CN111847767A - 一种用于畜禽养殖沼液利用的生态系统及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于畜禽养殖沼液利用的生态系统及其应用，所述生态系统包括生态净化床和滴灌系统；其中，所述滴灌系统包括沼液处理系统及与所述沼液处理系统连接的灌溉管道；所述灌溉管道布设于所述生态净化床中，用于将经所述沼液处理系统处理的沼液输送到所述生态净化床中进行灌溉；所述生态净化床包括至少两个夯实层，相邻夯实层之间设有吸收层，其中，所述吸收层中混合种植有无花果和车轴草。该生态系统通过采用无花果与车轴草联合种植的方式，实现畜禽养殖沼液的高效利用，沼液采用滴灌方式进入生态系统，提高了沼液利用率，避免了二次污染，能够实现沼液的周年利用。
Description
技术领域
本发明涉及沼液资源化处理技术领域，具体涉及一种用于畜禽养殖沼液利用的生态系统及其应用。
背景技术
随着我国畜牧业生产规模的不断扩大与集约化程度的提高，畜禽排泄物对环境的污染已严重影响到居民的生活与健康。近年来，关于畜禽废弃物处理新技术数见不鲜，其中沼气工程是目前使用频率最高、处理效果最明显的方式之一。然而，在生产沼气过程中会随之产生大量的沼渣和沼液，沼渣与沼液的不恰当使用容易造成二次污染，因此严重限制了沼气产业良性推广与健康发展。
目前，规模养殖场关于沼液的处理方式主要包括达标排放与资源化利用两种方式，其中，达标排放存在投资运营成本高和系统不稳定等问题；因此，沼液资源化利用成为目前最具潜力的发展方式。研究表明，沼液含有丰富的氮、磷、钾、钙、镁、微量元素以及腐殖酸、氨基酸、维生素、植物生长素等生命活性物质，是用于作物种植的优质多元素肥料。
然而，沼液还田还存在诸多缺陷：第一，植物生长周期与沼液周年利用相矛盾，作物生长均存在周期性，且不同生长期对肥水的需求存在显著差异，尤其是在休眠期几乎“零需肥水”,以至于对沼液的利用量受到限制，无法满足养殖场周年排放沼液的要求；第二，沼液水溶液偏碱性，目前常选择用于沼液消纳的植物几乎为喜偏酸性土壤环境，但畜禽养殖沼液由于富含氨氮(NH4 +—N)而呈碱性，长期灌溉沼液对植物生长受阻；第三，沼液中氮磷钾养分不均衡、固体悬浮物(solid suspension，SS)含量高、氮磷等元素的分子态与植物可吸收态不一致等问题，容易造成过量元素流失，易造成二次污染。因此，上述缺陷进一步限制了养殖场利用沼液还田解决环保问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种畜禽养殖沼液利用生态系统，该生态系统能够实现畜禽养殖沼液的周年利用。
本发明还提供了采用上述生态系统进行畜禽养殖沼液利用的方法。
根据本发明的第一方面实施例的生态系统，包括生态净化床和滴灌系统；其中，所述滴灌系统包括沼液处理系统及与所述沼液处理系统连接的灌溉管道；
所述灌溉管道布设于所述生态净化床中，用于将经所述沼液处理系统处理的沼液输送到所述生态净化床中进行灌溉；
所述生态净化床包括至少两个夯实层，相邻夯实层之间设有吸收层，其中，所述吸收层中混合种植有无花果和车轴草。
根据本发明实施例的生态系统，至少具有如下有益效果：本发明生态系统的生态净化床，采用无花果与车轴草联合种植的方式，实现畜禽养殖沼液的高效利用，沼液采用滴灌方式进入生态系统，提高了沼液利用率，且避免了二次污染；其中，无花果和车轴草联合种植具有耐盐碱、环境适应性强、对肥水需量大、对氮磷元素需求量高，因而可以实现沼液的周年利用，避免沼液营养过剩造成的二次污染；同时，采用滴灌系统的沼液滴灌方式提高了沼液的利用率，能够实现精准灌溉和精准施肥。
在本发明中，无花果和车轴草的具有如下特点和经济价值：
