长期施用规模化养殖场畜禽粪对茶园土壤性质的影响及其施用安全性分析-硕士论文

分类号： 密级： 洳专：j 、喏 硕士学位论文 单位代码：! Q 兰3 学号：2 0 8 1 4 0 8 6 中文题目：益塑旌围趣搓焦差殖垣查盒粪盘苤国攮 ：陛厦煎整堕区基旌团塞全：陛佥盘 英文题目：E 避lQ L Q 卫g ：缸也乜乜! i 垒兰i Q 塾Q S 盈! E a 【照 A n i m a lM a n u r eo nS o i lP r o p e r t i e so ft h eT e a G a r d e na n dS a f e t yA n a l y s i sf o rA g r i c u l t u r a l A p p l i c a t i o no ft h eM a n u r e _ 申请人姓名： 戴擅 指导教师： 童咽奎数援 专业名称：攘堂 研究方向： 直狃废左堑鲍佥堡到周 所在学院： 巫境复资塑堂瞳 一 论文评阅人1 ： 评阅人2 ： 评阅人3 ： 评阅人4 ： 评阅人5 ： 答辩委员会主席： 委员l ： 委员2 ： 委员3 ： 委员4 ： 委员5 ： 答辩日期： 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙逛太堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：季戈吨号 签字日期：J 口，f 年；月，够日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解浙婆太堂有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江太堂 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者张氨搜号 导师签名： 签字日期：) 口，年岁月1 9 日 签字日期： 刖户； 1、，1 年，彩付妙 浙江大学硕士学位论文致谢 致谢 本论文是在章明奎教授的悉心关怀和指导下完成的。从论文的选题、研究方 案制定、实验实施到论文撰写，导师都倾注了巨大的心血。导师孜孜不倦的敬业 精神、精益求精的工作作风、平易近人的待人态度，永远是我学习的楷模。在研 究生的学习、生活和工作中，导师给予的关怀、帮助和教诲使我终身受益，在论 文完成之际，向老师表示崇高的敬意和由衷的感谢。 感谢本实验室全体同学给予的热情帮助和支持。特别感谢李仪、王小云、张 慧敏、刘兆云、普锦成、王浩、郑顺安、黄超、刘丽君、杨东伟、付兴涛、张赫 斯等同学在实验、学习过程中给予的帮助。 最后特别感谢我的家人，感谢他们多年的默默奉献和全力的支持，在生活中 给予的帮助和支持。你们的无私关爱我将铭记在心。 戴婷 2 0 1 1 年1 月1 4 日 浙江大学硕士学位论文 摘要 摘要 近3 0 多年来，我国畜禽养殖业发展迅速，产生了大量的畜禽排泄物。土地 处置是目前畜禽粪的最佳途径之一。畜禽粪是我国茶园培肥的传统肥料，也是我 国目前无公害茶园、有机茶生产所推荐的有机肥料。但由于含添加剂饲料的广泛 应用，规模化养殖场产生的畜禽粪的化学组成已不同于传统养殖场的畜禽粪，通 常含量高量的铜、锌、可溶性盐和可溶性有机物质。长期施用是否会导致土壤中 重金属的积累、影响农产品安全，施入农田后，其中的污染物是否会流失影响水 环境，都需要深入研究。茶园土壤酸性较强，重金属污染的风险比一般土壤大， 近年来对茶叶重金属污染的安全问题已引起关注。因此，长期施用含有高量铜、 锌等重金属和可溶性有机物质的畜禽粪对茶园土壤中重金属活性的影响是人们 所关心的。为此，本文以浙江省杭州市西湖区茶园土壤为研究对象，模拟长年施 用规模化养殖场猪粪后，土壤肥力和重金属积累及生物有效性变化。试验结果表 明： 1 、施用猪粪能提高土壤的p H 值，增幅随猪粪施用量的增加而增加，说明 施肥对防止茶园土壤酸化有积极的作用；随着培养时间延长，土壤p H 值有所下 降，降低幅度随猪粪施用量增加而增加，但施用猪粪处理的土壤p H 值始终高于 不施肥土壤。 2 、施用猪粪后土壤电导率、有机质、碱解氮、速效磷、有效钾、有效钙、 有效镁含量都显著提高，并随猪粪施用量的增加而增加。随着培养时间的延长， 除土壤有机质外，其他养分都比培养3 0d 时有明显提高，这说明施入猪粪对提 高土壤有效养分的作用随时间逐渐增强。 3 、在土壤中施入含有高量C u 和z n 的猪粪后，土壤中各形态C u 和Z n 含量 均增加，各形态C u 和z n 所占比例由高至低依次为：可还原态 弱酸态 残渣态 可氧化态。 