畜禽糞肥在草地上的應(yīng)用

胡金嬌，胡 健，周青平

(西南民族大學(xué)國(guó)家民委若爾蓋高寒草甸生態(tài)站，四川 成都 610041)

在畜牧業(yè)的發(fā)展過程中，畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生了大量畜禽糞便，正確地收集和管理畜禽糞便，對(duì)其進(jìn)行資源化利用于草地是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代草牧業(yè)發(fā)展的重要手段，也是有效解決畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)環(huán)境污染的關(guān)鍵措施.畜禽糞肥指豬、牛、羊等家畜和雞、鴨、鵝等家禽的糞便，主要由水、未消化的牧草和代謝產(chǎn)物組成[1]，含有豐富的有機(jī)質(zhì)和N、P、K等養(yǎng)分，能供給作物所需的微量元素和多種礦物質(zhì)，滿足作物生長(zhǎng)過程中對(duì)不同養(yǎng)分的需要[2].此外，畜禽糞肥能改善土壤的理化特征與生物學(xué)性質(zhì)以提高地上生物產(chǎn)量.王靜等[3]研究指出，土壤增施糞肥增加了土壤有機(jī)磷及不同組分有機(jī)磷的含量，提高了土壤細(xì)菌、真菌和堿性磷酸酶活性.安娜等[4]研究人參栽培施用畜禽糞肥后土壤理化性質(zhì)的變化也表明糞肥有助于土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，提高土壤真菌群落的豐富度和多樣性，周靜等[5]研究顯示，畜禽糞肥施用能夠提高玉米的水分利用率，從而增加玉米產(chǎn)量.

草地是我國(guó)面積最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)，面積廣闊的草地資源不僅是廣大牧民經(jīng)濟(jì)收入的主要來源，還給人類提供了豐富的畜牧產(chǎn)品和植物資源.發(fā)展草牧業(yè)是我國(guó)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要內(nèi)容，促進(jìn)草業(yè)和畜牧業(yè)的密切結(jié)合是現(xiàn)代草牧業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，家畜糞便歸還是影響草地生態(tài)系統(tǒng)的主要途徑之一[6]，因此，將畜禽糞肥合理施用于草地對(duì)現(xiàn)代草牧業(yè)的發(fā)展有著重大的作用和價(jià)值.

近年來，我國(guó)化肥施用總量呈不斷上升趨勢(shì)，總消費(fèi)量已居于世界前列[7].化肥的過度施用不僅降低了糞肥的使用率，導(dǎo)致畜禽糞便的堆積，進(jìn)而造成環(huán)境污染，還會(huì)破壞土壤的理化結(jié)構(gòu)，降低土壤肥力，從而大大降低土壤生產(chǎn)力[8-10].而施用畜禽糞肥不僅能提高土壤的肥力，增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的后勁，且與施用化肥比較，投入成本可減少11.65%，產(chǎn)出能高5.27%[9].然而，我國(guó)畜禽糞肥多施用于農(nóng)田，而極少施用于草地，且草地施肥的研究起步較晚，大多集中在施用化肥上[11-12]，而養(yǎng)分匱缺是脆弱敏感的天然草地面臨的重大問題，因而，畜禽糞肥養(yǎng)分的返還對(duì)這一問題的解決至關(guān)重要[13].但是，目前對(duì)于草地畜禽糞肥的應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀仍然不清楚，本文簡(jiǎn)要論述畜禽糞肥的作用與施用，畜禽糞肥在草地應(yīng)用的生物學(xué)意義，以及存在的主要問題和發(fā)展前景，以期為草牧業(yè)中可持續(xù)管理糞肥提供基礎(chǔ).

