幼儿园越来越多的媒体:农艺和环境质量评估的污水污泥作肥料

文摘

有一个严格的需要减少环境影响的泥炭植物苗圃生产链。在这个实验中,使用不同的污水污泥堆肥在盆栽的叶子花越来越多的媒体准备评估,评估其效率的替代泥炭和量化的环境影响替代基质的生命周期评价(LCA)方法。五基质包含增加污泥堆肥的比例,泥炭(0%、25%、40%、55%和70%,v / v)被使用,并测量他们的物理化学性质。叶子花属植物生长、生物量生产、宏观和微量营养素的吸收也确定。堆肥的主要结果是改善了植物养分和衬底的pH值增加,电导率(EC),和干容重值。在全球范围内,结果表明,堆肥可以高达55%没有负面影响植物生长。堆肥的LCA显示使用减少环境负荷增长的媒体,除了全球变暖的潜在价值(GWP100)。环境的影响堆肥的使用植物苗圃链进行了讨论。

1。介绍

观赏植物苗圃生产最专业的集约农业的例子,与不可再生资源的大量使用使植物生长和减少生产时间,以利用降价销售的利润。因此,“绿色产业”通常被认为是一个非点源的污染(或分散)行业,由于低效率的管理实践。最常见的地中海观赏托儿所中使用越来越多的媒体泥炭,单独或与无机混合粗材料(1),由于其良好的化学和物理性质。基质替代泥炭是必要的发展有三个主要原因:(i)泥炭资源有限和昂贵的;(2)重用的社会压力造成的浪费人类或工业活动正在迅速发展,(iii)的经济需要重用本地生产浪费越来越紧迫(2,3]。在意大利观赏托儿所基质的成本影响了12 - 15%的总体生产成本的盆栽植物(4]。这是适当的考虑与其他有机取代泥炭资源具有良好的经济和环境特征(5]。

堆肥有机废物,适当混合,可以使蔬菜优良的基质移植(6,7),特别是污水污泥由于其广泛的生产。污水污泥堆肥转换成干燥,更均匀,生物稳定的产品可能适合植物生根和富含植物营养素(8]。然而,堆肥的比例在最后的底物也是非常重要的,为了减少由于重金属的存在和潜在危险病原体。泥炭与污水污泥堆肥和其他材料的组合可以最小化的负面属性单一材料(高盐度、异质性和污染物)9]。减少不可再生资源的使用和使用新材料生产越来越多的媒体将允许减少工业生产对环境的影响。积极的结果可以量化的生命周期评估(LCA)分析方法的环境影响堆肥过程和增长媒体生产(10,11]。欧盟委员会认为LCA方法作为工具的科学基地能够提供任何生产过程的整体环境成本在其整个生命周期。

先前的研究堆肥使用在农业都集中在特定的农艺方面如植物营养、持水量和物种特异性。不同,越来越多的选择媒体组合是制约技术因素(例如,生长介质特性、作物需求,安全性、可靠性、可用性的成分,和价格)。在替换泥炭基质peat-biosolid堆肥混合,它对种植者考虑作物质量至关重要。然而很少有研究解决全球质量(性状和环境)的园艺种植媒体(12]。一项研究报道,减少环境影响的泥炭生长介质代替泥炭替代材料是必要的(例如,珍珠岩、木质纤维和绿色肥料)(13]。目前,缺乏相关的环境质量数据,污水污泥堆肥应用和利率在观赏苗圃生长介质(14]。

在这个研究中,使用不同的污水污泥堆肥在盆栽的叶子花越来越多的媒体准备评估,以评估其疗效作为替代泥炭和量化的环境影响衬底,LCA方法,优化观赏托儿所生产链。同时农艺质量和环境影响评价biosolid堆肥的体积不同的速率增长的生产链的媒体包括本研究的创新方面:地中海灌木生产实际数据不存在。