4 、施入猪粪和茶树修剪物均能降低土壤中有效态P b 和C d 含量，降幅随猪 粪和茶树修剪物施用量的增加而增加，以猪粪效果更明显；随着培养时间的延长， 土壤有效态P b 含量也呈不断减少，但有效态C d 含量先呈降低而后又有增加， 但有机物料处理的土壤有效P b 和C d 含量始终低于空白处理。 I I l 浙江大学硕士学位论文 A b s t r a c t A b s t r a c t W i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fl a r g e - s c a l ef a r mi n d u s t r yi nC h i n ai nt h ep a s t3 0 y e a r s ，l a r g ea m o u n t so fa n i m a lm a n u r ew e r eg e n e r a t e d L a n dt r e a t m e n ti sc u r r e n t l y o n eo ft h eb e s tw a y st or e s o l v et h ep r o b l e m sb r o u g h tb yi t A n i m a lm a n R r ei sa t r a d i t i o n a lo r g a n i cf e r t i l i z e rf o rt e ap r o d u c t i o na n dn o wi ti sr e c o m m e n d e dt ob e a p p l i e dt on o n - p o l l u t i o na n do r g a n i ct e ag a r d e n s H o w e v e r , 弱t h ew i d e l yu s eo ff e e d a d d i c t i v e ，t h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o n so ft h ea n i m a lm a n u r ef r o ml a r g e s c a l ef a r m s h a v eb e e nc h a n g e d G e n e r a l l y ，t h em a n u r ep r o d u c r e df r o ml a r g e - s c a l ef a r mi n d u s t r y c o n t a i n sh i g hc o n c e n t r a t i o n so fc o p p e r , z i n c ，s o l u b l es a l t sa n ds o l u b l eo r g a n i cm a t t e r F o rs a f e t yo fa g r i c u l t u r a lf o o da n dp r e s e r v a t i o no fe n v i r o n m e n t s ，f u r t h e rs t u d i e sa r e n e e d e dt or e v e a lt h e e f f e c to fl o n g - t e r ma n i m a lm a n u r ea p p l i c a t i o no nt h e a c c u m u l a t i o no fh e a v ym e t a l si nt e ag a r d e ns o i la n dt e ap l a n t s I na d d i t i o n , t h er i s ko f h e a v ym e t a la c c u m u l a t i o ni nt e ag a r d e ns o i li sg r e a t e rt h a no t h e rs o i l s ，b e c a m eo fi t s l o wp H I ti sc o n c e r n e dw h e t h e rt h ea c t i v i t yo fh e a v ym e t a l sw i l lb ei n c r e a S e do r d e c r e a s e da f t e rl o n g - t e r ma n i m a lm a n u r ea p p l i c a t i o n T h i se