4種畜禽糞中磷的形態(tài)與有效性研究

吳崇書，張 麗，章明奎*

(1.淳安縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心植保土肥站，浙江淳安 311700；2.浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，浙江杭州 310058)

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4種畜禽糞中磷的形態(tài)與有效性研究

吳崇書1，張 麗2，章明奎2*

(1.淳安縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心植保土肥站，浙江淳安 311700；2.浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，浙江杭州 310058)

[目的]為了解規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)產(chǎn)生的畜禽糞便中磷的生物有效性。[方法]對(duì)采自杭州市規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)的牛糞、豬糞、鴨糞和雞糞等4種畜禽糞的12個(gè)樣品中磷進(jìn)行化學(xué)形態(tài)分析。[結(jié)果]磷素含量大小一般是豬糞>雞糞>鴨糞>牛糞；畜禽糞中磷主要以可提取態(tài)形式存在，無(wú)機(jī)態(tài)比例較高。規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞中磷的水溶性和生物有效性均高于3種無(wú)機(jī)磷肥，說(shuō)明畜禽糞中的磷有較高的生物有效性和流失風(fēng)險(xiǎn)。[結(jié)論]在利用畜禽糞改良土壤時(shí)，應(yīng)根據(jù)其磷素含量和有效性高低，控制施用量，防止磷素在農(nóng)田土壤中過(guò)量積累和產(chǎn)生農(nóng)業(yè)面源污染。

畜禽糞；磷；化學(xué)形態(tài)；有效性

由于自然土壤磷素含量偏低，施用磷肥是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的重要措施。其中，有機(jī)肥料是農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中磷素的重要來(lái)源。傳統(tǒng)的有機(jī)肥料包括農(nóng)家肥、秸稈、綠肥等。這些肥料中磷的含量較低，且磷多以有機(jī)結(jié)合態(tài)形式存在。近年來(lái)，隨著我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的不斷發(fā)展，由此產(chǎn)生的畜禽糞便已成為農(nóng)田磷素的重要來(lái)源。由于養(yǎng)殖系統(tǒng)中無(wú)機(jī)磷等添加劑的使用，規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)產(chǎn)生的畜禽糞便中含磷量明顯高于傳統(tǒng)的有機(jī)肥料[1-2]，其磷的化學(xué)形態(tài)也因添加劑的大量使用而有別于傳統(tǒng)的有機(jī)肥料。由肥料引入的磷在農(nóng)田系統(tǒng)中的生物有效性不僅取決于其總含量，而且與其存在的化學(xué)形態(tài)有密切的聯(lián)系。肥料中磷的化學(xué)形態(tài)組成在一定程度上將影響單位面積有機(jī)肥料的施用量。為了解規(guī)?；B(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的畜禽糞中磷的生物有效性，筆者從杭州市規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)采集牛糞、豬糞、鴨糞和雞糞4種畜禽糞，采用化學(xué)分析方法鑒定其中的磷素化學(xué)形態(tài)，分析它們對(duì)農(nóng)作物的有效性。