在本研究中,使用不同的污水污泥堆肥的比率越来越多的媒体准备盆栽叶子花属被评估,以评估其适用性代替泥炭观赏托儿所生产链和量化的环境影响衬底的LCA方法。

2。材料和方法

2.1。堆肥的特征

堆肥用作组件越来越多的媒体对这次试验(SSC)获得了城市污水污泥的混合(30%)从Manduria直辖市(TA,意大利南部)和修剪拒绝:城市“绿色”和橄榄种植者(70%),同时在本地可用,在堆肥厂。混合物(约3米³)在一个试验工厂,堆肥使用罗格斯静态堆肥堆系统,强制通风和温度控制。混合达到温度的值大于60°C和高温阶段持续60天。95天后,堆肥的biooxidative阶段已经结束,然后成熟的桩被允许一个额外的月。

主要的物理、物理化学和化学污水污泥(表中参数进行了分析1)和SSC(表2)和原材料添加随后越来越多的媒体(表做准备3)。


参数	价值在干燥污水污泥(SS)	在干燥的党卫军(根据极限价值意大利立法 Lgs d . 99/1992)

颜色	7.5 y 2/1
水分含量(%)	11.8	- - - - - -
总OM (%)^一个	42.3	- - - - - -
可氧化的OC (%)^一个	21.9	≥20.0
pH值(H₂O)	7.64	- - - - - -
电子商务(dS米⁻¹)	4.10	- - - - - -
C: N比率	6.12	- - - - - -
CaCO₃	19.8
CHA / CFA	留言。	- - - - - -
总凯氏氮TKN (%)^一个	3.21	≥1.50
P₂O₅(%)^一个	1.91	≥0.40
K₂O (%)^一个	0.21	- - - - - -
CEC (cmol⁽⁺⁾公斤⁻¹)	留言。	- - - - - -
Pb (%)^一个	49.0	750年
Cd (%)^一个	5.21	20.0
倪(%)^一个	24.0	300年
锌(%)^一个	1057年	2500年
铜(%)^一个	216年	1000年
Hg (%)^一个	5.10	10.0
Cr^{+ 6}(%)^一个	1.20	- - - - - -

值在干物质的基础上;数据平均值,。


参数	污水污泥堆肥(SSC)的价值	限制值SSC(据意大利立法Lgs d . 75/2010)

颜色	10年3/2
水分含量(%)	44.4	≤50.0
总OM (%)^一个	58.6	- - - - - -
可氧化的OC (%)^一个	29.0	≥20.0
C: N比率	10.2	≤25.0
CHA / CFA	1.96	- - - - - -
总凯氏氮TKN (%)^一个	2.83	- - - - - -
P₂O₅(%)^一个	0.91	- - - - - -
K₂O (%)^一个	0.71	- - - - - -
CEC (cmol⁽⁺⁾公斤⁻¹)	77.0	- - - - - -
Pb (%)^一个	6.40	140年
Cd (%)^一个	0.10	1.50
倪(%)^一个	3.20	One hundred.
锌(%)^一个	394年	500年
铜(%)^一个	14.1	230年
Hg (%)^一个	0.10	1.50
Cr^{+ 6}(%)^一个	0.10	0.50

值在干物质的基础上;数据平均值,。


原材料	pH值	电子商务	干散货密度	容易获得水	收缩
原材料	pH值	(dS米⁻¹)	(g厘米⁻³)	(% V)	(% V)

SSC	7.90	5.54	0.45	9.93	13.17
一个	5.71	0.26	0.38	1.19	00.00
聚氨酯	6.72	0.08	0.81	2.88	00.00
年代	6.43	0.10	1.62	10.43	00.00
P	5.62	0.33	0.13	6.53	15.33

数据平均值,。

关于干污泥(表1),pH值略碱性和EC值中,而CaCO₃内容在很大程度上是由于污水污泥与曹FeCl的治疗₃。P的内容是在为一个有机肥料的常见范围值,而含钾量相对较小,可能是由于其溶解度和运输在污水污泥废水。根据意大利法律立法法令(99/1992),干污泥中的重金属含量测量样本受到限制。