x p e r i m e n tc h o s et w oo ft e ag a r d e ns o i l si nH a n g z h o uc i t y , Z h e j i a n g p r o v i n c et os t u d ye f f e c t so fl o n g t e r ma p p l i c a t i o no fp i gm a n u r eo nf e r t i l i t yi n d e x ， h e a v ym e t a l sa c c u m u l a t i o na n dt h e i rb i o a v a i l a b i l i t yi nt h et e ag a r d e ns o i l s T h em a i n c o n c l u s i o n sa r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： ( 1 ) A p p l i c a t i o no fp i gm a n u r ec a ni n c r e a s e ds o i lp Hv a l u e ，a n dt h ep Hv a l u eo f t h ei n c u b a t e ds o i l si n c r e a s e d 、杭廿1a p p l i c a t i o nr a t e so ft h em a n u r e n l ep Hv a l u eo f t h es o i l sd e c r e a s e d 、航mi n c r e a S i n gi n c u b a t i o nt i m e H o w e v e r , t h ep Hv a l u eo ft h es o i l i n c y b a t e d 、i t l lp i gm a n u r ew a sa l w a y sh i g h e rt h a nt h e i rc o n t r o ls o i l ( 2 ) A p p l i c a t i o no fp i gm a n u r ea l s oi n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l ys o i ln u t r i e n t s ，s u c ha S o r g a n i cm a t t e r , a l k a l i - h y d r on i t r o g e n , a v a i l a b l eP ，KC aa n dM g T h ei n c r e a s e si ns o i l n u t r i e n t si n c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n ga p p l i c a t i o nr a t eo fp i gm a n u r e ，n l ec o n c e n t r a t i o n s o fa v a i l a b l en u t r i e n t si ns o i li n6 0 t hdw e r em o r et h a nt h o s ei n3 0 t hd ，w h i c hi n d i c a t e d t h a tl e v e l so fa v a i l a b l en u t r i e n t si nt h es o i l si n c u b a t e d 、析t 1 1p i gm a n u r ei n c r e a S e dw i t l l t i m e I V 浙江大学硕士学位论文 A b s t r a c t ( 3 ) A p p l i c a t i o no fp i gm a n u r e 晰廿11 l i g hc o n c e n t r a t i o n so fc o p p e ra n dh i I 曲一z i n c i n c r e a s e dc o n t e n to fa l ld i f f e r e n tf o r m so fC ua n dZ ni ns o i l s ，a n dt h ep r o p o r t i o no f d i f f e r e n tf o r m so ft h em e t a l si nt