防範重金屬污染之有機肥最大承載量評估

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防範重金屬污染之有機肥最大承載量評估

  農業棄物可再循環利用,如製成堆肥回歸土壤,除了增進農田土壤生產力,亦解決環境污染問題。但是有機肥料不當管理與施用,仍會對環境衛生、農作物造成傷害或造成二次污染,故使用上仍需留意。首先可參考農政單位之推廣手冊等,按著有機質的分解速度,估算合理的施用量,以避免過量氮素釋出。並且注意堆肥的處置與儲存,以避免二次污染。此外,要注意堆肥中重金屬在農田的累積問題。

  
根據分析,台灣禽畜堆肥以銅、鋅、鉻、鎳含量較高。這些高含量之銅、鋅、鉻、鎳之來源主要為飼料中銅、鋅之添加,以及在堆肥製作過程中皮革粉之添加(添加鉻酸、鎳酸來搓揉皮革,其鉻、鎳含量分別佔皮革粉中之 5.4%與 0.03%)之故。依黃賢喜與戴順發 ( 1995 ) 所述旗山試區有機農耕法玉米總穗收穫量為 10.6 公噸,換算銅移走量為 37公克,而鋅移走量為 107 克,此量僅為施入量之 3 %,故造成土壤中以 0.1 N 鹽酸萃取法所萃取之銅、鋅量逐年增加。此外,根據無數的實驗室與田間試驗指出,大部份之重金屬要污染地下水是不可能的,除非在很砂質地的土壤及淺層的地下水條件下。因此,堆肥中重金屬在農田表土的累積問題值得注意。

  為防範重金屬污染所估算之有機肥最大承載量評估,可依陳鴻堂(1995)之估算方法。假設土壤中重金屬之最大可承載濃度(Maximum Loading Concentration , MLC)之估算為土壤中重金屬之管制值與背景值間之差,可用下式表示:

最大可承載濃度=管制值濃度-背景值濃度———————(1)

  土壤重金屬含量之背景值通常是一個含量範圍值,為計算方便起見,現以背景值之平均值為基準來估算最大可承載濃度,其結果如表 8 所示。如依王銀波等人 ( 1994 a )之研究,其最大可承載濃度分別為As 11.1 mg / kg,Cd 1.2 mg / kg,Cr 157 mg / kg,Cu 128 mg / kg,Hg 0.8 mg / kg,Ni 78 mg / kg,Pb 60 mg / kg與 Zn 110 mg/kg。依此結果,可計算在  1 公頃範圍內表土 20 公分土壤中(假設容積比重為 1.2 Mg / m3 ),可添加之最大承載重量(Maximum Loading Capacity, MLC, kg/ha)應為As 26.6 kg / ha, Cd 2.9 kg / ha,Cr 377 kg / ha,Cu 307 kg / ha,Hg 1.9 kg / ha,Ni 187 kg / ha,Pb 144 kg /  ha與 Zn 264 kg / ha。

  
依據表 1 中之最大可承載量(MLC)之推估,再依據堆肥中重金屬之濃度,即可很容易計算出最大堆肥施用量,其計算式如下:

最大堆肥施用量 ( ton / ha )=

最大可承載估算量 ( kg / ha ) / 堆肥中重金屬濃度( mg / kg )X103——(2)

  例如在表 1 中,土壤中最大可承載銅量為 307 kg / ha,而堆肥中重金屬銅濃度允許上限為 300 mg / kg,依上式公式,我們可添加之最大堆肥重量為 1000 噸 / 公頃左右。

  因此,在確保土壤中重金屬不會超過污染管制值之情況,我們依堆肥中重金屬可能濃度狀況下,估算其最大施肥量如表 2 所示。但在肥料規定中重金屬含量上限條件下,估算豬糞堆肥之最大施用量為 Cu 3000噸 / 公頃,Zn 500 噸 / 公頃,Cr 2330 噸 / 公頃與 Ni 7200噸 / 公頃。因此,綜合來說,在此上限濃度下之最大施用量最好控制在500噸/公頃以下。

  為考慮對土壤、作物及環境之品質,建議合理施用量應為估算最大施用量之一半較為安全,最好不要超過 250 噸 / 公頃。但如將生產堆肥之過程中,其重金屬濃度控制在銅 100 mg / kg及鋅 200 mg / kg以下,則最大施用量可達 1250 噸 / 公頃,而建議合理施用量為 600 噸 / 公頃左右,可確實增加土壤中之有機質含量且可確保土壤品質,不會受到重金屬污染。

  以上之估算,乃以有機肥料中重金屬含量上限,概估其最大施用量,亦可以有機肥料中實測之重金屬濃度計算,若每年累用的堆肥量已超過最大容許量,即應停止施用,並在施用安全期限內,採土樣檢測,以了解重金屬累積情形,再計算可施用之最大量,以確保土壤品質。並詳實記錄每年的施用量,以避免施用總量超過安全施用量。

資料來源:陳琦玲,張瑞明,「合理化施肥與環境維護-防範重金屬污染之有機肥最大承載量評估」,永續農業作物合理化施肥技術,1999年6月

表 1、農田土壤表土 20 公分重金屬最大承載量之評估
重金屬 背景值a 管制值b 最大可承載濃度c 表土20公分最大承載量d
  —————– mg / kg —————– ———- kg / ha ———
As 8.9 20 11.1 26.6
Cd 1.8 3 1.2 2.9
Cr 43 200 157 377
Cu 22 150 128 307
Hg 0.2 1.0 0.8 1.9
Ni 42 120 78 187
Pb 40 100 60 144
Zn 190 300 110 264

a:Chen and Lee ( 1995 )
b:王銀波等人( 1994 a )
c:最大可承載濃度=管制值-背景值
d:表土 20 公分最大可承載量 ( kg / ha )
 =最大可承載濃度 ( mg / kg ) * (100 m)2 * 0.2 m * 1.2 Mg / m3 * 103 / 106
 =最大可承載濃度( mg / kg ) * 2.4

表 2.田土壤中合理堆肥施用總量推估
重金屬 重金屬濃度 最大承載量估值a 合理施用量c
—- mg / kg —- ————- tons / ha ———–
Cu 100b 3000 1500
200 1500 750
300 1000 500
Zn 100 2500 1250
200 1250 625
500b 500 250
Cr 100 3500 1750
150b 2330 1160
300 1160 580
Ni 25b 7200 3600
50 3600 1800
150 1200 600
a: 肥料重金屬含量規格上限為 Cu 100 mg / kg ,Zn 500 mg / kg ,Cr 150 mg / kg 與 Ni 25 mg / kg。
b: 依表 1 計算出之最大承載量 ( Cu 300 kg / ha,Zn 250 kg / ha ,Cr 350 kg / ha 與 Ni 180 kg / ha )來估算施肥量,並施用於表土 20 cm。
c: 建議合理施用量為最大施用量之一半,以確保土壤品質。

 

2003/11/18

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