获得的堆肥显示良好的成熟程度(表2),根据不同的标准建议在文献[15),如总有机碳和总氮的比例(TOC / TN)。

堆肥显示没有药害,根据发芽指数(GI) > 50%(数据没有显示)。

使用材料的主要物理化学参数表3。商业泥炭藓从德国泥炭(P)结合使用浮石和火山灰(火山材料)和杏仁壳提高曝气和生长基质的持水量。

2.2。实验过程和温室实验

温室盆栽试验进行评估的主要理化性质5增长媒体获得的混合污水污泥作堆肥和泥炭在不同的比率和评估潜在的使用这些基质作为商业媒体增长叶子花属生产。

混合基质相比,五是通过增加污水污泥堆肥率(25%,40%,55%,和70% v / v)和其他固定利率的惰性材料(30% v / v)来实现底物体积的100%,包括泥炭藓泥炭。基于泥炭和compost-free衬底(SSC0),通常用于阿普利亚托儿所,也准备所控制的混合泥炭(70%)浮石(15%)、杏仁壳(10%),和火山灰(5%)。

重金属含量也决定(表6)。

实验是在一个商业进行苗圃位于Monopoli SE意大利,40°57′00′′N, 17°18′00′′E 23 m a.s.l。),在保持温室温度之间°C在晚上°C白天温度相对湿度60%。2012年12月4日的岩屑叶子花属glabra“Sanderiana盆栽单独在棕色的塑料容器(5 L卷)。每个锅充满了一个测试基板。幼苗(一个月)有以下尺寸:12厘米高度,直径7厘米,和18 g鲜重。

日益增长的密度,在长椅上,植物是8米⁻²总共135株(27植物生长介质)。是一个microdrip灌溉系统。只有水的植物灌溉在第一周,然后每天给它们喂食水溶性肥料N: P: K(5: 1: 7.5) +微量元素在剂量的0.5 g / L水。从审判的开始到90年移植后(天)DAT营养液稀释根据堆肥基质(表的百分比7)。植物生长在SSC45和SSC70 N缺乏症状(91 DAT);然后解决方案统一在所有治疗,剂量0.5 g / L水(N: P: K = 5: 1: 7.5)。

从一开始的审判90 DAT营养液量每锅是250毫升/ d;然后,到5月6日(试验结束),他们每天收到4干预一卷250 mL /罐/干预。

2.3。测量和分析方法

在150年DAT温室实验结束后,平均而言,植物达到商业规模。植物生长决心在90年之后,120年和150年。在每个取样日期9家工厂每次治疗每复制锅(3)随机收集并用于以下生物测量:数量的叶子,叶面积(cm²)(3100年LI-COR面积计),新鲜和干重。越来越多的媒体在一个空军烤箱干60°C到恒重和研磨到0.25毫米以下Tecator Cyclotec, 1093 PBI。的部分植物从根地面分离,用自来水轻轻洗很多次最后与去离子水。混合样品的所有复制收集每个治疗。接下来,样本60°C恒重和干碎到0.25毫米。总凯氏氮(TKN)测量使用1 g的样本都越来越多的媒体和植物组织采用凯氏法后96% H₂所以₄热消化。总磷测定比色molybdovanadate磷酸(P)的方法。剩下的养分和重金属含量测定在消化样品,电感耦合等离子体原子发射光谱法(icp - aes)。一克干样品使用20毫升的65% HNO矿化₃解决方案。消化后,样品被转移到50毫升容量的玻璃瓶,然后透过绘画纸42过滤器。分析进行了一式三份。

主要的化学和物理化学性质的五个增长媒体根据以下标准确定UNI EN方法:12579(抽样),13037 (pH值),13038(导电性,EC), 13041(干容重和收缩),13654 - 1(氮),13652 (H的量化₂O-soluble养分和重金属)[16,17]。

种子发芽指数(GI)计算使用Lepidium一l . (18]。

2.4。统计分析

温室试验后进行了随机区组设计三个复制。比较具体的治疗方法之间的差异,S.N.K.测试使用。所有统计测试进行了使用CoStat软件包(2002)。

2.5。环境分析

日益增长的媒体比较生产用于实验测试进行了(从2012年6月至11月)通过生命周期评价(LCA)分析,获得更多的知识关于环境影响和资源利用沿衬底生产链。LCA的方法来分析和评估潜在的环境影响造成的使用材料(ISO 14040 - 44)19]。产品系统包括堆肥厂和技术,可降解的有机污水污泥,制作堆肥,泥炭,浮石,杏仁壳,和火山灰,五制定媒体包括LCA增长。按照ISO 14040标准,库存的输入输出(物质和能量)和环境(水、空气和土壤排放)完成使用获得的数据直接采访企业家、业务检查,和以前公布的数据(20.]。每个原材料的运输距离从生产领域到堆肥农场还包括作为一个输入值(表8)。

