油田规模评估Biosolids-Derived有机矿质肥料应用于黑麦草(多年生黑麦草l .)在英格兰

文摘

一个油田规模的实验进行了比较两个有机矿质肥料(OMF)公式的适用性(OMF₁₀-10:4:4和OMF₁₅-15:4:4)与尿素和有机固体颗粒应用于黑麦草。结果显示有25%的干物质产量增加30% (DMY)应用OMF相比,有机固体颗粒但比尿素低约5%。OMF平均输入产生了这是类似于尿素;然而,有机固体残,收益率需要一个输入但DMY较低()。农艺效率与OMF在26到35公斤大约两倍的有机固体残,但比尿素低5%到10%。土壤可榨出的P水平仍接近常数;因此,土壤P指数不受OMF应用程序。这个结果支持的原因提出OMF配方和展示产品的优点与有机固体残诱导增加(),土壤中可推断出的P的应用OMF利率不超过露头的最佳N率不应引起重大变化土壤P指数包括应用程序与满意的土壤P水平。OMF应用战略这将使最小化环境问题讨论和肥料利用效率最大化。

1。介绍

在欧洲,逐步实现城市废水处理的指令91/271 / EEC (1)导致了越来越多的污水污泥,需要安全处理(2]。估计在2005年表示,欧洲共同体每年产生约900万吨的污水污泥(干燥固体)代表一个增量约为65%,远低于1992年的水平记录(2]。利用营养物质的去除废水的三级处理是敏感地区的需求之前处理过的水回收对环境(3]。因此,进一步加强污水废水处理的要求可以从未来的名称出现敏感水域的条款下指令(1),这将导致增加污泥产量。边(4)估计,除磷沉淀污泥产量增加10%到25%,污泥接收二次治疗。

在英格兰,供水行业认识到显著的成本优势在回收有机农业与替代贵如垃圾填埋和焚烧处理选项。估计(Antille [5)与2007年的统计数字)表示,农业废水回收成本公司约150英镑每吨生污泥(干燥固体),包括金融和折旧和垃圾填埋和焚烧更加昂贵,大约是35%和60%。后两个处理选项被视为少可持续实践(6),因此,越来越受到环境立法(7)如欧盟垃圾指令99/31 / EC (8]。专门为英格兰西北地区,处理的废水运营商战略是基于双重方法回收农田和焚烧代表,大约,污泥生产总数的70%和30%,分别为(5]。相对较高的回收的依赖意味着农业途径处理需要保护,维护,或尽可能增加,现有水平的有机固体吸收农民。然而,这礼物污水企业的挑战,如表示,例如,在早期的研究(9- - - - - -11),结合抑制农业路线以及机会增加回收目标从长远来看。一个可能的方法来提高回收水平是通过改善有机固体的质量可以显著减少环境问题,增强他们的农艺性能,因此安全农业路线(5,12]。所需的关注产品质量,增加有机固体残馀的验收,需要在污水管理公司文化转变。

需要增加农业生产保持不断增长的人口需要可持续发展的技术,以确保粮食供应不受影响(13,14]。在英国,与食品安全相关的一些挑战,可持续发展,和卫生处理后食物的发射战略203015]。道森和希尔顿16)认识到粮食产量的增加会导致需求增加矿物肥料。一个更稳定的化肥需求可能通过提高养分管理的效率从有机材料回收到土地,结合水平的提高这些材料的回收。费舍尔et al。17]承认有一个合作在可持续的技术不仅使实现更大的收益,但也更大的资源效率。

技术是用于生产有机矿质肥料(OMF)可以通过涂层有机固体颗粒尿素(46% N)和钾肥(60% K₂O)提供一个平衡的复合肥料与合适的物理特征(5,18]。这个产品的概念似乎是一个可持续的方法来回收有机农业,和它的目标是提高现有水平的吸收农民通过提供一个增强的有机肥料捕集材料。生产中使用的涂料技术OMF使营养物质的浓度的颗粒进行调整,以满足特定的作物需求(5,18]。此类产品的开发油田规模来确定需要评估农业,环境和经济效益可以有效地交付。