1 材料與方法

從杭州市代表性規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)采集12個(gè)畜禽糞肥樣，分屬牛糞、豬糞、鴨糞、雞糞4類糞肥。每類糞肥各為3個(gè)樣品。每個(gè)樣品由同一養(yǎng)殖場(chǎng)的4～6次(個(gè))分樣混合而成。畜禽糞樣在室溫下風(fēng)干，磨細(xì)，過(guò)0.15 mm土篩，用于磷素的形態(tài)分析。樣品pH和全磷用常規(guī)方法測(cè)定[3]。土壤磷分級(jí)采用 Hedley等[4]的方法，提取步驟為：稱0.5 g 風(fēng)干土樣于100 ml 離心管中，順次用30 ml去離子水、0.5 mol/L NaHCO3(pH 8.2)、0.1 mol/L NaOH和1 mol/L HCl分別提取。每次提取振蕩時(shí)間為16 h，每次提取后用離心和過(guò)濾分離懸液。HCl提取物中的磷采用比色法直接測(cè)定；去離子水、NaHCO3和NaOH的提取物中的磷包括有機(jī)磷和無(wú)機(jī)磷2種形態(tài)，采用鉬蘭直接比色法測(cè)定溶液中無(wú)機(jī)磷含量，經(jīng)硫酸銨-硫酸消化后采用比色法測(cè)定溶液中的總磷，二者的差值為有機(jī)磷含量。樣品中殘余態(tài)磷用總磷與以上4種可提取磷的總和差值計(jì)算。該方法共把畜禽糞中磷分為水溶性無(wú)機(jī)磷(H2O-Pi)、水溶性有機(jī)磷(H2O-Po)、NaHCO3可提取的無(wú)機(jī)磷(NaHCO3-Pi)、NaHCO3可提取的有機(jī)磷(NaHCO3-Po)、NaOH可提取的無(wú)機(jī)磷(NaOH-Pi)、NaOH可提取的有機(jī)磷(NaOH-Po)、HCl-P和殘余態(tài)磷等8種磷形態(tài)。其中，水溶性磷和NaHCO3可提取的磷有較高的生物有效性，NaOH可提取的磷和HCl-P在一定條件下可逐漸釋放，殘余態(tài)磷較穩(wěn)定。

此處，為了比較畜禽糞便與化肥中磷有效性的差異，選擇磷酸氫鈣 (其化學(xué)式為 CaHPO4·2H2O )、鈣鎂磷肥、羥基磷灰石(Ca5(PO4)3(OH))等3種無(wú)機(jī)磷肥，分別與以上畜禽糞便一起用去離子水和0.5 mol/L NaHCO3(pH 8.5)提取水溶性磷和有效態(tài)磷。提取時(shí)，樣品用樣量約為0.5 g，提取劑體積為30 ml，提取振蕩時(shí)間為16 h，采用鉬蘭直接比色法測(cè)定提取液中磷含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 糞肥中磷的含量表1表明，杭州市12個(gè)畜禽糞樣的全磷含量在3.68～24.67 g/kg之間，有很大的變化。不同類型畜禽糞中磷含量有一定的差異，平均含磷量由高至低依次為豬糞>雞糞>鴨糞>牛糞；豬糞中磷平均含量約為牛糞的2.2倍。不同種類畜禽糞中磷含量的差異可能與它們的飼料結(jié)構(gòu)不同有關(guān)。因此，在實(shí)際施用畜禽糞時(shí)，應(yīng)注意其含量的差異，采用不同的施用量。

表1 供試糞樣中磷含量(n=3)

2.2 糞肥中磷的化學(xué)形態(tài)表2表明，研究的幾種畜禽糞便中磷素均主要以可提取態(tài)存在，其中以水溶性磷和NaHCO3可提取態(tài)磷為主，具有較高的生物有效性。豬糞、雞糞、鴨糞和牛糞中水溶性磷和NaHCO3可提取態(tài)磷之和占全磷的比例平均分別為71.4%、65.4%、59.3%和59.1%。水溶性磷和NaHCO3可提取態(tài)磷之和占總磷的比例及所有可提取態(tài)磷(包括去離子水、NaHCO3、NaOH和HCl提取)的比例一般是隨著畜禽糞中磷含量的增加呈增加的趨勢(shì)，表明隨著畜禽糞中磷積累的增加，其有效性增加。

研究還表明，在水溶性磷和NaHCO3可提取態(tài)磷中，無(wú)機(jī)組分(H2O-Pi和NaHCO3-Pi)明顯高于有機(jī)組分(H2O-Po和NaHCO3-Po)。在豬糞、雞糞、鴨糞和牛糞的水溶性磷中，無(wú)機(jī)磷分別占90.2%、82.3%、86.6%和81.0%，NaHCO3可提取態(tài)磷中相應(yīng)的無(wú)機(jī)磷分別占68.2%、64.9%、72.4%和67.4%。羅春燕等[5]研究也表明，鴨糞和豬糞中含較高比例的易溶性磷。