h es o i l sd e c r e a s e di nt h es e q u e n c eo fr e d u c i b l e a c i d e x t r a c t a b l e o x i d i z a b l e r e s i d u a l ( 4 ) A p p l i c a t i o no fp i gm a n u r eo rt e a - l e a fc o u l dd e c r e a s ea v a i l a b l eP ba n dC di n t h es o i l s ，a n dt h ee f f e c t si n c r e a s e d 、) ，i t l li n c r e a s i n ga p p l i c a t i o nr a t eo fp i gm a n u r eo r l e a l e a f F o rs o i l si n c u b a t e dw i t hp i gm a n u r ea n dt e a - l e a f , a v a i l a b l eP br e d u c e da n d a v a i l a b l eC di n c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n gi n c u b a t i o nt i m e H o w e v e r , a v a i l a b l eP ba n dC d i nt h es o i l si n c u b a t e dw i t l lo r g a n i cm a t e r i a l sw e r ea l w a y sl o w e rt h a nt h e i rc o n t r o l s o i l s ( 5 ) T h es a f e t ya p p l i c a t i o no f a n i m a lm a n u r ei nt e ap r o d u c t i o nW a sa l s od i s c u s s e d i nt h ep a p e r B a s e do nc o n c e n t r a t i o n so fh e a v ym e t a l si na n i m a lm a n u r ec o l l e c t e d f r o mZ h e j i a n gp r o v i n c e t h es a f e t ya m o u n t so fa n i m a lm a n u r ew e r ec a l c u l a t e d 1 1 1 e s u g g e s t e da n n u a la p p l i c a t i o nr a t eo fa n i m a lm a n u r ef o rt e ap r o d u c t i o nW a s3 0 6k g h a , 2 5 8 7k g h a , a n d4 5 4 0 4k g h ap e ry e a r , r e s p e c t i v e l y , f o ra n i m a lm a n u r ew i t hh i g h , m i d d l e ，a n dl o wc n c e n t r a t i o n so fh e a v ym e t a l s K e yw o r d s ：a n i m a lm a n u r e ，h e a v ym e n t a l ，t e ag a r d e n , n u t r i e mc o n t e n t s ，c h a n g e so f c h e m i c a l ，a v a i l a b i l i t y , s a f e t ya p p l i c a t i o n V 浙江大学硕士学位论文 目录 目录 刭t 谢I 目录V l 第1 章相关研究的概况与进展1 1 1 我国畜禽养殖业发展概况及畜禽粪便资源1 1 2 规模化养殖场畜禽粪便对土壤质量的影响2 1 2 1 畜禽粪便等有机肥对土壤肥力的影响2 1 2 2 施用畜禽粪便对土壤等环境的污染6 1 3 施用畜禽粪对茶园土壤和茶叶品质的影响。1 0 1 3 1 茶叶生长对土壤的要求。1 l 1 3 2 施用畜禽粪等有机肥对茶园土壤性质的影响1 1 1 3 3 施用畜禽类等有机肥对茶叶品质的影响1 2 1 4 开展本研究的目的意义。