这项工作的目的是评估农艺效率和对土壤化学性质的影响,尤其是那些有关潜在的土壤累积两个有机矿质肥料(OMF)被应用于饲料作物(多年生黑麦草l .)在2009年和2010年油田规模的试验。OMF称为OMF₁₀和OMF₁₅,有N: P₂O₅:K₂O组成15:4:4和10:4:4分别[5,18]。是提出:(1)DMY OMF露头的修改会与尿素,但高于biosolids-treated作物和土壤(2)显著水平不会改变由于OMF应用程序,因此土壤指数仍将接近常数。本研究结果报道在辅助开发一套实用的建议关于使用OMF草作物。

2。材料和方法

2.1。实验地点

克兰菲尔德大学实验网站成立Silsoe (52°00 19′′′N, 0°25 36′′′W)位于贝德福德郡,英格兰,2009年2月。网站已经被一个第一(2006 - 2007)和第二(2007 - 2008)冬小麦(小麦l .)作物开始之前的实验。该站点的气象记录在图所示1(19]。

字段是一个内的土壤类型Cottenham系列砂质壤土(20.67%的沙子,13%的粘土,淤泥(20%21]。土壤排水良好的缓坡(< 1%)。田间持水量在0.05条报道确定水分含量相当于26.6%(21]。平均年降雨量为2009年至2010年期间,是记录505毫米,约低15%比历史记录(从1971年到2000年)19]。气温在2009年和2010年的春季和夏季高于历史平均水平。史密斯和特拉福德(22)报道,面积28(剑桥郡和贝德福德郡,英格兰)的特点是平均130毫米的过度冬天的雨,使得土壤田间持水量在12月10日。土壤条件结束在3月27日,但通常不迟于4月19日。意思是土壤水分赤字高达85毫米和103毫米通常发生在6月底,和分别为7月底22]。实验网站标记包含60块(图尺寸:)是地理坐标使用徕卡的atx - 1230智能探测器装置来促进他们在随后几年的重新定位。

2.2。饲料作物

饲料作物是钻在2009年3月30日1.5公斤的速度记录的种子每公顷和出现4月11日,2009年。商用草混合(甘道夫Molisto 15%, 30%, 30%的溢价,天炉座25%)黑麦草(多年生黑麦草l .)使用。阔叶杂草与传统化学控制在苗期使用的除草剂遵循标准的农业实践。草是收获手动使用0.5米²方形放置大约在情节和草地的中心是在20毫米以上土壤表面2009年三次(7月14日,8月25日和10月21日)和2010年的两次(4月17日和6月20日)。收获的植物材料在60摄氏度烘干的48小时(23)来确定干物质产量(DMY)据《公斤的干物质(DM)每公顷。每次收获后,整个实验网站机械切到相同的高度(20 mm),以确保再生草的草地之间统一在和阴谋。

Yield-to-nitrogen响应曲线进行通过应用非线性回归分析(24]。二次函数(1)安装的最大的数据(2)和最优(3)干物质产量是派生25]。考虑 在哪里,,回归系数”,“是氮肥率,”“是干物质产量()。考虑 在哪里和DMY₁₀是最大和最优干物质产量(公斤吗),分别。相当于可能收获的产量由于气候和土壤条件,并受特定的作物和肥料管理实践25]。DMY₁₀是露头的反应的产量相当于10公斤的每公斤的补充道。氮肥率(公斤所需)和是和N₁₀,分别。

的农艺效率应用化肥(4)是获得使用差分法[26,27]。这个参数是计算最优干物质产量(DMY₁₀)和相应的应用程序的速度,据报道在公斤每公斤的DM。考虑 在哪里是相对应的平均干物质产量未受精卵控制。

