畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用及生態(tài)茶園種養(yǎng)復(fù)合模式研究

吳成建，蘇 峰，方成剛，王建陽

(1.凱捷集團有限公司研發(fā)中心/福建省閩北烏龍茶加工與質(zhì)量安全控制企業(yè)工程技術(shù)研究中心，福建 武夷山 354301；2.福建省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳蘇峰勞模工作室，福建 福州 350003；3.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，云南 昆明 650225；4.安溪凱捷生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司，福建 安溪 362435)

【研究意義】生態(tài)發(fā)展現(xiàn)已成為國家發(fā)展戰(zhàn)略之一，建設(shè)生態(tài)茶園是茶產(chǎn)業(yè)升級的必然選擇，有利于保護生態(tài)和保障食品安全。近年隨著茶產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，個別企業(yè)只注重產(chǎn)量，忽視產(chǎn)品質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境保護，在茶葉生產(chǎn)中大量使用化學(xué)農(nóng)藥和化學(xué)肥料。其后果是土壤中有機質(zhì)耗竭，生物性物質(zhì)含量嚴重萎縮，土壤板結(jié)，地力下降。為了茶產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，有計劃地擴大生態(tài)茶園面積，解決茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中存在的生態(tài)平衡、環(huán)境污染和食品安全問題，促進茶產(chǎn)業(yè)安全提質(zhì)增效?！厩叭搜芯窟M展】生態(tài)茶園的研究，根據(jù)現(xiàn)有資料，分析其類型，大致可以分為以下3類：建設(shè)技術(shù)：英山縣生態(tài)茶園建設(shè)的研究[1]、福建人工復(fù)合生態(tài)茶園的構(gòu)建技術(shù)與模式[2]、沿河縣生態(tài)茶園病蟲害綠色防控配套技術(shù)[3]、福建良性生態(tài)茶園建設(shè)的模式選擇及關(guān)鍵技術(shù)[4]等。規(guī)劃、探討、效益分析和綜述：發(fā)展福建生態(tài)茶園之思考[5]、寧化縣生態(tài)茶園建設(shè)及茶葉產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的探討[6]、安溪縣生態(tài)茶園規(guī)劃建設(shè)與策略研究[7]、鄉(xiāng)村旅游與生態(tài)茶園一體化開發(fā)的可行性[8]、貴州生態(tài)茶園建設(shè)及其發(fā)展模式探討[9]、生態(tài)茶園要素分析與規(guī)劃實踐[10]、立體生態(tài)茶園營建模式及效應(yīng)分析[11]等。機理研究：山東省生態(tài)茶園與普通茶園小氣候特征的比較[12]、生態(tài)和非生態(tài)茶園葉面附生微生物構(gòu)成與發(fā)病率的相關(guān)性研究[13]、不同生態(tài)茶園土壤微生物及脲酶活性研究[14]、不同類型生態(tài)茶園昆蟲群落多樣性[15]等。大多數(shù)研究從內(nèi)容來看，主要是理論性、概述性的內(nèi)容比較多，涉及實際技術(shù)研究開發(fā)的較少，而且主要是針對茶園生態(tài)建設(shè)、側(cè)重于種植技術(shù)的研究，對以大農(nóng)業(yè)生態(tài)循環(huán)利用、種養(yǎng)結(jié)合的生態(tài)茶園建設(shè)技術(shù)研究較為罕見，建立模型進行技術(shù)驗證的尚未檢索到。【本研究切入點】從生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營的理念出發(fā)，以大生態(tài)農(nóng)業(yè)的構(gòu)建為基礎(chǔ)，進行“種養(yǎng)”復(fù)合模式生態(tài)茶園建設(shè)的技術(shù)研究與驗證，對福建省生態(tài)茶園建設(shè)技術(shù)突破具有重要意義。生態(tài)茶園建設(shè)完成后在生產(chǎn)中的主要環(huán)節(jié)，一是水肥供應(yīng)，特別是土壤培肥，二是病蟲草害防控。病蟲草害防控的難度大于水肥供應(yīng)，但從生產(chǎn)管理的角度，土壤培肥的重要性大于病蟲害防控。一般來說土壤培肥措施的開支是病蟲害防控措施開支的5～10倍，特別在生態(tài)茶園管理中，所占比例更高。閩南茶區(qū)以種植鐵觀音茶樹為主，肥水要求高，對鐵觀音產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)量影響甚大，選擇閩南茶區(qū)鐵觀音品種茶園進行研究，能夠充分發(fā)揮這種模式的優(yōu)勢，可減少茶園化肥和農(nóng)藥使用量，有利于提高茶葉品質(zhì)。生態(tài)茶園建設(shè)中，有機肥、農(nóng)家肥來源多數(shù)是因地制宜的進行規(guī)劃、解決。通常的解決方案是利用牛、羊、豬、雞糞等大規(guī)模養(yǎng)殖的排泄物，但存在來源少、運輸費用大、處理難、人工施肥費用高等問題。多數(shù)是直接購買商品有機肥，但因價格高或者肥效低、施用費工費時，導(dǎo)致茶園施肥量不足，致使得生態(tài)茶園產(chǎn)量減少、鮮葉質(zhì)量下降。種養(yǎng)復(fù)合模式是通過利用養(yǎng)殖業(yè)排放的廢棄物，來解決生態(tài)茶園生產(chǎn)中的土壤培肥問題，從大農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護來看，具有雙重生態(tài)、經(jīng)濟效益。【擬解決的關(guān)鍵問題】從模式構(gòu)建的具體環(huán)節(jié)出發(fā)，研究不同來源養(yǎng)殖廢棄物的性質(zhì)、成分、含量比例等，篩選適宜的養(yǎng)殖種類和肥源，分析其適用性和可行性，并建立種養(yǎng)復(fù)合模式示范點進行驗證，對其安全性、養(yǎng)分含量、配套規(guī)模、實際效益等進行檢測和分析，提出合理配比，為種養(yǎng)復(fù)合模式生態(tài)茶園建設(shè)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