13 第2 章施用猪粪对不同茶园土壤肥力的影响1 4 2 1 引言14 2 2 材料和方法。1 6 2 2 1 供试土壤16 2 2 2 试验设计及培养方案。1 6 2 2 3 土壤样品分析方法1 7 2 2 4 数据表达及统计分析。1 7 2 3 结果与分析1 7 2 3 1 施用猪粪对土壤p H 影响1 7 2 3 2 施用猪粪对土壤电导率的影响1 8 2 3 3 施用猪粪对土壤有机质的影响一1 8 2 3 4 施用猪粪对土壤碱解氮含量的影响1 9 2 3 5 施用猪粪对土壤速效磷的影响。2 0 2 3 6 施用猪粪对土壤有效钾的影响2 0 2 3 7 施用猪粪对土壤有效钙的影响2 1 V l 3 3 2 施入不同猪粪量及锌积累后对土壤锌形态的影响2 9 3 4 小结31 第4 章猪粪与茶树修剪物对土壤中铅镉有效性的影响3 2 4 1 引言3 2 4 2 材料和方法3 3 4 2 。l 供试土壤3 3 4 2 2 试验设计及培养方案3 3 4 2 3 土壤样品分析方法，3 4 4 2 4 数据表达及统计分析3 4 4 3 结果与分析。3 5 4 3 1 猪粪与茶树修剪物对土壤中有效铅的影响。3 5 4 3 2 猪粪与茶树修剪物对土壤中有效镉的影响。3 6 4 4 小结3 8 第5 章茶园长期施用规模化养殖场畜禽粪的安全性评价3 9 5 1 引言。3 9 5 2 茶园土壤重金属积累估算方法4 0 5 2 1 茶园生态系统中重金属的输入与输出途径及影响因素4 0 V I I V I I I 浙江大学硕士学位论文 第1 章 第1 章相关研究的概况与进展 1 1 我国畜禽养殖业发展概况及畜禽粪便资源 我国是世界上最早开展畜禽养殖的国家之一从上世纪8 0 年代至今，我国 的畜禽养殖业由过去的小规模、分散经营、主要分布在农区转变为现在的大规模、 集中经营、向城市郊区发展。这一生产方式的改变，极大的促进我国畜牧业生产 发展，创造了连续2 0 年持续增长的奇迹，年均增幅近1 0 【l 】。 1 9 8 6 年我国的禽蛋产量首次超过美国；1 9 9 1 年肉类产量首次超过美国，以 后连续几年保持世界第一圆；2 0 0 2 年，我国人均占有肉、蛋、奶分别达到了4 9 6 3 埏、1 8 3 蚝和8 8k g ，肉类人均占有量超过世界平均水平，蛋类人均占有量达到 发达国家水平；2 0 0 3 年调查结果表明，我国已有1 0 0 0 头以上的猪场、1 0 0 头以 上的牛场和l o 万只以上的鸡场共1 4 8 0 0 个【3 】；2 0 0 8 年的畜禽存栏数中，大牲畜 为1 2 2 5 0 7 万头，猪为4 6 2 9 1 3 万头，羊为2 8 0 8 4 9 万只，家禽为5 2 8 0 0 0 万只， 兔为2 1 8 3 5 1 万只；同年，肉类产量达到7 2 7 8 7 万t ，其中猪肉产量4 6 2 0 5 万t ， 奶类3 7 8 1 5 万t ，禽蛋2 7 0 2 2 万t 嘲；预计2 0 1 0 年以后畜牧业的产值仍将以每年 8 左右的速度增长【5 1 。畜牧业已成为我国农业经济中最为活跃的增长点和主要 的支柱产业。 但是随着规模化养殖的迅速发展，巨大的畜禽养殖带来了巨量的畜禽粪便， 畜禽粪便带来的环境污染也越来越严重。畜禽粪便中公认的污染物质主要包括细 菌、病毒、微生物和N 、P 、K 及重金属等【6 】。这些物质在畜禽粪便的收集、贮存、 运输、土地利用期间都有可能污染环境，进入水体则易形成面源污染。目前，许 多地区的畜禽粪便年产量已经远远大于工业废弃物的排放量，成为许多重要水源 地和江、河、湖富营养化的主要原因。 据统计，2 0 0 3 年我国畜禽养殖业共产生3 1 9 0 亿t 粪便，是当年工业产生固 体废弃物产生的3 2 倍，其中规模化、集约化养殖场畜禽粪便产生量达1 7 3 0 亿 t ，是当年工业产生固体废弃物的2 7 倍【7 ，引。有人预计2 0 1 0 年的畜禽粪便产生量 达到4 5 亿t 【9 】。全国畜禽粪便N 、P 流失总量分别为化肥N 、P 流失总量的1 2 倍和1 3 倍【1 0 1 ，已成为- 9 工业废水、生活污水相并列的三大污染源之一【1 1 】。畜禽 粪中各种污染成分的年产生量氮约为1 5 9 7 万t 、磷约为3 6 3 万t 、C O D 约为6 4 0 0 浙江大学硕士学位论文第1 章 万t ，已经接近工业废水( p ( C O D ) 1 0 1 2 年积温4 5 0 0 以上，年降雨 量1 0 0 0m i l l 以上且5 8 月月降雨量在1 0 0r e a l 以上，年相对湿度8 0 以上。 