2.3。化肥的治疗方法

这个实验受到以下治疗:两个有机矿质肥料(OMF),称为OMF₁₅(15:4:4)和OMF₁₀(10:4:4)5,18),而矿物肥料(尿素,46%)和有机固体颗粒;后者有以下材料::成分:4:6.6:0.1和5.5:4.3:0.2批次对应于2009年和2010年,分别为(5,18]。化肥材料hand-applied在一个穿着率从0(控制)到250公斤的在定期增加50公斤的。有两个肥料的应用程序进行6月10日,2009年4月18日,2010年,分别。2010年,肥料的应用程序进行了第一次剪草的评估后残留的影响OMF-N和biosolids-N DMY伤口。这是合理的考虑到矿化速率相对较慢的氮磷钾比例中包含OMF和有机固体颗粒21]。biosolids-N在英国条件下,矿化和有机OMF-N可能继续冬季谷类作物收获后当这些材料应用在早春21]。因此,到秋季和冬季,如果不是输了浸出或气体进化,可以影响DMY水平第一个削减第二年需要评估。

2.4。土壤分析

土壤采样深度150毫米(28),并使用标准的实验室技术分析。土壤采样进行了实验开始之前确定背景水平和常规。进行了以下分析:总在土壤29日),土壤可推断出的(30.,31日),土壤中可交换的(23(方法没有。:63),土壤pH值(23(方法没有。:32),土壤有机质(SOM) [23(方法没有。:56),和土壤矿物(SMN) [23(方法没有。:53)。土壤交换,分析进行控制(零化肥)和治疗收到150和250公斤的。分析土壤可推断出的和可交换的使研究土壤的变化和索引,分别发生在化肥处理的结果。土壤和DEFRA中定义的索引(28毫克)和分析值。土壤容重值1.34 g被用来从mg转换吗到毫克(21]。

2.5。统计分析

统计分析是进行使用GenStat第14版(32]。干物质产量(DMY),分析方差分析和LSD测试()。测量土壤的化学性质,分析重复测量的方差分析()使保理的影响。实验使用一个完全随机设计,所有的治疗都复制三次()除了控制(零化肥)和情节处理250公斤的被复制的四()和两个(分别)。这种安排使得拟合中的所有情节指定的试验区和最小化干扰周围的经济作物。

3所示。结果与讨论

3.1。干物质产量和作物响应

图2显示干物质产量(DMY)饲料作物的化肥影响治疗在2009年和2010年,分别。两年来,总共有显著差异(年度)DMY之间的控制和治疗)。DMY的差异是重要的关于肥料类型和应用速率(值)。肥料的交互类型应用程序不显著(值)。平均在所有治疗,适当的施肥DMY增加了约80%,2009年大约三倍于2010年与控制。有一个积极的回应的DMY的浓度化肥的材料,特别是,现成的浓度。在2010年进行的首次下调导致DMY水平在680 - 920公斤的所有治疗DM LSD值没有显著不同(5%)的388公斤DM。这些结果证实的残余影响肥料应用于前一年是相对较小的,类似的大小在所有治疗。因此,它是可能的建议的损失通过浸出或气体从fertiliser-treated情节发生在2009年的第三次降息之后。

函数用来描述露头的反应的应用显示可接受的适合二次模型和条款来源于这些反应(表产生合理的解决方案1)。线性关系也可能因为参数的估计是重要的(值在所有情况下的线性项。露头的反应的应用有机固体残不产生显著影响的平方项的二次函数中观察到两年(值)。因此,有机固体残干物质yield-to-nitrogen响应曲线可以更好的解释为一个线性函数。然而,由于平方项的系数是负的,有一个迹象表明,主流的实验条件下,DMY开始高于一定程度的下降受精。因此,用二次函数来描述这些反应可能是合理的也使获得最大()和最优干物质产量(DMY₁₀分别)。