模式篩選的實驗材料選擇安溪縣路英養(yǎng)殖場、牧興養(yǎng)殖場、綠業(yè)養(yǎng)殖場、泉林養(yǎng)殖場、興煌養(yǎng)殖場、隆裕養(yǎng)殖場、碧巖山養(yǎng)殖場等處的牛、羊、豬、雞的廢棄物(糞與尿、排放污水)。

技術(shù)驗證以“豬-肥-茶”種養(yǎng)復(fù)合模式生態(tài)茶園為例，選擇安溪縣虎邱鎮(zhèn)的凱捷公司茶園基地建立了樣本，進行相關(guān)研究。試驗材料有三元瘦肉型蘇太黑豬商品公苗豬(來源：安溪縣湖頭興牧種豬場)、3級密閉發(fā)酵池、鐵觀音品種茶園；生豬養(yǎng)殖飼料為豆制品加工廠的廢棄物——豆粕，加上蔬菜的下腳料、少量米糠等拌和。

1.2 試驗方法

生態(tài)茶園種養(yǎng)復(fù)合模式篩選中主要檢測內(nèi)容和方法如下。

糞的檢測方法：用《有機肥料》(NY525-2012)測定全氮、全磷、全鉀和有機質(zhì)。尿的檢測方法：用《土壤質(zhì)量 全氮的測定 凱氏法》(HJ 717-2014)測定全氮，用《水質(zhì)總磷的測定-鉬酸銨分光光度法》測定總磷。

“豬-肥-茶”種養(yǎng)復(fù)合模式生態(tài)茶園技術(shù)驗證主要檢測內(nèi)容和方法如下：肥液和肥渣的全氮、全磷、全鉀含量測定按NY 525-2012《有機肥料》中的相關(guān)方法。茶園土壤pH值檢測方法：NY/T 1377-2007 土壤pH的測定。