1、无花果(Ficus carica Linn.)别名：映日果、奶浆果、蜜果、树地瓜、文先果、明目果，是桑科榕属植物。主要分布于热带、亚热带及部分温带地区，属亚热带落叶小乔木。无花果小花隐身于囊状花托内，果实为隐头花序，故名无花果。可食部分是花托肥大而成的聚合果，其果实营养丰富，同时具备很高的营养价值与药用价值，具有健胃清肠、治疗腹泻、消肿解毒、明目生津、提高免疫、抗癌抑菌、降低血脂等诸多功效。无花果是公认的无公害绿色食品，被誉为“21世纪人类健康的守护神”。
无花果绿期长、产量高、生长势强，具有很强的抗寒、耐热、耐盐、耐碱等特性，对沼液灌溉环境具有很强的适应性。无花果的花果期长，对营养物质需求量大，能快速吸收沼液中的营养物质，降低营养过剩而造成的二次污染。
2、车轴草(Trifolium Linn)，又名三叶草、香车叶草，是豆科车轴草属，多年生草本植物，是具有广泛栽培意义的一类重要牧草作物，也是重要的绿肥与水土保持植物。新鲜车轴草含干物质17％～27％，粗蛋白5％、可消化粗蛋白3％，车轴草年产量高、适口性好、适应性强、饲用价值高，是优质的牧草种质资源。
车轴草喜温凉湿润环境，生长最适温度为18～25℃，但适应性很强，耐热、抗寒、耐瘠，在酸性与弱碱性环境均能正常生长。此外，车轴草耐阴、耐践踏，是果园生草栽培的优质品种。车轴草对肥水的需求量较大，不仅在生长旺盛期需要大量的营养物质，在越冬期间亦需要充足的肥水供应。
根据本发明的一些实施方式，所述生态净化床中无花果的种植密度为50～300株/亩，车轴草的播种密度为1～10kg/亩。无花果和车轴草的种植密度一方面影响沼液的吸收利用，一方面无花果的自然遮阴能够延长车轴草的营养生长时间，提高其对氮元素的吸收量。
根据本发明的一些实施方式，所述车轴草的生长高度控制在5～15cm。在本发明中，车轴草利用无花果树的自然遮阴与修剪技术，能够延长其营养生长时间，通过修剪技术控制(控制高度在5～15cm)车轴草的生长，提高对氮元素的吸收量，平衡沼液氮、磷、钾含量不均衡的特点。
根据本发明的一些实施方式，所述沼液处理系统包括沼液存储池、清水池、营养母液罐、酸碱调节罐和营养调配池；所述沼液存储池、清水池、营养母液罐和酸碱调节罐分别与所述营养调配池连接；所述灌溉管道的一端与所述营养调配池连接，另一端布设于所述生态净化床上。其中，沼液存储池和清水池中的物质汇流进入营养调配池，酸碱调节罐是用于调节营养调配池的pH，营养母液罐用以向营养调配池中加入营养物。在本发明中，根据植物的生长需求，该灌溉系统可以实现沼液pH、EC、营养元素等调配，根据作物的生长需求，在调配池中添加相应水溶肥，减少施肥人工成本；同时，通过“少量多次”滴灌方式能够实现精准灌溉和精准施肥。
进一步地，所述灌溉管道包括灌溉主管；所述灌溉主管与所述营养调配池连接并通过分支形成滴灌干管和滴灌支管；所述滴灌支管上设置有滴头并布设于所述生态净化床上。
进一步地，所述沼液存储池和清水池的内部分别设置有潜水泵。
进一步地，所述沼液存储池和清水池与所述营养调配池连接的管道上设置有过滤器。
进一步地，所述灌溉主管上设置有增压泵、反冲洗过滤器和压力表。
进一步地，所述灌溉主管通过异径三通分支形成滴灌干管和滴灌支管。
进一步地，所述夯实层中种植有地毯草。
根据本发明的第二方面实施例的方法，包括以下步骤：利用上述生态系统，将沼液通过所述滴灌系统对所述生态净化床进行沼液滴灌。
根据本发明的一些实施方式，所述滴灌系统的沼液滴灌速度控制在10～100L/h。沼液的滴灌速度影响无花果和车轴草的养分吸收和利用，在本发明中，10～100L/h生物滴灌速度是指单个滴头的流速，流速与供水压力有关，在一定流速条件下，我们通过控制灌溉时间来保证灌溉总量。沼液滴灌速度控制在10～100L/h能够最大程度地增加植物对沼液中营养物质的吸收利用，避免沼液中的元素流失而造成的二次污染。
