畜禽粪肥在草地上的应用

胡金娇，胡 健，周青平

(西南民族大学国家民委若尔盖高寒草甸生态站，四川 成都 610041)

在畜牧业的发展过程中，畜禽养殖产生了大量畜禽粪便，正确地收集和管理畜禽粪便，对其进行资源化利用于草地是实现现代草牧业发展的重要手段，也是有效解决畜禽养殖产业环境污染的关键措施.畜禽粪肥指猪、牛、羊等家畜和鸡、鸭、鹅等家禽的粪便，主要由水、未消化的牧草和代谢产物组成[1]，含有丰富的有机质和N、P、K等养分，能供给作物所需的微量元素和多种矿物质，满足作物生长过程中对不同养分的需要[2].此外，畜禽粪肥能改善土壤的理化特征与生物学性质以提高地上生物产量.王静等[3]研究指出，土壤增施粪肥增加了土壤有机磷及不同组分有机磷的含量，提高了土壤细菌、真菌和碱性磷酸酶活性.安娜等[4]研究人参栽培施用畜禽粪肥后土壤理化性质的变化也表明粪肥有助于土壤团粒结构的形成，提高土壤真菌群落的丰富度和多样性，周静等[5]研究显示，畜禽粪肥施用能够提高玉米的水分利用率，从而增加玉米产量.

草地是我国面积最大的陆地生态系统，面积广阔的草地资源不仅是广大牧民经济收入的主要来源，还给人类提供了丰富的畜牧产品和植物资源.发展草牧业是我国农业结构调整的重要内容，促进草业和畜牧业的密切结合是现代草牧业发展的重要基础，家畜粪便归还是影响草地生态系统的主要途径之一[6]，因此，将畜禽粪肥合理施用于草地对现代草牧业的发展有着重大的作用和价值.

近年来，我国化肥施用总量呈不断上升趋势，总消费量已居于世界前列[7].化肥的过度施用不仅降低了粪肥的使用率，导致畜禽粪便的堆积，进而造成环境污染，还会破坏土壤的理化结构，降低土壤肥力，从而大大降低土壤生产力[8-10].而施用畜禽粪肥不仅能提高土壤的肥力，增加农业生产的后劲，且与施用化肥比较，投入成本可减少11.65%，产出能高5.27%[9].然而，我国畜禽粪肥多施用于农田，而极少施用于草地，且草地施肥的研究起步较晚，大多集中在施用化肥上[11-12]，而养分匮缺是脆弱敏感的天然草地面临的重大问题，因而，畜禽粪肥养分的返还对这一问题的解决至关重要[13].但是，目前对于草地畜禽粪肥的应用与发展现状仍然不清楚，本文简要论述畜禽粪肥的作用与施用，畜禽粪肥在草地应用的生物学意义，以及存在的主要问题和发展前景，以期为草牧业中可持续管理粪肥提供基础.

1 畜禽粪肥的作用

畜禽粪肥是优质的有机肥料，粪肥中的氮磷钾是农作物生长所必需的营养物质，对作物养分的供给，土壤理化特性的改善，以及土壤综合肥力的提高有重要作用[14].畜禽粪肥替代化肥的潜力分析是土壤合理施用粪肥的重要依据.有研究指出，我国的种植土壤中氮元素含量较低，土壤中氮元素含量的提升，是增加土壤肥力的关键措施[15].而畜禽粪肥中富含大量氮元素，约占牲畜摄入氮素的75% ～95%[16-17]，此外，粪肥中还含有大量磷、钾元素能促进植物苗期根系的生长，提高植物抗逆性.因此，通过合理施用粪肥以使粪肥中的氮磷钾得到充分利用，可在一定程度上代替商业氮磷钾肥的投入[18-19].

有机肥替代部分化肥，提高肥料利用率是化肥减量增效的重要手段之一[20].研究发现，在施用同等用量氮磷钾肥的条件下，化肥减量配施有机肥能够显著提高早稻和晚稻产量[21].贾晴晴等研究有机肥替代化肥对水稻产量和氮肥利用率的影响研究也指出，施用有机肥作基肥替代化肥，能够提高水稻产量和氮肥利用率，还可起到改善土壤肥力、提升稻米品质的作用[22].马凡凡等研究表明，50%猪粪替代化肥施用于农田水稻后，不仅保证了水稻高产稳产，还能够有效降低稻季农田氮素地表径流流失量和流失率，且维持较低水平的磷素径流流失量和流失率[23].畜禽粪肥替代化肥施用于玉米和油菜中的研究也有类似结果，研究发现，部分有机肥替代化肥可以提高土壤微生物和酶活性，增加玉米和油菜产量[24-25].哈丽哈什·依巴提等[26]对粪肥施用于棉花的研究也指出，有机氮肥替代部分商业氮肥均促进了棉花对氮磷钾养分的吸收，提高了棉花产量.此外，商业氮肥减量配施一定量有机肥也能有效提高燕麦田土壤微生物群落功能多样性和燕麦产量[27].安思羽等[28]对我国果、菜、茶三大作物施用畜禽有机肥替代化肥研究表明，我国70%省份可以实现化肥减量施用目标，减少氮磷化肥造成的环境污染.由此可见，畜禽粪肥具有较大的化肥替代潜力，在自然和人工草地施用畜禽粪肥是减少化肥施用量，降低肥料成本的重要手段.

