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英文翻译

原文标题 Decreasing Phosphorus Solubility in Poultry Litter with Aluminum，Calcium,and Iron Amendments

译文标题 铝、钙、铁等对鸡粪磷溶解度的降低

铝、钙、铁等对鸡粪磷溶解度的降低

P A. Moore, Jr.* and D. M. Miller

摘要：阿肯色州每年生产约十亿只肉鸡，接收鸡粪的磷径流被认为是影响阿肯色州西北地区水质的主要因素之一。鸡粪中约含有磷20g/kg，其中水溶性磷约2 g/kg。本研究的目的是以确定鸡粪中可溶性磷水平能否被铝、钙、或铁减少。鸡粪经明矾、铝酸钠、生石灰、熟石灰、钙质灰岩、白云质灰岩、石膏、氯化亚铁、三氯化铁、硫酸亚铁和硫酸铁处理，并在25℃避光环境下培养一周。钙处理是通过在处理中添加氟化钙来实现的，加入氟化钙后，处理中将会生成氟磷灰石沉淀。在培养期结束，采用去离子水溶解磷的方法测定粪便中的里水溶性磷。加入明矾使鸡粪中水溶性磷水平从大于2000 mg P/kg降低到小于1 mg P/kg，相同pH条件下再添加生石灰、熟石灰、氯化亚铁、氯化铁、亚铁磺胺TE和硫酸铁，石膏和铝酸钠的水溶性磷水平降低的50到60%。方解石和白云石的石灰效果较差。这项研究的结果表明，从经过处理的牧场来看，这些化合物在现场应用之前，可以显著地减少了水溶磷的量。因此，由于磷径流水体富营养化的情况下已被确定，减少水溶性磷的化学成分可能是一个最佳的管理实践的方法。初步计算表明，这种做法可能在经济上是可行的，但是，以确定这种做法任何有益的或有害的方面需要更多的研究。

磷通常被认为是造成湖泊和水库富营养化限制性营养元素，因为某些藻类可以从大气中获取氮。更严格的控制点源的磷，如市政污水处理厂，从点源进入水环境在未来的几十年里导致磷负荷下降。改善水质，但是，并没有总是被观察到时，点源负载减少。因此，关注目前正在关注非点源磷，如农业径流。农业用地的主要来源之一是动物粪便。

一些研究者对接收禽粪的磷径流进行了表征.这些研究都表明磷径流随禽粪的应用率增加，随着降雨强度的增加而减小。干燥时间也被证明是一个关于磷径流重要参数，在应用过程和降雨之间的时间较长，从而大大减少了磷的径流。最近的研究发现，从接收禽粪的牧场发现的高浓度的P（14-76 mg/L）径流，其中大部分是溶解无机磷（asymp;85%），只有少量的颗粒磷。Sonzogni等人表明，溶解无机磷直接提供给藻类和得出最佳管理措施来降低P径流应考虑生物药效应的磷负载，而不是聚焦对总磷负荷。

由于对低脂肪肉类的需求，家禽业的快速和集中的增长，引起了一些国家对水质的关注。阿肯色州是美国的头号家禽生产州，每年生产大约十亿只肉鸡。从田间接收鸡粪产生的磷径流影响已被推测是影响西北阿肯色州的水质的主要因素之一。高细菌计数和高生化需氧量也被归因于鸡粪。目前应最大支持减少鸡粪量应用于牧场的建议，然而，运输的距离或鸡粪的储存设施的建筑，将增加处置成本。解决这个问题的另一种方法可能是化学固定。化合物如熟石灰、明矾，可以在现场应用添加到鸡粪，促使磷的固定。要确定使用化学处理是否可行，要先确定其对家禽生产和环境的潜在影响。

研究人员对废水处理的对磷的固定的研究已提供了最佳信息。在瑞典的污水处理厂进行审查时，ulmgren（1975）发现，当使用明矾沉淀法除P，pH值必须低于6.4， P浓度达到0.8 mg/L时石灰的PH值为11.5。他表示，在pH值为6，AlPO₄溶解度达到最小值（0.01 mg/L）。析出物中普遍存在的铝/磷摩尔比为1.5至2.5。在对瑞典的植物研究中，33个处理用明矾，9个用生石灰（CaO），1个用三氯化铁，结果表明这些物质不仅降低了废水中磷的含量，而且还降低悬浮物、生化需氧量、重金属、虫卵、寄生虫的含量。