根据本发明的一些实施方式，所述滴灌系统的沼液灌溉频率为每日3～6次，每次的沼液灌溉量为0.5L～6L。在本发明中，采用“少量多次”的滴灌方式，能够提高消化细菌、解磷菌等微生物活性，促进沼液中营养元素由“难吸收态”转化“可吸收态”(如氨氮转化为硝态氮、有机磷与偏磷转化为磷酸根等)，提高植物的吸收利用效率。通过“少量多次”滴灌方式，能够实现精准灌溉和精准施肥，提高沼液营养物质的利用率，同时避免了二次污染。
进一步地，所述滴灌系统的沼液灌溉频率为每日3～4次。
进一步地，当春、秋季时，浇灌时间为7:00、11:00、15:00、19:00，每个滴头浇灌量为1L～4L，阴雨天气适当减少浇灌量；
当夏季时，浇灌时间为6:00、9:00、16:00、19:00，每个滴头浇灌量为1L～6L，阴雨天气适当减少浇灌量；
当冬季时，浇灌时间为8:00、12:00、16:00，每个滴头浇灌量为0.5L～2L，阴雨天气适当减少浇灌量。
在本发明中，结合作物的季节性肥水需求和天气情况，在一定流速条件下，通过控制单次灌溉时间与灌溉次数，保证植物的营养生长。
根据本发明的一些实施方式，所述沼液经过腐熟处理。优选地，所述沼液经过完全腐熟处理，达到还田标准。
根据本发明的一些实施方式，所述沼液中固体悬浮物小于600ppm，5.0≤pH≤9.0。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例中灌溉系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中生态净化床的平面图；
图3为本发明实施例中生态净化床的剖面图；
标号说明：
1、沼液存储池；2、清水池；3、潜水泵；4、过滤器；5、营养母液灌；6、酸碱调节罐；7、营养调配池；8、增压泵；9、反冲洗过滤器；10、压力表；11、生态净化床；12、滴头；13、滴灌支管；14、车轴草；15、地毯草；16、无花果；17、滴灌干管；18、灌溉主管；19、阀门；20、异径三通；21、吸收层；22、夯实层。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：生态系统中以无花果与车轴草为吸收主体，前端利用滴灌系统精准灌溉、施肥，后端利用生态系统完成养分转化、吸收，实现畜禽养殖沼液的周年利用。
本发明的实施例一为：一种用于畜禽养殖沼液利用的“无花果+车轴草”生态系统，该生态系统包括生态净化床和滴灌系统；其中，生态净化床联合种植有无花果和车轴草，能够完成沼液的养分转化、吸收和利用；滴灌系统以滴灌方式对生态净化床进行沼液灌溉，能够完成沼液的营养调配、过滤和输送。其中，滴灌系统的结构如图1所示，生态净化床如图2和图3所示。
请参照图1、图2和图3，图1为本发明实施例所使用的生态系统中滴灌系统的结构示意图，包括生态净化床和滴灌系统；其中，滴灌系统包括沼液处理系统及与沼液处理系统连接的灌溉管道，灌溉管道布设于生态净化床中，用于将沼液处理系统中的沼液输送到生态净化床中进行灌溉。沼液处理系统包括沼液存储池1、清水池2、营养母液罐5、酸碱调节罐6和营养调配池7；沼液存储池1、清水池2、营养母液罐5和酸碱调节罐6分别与营养调配池7连接，沼液存储池1和清水池2中的物质汇流进入营养调配池7，酸碱调节罐6是用于调节营养调配池7的pH，营养母液罐5用以向营养调配池7中加入营养物；灌溉管道的一端与营养调配池7连接，另一端布设于生态净化床11上。另外，沼液存储池1和清水池2的内部分别设置有潜水泵，沼液存储池1和清水池2与营养调配池7连接的管道上设置有过滤器4。灌溉管道包括灌溉主管18、滴灌干管19和滴灌支管13，灌溉主管18与营养调配池连接并通过异径三通分支形成滴灌干管19和滴灌支管13，滴灌支管13上设置有滴头12并布设于生态净化床11上，灌溉主管18上设置有增压泵8、反冲洗过滤器9和压力表10。沼液通过该滴灌系统，能够完成沼液的营养调配、过滤和输送。