茶園土壤養(yǎng)分檢測方法：NY/T 85-1988 土壤有機質(zhì)測定方法；LY/T 128-2015 森林土壤氮的測定——水解性氮的測定；LY/T 1232-2015 森林土壤磷的測定——有效磷的測定；NY/T 889-2004 土壤速效鉀和緩效鉀含量的測定。

技術(shù)驗證方法：在茶園的一個小谷地里，建立生豬養(yǎng)殖試驗場，黑豬數(shù)量13頭。生豬養(yǎng)殖使用豆粕加上菜葉、米糠等拌和后喂養(yǎng)，不添加其它添加劑和生長促進劑。生豬養(yǎng)殖的排泄物用水沖洗入收集池，拌入生物菌，然后經(jīng)過3級密閉厭氧發(fā)酵，發(fā)酵后的肥液、肥渣(撈出后曬干)進行取樣檢測。鐵觀音茶園按肥液稀釋5倍后，使用水泵抽取澆灌，每季度澆灌1次(處理)，常規(guī)管理作為對照，對照與處理中間設(shè)置隔離行。土壤試驗前后取樣檢測。茶園觀測發(fā)芽密度、百芽重、產(chǎn)量。

茶園茶樹發(fā)芽密度與百芽重觀測方法：用33 cm×33 cm方型圈套在茶樹上計數(shù)，每個小區(qū)隨機觀測3個點，同時隨機選取100個芽頭進行稱重，稱量3次后取平均值。

產(chǎn)量觀測方法：每個處理重復(fù)3次，每個試驗小區(qū)2行，每行長度37.5 m，采摘后稱重。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

因為氨、氮2個營養(yǎng)元素是目前造成水體富營養(yǎng)化的直接因素，養(yǎng)殖場廢棄物檢測中也作為養(yǎng)分指標(biāo)，其中NH3-N是水(廢水)中氨、氮含量指標(biāo)。目前養(yǎng)殖場的廢棄物排放多以含固體廢水的形式存在，廢水一般測定總氮、總磷，固體廢棄物一般測定全氮、全磷，都能反應(yīng)氮、磷的總量(表1)。

產(chǎn)量換算成公頃產(chǎn)量，公式如下：

P=p/m×10000

式中，P為公頃產(chǎn)量，p為小區(qū)產(chǎn)量，m為試驗小區(qū)面積(37.5 m×1.5 m=56.25 m2)，10000為面積換算系數(shù)。

對發(fā)芽密度、百芽重、產(chǎn)量進行單因素方差分析，比較處理與對照的差異水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 模式篩選的檢測結(jié)果

牛、羊、豬和雞等畜禽是福建常見養(yǎng)殖種類。對于福建來說，馬極為少見；規(guī)?；B(yǎng)殖的禽類中，以雞為多。為此僅采集牛、羊、豬和雞的排泄物樣品進行分析。養(yǎng)殖場廢棄物檢測結(jié)果見表1。全國不同畜禽糞便養(yǎng)分調(diào)查結(jié)果見表2。安溪本地不同畜禽糞便養(yǎng)分檢測結(jié)果見表3。

畜禽排泄物成分分析：從養(yǎng)分來看，各種畜禽有差異。糞便水分含量是牛>豬>馬>羊，干物質(zhì)含量則反之。排泄廢棄物的全氮和全磷含量是羊>豬>牛。豬低于羊，是其排泄物的含水量要高。全氮含量尿液要高于糞便，全磷含量糞便要高于尿液，若固液分離后利用，可參考表3的數(shù)據(jù)，否則參考表1和表2的數(shù)據(jù)。糞便的有機質(zhì)含量排序為羊>豬>牛，羊的有機質(zhì)含量頗高，達31.4 %。一般而言，養(yǎng)分與食物(飼料)來源有關(guān)，不同來源也不盡相同，差異頗大，也與排泄物的水分有關(guān)。僅從糞便看，禽類的養(yǎng)分含量遠高于畜類，一是禽類消化道短消化不完全而且不產(chǎn)生尿液，二是禽類的糞便水分不高。但禽類糞便一般磷、鈣含量高，不適用于生態(tài)茶園。