数据阐述了使用加比04软件CML2010解释方法(21)确定影响索引,表达越来越多的媒体生产过程的环境负荷。LCA评价堆肥过程中,所有的假设的边界生产系统中,采用功能单元,研究的目标是评估按照[12,22]。越来越多的媒体比较,流程功能单元被设置在1公斤。生产系统的局限性包括废物运输公司和越来越多的媒体组件生产和包装。

3所示。结果与讨论

3.1。越来越多的媒体的物理和化学特征

的主要物理化学性质不同的原材料和越来越多的媒体使用如表所示3和4和价值观建立最优的基质(23]。在实验的开始从城市污泥堆肥混合物的比例显著影响的物理和物理化学性质值与观察到的控制治疗(SSC0)(表4)。堆肥生产增加了的pH值和电导率(EC)。SSC0的pH值,SSC25, SSC40或接近可接受的范围内(5.2 - -6.5)和显著增加比例最高的CSS在衬底(55%和70%)。


日益增长的媒介	pH值	电子商务	散装干密度	容易获得水	收缩
日益增长的媒介	pH值	(dS米⁻¹)	(g厘米⁻³)	(% V)	(% V)

可以接受的范围(¹)	5.2 - -6.5	< 0.5	≤0.4	20 - 30	< 30

SSC0	5.80^c	0.45^e	0.28^c	13.71^一个	15.87^一个
SSC25	6.36^b	1.52^d	0.35^b	12.01^一个	14.97^一个
SSC40	6.50^b	2.15^c	0.39^b	6.01^b	14.10^b
SSC55	6.85^一个	2.85^b	0.45^英航	5.86^b	13.40^c
SSC70	6.90^一个	3.80^一个	0.55^一个	5.06^b	13.01^c
意义	*	* *	*	* *	*

(¹):理想的基质。数据平均值,。
在每一列不同的字母表示显著差异(测试S.N.K.)。
显示不同;显示不同。

的电导率(EC)值增长媒体被添加CSS强烈影响;的值超过了限制的最佳生长基质混合物有超过25%堆肥:SSC0是唯一的衬底上,实现最优参考水平(表4)。

移植的物理参数是影响堆肥的百分比在越来越多的媒体。体积密度的增加是在可接受的值只有在SSC0, SSC25, SSC40治疗。堆肥混合物的值减少收缩和容易获得水,和只有衬底SSC25显示相似的价值观与控制治疗的收缩。主要宏观和微量元素含量也显著影响堆肥率在媒体上(表5)。TKN数量三倍以上在泥炭基质(SSC70)相比,控制自由。重金属含量也增加了堆肥添加的比例越高,但是所有的测量值,根据意大利法律为其安全使用在农业(表阈值6)。


日益增长的媒介	毫克公斤⁻¹
	总
	N	P	K	Ca	毫克	菲	锰

SSC0	330年^d	1561年^d	1027年^c	5927年^c	660年^e	239年^c	69年^b
SSC25	550年^c	2962年^c	2058年^b	17346年^b	1682年^d	933年^b	114年^一个
SSC40	790年^b	3050年^c	2765年^一个	18652年^b	2783年^c	1056年^ab	128年^一个
SSC55	890年^b	3858年^b	2692年^一个	20857年^ab	3732年^b	1188年^一个	136年^一个
SSC70	1010年^一个	4413年^一个	2805年^一个	22328年^一个	4040年^一个	1320年^一个	151年^一个
意义	* *	* *	* *	* *	* *	* *	* *

数据的平均值。显示不同。
在每一列不同的字母表示显著差异(测试S.N.K.)。


日益增长的媒介	毫克公斤⁻¹
日益增长的媒介	Pb	Cd	倪	锌	铜	Cr^{+ 6}

意大利法律价值	140年	1.50	One hundred.	500年	230年	< 0.5

SSC0	12.04^c	0.06^b	1.58^c	12^c	13^b	< 0.5
SSC25	33.23^b	0.19^一个	1.78^c	82年^b	13^b	< 0.5
SSC40	34.00^b	0.22^一个	2.56^b	102年^ab	15^ab	< 0.5
SSC55	35.66^b	0.28^一个	3.33^ab	122年^一个	19^一个	< 0.5
SSC70	47.49^一个	0.31^一个	4.13^一个	143年^一个	18^一个	< 0.5
意义	* *	*	* *	* *	* *	n。