铝，钙，和磷酸盐的沉淀反应是：

Al₂(SO₄)₃14H₂O 2PO₄^3- → 2AlPO₄ 3SO₄^2- 14H₂O

Alum

Fe₂(SO₄)₃2H₂O 2PO₄^3- → 2FePO₄^- 3SO₄^3- 2H₂O

ferric sulfate

5Ca(OH)₂ H₂PO₄^- 3H → Ca₅(PO₄)₃OH 9H₂O

slaked lime

石灰可以生石灰或熟石灰形式添加。类似地，三价铁或硫酸铁似乎同样有效。铝酸钠用于明矾的地方。Hsu（1976）表明，Al和Fe对P去除的最佳pH值依赖于金属/ P摩尔比。在金属/磷比为2至5，铝对磷的最佳值范围为5.5至8，而铁的最佳值范围为4.7至7.1。

家禽生产提供了化学沉淀剂使用的理想环境。目前，当肉鸡达到成熟，并从房屋中取出鸡粪，由一种床料和粪便组成，被收集并传播到邻近的牧场。该材料具有非常高浓度的水溶性磷(gt;2000 mg P/kg)。当第一次强降雨发生时，磷被运到附近的水体中。如果在粪便还没从房屋里取出之前加入明矾或者石灰石，水溶性磷可以转化成一种不溶性矿物的形式通过沉淀或吸附，将不易溶或径流。本研究的目的是确定是否可溶性磷水平在鸡粪可以通过使用A1、Ca、Fe或Fe来减少。

在启动领域规模研究之前，进行进行实验室培养研究以确定鸡粪中可溶性磷水平是否降低。如果是这样的话，要确定哪些处理方案将实现这一目标和各种处理的关键等级。

材料与方法

鲜鸡粪粪26g（20g干重）被称入玻璃瓶中。鸡粪要磨碎通过2mm筛后加水在容器中搅拌2小时，确保均匀。这些家鸡粪的床料是米壳，没有堆放或堆肥。初始pH（1:1）和电导率（1:10，鸡粪/水）分别为8.2和8970 mu;S/cm。全N、P、K分别为42.8、18.1和27.3 g/kg。全氮根据布雷默和马尔瓦尼的方法使用新鲜鸡粪测定（1982），全磷和速效钾含量以黄和Schulte的方法使用新鲜鸡粪测定（1985）。

用铝、钙、铁化合物对鸡粪进行了处理，降低了磷的溶解度。测试材料包括铝、铝酸钠、生石灰、熟石灰、钙质灰岩、白云质灰岩、石膏、氯化亚铁、氯化亚铁、硫酸亚铁、硫酸铁。所有处理使用的均为试剂级材料。加入所有处理后混合搅拌1分钟。加入氟化钙进行钙处理生成氟磷灰石沉淀做第一次处理。将碳酸钙作为一次二次处理方案，原处理当作是形成的一种酸性化合物。 有不同的化学处理进行测试，以5的利用率做各处理（处理总数为100加控制）和三个重复（表1）。假设鸡粪的磷含量为10 mg/kg，Fe和Al的处理率最低为等于需要达到1:1的金属/ P摩尔比的数量。CA的处理率最低为基于钙/磷比为1.5:1。应该指出的是，虽然利用率是基于假设鸡粪的磷含量为10 mg P/kg实际P含量被认为是18.1 mg p/kg（因此，率最低的Al和铁相当于1:1.8的摩尔比）。

处理后增加了鸡粪、去离子水加入量，达到20%的含水量。经处理的鸡粪，然后在避光环境25°C培养1周。1周的平衡时间被用于这项研究因为这通常是肉鸡成熟出栏到前清理鸡粪并应用到土地的时间尺度。在这一时期结束时，鸡粪被转移到聚碳酸酯离心管，摇动2 h，加去离子水200 ml离心4066转20分钟。未过滤的样品的pH值、碱度、电导率（EC）。采用化学滴定法测定碱度，根据APHA方法2320 B（APHA，1992）。过滤样品（0.45 mu;m微孔过滤器）收集的可溶性活性磷（SRP）测量，水溶性金属（Al、B、Ca、Cu、Fe、K、Mg、Mn、Na、P、S、Zn）、可溶性有机碳（SOC）、SO₄^2-、氯。金属和SRP的样品用硝酸酸化pH以防止沉淀。氯化物，SOC，所以，样品未酸化。可溶性活性磷使用抗坏血酸技术测定，根据APHA方法424-g（APHA，1992）。金属用电感耦合等离子发射光谱仪（ICP）进行了分析，根据APHA方法3120 B（APHA，1992）。可溶性有机碳测定总有机碳、无机碳在Rosemont DC-190organic C分析仪测量之间的差异（Rosemount分析，圣克拉拉，CA），使用燃烧离子红外法，根据APHA方法5310 B（APHA，1992）。采用比浊法测定硫酸根，根据APHA方法4500-SO42-E（APHA，1992）。采用电位滴定法测定氯化钠与氯气浓度计，根据APHA方法4500-Cl- D（APHA，1992）。