畜禽糞便性質(zhì)分析：牛糞的有機質(zhì)和養(yǎng)分含量在各種家畜中最低，質(zhì)地細密，含水量較多，分解慢，發(fā)熱量低，是冷性有機肥，也是遲效性肥料，肥效慢得多。羊和牛一樣是反芻動物，但咀嚼飼料比牛細，并且羊較少飲水，因此糞便細密干燥，養(yǎng)分含量也較高；羊糞發(fā)熱量高于牛糞，屬熱性肥料。豬消化道長，消化充分，豬糞質(zhì)地較細，含氮量較高，碳氮比為14∶1，成分主要有蛋白質(zhì)、脂肪類、有機酸、纖維素、半纖維素以及無機鹽等，一般容易被分解，釋放出可為作物吸收利用的養(yǎng)分，屬熱性有機肥，有效養(yǎng)分多，為速效性肥料。雞糞中含有豐富的營養(yǎng)成分，作為農(nóng)家肥料，比豬糞、牛糞等有更高的肥效，其中磷和鈣含量比較高。

表1 養(yǎng)殖場廢棄物中養(yǎng)分含量Table 1 The nutrient contents in farm waste

表2 新鮮家畜糞尿中養(yǎng)分含量[16]Table 2 The nutrient contents in fresh livestock feces and urine[16]

表3 不同畜禽糞便養(yǎng)分含量Table 3 The nutrient content of different livestock and poultry manure

2.2 “豬-肥-茶”種養(yǎng)復(fù)合模式生態(tài)茶園技術(shù)實施

2.2.1 安全性檢測 長期使用有機肥，要考慮其安全性，主要是重金屬污染。經(jīng)咨詢福建省農(nóng)科院土肥所專家，有機肥液重金屬超標(biāo)可能性極小，故在試驗中未予以檢測。肥渣檢測結(jié)果表明，發(fā)酵后肥渣的重金屬含量遠低于行業(yè)標(biāo)準《有機肥》(NY 525-2012)的相關(guān)要求，因此“豬-肥-茶”復(fù)合模式生態(tài)茶園是具有安全性的。當(dāng)然前提是在飼養(yǎng)環(huán)節(jié)對飼料等進行控制，防止過多的重金屬物質(zhì)進入茶園(表4)。

表4 肥渣中重金屬檢測Table 4 The heavy metals content in fertilizer slag

2.2.2 產(chǎn)出的有機肥成分檢測 模式驗證中發(fā)酵池產(chǎn)出的主要是肥液，1個季度出產(chǎn)量約為50 m3(為建造發(fā)酵池的容量)，稀釋5倍后，可澆灌生產(chǎn)茶園約3.3 hm2。如果建造澆灌系統(tǒng)，可以供應(yīng)更多的茶園，從成本考慮，未進行。

對產(chǎn)出的肥液和少量肥渣進行養(yǎng)分檢測。結(jié)果表明，不同年度之間養(yǎng)分含量的標(biāo)準方差小，表明差異不明顯。豬肥液的氮、磷、鉀比例為2.39︰1.78︰1，對烏龍茶鐵觀音生產(chǎn)茶園較適宜，特別是肥液的全氮含量平均值為1.17 g/L，為溶于水的速效養(yǎng)分，對茶樹生長特別有利。豬肥渣產(chǎn)出的量較少，可用于幼齡茶樹覆蓋(表5和表6)。