数据平均值,。
在每一列不同的字母表示显著差异(测试S.N.K.)。
显示不同;显示不同;n表示不重要的区别。


日益增长的媒介	稀释比例(% V: V)
日益增长的媒介	营养液	水

SSC0	One hundred.	0
SSC25	64.29	35.71
SSC40	42.84	57.16
SSC55	21.43	78.57
SSC70	0	One hundred.


材料	运输距离(公里)

城市污水污泥	130年
绿色废物	40
泥炭	2500年
浮石	600年
杏仁壳	150年
火山灰	One hundred.
污水污泥堆肥	0

3.2。植物生长和组织构成

显著增加观察的增长叶子花属植物随着堆肥混合物(数据1(一)- - - - - -1 (d))。

(一)

(b)

(c)

(d)

平均而言,在120年和150年DAT,树叶SSC40增加数量,SSC55, SSC70增长媒体(图1(一))。叶面积只有不同治疗之间只有150 dat中发现价值最低的植物种植在SSC0和SSC25基质(图1 (b))。重量也增加了120 DAT在堆肥富集基质(图1 (c)),最高的值记录SSC55和SSC70基质(泥炭免费)。堆肥120 DAT的增加率也增加了干重值,控制相比,利率(图没有区别1 (d));在150 DAT干重显示最高的价值观SSC55 SSC70。

植物生物质生产的增加使用堆肥作为越来越多的媒体组件可以归因于高输入提供的营养物质混合物,在P和增加在我们的实验中,钙、镁、铁、锰、铜和锌(表5和6)可能发挥了关键作用。改善植物生物质生产由CSS在干燥的基础上高于在新的基础上,确认增加植物的营养吸收。一般来说,堆肥添加显著的营养状况的影响叶子花属地上部分(表9和10)。常量营养元素内容的增加率明显提高堆肥基质。这个结果可能是由于更高的常量营养元素在媒体基于堆肥增长(表可用性5)。


日益增长的媒介	毫克公斤⁻¹
日益增长的媒介	N	P	K	Ca	毫克	Na

SSC0	25.1^c	6.53^d	38.3^c	19.7^c	9.63^c	4.01^b
SSC25	27.3^c	7.02^c	40.4^c	19.1^c	12.4^b	4.55^b
SSC40	30.2^b	7.51^b	45.2^b	20.9^b	14.3^b	5.30^一个
SSC55	31.5^b	7.74^b	48.3^b	21.1^b	15.7^b	5.70^一个
SSC70	35.4^一个	8.40^一个	56.2^一个	23.4^一个	18.5^一个	5.92^一个
意义	*	*	* *	*	*	*

数据平均值,。
在每一列不同的字母表示显著差异(测试S.N.K.)。
显示不同;显示不同。


日益增长的媒介	毫克公斤⁻¹
日益增长的媒介	菲	B	锰	铜	锌

SSC0	138年^c	32.1	121.0^一个	27.9^b	75.4^c
SSC25	141年^c	30.3	90.6^b	30.5^b	124.7^b
SSC40	146年^b	33.3	88.3^b	32.2^b	133.1^b
SSC55	156年,一个^b	30.95	82.2^c	36.9^一个	151.7^一个
SSC70	169年^一个	31.4	85.4^公元前	40.2^一个	160.8^一个
意义	*	n。	* *	*	* *

数据平均值,。
在每一列不同的字母表示显著差异(测试S.N.K.)。
显示不同;显示不同;n表示不重要的区别。

减少锰浓度观察植物组织与媒体增长(表中增加堆肥的存在10)。

Tognetti et al。(2007)报道,pH值增加成熟堆肥应用时,(24]。EC值的增加与修改土壤堆肥比例上升是由德卢西亚et al。25]在堆肥污泥被纳入城市土壤三绿化植物(Phillyrea angustifolia,Myrtus普通的,和黄连木乳香树)。结果表明,修正土壤的化学性质也由SSC率直接影响,但是在堆肥有机质的影响,氮、钾含量降低。Perez-Murcia et al。(2006),在实验中使用基板通过混合污水污泥堆肥与泥炭种植园艺植物(西兰花),发现的EC值增长媒体被添加CSS强烈影响;的值超过了极限的理想基质混合物在堆肥(30%以上9]。体积密度增加堆肥的添加,在以前的研究报道,堆肥用作基质成分(26]。