茶树是喜酸嫌钙作物，因此茶园土壤呈酸性或者弱酸性，适宜的土壤p H 值 为4 5 6 5 。优良茶园土壤的肥力水平高，土层深厚，土体疏松，构造良好，土 壤水、气协调，土温稳定。土层厚度应在1m 以上；土壤质地砂粘适中，多为砂 壤土；上土层具团粒或核粒状结构，疏松通气透水，下土层具核块状、块状或柱 状结构，较紧实保水保肥，土体中没有隔层、不积水；0 2 0c m 土层容重1 0 1 2 c I n 3 ，固、液、气三相比为4 5 ： 3 0 ：2 0 ，总孔隙度5 5 ；5 0e m 土层内 无硬盘、砂礓等滞水层。土层湿度常稳定在田问持水量的8 0 9 0 8 4 1 。 浙江大学硕士学位论文第1 章 1 3 2 施用畜禽粪等有机肥对茶园土壤性质的影响 茶树是常绿作物，其生长所必需的养分有碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、 硫、铁、铜、锌等，其中除碳、氢、氧三者主要来自大气中c 0 2 和H 2 0 外，其 它的养分则主要由土壤供应。由于茶叶一年采收多次而大量消耗养分，因此土壤 中所存在的养分无法完全满足茶树生长的需要，所以必需通过施用化肥或有机肥 料来3 1 、充。施用有机肥可提供成分完全、比例协调的养分，促进土壤微生物生长， 刺激茶树吸收；增加土壤代换量，提高茶园保肥能力；减少养分固定，提高养分 有效性；加速土壤团聚物形成，改善土壤物理性质。因此，施肥在茶叶生产中具 有十分重要的作用。 据联合国粮农组织对世界主要产茶国中国、印度、斯里兰卡和肯尼亚四国的 调查表明，在1 9 7 0 1 9 9 2 年间，肥料投入对茶叶增产的贡献率高达4 1 ，超过 土地( 2 5 ) 和劳动力( 8 ) 的贡献率【8 5 J 。增施有机肥成为各产茶国在茶叶生 产中为保持茶叶产量稳定而普遍采用的措施。在茶园中施用精制有机肥后，土壤 肥力得到提高，茶树营养状况得到改善，增强了茶树机体的抗病虫害的能力，使 茶树病虫害得以减少【嘲。据印度和斯里兰卡报道，长期施用单一有机肥的茶园 比一般常规施用化肥的茶园减产1 0 4 0 【8 6 1 。徐华勤等对湖南茶园施用有机肥 后发现，土壤中全氮、碱解氮、全磷、全钾分别增加了3 7 4 、3 3 3 1 、1 1 4 8 和1 9 4 4 【8 7 1 。唐劲驰等( 2 0 0 6 年) 研究发现，与单施尿素相比，施用牛粪后茶 树发芽密度和产量增产5 1 7 7 6 6 ，施用蚕粪增产6 4 4 1 1 5 2 【8 引。 在正常的施肥水平下，有机肥的施用不但不会造成有机酸的局部积累，反而 由于提高了土壤有机质含量，盐基饱和度增加而使土壤p H 值增高。茶园土壤酸 化严重，p H 4 5 的茶园占6 2 3 ，并有逐渐加剧的趋势。据1 9 9 8 1 9 9 9 年对江、 浙、皖三省茶园土壤的调查表明，p H 值低于4 0 的严重酸化茶园占4 4 ，而1 0 年前仅为1 2 7 【聊。因此可以认为，施用有机肥料在缓解茶园土壤酸化上是有一 定作用的有机肥料的施用对于增加茶园土壤有机质效果是比较明显的。 1 3 3 施用畜禽粪等有机肥对茶叶品质的影响 茶叶品质是多种成分综合影响形成的，茶多酚、氨基酸、咖啡碱含量、水浸 出物以及酚氨比是衡量茶叶品质好坏的重要指标。这些成份的含量受茶树品种、 土壤养分含量、肥料用量和施肥方式以及加工工艺等因素的影响。祝金虹( 2 0 0 5 1 2 淅江大学硕士学位论文 第1 章 年) 试验结果表明，茶树施用有机肥，能明显增加茶叶的产量，与不施肥相比， 施用有机肥后夏茶增加3 6 9 ，秋茶增加4 5 6 【刚。 同时，在茶园中施用有机肥能显著改善茶树生产性状，促进茶芽生长，提高 芽头密度和新梢芽生长的整齐度，提高茶叶的百芽鲜重、干重，增加茶叶产量， 增产幅度在4 0 1 一1 5 2 ，促进茶叶提前采收，提高茶叶中水浸出物及咖啡碱 含量，提高茶叶品质，还能增强茶树生长的后劲，促进光合作用，提高茶叶产量 9 1 1 。唐劲驰等( 2 0 0 6 年) 对广东省农科院茶叶研究所英德基地茶园土壤研究发 现，覆盖有机肥区能明显增强释放结合态醇系香气的主要酶类B ，葡萄糖苷酶的 活性，从而提高茶叶的香气【8 羽。涂良剑等( 2 0 0 6 年) 研究施用有机肥对乌龙茶 产量和品质的影响发现，与不施肥相比较，施用有机肥后茶叶的品质生化成分和 经济性状都较好的表现9 2 1 。祝金虹( 2 0 0 5 年) 试验发现，施有机肥能促进茶芽 的萌发，其中夏茶芽长、芽头密度和百芽重分别增加1 6 6 、4 7 3 和1 5 8 0 ， 秋茶增加1 7 1 、1 0 5 8 和1 3 6 4 。