2.2.3 生態(tài)茶園種植環(huán)節(jié)應(yīng)用的效果 生態(tài)茶園在澆灌肥液后，土壤情況變化明顯。pH值從3.6左右逐年上升到4.3左右，從嚴重酸化的土壤(pH值<4.0)逐漸變?yōu)檩^為適宜茶樹種植的土壤(pH值4.5)，有效改善土壤酸堿度，更加適合茶樹生長。有機質(zhì)從原來不足10 g/kg，逐年上升到了21.2 g/kg，變化顯著。水解性氮含量從原來不超過200 mg/kg，逐年上升到567 mg/kg，變化顯著。有效磷含量變化沒有明顯規(guī)律。有效鉀含量從原來不超過300 mg/kg，逐年上升到729 mg/kg，變化顯著(表7)。

表5 豬肥液養(yǎng)分含量Table 5 The nutrient content in pig manure

表6 豬肥渣養(yǎng)分含量Table 6 The nutrient content in pig manure residue

表7 茶園土壤情況Table 7 Soil conditions of tea plantations

從茶園春季發(fā)芽密度與年度產(chǎn)量的調(diào)查情況可見，春季發(fā)芽密度變化：未澆灌肥液茶園，春季發(fā)芽密度無明顯變化，而采用澆灌肥液處理后茶園春季發(fā)芽密度呈現(xiàn)逐年上升趨勢，從常規(guī)處理(CK)的53個/1109 cm2，增長到了71個/1109 cm2，變化顯著。茶園產(chǎn)量變化：采用澆灌肥液處理后鮮葉產(chǎn)量(機采)逐年上升。從2016年的數(shù)據(jù)看，常規(guī)處理(CK)與處理Ⅰ的差異不明顯，可能是時間短，效果尚未顯示；從2017年的數(shù)據(jù)看，常規(guī)處理(CK)與處理Ⅰ的差異明顯，澆灌肥液的效果明顯；從2018年的數(shù)量看看，常規(guī)處理(CK)與處理Ⅰ的差異明顯，澆灌肥液的效果也同樣明顯。方差分析表明，F(xiàn)=25.24247>F0.05=4.493998，表明是否有澆灌肥液措施對生態(tài)茶園的鮮葉產(chǎn)量影響明顯(表8)。

表8 鐵觀音春季發(fā)芽密度和年度產(chǎn)量Table 8 Germination density and annual yield of Tieguanyin in spring

注：表中數(shù)據(jù)后不同小寫或大寫字母分別表示在0.05或0.01水平上差異顯著。
Note：Different small and capital letters represented significant difference at 0.05 or 0.01 levels，respectively.

3 討 論

種養(yǎng)復(fù)合模式下，對茶樹生長有益的營養(yǎng)物質(zhì)主要是有機質(zhì)、氮磷鉀等。養(yǎng)殖環(huán)節(jié)要重視重金屬污染、藥物殘留等方面的問題，如果養(yǎng)殖廢棄物中重金屬等超標(biāo)，其難以在發(fā)酵處理中得到降解，通過有機肥使用，會轉(zhuǎn)移到茶園中，從而污染了茶園土壤。污染源還會累積，難以處置，為此要嚴加管制。養(yǎng)殖環(huán)節(jié)要采用生態(tài)養(yǎng)殖模式，要防止易造成污染的礦物添加劑和藥物的進入。

種養(yǎng)復(fù)合模式的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用推廣上，可從社會化分工合作來構(gòu)建：養(yǎng)殖、有機肥生產(chǎn)、生態(tài)茶園種植可由不同企業(yè)承擔(dān)，3個環(huán)節(jié)通力合作。在國家環(huán)境保護政策日趨嚴格的情況下，這既有利于實現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用，有效解決現(xiàn)有養(yǎng)殖企業(yè)排放的污染問題，又減少茶園化肥用量，改善茶園土壤環(huán)境，具有雙重生態(tài)環(huán)保效益。因此需要政府部門從全局角度加強引導(dǎo)和布局，在政策、資金上加強有機肥生產(chǎn)及生態(tài)茶園有機肥使用的扶持。該模式也可以應(yīng)用于小農(nóng)戶的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，將生態(tài)循環(huán)利用的優(yōu)勢，采取種養(yǎng)結(jié)合，通過發(fā)酵池巧妙串聯(lián)起來，使小農(nóng)戶既可零排放零污染養(yǎng)殖(優(yōu)于處理后排放)，又能改良茶園土壤、保護生態(tài)、提升茶葉品質(zhì)和保障衛(wèi)生質(zhì)量，延長了產(chǎn)業(yè)鏈，提高農(nóng)民收入，改變農(nóng)村環(huán)境衛(wèi)生狀況。從福建省茶產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)分布情況看，福建是產(chǎn)茶第一大省，而小農(nóng)(茶)戶又占絕大部分比例，如果能把該項技術(shù)作為當(dāng)前新農(nóng)村建設(shè)的內(nèi)容來推廣，既實現(xiàn)全面生態(tài)環(huán)境保護，又能促進農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展、農(nóng)民收入提高，具有顯著的生態(tài)效益和較好的社會經(jīng)濟效益。