2 畜禽粪肥的应用

2.1 草地上畜禽粪肥的施用

粪肥中的氮肥替代潜力与施肥后氨挥发密切相关.Meunchang等的研究和Pagans等的结果均表明畜禽粪肥施于草地后，在自然降解的过程中，有一部分氮素以氨挥发的形式损耗，造成氮素的流失[29-30].降低粪肥施用后的氨排放、增加作物对营养物质的吸收对于提高粪肥的化肥替代潜力至关重要[31-32].而为了使粪肥的化肥替代价值达到最大化，合理计划施肥的地点、时间、施肥量和施肥技术是减少氨排放的有效手段.有关施用粪肥的区域选择研究较少，丹麦粪肥施用于人工草地的经验显示，有关在哪里施肥的问题多根据草地上磷和钾的需量因地而异，而每片土地或区域的磷钾需求将由土地用途、载畜率以及土壤养分状况决定.张震等[33]在内蒙古天然草地的研究指出在夏季强降雨过程中，过多的磷肥会随地表径流而淋失.什么时候施肥可最大化降低氮损失?Parkinson等[34]研究季节性气温对牛粪氨挥发的影响发现，6～9月平均气温较高导致氨挥发也较高，而平均气温较低的10～12月氨挥发率较低.因此，合理制定粪肥的施肥时间是降低氮损失的关键措施.Akinori和Masayuki[35]在日本草地的研究发现，晚秋施肥和夏季少施氮肥可以减少草地氮氧化物的排放.与草地夏季施用粪肥相比，春季施用能有效缓解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]研究建议，施用畜禽粪肥应选择在雨季前，以避免粪肥流失损耗.此外，丹麦和爱尔兰人工草地对粪肥的施用量经验显示，粪肥施用量的多少应根据作物的营养需求来定，不能多于农作物生长所需的量，以免造成营养过剩和作物病害；另外，不同作物对各养分的需求存在差异且作物不同生长周期对养分的需要也不同，各地区土壤的养分状况也有差异，农牧民应综合以上条件严格测算粪肥的施用量，制定合理的施肥方案，以满足作物最需要肥料的生长阶段获得充足的肥料，从而提高产量.

目前国内外施用畜禽粪肥的方法主要分为三大类，包括广式撒播技术[39-40]、条带播撒技术[40-41]和注入技术[39].广式撒播技术是机械在一定高度上将固态或液态粪肥均匀播撒到地表，操作简单，工作效率高，成本较低；但氮的损失较大，且气味散发严重，容易造成饲草和环境污染.条带播撒技术是机械的窄滑动脚座，以较小间隔将液态粪肥条带状置于土壤表层，而不是整个区域播撒，通过使粪肥条状沉积，减少饲草污染，与广式撒播技术相比，可减少50%-80%的氨流失[41]；但该技术只能应用于表层松弛的土壤，且也会造成空气污染.注入技术比前两种技术更进一步，有浅注和深注两种，深注技术应用较少，多采用浅注技术，最初的浅注技术只有一个圆盘，由于牵引力低较难将粪肥注入土壤，改进后的浅注技术含有双圆盘式灌注器(圆盘灌注器和加压灌注器)可较为容易的在土壤中切出一条狭缝，并用灌注器将液体粪肥注入封闭的土壤狭缝中，能最大限度降低氨排放和有害细菌对牧草的污染，减少臭气挥发[42]，相对于广式撒播技术而言能有效提高氮利用率，降低氮肥成本，Mattila等人[43]也发现粪肥注入法对减少氨排放有重要作用；但注入技术成本高，操作较复杂.

2.2 粪肥在草地上的应用现状

对于养分含量较低的草地而言，畜禽粪肥的施用能有效提高草地土壤养分和生物学特性.畜禽粪肥是草地生态系统的重要碳源，与施用化肥相比，粪肥施加有利于土壤碳储存，使高寒草地由碳汇变为碳源[44-45].Mazzetto等[47]在巴西草地的研究发现，牛粪施加增加了土壤氮含量，促进了草地牧草生长.Wachendorf等[48]研究显示畜禽粪肥中养分返还土壤系统后，土壤pH、电导率、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粪肥增加了土壤无机氮的输入并提高粪斑下及周围土壤肥力，形成“肥力岛”.马祥等[50]对高寒牧区燕麦的研究发现，畜禽粪肥能有效增加土壤有机质、全磷、全钾、速效磷和速效钾的含量，降低燕麦田土壤pH，有效提高燕麦产量.此外，草地上施用粪肥有利于提高土壤原生动物、细菌和食菌线虫的丰富度，有利于促进土壤养分的分解，提高土壤肥力[51].