图2为本发明实施例生态系统中生态净化床的平面图，图3为生态净化床的剖面图，其中，生态净化床11包括至少两个夯实层22，相邻夯实层间设有吸收层21，其中，吸收层21中混合种植有无花果16和车轴草14；生态净化床11还包括吸收层21、夯实层22和地毯草15，无花果和车轴草种植于吸收层21，夯实层22上方种植有地毯草15；如图2所示，滴灌支管13沿无花果种植行的平行方向布设于生态净化床上。
上述生态净化床中无花果的种植密度为200株/亩，车轴草的播种密度为5kg/亩，车轴草的生长高度控制在5～15cm范围内，即定期对车轴草进行修剪，使其生长高度在5～15cm范围内。
本发明的实施例二为：采用上述实施例一的生态系统，进行畜禽养殖沼液的利用，包括以下操作：具体的滴灌时间和浇灌量的执行方式为：
在春、秋季时，浇灌时间为7:00、11:00、15:00、19:00，每个滴头浇灌量为1L～4L，阴雨天气适当减少浇灌量；
在夏季时，浇灌时间为6:00、9:00、16:00、19:00，每个滴头浇灌量为1L～6L，阴雨天气适当减少浇灌量；
在冬季时，浇灌时间为8:00、12:00、16:00，每个滴头浇灌量为0.5L～2L，阴雨天气适当减少浇灌量。
滴灌系统的沼液滴灌系统的沼液滴灌速度为10～100L/h。同时，滴灌系统中的沼液经过完全腐熟处理，达到还田标准；其中，沼液中固体悬浮物小于600ppm，5.0≤pH≤9.0。
本发明的无花果与车轴草联合种植具有以下优势：
(1)无花果生长势强、产量高、绿期长，对肥水需求量大，尤其是对氮、磷、钾、钙、镁等营养元素需求量高，对沼液中营养物质的吸收具有重要的意义；
(2)无花果具有耐盐碱特性，对长期灌溉沼液具有很强的适应性；
(3)车轴草具有抗寒、耐热、耐阴等特性，在淮河以南的冬季均能保持绿期生长，在具备灌溉条件下的夏季也能正常生长，春秋两季生长旺盛，可以保证全年需肥需水，保证畜禽养殖沼液的周年利用；
(4)车轴草利用无花果树的自然遮阴与修剪技术(高度控制在5～15cm)，延长营养生长时间，提高对氮元素的吸收量，平衡沼液氮、磷、钾含量不均衡的特点。
本发明使用滴灌系统进行滴灌方式具有以下优势：
(1)采用“少量多次”的滴灌方式，提高消化细菌、解磷菌等微生物活性，促进沼液中营养元素由“难吸收态”转化“可吸收态”(如氨氮转化为硝态氮、有机磷与偏磷转化为磷酸根等)，提高植物的吸收利用效率；
(2)可以实现沼液营养元素的调配，根据作物的生长需求，在调配池中添加相应水溶肥，减少施肥人工成本；
(3)根据生态系统的需求控制浇灌量，降低灌溉不当造成的沼液二次污染。
本发明实施例的生态系统氮元素和磷元素需求量如下表1和表2所示：
表1.生态系统氮元素需求量分析表
表2.生态系统磷元素需求量分析表
从上表1和表2的氮、磷元素需求量表可以看出，本发明的“无花果+车轴草”生态系统对肥水的需量大，尤其是对氮、磷的需求量高，可以避免沼液营养过剩产生的二次污染。
采用本实施例的生态系统进行种植与常规种植进行比较其效果分析如下表3所示：
表3.不同种植方式比较
备注：牧草按照200元/吨，亩产3吨共计创收600元；养殖废水消纳按2元/吨计算，每亩每年共计创收334元；
表中“CK”是指以常规种植方式的成本、产量、收益等为参照，通过相应与“无花果+车轴草”生态系统种植方式进行比较，即生态系统种植方式与常规种植方式相较比例。
上述常规种植是指不采用本发明的生态系统，在相同的土壤环境和沼液、肥料等原料条件下进行的无花果树的单独种植。无花果树的种植密度与本实施例的密度相同，均为200棵/亩，使用的肥料、农药和除草剂的使用以无花果的生长需求进行常规施用。
从表3结果可以看出，与常规种植方式相比，本发明的“无花果+车轴草”生态系统的生产成本更低(包括使用所需的肥料更少、无需除草剂、人工治理费用更少)、无花果产量更高品质更佳，且还能获得牧草和水处理的额外收益。因此，本生态系统提高了无花果的集约化程度，降低了无花果的直接生产成本，提升了果实的营养品质，实现了农业生产与养殖环保“双赢”效果。