表1、在这项研究中使用的化学处理方案

图1、钙的处理对鸡粪水溶性磷的影响

结果与讨论

钙的处理方案

添加氧化钙使鸡粪水溶性磷水平从大于2000 mg P/kg降低到小于1 mg P/kg时，相当于1kg鸡粪中加入43 g Ca（图1）。这只是不知道这是否是由于沉淀或吸附。无论是什么机制，数据表明，可溶性磷径流从田间接收家禽鸡粪可以明显减少如果对鸡粪进行预处理。无论是什么机制，数据表明，如果对鸡粪用生石灰进行预处理，可显著降低田间收粪磷径流。增加生石灰的比例使鸡粪的pH值从7.2（对照组）增加到12（表2）。由于大气CO₂平衡，可以预计到通过生石灰处理的鸡粪的pH将随着时间的推移而降低。这种逐渐减少的pH值可能会导致增加磷的溶解度，因为钙磷酸盐的溶解度是非常依赖于酸碱度。即使pH值下降到8，不过，可溶性钙的磷酸盐矿物最平衡浓度，如磷酸氢钙(CaHPO₄^.2H₂O)，将约为10^-4 M 和 3mg P/L (Lindsay, 1979)。这仍然是大约两个决定使用低量级（200 mg P/L）可溶性磷水平的鸡粪的数量比。

表2、铝、钙和铁化合物对鸡粪pH值的影响

最近，大部分土地施用的鸡粪发生的磷径流被确定为最大的径流事件(Edwards and Daniel, 1993)。如果在土地施用后至少几周内可溶性磷水平下降了，可能是是发生降水和发生土壤吸附，以及植物和微生物的吸收。因此，如果短时间能降低磷的溶解度，从环境和农艺的角度来看，这将是有益的。

氢氧化钙对鸡粪的溶解度降低，与氧化钙（图1）一样。由于氢氧化钙碱度低，这种处理方法是可取的，皮肤接触可能会导致严重烧伤。方解石和白云石对鸡粪磷溶解石灰石对SRP浓度影响很小（数据未显示）。有几个可能的原因，这些处理方案没有起作用。一种可能性是，实验没有进行足够的时间。一般情况下，石灰石需要几个月的时间才能完全反应和中和土壤酸度。我们的培养期为1周，这可能是一个不足够溶解和沉淀反应的时间。方解石对磷的吸附作用已经发生，因为这是一个非常快速的反应。Kuo和Lotse (1972)发现，80%的由碳酸钙对无机磷解磷的吸附发生在最初的10秒。

未经处理的鸡粪的pH值最初为8.2，1周后下降至7.2 。方解石和白云石都相对不溶于此pH值，这可能导致大量的钙在磷溶液中沉淀。即使在溶液中的钙浓度低，不过，以往的研究表明，磷在方解石表面上的吸附量应该从溶液中除去(Amer et al., 1985; Brown,1980; Griffin and Jurinak, 1974; Stumm and Leckie, 1971)。磷在方解石表面的积累被斯塔姆和莱基的描述（1971）为一个三步过程：（1）在造成非晶形成磷酸钙晶核表面磷吸附，（2）这些核转缓慢转变成结晶磷灰石，（3）晶体生长磷灰石。在我们的研究中，这个过程在这些处理中可能被土壤中高有机碳含量抑制。高可溶性碳含量的样品中的提取物，有比较高的pH值（图2）。Innskeep and Silvertooth(1988)表明，磷灰石沉淀的溶解性有机物的存在抑制作用，如黄腐酸和腐殖酸。目前镁和磷酸在鸡粪中，同样抑制这种反应(Amer and Mostafa, 1981; Ameret al., 1985; E1-Zahabyand Chien, 1982)。

石膏（CaSO_4lt;

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