草地粪肥施用的另一直接效益是增加牧草产量，提高草地生产力[52].闫逊等[53]在黑龙江寒冷干旱地区的研究指出，畜禽粪肥为草地作物提供了丰富的营养元素和微量元素，促进了紫花苜蓿的生长.陈文业等[54]对甘南高寒草甸退化草地粪肥施用的研究指出，粪肥施加提高了草甸草地的植物群落多样性和生产力.宋君祥等[55]对川西北退化草地的研究也有类似结果.Samuil在罗马尼亚山区的半天然草地的研究表明，粪肥在提高草地牧草产量的同时，提高了草地生物多样性保护和饲草的质量[56].王丽红在吉林人工草地的研究也表明，畜禽粪肥能有效提高草地牧草产量[57].方热军等[58]在人工草地施用鹅粪与化肥的研究指出，鹅粪施用能显著提高牧草产量和粗蛋白含量，并且提高效果高于化肥.

草地施粪肥的另一个意想不到的效果是降低了有害微量元素浓度，这些元素进入食物链会对人体健康造成伤害，而商业磷肥是农业土壤有害微量元素的重要来源.因此，草地上施用粪肥可以代替商肥以减少有害微量元素的富集.另一方面，草地粪肥施用还能增加有益微量元素，降低作物对重金属元素的吸收；减少土壤中的有害生物是草地粪肥施用的又一应用成效.Jaime等[59]的研究发现，紫花苜蓿施用畜禽粪肥后，土壤镁锌铁的浓度均有所增加.周影茹在湘西地区种植牧草黑麦草研究指出，施用发酵鸡粪比有机磷肥，能更有效改善土壤酸性和土壤酶活性，提高黑麦草鲜重，降低黑麦草对Pb和Cd的积累[60].Jeroen等[61]的研究指出，牛粪的施用减少了土壤中有害生物的增长.

3 存在的问题

虽然畜禽粪肥能有效改善草地生态系统土壤肥力，提高草地生产力，但草地应用中仍存在一些问题.郑海霞等[62]在内蒙古羊草草原的研究表明，长期施用畜禽粪肥不仅影响草原土壤颗粒状有机质含量，还导致其化学结构发生改变.Sultana等[10]的研究也表明，持续使用粪肥会降低作物产量，恶化土壤肥力.Nurit指出未经堆肥处理的粪肥降低了土壤结构稳定性，减少了入渗量，增加了地表径流，容易导致水土流失[38].其次，草地粪肥应用也会增加草地土壤有害微量元素的积累，王怡雯指出粪肥施用提高了剖面土壤中Cu、Zn、Cd的含量[63].另外，农民在畜禽养殖业中，为了促进畜禽生长，在饲料中添加了大量抗生素，而大部分抗生素在畜禽体内积累后通过排泄物排出，彭晶等[64]研究表明，土壤施加鸡粪后，四环素类抗性基因和大环内酯类抗性基因相对丰度均有所提高.Barrios等[65]研究也发现，粪肥的施加导致土壤中抗性基因和抗生素抗性基因提高.由于畜禽饲料中未被畜禽吸收利用的抗生素随粪便排出，若不经处理直接施于草地，容易导致草地污染，造成牧草产品质量下降.其次，丹麦草地粪肥施用经验指出，畜禽粪肥中含有大量的致病菌，对牧草施用粪肥会增加致病菌在畜群中传播，被粪肥污染的牧草可以通过动物在一个牧区甚至多个牧区之间传播病菌.此外，粪肥的长距离运输也可能会导致病原体传播到更远的地方.

丹麦及加拿大草地粪肥施用经验还表明，粪肥中的养分含量较低，因而需大量粪肥供给才能满足作物的养分需求，在面积广阔的草地应用时需要大量运输的重型设备，容易导致草地土壤板结和作物产量降低.当施用于直立生长的牧草时，播撒重量大的粪肥可能导致作物受损，肥料可能覆盖作物并使作物窒息，大部分有机氮可能以氨的形式流失.

4 展望

畜禽粪肥返还天然草地与人工草地是维持土壤养分平衡和植被生产力的重要途径之一，合理施用畜禽粪肥使粪肥的化肥替代价值达到最大化是草地上施用粪肥的关键问题.草地施用粪肥过程合理计划施用粪肥的时间、施肥区域、施肥量以及施肥技术的选择有助于增加草地的养分供应，但畜禽粪肥的草地应用依然存在一些问题.

未来研究需要重点关注:(1)畜禽粪肥单独施用与粪肥配施化肥的效益分析，以明确何种施肥配比对草地生产力提高的作用最大；(2)确定草地畜禽粪肥的施肥量，针对何种草地，施肥量多少较为合适，以使草地养分供给达到最大化而不影响牧草生产；(3)草地粪肥施用比较粗放，缺乏标准的技术手段，需研发草地上粪肥施用技术，在保证牧草质量不受影响的情况下，最大化粪肥中的氮置换价值；(4)畜禽粪肥返还对人工和自然草地生态系统养分生物地球化学循环的影响，以期为合理评估大尺度草地畜禽粪肥返还的应用成效提供参考；(5)有关畜禽粪肥返还草地在现代草牧业发挥的作用重视不足，该部分的有关研究较少.