該模式下還有待研究茶園鮮葉或毛茶品質(zhì)的提升作用，通過檢測鮮葉的相關(guān)指標(biāo)、比較制成毛茶的品質(zhì)，進一步評估模式對茶葉生產(chǎn)的影響；在該模式中引進養(yǎng)殖廢棄物先進處理技術(shù)，比如添加高溫發(fā)酵菌，通過提高發(fā)酵溫度來加快發(fā)酵，縮短發(fā)酵時間，減少所需發(fā)酵池容量，降低前期投入費用等。

4 結(jié) 論

4.1 生態(tài)茶園種養(yǎng)復(fù)合模式篩選

各類畜禽的排泄物不同養(yǎng)殖場的調(diào)查數(shù)據(jù)差異甚大，但養(yǎng)分含量都較為豐富。畜類一般都可以作為生態(tài)茶園種植的配套，其中豬、羊排泄物的養(yǎng)分(氮磷鉀、有機質(zhì))較為豐富，其糞尿肥屬熱性肥料、速效肥料，更為適用；禽類不適用，主要是鈣、磷含量高，并且藥物殘留相對較高。豬馴化程度高，飼料來源廣，養(yǎng)殖人員眾多、技術(shù)成熟，比較容易養(yǎng)殖；羊的養(yǎng)殖需要一定的飼草，養(yǎng)殖難度相對高一些。因此綜合考慮，“豬-肥-茶”種養(yǎng)復(fù)合模式應(yīng)用于生態(tài)茶園建設(shè)較為適宜。

4.2 “豬-肥-茶”種養(yǎng)復(fù)合模式生態(tài)茶園技術(shù)驗證

通過數(shù)據(jù)論證與分析，茶園規(guī)模與養(yǎng)殖規(guī)模配套宜為1 hm2茶園配套養(yǎng)殖3.85頭豬，并且肥液稀釋后濃度不高，因此在一定彈性空間內(nèi)，多一點少一點問題不大。一般情況下，廢棄物需要3個月的充分發(fā)酵，肥液沒有臭味，施用于茶園也較為妥當(dāng)。豬-肥-茶復(fù)合模式生態(tài)茶園的安全性(重金屬含量是否合格)相對有保障。肥料(主要是肥液)的養(yǎng)分，不同年度變化不明顯，養(yǎng)分含量較為豐富，氮磷鉀比例合適，容易被茶樹吸收。該模式應(yīng)用后能夠改善土壤pH值，顯著增加土壤有機質(zhì)、提高土壤水解性氮和有效鉀的含量，有效磷的變化不明顯；實施該模式能使春季發(fā)芽密度和全年畝產(chǎn)量顯著提高。“豬-肥-茶”種養(yǎng)復(fù)合模式技術(shù)對生態(tài)茶園建設(shè)較為適宜。

從篩選和驗證的情況看，“豬-肥-茶” 生態(tài)茶園種養(yǎng)復(fù)合模式能夠有效變廢為寶，實現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用，對土壤產(chǎn)生良好改良效果，是一項有益而可行的技術(shù)突破，值得進一步推廣應(yīng)用。