表2 供試糞樣中磷的化學(xué)形態(tài) %

2.3 糞肥中磷的有效性圖1表明，畜禽糞中磷的水溶性和生物有效性普遍較高，水溶性磷占全磷的比例在34.4%～42.8%之間，有效磷占全磷的比例在52.3%～68.5%之間。在3種無(wú)機(jī)磷肥中，羥基磷灰石中水溶性磷和有效磷的比例分別僅為0.03%和0.74%，明顯低于磷酸氫鈣和鈣鎂磷肥(磷酸氫鈣和鈣鎂磷肥的水溶性磷比例分別為2.67%和4.68%，有效磷比例分別為32.47%和38.54%)，但所有3種無(wú)機(jī)磷肥中磷的水溶性和生物有效性均低于畜禽糞。這表明規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)的畜禽糞中磷素比無(wú)機(jī)磷肥中磷具有更高的生物有效性；同時(shí)，由于水溶性較高，畜禽糞施入農(nóng)田后，其中的磷也具有較高的流失風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)論與討論

由于磷添加劑的廣泛應(yīng)用，規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)產(chǎn)生的畜禽糞中磷素特征已不同于傳統(tǒng)的有機(jī)肥。它不僅含磷量較高，而且因磷主要以可提取態(tài)形式存在，其磷的水溶性和生物有效性已明顯高于化肥磷。因此，在利用畜禽糞改良土壤時(shí)，應(yīng)根據(jù)其磷素含量和有效性高低，控制施用量，防止磷素在農(nóng)田土壤中過(guò)量積累和產(chǎn)生農(nóng)業(yè)面源污染。

[1] POULSEN H D.Phosphorus utilization and excretion in pig production[J].Journal of Environmental Quality, 2000, 29:24-27.

[2] 許俊香,劉曉利,王方浩,等.我國(guó)畜禽生產(chǎn)體系中磷素平衡及其環(huán)境效應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報(bào), 2005, 25(11):2911-2918.

[3] 中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上海:上海科技出版社, 1978：1-320.

[4] HEDLEY M J, STEWART J W B, CHAUHAN B S.Changes in inorganic and organic soil phosphorus fractions by cultivation practice and by laboratory incubations[J].Soil Science Society of American Journal,1982, 46:970-976.

[5] 羅春燕,冀宏杰,張維理,等.鴨糞和豬糞中易溶性磷含量特征研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2008,27(4):1320-1325.

Chemical Forms and Availability of Phosphorus in Four Animal Manures

WU Chong-shu1, ZHANG Li2, ZHANG Ming-kui2*

(1. Chun’an Plant Protection and Soil Fertilizer Station, Chun’an, Zhejiang 311700; 2. College of Environmental and Resource Sciences, Zhejiang University, Hangzhou, Zhejiang 310058)

[Objective] In order to understand the bio-availability of phosphorus in animal manures produced by large-scale livestock and poultry farms. [Method] 12 livestock and poultry manure samples, included cow manure, pig manure, chicken manure, and duck manure, were collected from large-scale farms of Hangzhou region for characterizing the chemical forms of phosphorus. [Result] The results showed that total P content in the manures decreased in the order of pig manure > chicken manure > duck manure > cow manure. Phosphorus in the manures was mainly extractable form with a high proportion of inorganic P. Water-soluble P and bio-available P in the manures were higher than three kinds of mineral phosphate (calcium hydrogen phosphate, calcium magnesium phosphate, and hydroxyapatite), indicating that P in the manures had high bio-availability and loss risk from the agricultural fields. [Conclusion] It was suggested that application dosage of livestock and poultry manure should be controlled and based on total P and P availability in the manures. Over application of the manure may lead to excessive accumulation and increase agricultural non-point source pollution.

Livestock and poultry manure; Phosphorus; Chemical form; Availability

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2014BAD14B04)。

吳崇書(1963-)，男，浙江淳安人，高級(jí)農(nóng)藝師，從事土壤肥料與植物保護(hù)方面的研究和推廣。*通訊作者，教授，博士，從事土壤管理方面的研究。

2014-11-20

S 158

A

0517-6611(2015)01-071-02