1 畜禽糞肥的作用

畜禽糞肥是優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料，糞肥中的氮磷鉀是農(nóng)作物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，對(duì)作物養(yǎng)分的供給，土壤理化特性的改善，以及土壤綜合肥力的提高有重要作用[14].畜禽糞肥替代化肥的潛力分析是土壤合理施用糞肥的重要依據(jù).有研究指出，我國(guó)的種植土壤中氮元素含量較低，土壤中氮元素含量的提升，是增加土壤肥力的關(guān)鍵措施[15].而畜禽糞肥中富含大量氮元素，約占牲畜攝入氮素的75% ～95%[16-17]，此外，糞肥中還含有大量磷、鉀元素能促進(jìn)植物苗期根系的生長(zhǎng)，提高植物抗逆性.因此，通過合理施用糞肥以使糞肥中的氮磷鉀得到充分利用，可在一定程度上代替商業(yè)氮磷鉀肥的投入[18-19].

有機(jī)肥替代部分化肥，提高肥料利用率是化肥減量增效的重要手段之一[20].研究發(fā)現(xiàn)，在施用同等用量氮磷鉀肥的條件下，化肥減量配施有機(jī)肥能夠顯著提高早稻和晚稻產(chǎn)量[21].賈晴晴等研究有機(jī)肥替代化肥對(duì)水稻產(chǎn)量和氮肥利用率的影響研究也指出，施用有機(jī)肥作基肥替代化肥，能夠提高水稻產(chǎn)量和氮肥利用率，還可起到改善土壤肥力、提升稻米品質(zhì)的作用[22].馬凡凡等研究表明，50%豬糞替代化肥施用于農(nóng)田水稻后，不僅保證了水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，還能夠有效降低稻季農(nóng)田氮素地表徑流流失量和流失率，且維持較低水平的磷素徑流流失量和流失率[23].畜禽糞肥替代化肥施用于玉米和油菜中的研究也有類似結(jié)果，研究發(fā)現(xiàn)，部分有機(jī)肥替代化肥可以提高土壤微生物和酶活性，增加玉米和油菜產(chǎn)量[24-25].哈麗哈什·依巴提等[26]對(duì)糞肥施用于棉花的研究也指出，有機(jī)氮肥替代部分商業(yè)氮肥均促進(jìn)了棉花對(duì)氮磷鉀養(yǎng)分的吸收，提高了棉花產(chǎn)量.此外，商業(yè)氮肥減量配施一定量有機(jī)肥也能有效提高燕麥田土壤微生物群落功能多樣性和燕麥產(chǎn)量[27].安思羽等[28]對(duì)我國(guó)果、菜、茶三大作物施用畜禽有機(jī)肥替代化肥研究表明，我國(guó)70%省份可以實(shí)現(xiàn)化肥減量施用目標(biāo)，減少氮磷化肥造成的環(huán)境污染.由此可見，畜禽糞肥具有較大的化肥替代潛力，在自然和人工草地施用畜禽糞肥是減少化肥施用量，降低肥料成本的重要手段.