OMF的应用程序的响应₁₀,OMF₁₅,尿素显示平均增量DM DM(21到31公斤)的范围内(14 - 29公斤DM)由莫里森25]但超过所遇到的麦克菲力和麦肯锡[33和马路等。34(5 - 17公斤DM的范围)。获得的反应是现成的浓度在化肥。有机固体残显示平均增量DM /额外的单位是16%到30%之间,低于OMF或尿素。差异2010年化肥少回应干燥土壤条件的综合效应的早期弹簧(图1表面)和化肥的应用。这种效应观察尽管化肥应用程序匹配的时间,大约,预期的增长高峰的饲料作物通常发生在英国的条件下可能(35]。相对干燥和温暖的条件记录在2010年4月(图1)支持的可能性NH的挥发损失₃在肥料的应用程序。尿素化肥,这些损失是提高更高应用利率或提高温度范围(10°C到30°C) (36]。

的值获得了有机固体颗粒(表1)应该谨慎对待,因为他们是推断的数据超出范围应用程序使用利率在这项研究中,即从0到250公斤的。这些然而值反映的反应的线性处理有机固体颗粒的草地上。2010年,草OMF处理₁₅略优于尿素处理,但差异两个肥料的来源并不重要(LSD 5%水平公斤DM)。同样的观察其他参数来源于OMF的响应曲线₁₅对待草需要略少最大()和最优(DMY₁₀)产量。这是由于天气状况记录在早期的2010年春季(图的一部分1),尤其是缺乏降雨期间占总共8.2毫米(4月19]。

N₁₀值显示在表1指示应用程序速度上面的反应露头小于10公斤干物质。这个值被认为是一个适当的下限从农业和环境的角度反应(25]。对于所有类型的肥料,N的计算值₁₀大约的范围内吗申请利率推荐草(削减)在英格兰28)的情况下土壤中度到高供应。这些N₁₀值也在密切莫里森获得的协议与et al。25)(范围183到300公斤的),超过20个实验站点分散在英格兰和威尔士。在土壤的情况下供应较低或削减超过三个主要表现在生长季节(4月至9月),一个直接的使用来源可能是建议在第二次。基于一般的指导方针给英格兰RB209 [28),应用程序为个人削减利率不得超过120公斤。OMF,这是一个重要的考虑,它包含在高尿素是容易挥发应用利率(36]。第一,这通常是要求最高的一个敷料(例如,120公斤的),应用30%到40%之间的2月中旬和3月初3月底4月初允许平衡前至少六个星期。为后续的削减,后应立即应用前面的削减,但因为利率通常低于120公斤,完整的可能应用。因为草坪草地的增长模式的特征的气候条件下英国(35),这种受精策略将最大化的反应草fertiliser-N的应用程序,包括OMF-N,将减少的机会损失对环境(5,28]。2009年,建议关于肥料应用的时机不能严格执行,因为它是今年的草建立和出现在4月11日被记录。

对于OMF₁₀和OMF₁₅,平均输入产生了类似于尿素,而有机固体残,收益率需要一个输入但DMY显著降低()。肥料应用的农艺效率反映了一种改进的露头OMF处理的性能₁₀,OMF₁₅尿素相比,有机固体颗粒的差异之间的相对有效性。干旱年(2010),有机N的效率是影响微生物活性降低,减少了有机N的矿化率的材料。OMF和尿素水资源短缺转化为大NH的挥发损失₃,因此,减少N N吸收[露头和降低可用性36)是反映在相对较低的农艺效率获得了这些材料在第二年。

3.2。土壤分析

3.2.1之上。土壤中氮

控制(零化肥)没有表现出显著差异土壤相比,治疗结束时实验()。然而,有显著差异()在控制块和治疗相比,最初的总水平土壤中记录的实验(图3)。化肥的影响或类型应用程序在总土壤中并不显著(值),建议有一个蒙面的饲料作物差异的影响控制和治疗。