叶片颜色比施用纯化肥的叶片颜色更油绿 0 0 1 。董尚胜等( 2 0 0 0 年) 研究表明，茶园遮荫及有机肥处理后，夏茶中芳樟醇、 香叶醇等游离香气量的增加较为明显，有利于提高夏茶香气品质【9 3 1 。宋同清、 肖润林等( 2 0 0 6 年) 运用稻草覆盖、间种三叶草、遮阳网覆盖等生态调控技术， 对改良茶园土壤理化性状、改善茶叶品质有明显效果 9 4 1 。 综上所述，施用有机肥料对于增加低产茶园土壤有机质，更新高产茶园土壤 腐殖质，维持土壤养分平衡有着重要作用。同时，施用有机肥料改善绿茶品质。 结合本地茶树需肥特点、茶园土壤状况、气候环境等因素确定有机肥的搭配及施 用量。选用肥源供应充足、运输近便、养分均衡、质量较好的有机肥，是保证茶 叶产量和品质的关键因素。 1 4 开展本研究的目的意义 我国近3 0 多年来畜禽养殖业发展迅速，产生了大量的畜禽排泄物，土地处 置是目前畜禽粪的最佳途径之一畜禽有机肥是我国茶园培肥的传统肥料，也是 我国目前无公害茶园、有机茶生产所推荐的有机肥料。有机肥料养分全面，培肥 效果好，同时也能改善土壤的物理性质。规模化养殖场产生的畜禽粪的化学组成 已不同于传统养殖场的畜禽粪。由于含添加剂的饲料广泛应用，规模化养殖场产 生的畜禽粪常含高量的磷、铜和锌等其它重金属元素，含有较高的可溶性盐和可 浙江大学硕士学位论文第1 章 溶性有机物质。长期施用是否会导致土壤中重金属的积累，影响农产品安全，施 入农田后，其中的污染物是否会流失影响水环境，需要深入研究。近年来对农田 施用粪肥的影响已有一些报道，初步结论是：长期施用会导致土壤重金属的积累； 但在茶园中的这些方面报道很少。茶园土壤酸性较强( 不同于一般的农田) ，重 金属积累的风险更大；另外，近年来对茶叶重金属污染的安全问题已引起关注， 施用含有大量可溶性有机物质的畜禽粪便是否会增加或抑制茶园土壤中重金属 的活性，也是人们所关心的。基于以上情况，本文以浙江省杭州市西湖区茶园土 壤为研究对象，模拟长年施用规模化养殖场猪粪后，拟解决以下问题： ( 1 ) 施用规模化养殖场粪肥对提高茶园土壤供肥性、改善肥力性状的作用； ( 2 ) 畜禽粪引入的铜和锌等重金属的生物有效性； ( 3 ) 施用畜禽粪肥对茶园土壤中重金属铅和镉有效性影响； ( 4 ) 茶园长期施用畜禽粪肥的可行性研究。 研究结果对理解规模化畜禽粪施用后茶园土壤养分和重金属积累规律，对合 理利用畜禽粪便，减少茶园生态风险有一定的现实意义。 1 4 浙江大学硕士学位论文 第2 章 第2 章施用猪粪对不同茶园土壤肥力的影响 2 1 引言 在我国茶树是一种重要的经济植物。由于自然条件适宜，种茶经济收益较高， 茶叶生产发展较快，对改变山区农村经济面貌起到积极的作用。茶园土壤多为红 黄壤，本身有机质含量低，而我国茶园土壤有机质平均含量仅为1 8 7 ，其中低 于1 0 f f f f 土壤占2 1 3 ，严重制约了茶叶生产的发展【8 9 1 。随着茶树树龄的增大， 茶园土壤质量逐步恶化，质地黏重，透气性差，保水保肥性能低，因此如何有效 改善土壤养分状况，实现茶叶安全高效生产和可持续发展，成为普遍关注的问题。 茶叶产量和品质- 9 土壤p H 、有机质以及N 、P 、K 、C a 、M g 等含量有明显 的关系【8 9 】。优质高产茶园要求土壤有机质含量在2 O 以上，土壤p H 在4 5 5 5 之间，全N 、速效N 、速效P 、有效K 含量分别在0 1 0 、1 0 0m g k g 、2 0m g k g 和1 0 0m g k g 以上等【9 5 母7 】。土壤p H 对茶树生长影响很大，对茶树吸收土壤营养 元素的难易有明显作用，大多数必需的营养元素的有效性与土壤p n 值有关。土 壤有机质的含量与茶生产力有密切关系，高产茶园土壤有机质的含量高达 2 8 6 ，而中、低产茶分别为2 1 2 和1 1 8 8 9 1 。磷是茶叶中蛋白质的成分，在 脂肪和碳水化合物代谢、呼吸、光合和许多其他代谢过程中都极为重要，能促进 淀粉和叶绿素的合成，促进茶树根的生育和养分吸收 7 4 1 。钾在茶树代谢中起调 节作用，是合成碳水化合物和含氮化合物所必需的成分，能促进茶树根的发育， 促进同化作用，调节蒸腾作用，增强茶树对冻害、病虫害等的抵抗力【9 8 】，还能 提高茶叶的多酚类物质、红茶发酵过程中多酚化合物的衍生物、茶红素和茶黄素 的含量，对改善红茶品质起到良好的效果陋l 。茶树生长对钙的需要量较高但 土壤钙含量过高会降低茶树对铝和锰的吸收，同时土壤中有效态钙含量增加会降 低茶叶中茶多酚、咖啡碱，水浸出物的含量，从而在一定程度上降低茶叶品质。 