2 畜禽糞肥的應(yīng)用

2.1 草地上畜禽糞肥的施用

糞肥中的氮肥替代潛力與施肥后氨揮發(fā)密切相關(guān).Meunchang等的研究和Pagans等的結(jié)果均表明畜禽糞肥施于草地后，在自然降解的過程中，有一部分氮素以氨揮發(fā)的形式損耗，造成氮素的流失[29-30].降低糞肥施用后的氨排放、增加作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收對(duì)于提高糞肥的化肥替代潛力至關(guān)重要[31-32].而為了使糞肥的化肥替代價(jià)值達(dá)到最大化，合理計(jì)劃施肥的地點(diǎn)、時(shí)間、施肥量和施肥技術(shù)是減少氨排放的有效手段.有關(guān)施用糞肥的區(qū)域選擇研究較少，丹麥糞肥施用于人工草地的經(jīng)驗(yàn)顯示，有關(guān)在哪里施肥的問題多根據(jù)草地上磷和鉀的需量因地而異，而每片土地或區(qū)域的磷鉀需求將由土地用途、載畜率以及土壤養(yǎng)分狀況決定.張震等[33]在內(nèi)蒙古天然草地的研究指出在夏季強(qiáng)降雨過程中，過多的磷肥會(huì)隨地表徑流而淋失.什么時(shí)候施肥可最大化降低氮損失?Parkinson等[34]研究季節(jié)性氣溫對(duì)牛糞氨揮發(fā)的影響發(fā)現(xiàn)，6～9月平均氣溫較高導(dǎo)致氨揮發(fā)也較高，而平均氣溫較低的10～12月氨揮發(fā)率較低.因此，合理制定糞肥的施肥時(shí)間是降低氮損失的關(guān)鍵措施.Akinori和Masayuki[35]在日本草地的研究發(fā)現(xiàn)，晚秋施肥和夏季少施氮肥可以減少草地氮氧化物的排放.與草地夏季施用糞肥相比，春季施用能有效緩解NH3排放[36].Shah等[37]在放牧草地的研究也表明，春秋季施肥可以最大化降低NO2排放量.Nurit等[38]研究建議，施用畜禽糞肥應(yīng)選擇在雨季前，以避免糞肥流失損耗.此外，丹麥和愛爾蘭人工草地對(duì)糞肥的施用量經(jīng)驗(yàn)顯示，糞肥施用量的多少應(yīng)根據(jù)作物的營(yíng)養(yǎng)需求來定，不能多于農(nóng)作物生長(zhǎng)所需的量，以免造成營(yíng)養(yǎng)過剩和作物病害；另外，不同作物對(duì)各養(yǎng)分的需求存在差異且作物不同生長(zhǎng)周期對(duì)養(yǎng)分的需要也不同，各地區(qū)土壤的養(yǎng)分狀況也有差異，農(nóng)牧民應(yīng)綜合以上條件嚴(yán)格測(cè)算糞肥的施用量，制定合理的施肥方案，以滿足作物最需要肥料的生長(zhǎng)階段獲得充足的肥料，從而提高產(chǎn)量.

目前國(guó)內(nèi)外施用畜禽糞肥的方法主要分為三大類，包括廣式撒播技術(shù)[39-40]、條帶播撒技術(shù)[40-41]和注入技術(shù)[39].廣式撒播技術(shù)是機(jī)械在一定高度上將固態(tài)或液態(tài)糞肥均勻播撒到地表，操作簡(jiǎn)單，工作效率高，成本較低；但氮的損失較大，且氣味散發(fā)嚴(yán)重，容易造成飼草和環(huán)境污染.條帶播撒技術(shù)是機(jī)械的窄滑動(dòng)腳座，以較小間隔將液態(tài)糞肥條帶狀置于土壤表層，而不是整個(gè)區(qū)域播撒，通過使糞肥條狀沉積，減少飼草污染，與廣式撒播技術(shù)相比，可減少50%-80%的氨流失[41]；但該技術(shù)只能應(yīng)用于表層松弛的土壤，且也會(huì)造成空氣污染.注入技術(shù)比前兩種技術(shù)更進(jìn)一步，有淺注和深注兩種，深注技術(shù)應(yīng)用較少，多采用淺注技術(shù)，最初的淺注技術(shù)只有一個(gè)圓盤，由于牽引力低較難將糞肥注入土壤，改進(jìn)后的淺注技術(shù)含有雙圓盤式灌注器(圓盤灌注器和加壓灌注器)可較為容易的在土壤中切出一條狹縫，并用灌注器將液體糞肥注入封閉的土壤狹縫中，能最大限度降低氨排放和有害細(xì)菌對(duì)牧草的污染，減少臭氣揮發(fā)[42]，相對(duì)于廣式撒播技術(shù)而言能有效提高氮利用率，降低氮肥成本，Mattila等人[43]也發(fā)現(xiàn)糞肥注入法對(duì)減少氨排放有重要作用；但注入技術(shù)成本高，操作較復(fù)雜.