增加的总在控制阴谋与最初的水平是归因于限制作物生长,因此减少在缺乏吸收受精和覆盖的影响,土壤有机质返回后。土壤处理有机固体残报道相对更高的价值比控制和其他疗法(图3肥料类型的),但整体效果不显著()。然而,分析结果表明,差异土壤中有机固体和其他肥料长期治疗会更大,因为有机矿化速度缓慢的biosolids-N [21]。因此,建议在土壤监测常规应用有机固体进行受精的一部分计划,因为这将影响土壤在随后的几年里供应,因此fertiliser-N建议。Sylvester-Bradley [37)建议有降低的空间受精如果土壤供应可以准确地预测主要的生长季节。然而,它的估计基于土壤矿物(SMN)没有出现以来,这项研究是一个可靠的方法控制和治疗之间的整体差异不显著()。有一个影响肥料类型()在SMN层面是由于略高值记录在urea-treated阴谋与其他治疗方法相比。然而,SMN值通常是低所有化肥治疗,很少超过5毫克确定每年化肥应用之前和之后的最后剪草作物。充足的饲料作物生长时期,因此吸收,结合矿化速率相对较慢的氮磷钾OMF和有机固体残21]解释这组的结果分析。

3.2.2。土壤磷可推断出的

控制和治疗了土壤指数5相当于奥尔森在71到100毫克(28]。图4表明,总体而言,土壤可榨出的没有显著差异之间的控制和治疗),但有一个显著的影响肥料的类型()。这种效果是由于相对较高的土壤可抽出的值记录在biosolids-treated情节与OMF对待₁₀,OMF₁₅和尿素。OMF并未改变土壤提取中的应用水平明显比未受精卵控制块;因此,土壤指数保持不变。

结果表明,连续应用有机固体颗粒会建立土壤可榨出的水平,而缺乏受精urea-treated草丛中会产生相反的效果(图4)。相反,OMF的应用₁₀和OMF₁₅保持土壤状态接近常数,因此支持的原因提出OMF配方(5,18]。这些结果的重要性求需要确保土壤可榨出的没有增加的土壤有满意的吗中定义的水平,DEFRA [28),但他们的总体生育。获得的结果与有机固体残反映潜在的土壤累积的问题当较低的材料比(≈1)应用的基础上需求的作物。他们还强调废水所面临的局限性被运营商之一在英国,特别是在西北地区,关于有机的应用在农业用地土壤满意索引(28,38]。因此污泥转化为平衡有机矿质肥料可能解决这个问题,增加回收目标接近的地区的生产基地。

小的土壤可抽出的下降在urea-treated情节也回应了这种肥料的DMY获得较高(表1),导致增强去除。在土壤和充足的和索引(28),避免和受精可能短期内不会影响DMY草作物(39]。然而,长期的实验在英国洛桑(40)表明,连续的漏报和应用程序可用的土壤时导致作物产量降低和储备下降低于临界水平合适的土壤和作物系统[39]。低于这个水平,由于营养相互作用,利用效率在草原土壤影响极大负面影响都从经济和环境角度(39,41,42]。自从biosolids-N低可用性(21),DMY和吸收biosolids-treated作物受到限制供应有助于保持相对较高的浓度的土壤溶液中与其他治疗方法相比。

应用OMF-N利率相当于不应该增加土壤指数的计算利率低于最高应用程序(250公斤公顷⁻¹的)在这项研究中,并没有导致土壤中重大的改变的地位。相反,应用OMF最佳的速度将补充,大约,作物从而保持土壤的承购随着时间的推移水平接近常数。先前的研究与OMF控制温室条件下(5)表明,吸收OMF-treated草更大()比有机固体颗粒。增强的吸收与化肥的使用材料更高的现成的内容是由于之间的良性互动,存在两个植物营养素(43]。减少吸收biosolids-treated草导致重大变化(增加)在土壤中可推断出的三年后(5]。OMF-treated草,同样的研究表明,土壤可榨出的水平明显不修改(),同意本文中给出的结果。这尽管发生的生物利用度相对较低包含在OMF [21]。的应用OMF补充越容易获得和土壤可用的非常缓慢池的加班被释放到现成的池和土壤溶液,也就是说,这两个分数以常规土壤分析(30.,31日,44]。这个过程使恢复土壤可榨出的水平已经暂时减弱的结果作物吸收。