综上所述，本发明提供的一种用于畜禽养殖沼液利用生态系统具有以下优势：
1、无花果与车轴草联合种植生态系统与养殖场沼液生产相匹配，实现沼液的周年利用；
2、无花果与车轴草联合种植生态系统耐盐碱，对长期灌溉沼液的生长环境适应性强；
3、无花果与车轴草联合种植生态系统产量高，对肥水的需量大，尤其是对氮、磷的需求量高，可以避免沼液营养过剩产生的二次污染，解决了养畜沼液利用的环保问题；
4、本发明采用的滴灌系统具备沼液pH、EC、营养元素等调配功能，通过“少量多次”滴灌方式实现精准灌溉、精准施肥；
5、利用“无花果+车轴草”生态系统消纳沼液，提高了无花果的集约化程度，降低了无花果的直接生产成本，提升了果实的营养品质，实现了农业生产与养殖环保“双赢”效果；
6、利用“无花果+车轴草”生态系统生产的车轴草与无花果枝叶，具有很高营养价值，适用于牧草加工的优质原料，促进循环农业健康发展。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于畜禽养殖沼液利用的生态系统，其特征在于：包括生态净化床和滴灌系统；其中，所述滴灌系统包括沼液处理系统及与所述沼液处理系统连接的灌溉管道；
所述灌溉管道布设于所述生态净化床中，用于将经所述沼液处理系统处理的沼液输送到所述生态净化床中进行灌溉；
所述生态净化床包括至少两个夯实层，相邻夯实层之间设有吸收层，其中，所述吸收层中混合种植有无花果和车轴草。
2.如权利要求1所述的用于畜禽养殖沼液利用的生态系统，其特征在于：所述生态净化床中无花果的种植密度为50～300株/亩，车轴草的播种密度为1～10kg/亩。
3.如权利要求1所述的用于畜禽养殖沼液利用的生态系统，其特征在于：所述车轴草的生长高度控制在5～15cm。
4.如权利要求1至3任一项所述的用于畜禽养殖沼液利用的生态系统，其特征在于：所述沼液处理系统包括沼液存储池、清水池、营养母液罐、酸碱调节罐和营养调配池；所述沼液存储池、清水池、营养母液罐和酸碱调节罐分别与所述营养调配池连接；所述灌溉管道的一端与所述营养调配池连接，另一端布设于所述生态净化床上。
5.如权利要求4所述的用于畜禽养殖沼液利用的生态系统，其特征在于：所述灌溉管道包括灌溉主管；所述灌溉主管与所述营养调配池连接并通过分支形成滴灌干管和滴灌支管；所述滴灌支管上设置有滴头并布设于所述生态净化床上。
6.采用如权利要求1至5任一项所述的生态系统进行畜禽养殖沼液利用的方法，其特征在于：包括以下步骤：将沼液通过所述滴灌系统对所述生态净化床进行沼液滴灌。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述滴灌系统的沼液滴灌速度为10～100L/h。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述滴灌系统的沼液灌溉频率为每日3～6次，每次的沼液灌溉量为0.5L～6L。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述滴灌系统的沼液灌溉频率为每日3～4次；
当春、秋季时，浇灌时间为7:00、11:00、15:00、19:00，每个滴头浇灌量为1L～4L；
当夏季时，浇灌时间为6:00、9:00、16:00、19:00，每个滴头浇灌量为1L～6L；
当冬季时，浇灌时间为8:00、12:00、16:00，每个滴头浇灌量为0.5L～2L。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述沼液中固体悬浮物小于600ppm，5.0≤pH≤9.0。
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