2.2 糞肥在草地上的應(yīng)用現(xiàn)狀

對(duì)于養(yǎng)分含量較低的草地而言，畜禽糞肥的施用能有效提高草地土壤養(yǎng)分和生物學(xué)特性.畜禽糞肥是草地生態(tài)系統(tǒng)的重要碳源，與施用化肥相比，糞肥施加有利于土壤碳儲(chǔ)存，使高寒草地由碳匯變?yōu)樘荚碵44-45].Mazzetto等[47]在巴西草地的研究發(fā)現(xiàn)，牛糞施加增加了土壤氮含量，促進(jìn)了草地牧草生長(zhǎng).Wachendorf等[48]研究顯示畜禽糞肥中養(yǎng)分返還土壤系統(tǒng)后，土壤pH、電導(dǎo)率、微生物量和酶活性均有所增加.Yoshitake等[49]在日本放牧草地的研究表明畜禽糞肥增加了土壤無機(jī)氮的輸入并提高糞斑下及周圍土壤肥力，形成“肥力島”.馬祥等[50]對(duì)高寒牧區(qū)燕麥的研究發(fā)現(xiàn)，畜禽糞肥能有效增加土壤有機(jī)質(zhì)、全磷、全鉀、速效磷和速效鉀的含量，降低燕麥田土壤pH，有效提高燕麥產(chǎn)量.此外，草地上施用糞肥有利于提高土壤原生動(dòng)物、細(xì)菌和食菌線蟲的豐富度，有利于促進(jìn)土壤養(yǎng)分的分解，提高土壤肥力[51].

草地糞肥施用的另一直接效益是增加牧草產(chǎn)量，提高草地生產(chǎn)力[52].閆遜等[53]在黑龍江寒冷干旱地區(qū)的研究指出，畜禽糞肥為草地作物提供了豐富的營(yíng)養(yǎng)元素和微量元素，促進(jìn)了紫花苜蓿的生長(zhǎng).陳文業(yè)等[54]對(duì)甘南高寒草甸退化草地糞肥施用的研究指出，糞肥施加提高了草甸草地的植物群落多樣性和生產(chǎn)力.宋君祥等[55]對(duì)川西北退化草地的研究也有類似結(jié)果.Samuil在羅馬尼亞山區(qū)的半天然草地的研究表明，糞肥在提高草地牧草產(chǎn)量的同時(shí)，提高了草地生物多樣性保護(hù)和飼草的質(zhì)量[56].王麗紅在吉林人工草地的研究也表明，畜禽糞肥能有效提高草地牧草產(chǎn)量[57].方熱軍等[58]在人工草地施用鵝糞與化肥的研究指出，鵝糞施用能顯著提高牧草產(chǎn)量和粗蛋白含量，并且提高效果高于化肥.

草地施糞肥的另一個(gè)意想不到的效果是降低了有害微量元素濃度，這些元素進(jìn)入食物鏈會(huì)對(duì)人體健康造成傷害，而商業(yè)磷肥是農(nóng)業(yè)土壤有害微量元素的重要來源.因此，草地上施用糞肥可以代替商肥以減少有害微量元素的富集.另一方面，草地糞肥施用還能增加有益微量元素，降低作物對(duì)重金屬元素的吸收；減少土壤中的有害生物是草地糞肥施用的又一應(yīng)用成效.Jaime等[59]的研究發(fā)現(xiàn)，紫花苜蓿施用畜禽糞肥后，土壤鎂鋅鐵的濃度均有所增加.周影茹在湘西地區(qū)種植牧草黑麥草研究指出，施用發(fā)酵雞糞比有機(jī)磷肥，能更有效改善土壤酸性和土壤酶活性，提高黑麥草鮮重，降低黑麥草對(duì)Pb和Cd的積累[60].Jeroen等[61]的研究指出，牛糞的施用減少了土壤中有害生物的增長(zhǎng).