分析土壤的pH值显示,控制和治疗之间没有明显差异,没有肥料类型的影响,应用程序速度,或肥料的交互速度肥料类型(值)。因此,在土壤中可推断出的变化不能用化肥处理之间土壤pH值的差异来解释。土壤有机质是还测量了但没有明显差异之间的控制和治疗)。

3.2.3。土壤中可交换钾

总的来说,在土壤中可交换的有显著差异之间的控制和治疗),有一个显著的影响肥料的类型()。土壤中肥料治疗显示略有下降指数从3,记录控制的实验,2 + (28]。土壤中可交换的下降在urea-treated情节发生在更大程度上显示一个相对较低的值(153毫克)与控制(201毫克)。OMF₁₀和OMF₁₅表现出中级水平的土壤可交换的(166和168毫克、职责)之间的控制和情节处理有机固体颗粒(180毫克)。没有化肥的应用程序的影响率(),但土壤中可交换的减少大约10%更多的情节,收到250公斤的相比在150公斤的。这些结果解释的差异饲料作物吸收的化肥处理和反映的结果之间存在良性互动,氮和钾(41]。一个更高的应用程序结合率增加肥料应用的可用性(例如,尿素在250公斤的)加强生物质生产吸收;因此,土壤中可交换的记录一个较低的价值分析。以上是可能的,因为满意的土壤指数观察实验的开始。

OMF-treated草的供应化肥的偏移量,在更大程度上比尿素,土壤中可交换的下降尽管DMY较高水平(表1)。土壤中的应用是可以忽略不计的低浓度与有机材料(5,18]。然而,DMY限制有机固体中包含N的可用性;因此,吸收减少,土壤分析中检测到水平仍接近初始值。相同的机制的减少吸收适用于受精(控制)露头。观察到的趋势在土壤中可交换的水平的肥料治疗可能在长期监测。因为肥料应用的效率是影响土壤的可用性,这就变成了一个重要的考虑在作物管理措施不包括应用程序的情况下化肥(39]。

4所示。结论

的OMF₁₀和OMF₁₅配方适合应用于草作物。农艺效率计算证明了提高性能的露头对待OMF相比有机固体颗粒和显示,他们与那些草直接处理源。这意味着从应用OMF养分吸收效率是与矿物化肥尽管有机材料的性质。响应曲线的应用OMF-N显示平均增量范围内的干物质大概是报告文学的直化肥。最优应用与OMF率在10%的差异与尿素和持续低于有机固体残。这从经济和环境角度影响关于领域的成本和传播对环境负荷。

建议受精策略不应该导致土壤可榨出的显著变化水平;因此,土壤索引应该不会受到影响。最终用户,如农民会发现OMF具有明显优势时相比,有机固体材料应用于土壤具有令人满意的的水平。污水行业能够污泥转化为平衡化肥有潜力来满足长期回收目标在接近生产领域。因此,有机固体转化为nutrient-balanced有机矿质肥料提供了一个机会来提高资源效率提供一些农艺、经济和环境效益与回收。

确认

本研究获得资助欧盟第七框架计划(FP7-ENV.2010.3.1.1-2 ENV)根据授权协议。265269 (http://www.end-o-sludg.eu/)。文章代表了作者的观点,并不一定代表欧盟的观点或公用事业集团。作者感谢美国公用事业集团,工程和物理科学研究理事会和克兰菲尔德大学的财务和运营支持。帮助来自s . f . Tyrrel p·贝拉米,r·j·沃克和水土实验室的工作人员(克兰菲尔德大学)是感激。

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