殖废水按照(15~16)∶(3~4)的体积比混合获得,总氮含量 200~300 mg · L -1 、COD 1 000~1 200 mg ·L -1 。水芹株高 18~22 cm 时进入旺盛生长阶段,此时水芹发达的根系会和生态浮床网格交织在一起,在浮床下形成一层厚厚的“海绵”,可大量吸收氮、磷等营养物质;同时,茂盛的根系附着大量可降解氮、磷等有机质的微生物,此阶段注入第 3 培育液确保肥力充足,第 3 培育液由第 2 培育液与发酵养殖废水按照 2∶1 的体积比混合获得,总氮含量300~400 mg · L -1 、COD 1 200~1 500 mg · L -1 。水芹在第 3 培育液中一般培育 28~32 d(天),整个生长周期春秋季为 45 d(天)、夏季 50 d(天)、冬季 60 d(天),水芹株高 50~85 cm 时进行收割(不同季节株高差异较大)。受季节、天气及水芹生长情况的影响,应注意施肥量需根据实际情况做出适当调整。

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图 4.注入第 2 培育液

  8.收割管理

  夏季气温超过 35 ℃时,水芹虽可正常生长,但茎秆老化,口感不佳,且收割后留在浮床上的水芹茎端容易腐烂,因此不宜进行收割,待天气转凉后,老叶衰落,老茎匍入水中,可重新萌发新芽。冬季气温降至 0 ℃以下时,生态浮床会被冰封住,此时水芹仍可在冰下存活,且颜色翠绿、口感佳,可破冰进行正常收割,也可将水芹留在冰层中,待春季萌发新芽(图 5)。

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图 5.水芹冬季生长状态

  9.水芹产品和水体水质检测结果

  依据 GB 2763—2016《食品安全国家标准 食品中农药最大残留限量》和 GB2762—2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》相关标准要求,对水芹产品进行农药残留和重金属含量检测,结果表明采用该技术生产的水芹产品符合食品安全国家标准。

  水芹生长 40 d(天)后,对种植塘的水体进行水质检测,结果表明水芹种植塘中水体的透明度与纯净水一致(图 6),总氮浓度 1.31 mg · L -1 ,属于IV 类水;总磷浓度为 0.077 mg · L -1 ,属于 II 类水;氨氮浓度为 0.04 mg · L -1 ,属于 I 类水;化学需氧量为 70.33 mg · L -1 ,环境效益显著。

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图 6.水芹种植塘中水体检测结果

①刚注入水芹种植塘的肥水;②注入 20 d 左右水芹种植塘的水;③注入 40 d 左右水芹种植塘的水;④纯净水。

  10.经济效益分析

  经测算,1 m 2 浮床水芹(全年按收 4 茬计)总产量为 60 kg,商品水芹 25 kg(不同季节产量不同),残留的茎叶可用于养殖。按每 667 m 2 种植塘布置 500 m 2 浮床,年产水芹毛菜 30 000 kg、净菜10 000 kg 以上,市场价格 5 元 · kg -1 计算,每 667m 2 产值 5 万元,去除各项成本费用,每 667 m 2 纯收益可达 4 万元(包括下脚料作为青绿饲料产生的收益),经济效益显著。