伊达尔戈和Harkess [27)评估vermicompost作为衬底修正案在不同混合比例与泥煤苔菊花生产和报道,体积密度,孔隙空间的比例和持水量增加vermicompost内容增加。粗颗粒的存在堆肥基质曝气和水潴留增加堆肥丰富植物生长基质(27,28]。宏观和微量营养素增加compost-based混合比控制,确认污水污泥堆肥可以宏观和微量营养素的来源29日]。大量营养素含量的增加与堆肥公司也在一个实验中观察到的盆栽天竺葵属植物生产(30.]。研究表明,污水污泥的使用通常会增加堆肥重金属内容:对比结果报告中吴et al。(1995)在实验中涉及年龄蘑菇混合物(31日]。

植物生长、叶面积之间的正相关性和射干重Tremblay和Senecal报道32]。植物生物质生产的增加使用堆肥作为越来越多的媒体组件之前已经报道过(9,33]。大量营养素的可用性提高堆肥的媒体:我们的结果是同意Stellacci等人在容器的增长Quercus冬青属植物(34]。与我们的研究结果相似,Ostos等人发现P吸收能力明显增强黄连木乳香树培养(29日]。Pinamonti et al。35)发现显著的N, P, K含量黄瓜,西红柿,草莓植物生长在peat-sewage污泥堆肥的媒体。Falahi-Adrakani et al。(1987)报道,卷心菜和花椰菜的N和K累积大量堆肥污泥修改中(36]。Mn减少已经被其他作者报道(5),这可能是锰降低可用性这些增长的高pH值引起的媒体(表5)。

3.3。生命周期分析(LCA)分析

环境分析的结果在图2。

的环境负担SSC25被认为是作为一个参考价值等于100%的环境负担。越来越多的媒体环境负荷减少通过减少泥炭除了GWP相比内容的索引_{One hundred.}全球变暖潜力,即使堆肥含量增加大气排放由于堆肥过程排放和废物运输(图2)。

这些结果影响的长途泥炭生产区域(北欧)堆肥和包装工厂。GWP_{One hundred.}指数显示相反的趋势,表明潜在增长的媒体环境负担随着堆肥添加剂量的增加而增加。这可能归因于大气排放的增加堆肥过程有关。我们的结果与以前公布的数据环境的影响日益增长的媒体(13]。LCA还显示,SSC70介质产生最好的环境绩效指数,除了采用。这种环境效益可以归因于缺乏泥炭基质。

此外,更高的堆肥生产使用C下沉现象(37- - - - - -39因为原污水污泥的堆肥过程保留部分C成熟堆肥,而不是其释放氧化或发酵时相同的废物填埋。

考虑到环境负担以避免有机废物的积累在垃圾填埋场和减少肥料,一些作者(22,40,41)已获得环保肥料的生产。在这种情况下,堆肥的使用可以减少基板的整体环境负荷或字段作物。最后,通过最大化泥炭替换堆肥产生了越来越多的媒体生产农场附近,由于运输的影响进一步降低(42]。

4所示。结论

给出的结果表明,替代泥炭的污水污泥堆肥可以增加比典型的植物育苗基质,主要通过增加宏观和微量营养素供给植物。在我们的实验中,替代泥炭55%收益率在叶子花属植物质量比较典型的基于泥炭基质。LCA表明,堆肥的加入大大减少对环境的影响植物苗圃链。

确认

这项工作已经由意大利的大学和研究(MIUR)通过“彩球01 - 01611 So.Pro.Me。”作者还要感谢伊甸园”94堆肥的农场。(意大利Manduria)和托尼和格里高利·里昂的帮助在这个实验的实际发展。实验测试、数据处理和编辑工作是共享的,在研究小组的能力,作者之间的平等。

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应用和环境土壤学

2013年有机土壤应用:农业和环境的影响

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