3 存在的問題

雖然畜禽糞肥能有效改善草地生態(tài)系統(tǒng)土壤肥力，提高草地生產(chǎn)力，但草地應(yīng)用中仍存在一些問題.鄭海霞等[62]在內(nèi)蒙古羊草草原的研究表明，長(zhǎng)期施用畜禽糞肥不僅影響草原土壤顆粒狀有機(jī)質(zhì)含量，還導(dǎo)致其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變.Sultana等[10]的研究也表明，持續(xù)使用糞肥會(huì)降低作物產(chǎn)量，惡化土壤肥力.Nurit指出未經(jīng)堆肥處理的糞肥降低了土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，減少了入滲量，增加了地表徑流，容易導(dǎo)致水土流失[38].其次，草地糞肥應(yīng)用也會(huì)增加草地土壤有害微量元素的積累，王怡雯指出糞肥施用提高了剖面土壤中Cu、Zn、Cd的含量[63].另外，農(nóng)民在畜禽養(yǎng)殖業(yè)中，為了促進(jìn)畜禽生長(zhǎng)，在飼料中添加了大量抗生素，而大部分抗生素在畜禽體內(nèi)積累后通過排泄物排出，彭晶等[64]研究表明，土壤施加雞糞后，四環(huán)素類抗性基因和大環(huán)內(nèi)酯類抗性基因相對(duì)豐度均有所提高.Barrios等[65]研究也發(fā)現(xiàn)，糞肥的施加導(dǎo)致土壤中抗性基因和抗生素抗性基因提高.由于畜禽飼料中未被畜禽吸收利用的抗生素隨糞便排出，若不經(jīng)處理直接施于草地，容易導(dǎo)致草地污染，造成牧草產(chǎn)品質(zhì)量下降.其次，丹麥草地糞肥施用經(jīng)驗(yàn)指出，畜禽糞肥中含有大量的致病菌，對(duì)牧草施用糞肥會(huì)增加致病菌在畜群中傳播，被糞肥污染的牧草可以通過動(dòng)物在一個(gè)牧區(qū)甚至多個(gè)牧區(qū)之間傳播病菌.此外，糞肥的長(zhǎng)距離運(yùn)輸也可能會(huì)導(dǎo)致病原體傳播到更遠(yuǎn)的地方.

丹麥及加拿大草地糞肥施用經(jīng)驗(yàn)還表明，糞肥中的養(yǎng)分含量較低，因而需大量糞肥供給才能滿足作物的養(yǎng)分需求，在面積廣闊的草地應(yīng)用時(shí)需要大量運(yùn)輸?shù)闹匦驮O(shè)備，容易導(dǎo)致草地土壤板結(jié)和作物產(chǎn)量降低.當(dāng)施用于直立生長(zhǎng)的牧草時(shí)，播撒重量大的糞肥可能導(dǎo)致作物受損，肥料可能覆蓋作物并使作物窒息，大部分有機(jī)氮可能以氨的形式流失.

4 展望

畜禽糞肥返還天然草地與人工草地是維持土壤養(yǎng)分平衡和植被生產(chǎn)力的重要途徑之一，合理施用畜禽糞肥使糞肥的化肥替代價(jià)值達(dá)到最大化是草地上施用糞肥的關(guān)鍵問題.草地施用糞肥過程合理計(jì)劃施用糞肥的時(shí)間、施肥區(qū)域、施肥量以及施肥技術(shù)的選擇有助于增加草地的養(yǎng)分供應(yīng)，但畜禽糞肥的草地應(yīng)用依然存在一些問題.

未來研究需要重點(diǎn)關(guān)注:(1)畜禽糞肥單獨(dú)施用與糞肥配施化肥的效益分析，以明確何種施肥配比對(duì)草地生產(chǎn)力提高的作用最大；(2)確定草地畜禽糞肥的施肥量，針對(duì)何種草地，施肥量多少較為合適，以使草地養(yǎng)分供給達(dá)到最大化而不影響牧草生產(chǎn)；(3)草地糞肥施用比較粗放，缺乏標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)手段，需研發(fā)草地上糞肥施用技術(shù)，在保證牧草質(zhì)量不受影響的情況下，最大化糞肥中的氮置換價(jià)值；(4)畜禽糞肥返還對(duì)人工和自然草地生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分生物地球化學(xué)循環(huán)的影響，以期為合理評(píng)估大尺度草地畜禽糞肥返還的應(yīng)用成效提供參考；(5)有關(guān)畜禽糞肥返還草地在現(xiàn)代草牧業(yè)發(fā)揮的作用重視不足，該部分的有關(guān)研究較少.