镁是茶树必需的矿质营养元素，作为叶绿素的组分和辅助酶的活动，参与茶树的 代谢，对促进茶树生长、提高茶叶产量、改善茶叶品质有着重要的作用，当土壤 有效镁降为3 4m g k g 时，茶树将逐步出现镁的缺素症【l 0 0 1 。 许多研究表明，施用有机肥是增加土壤养分含量，提高茶叶产量，改善茶叶 品质的有效途径。但在我国，许多茶区施用有机肥的水平相当低，除国营农场施 浙江大学硕士学位论文第2 章 用部分饼肥外，许多茶园只是在耕锄中翻埋一些杂草来补充土壤有机质，6 0 9 0 0 养分来自化学肥料，有的茶区几乎不施有机肥。基于此种现状，本文从土 壤几个肥力指标变化的角度，模拟研究茶园在施用不同猪粪量情况下土壤肥力演 变规律，对茶园施用猪粪可行性提供数据，为茶园生态系统的土壤健康评价模式 提供理论参考。 2 2 材料和方法 2 2 1 供试土壤 供试土壤均为茶园表层土壤，分别采自浙江省杭州市虎跑路边的低丘茶园 ( 黄泥砂土) 和梅家坞的低丘茶园( 黄筋泥) ，采样深度为0 2 0c m 。采集的土 样经自然风干、研磨后过2I T I I T I 筛作培养土壤。猪粪采自浙江大学华家池校区养 猪场，采集样品自然风干、粉碎、过2i n r n 筛。土样和猪粪的基本理化性质见表 2 - 1 。 表2 1 供试土壤和猪粪基本理化性质 T a b l e2 - 1S o m ep h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e so ft e s t e ds o i la n ds w i n em a n u r e 2 2 2 试验设计及培养方案 1 、试验设计 猪粪加入量为3 个水平，分别为O ( 不施) 、1 和3 ( 为了模拟长期施用 的效果，猪粪用量高于常规) 。其中A 0 ：黄泥沙土+ 猪粪0 ；A I ：黄泥沙土+ 猪粪 1 ；A 2 ：黄泥沙土+ 猪粪3 ；B 0 ：黄筋泥+ 猪粪0 ；B 1 ：黄筋泥+ 猪粪1 ； 1 6 浙江大学硕士学位论文第2 章 B 2 ：黄筋泥+ 猪粪3 。每个处理重复3 次。 2 、培养方法 称取相当于1 0k g 烘干土的风干土样置于系列塑料小盆中( 直径1 8c m 、高 7c m ) ，按试验设计加入猪粪，充分混匀，置于恒温培养箱中连续培养6 0d ，定 期补水使土壤含水量维持在田间最大持水量的7 5 左右，在3 0d 和6 0d 采样分 析各种指标。 2 2 3 土壤样品分析方法 供试土壤基本理化性状采用常规分析方法测定。土壤p H 采用酸度计测定 ( 土：水比为1 ：2 ) ；电导率采用电导率仪测定( 土：水比为1 ：2 ) ；有机质含量采 用重铬酸钾氧化法测定；碱解氮采用碱解扩散硼酸吸收法；速效磷采用0 5m o l L 碳酸氢钠浸提钼锑抗比色法；有效钾采用冷的2m o l L 硝酸溶液浸提火焰光度 法；有效钙、有效镁采用1m o l L 乙酸铵浸提原子吸收分光光度法【1 0 1 1 。 2 2 4 数据表达及统计分析 实验数据采用M i c r o s o f tE x c e l2 0 0 3 处理，方差分析采用软件D P S V3 0 1 实现。 2 3 结果与分析 2 3 1 施用猪粪对土壤p H 影响 冀0f 3 0 d 6 0 d 母圈 7 5 7 O 6 5 置6 O 厶5 5 5 O 4 5 4 0 图2 - 1 猪粪施用量对土壤p H 的影响 F i g2 - 1E f f e c to fs w i n em a n u r ea p p l i c a t i o na m o u n to np H 1 7 ( 施肥量) 浙江大学硕士学位论文第2 章 图2 1 为猪粪施用后土壤p H 值的变化情况。与对照相比，施用猪粪后土壤 p H 值上升，且随着施肥量的增加而增加，各施肥量之间达到极显著差异水平 ( P 1 ) 。培养3 0d 时，当施肥量从1 增加到3 ，黄泥沙土p H 值增加了0 1 6 个单位，黄筋泥增加了0 2 3 个单位。这主要是因为猪粪本身呈碱性，p H 比土壤 高得多，施入土壤后可使土壤p H 值升高。在同一施肥量水平下，黄泥沙土p H 值在培养时间为3 0d 和6 0d 时的p H 值均高于黄筋泥，这与黄泥沙土本身比黄 筋泥的p H 值高有关。随着培养时间延长，土壤p H 值下降，且下降幅度随着施 肥量的增加而增加，当施肥量从1 增加到3 时，黄泥沙土p H 值下降幅度由 0 1 9 个单位增加到0 2 7 个单位，黄筋泥p H 值下降幅度由0 3 5 个单位增加到0 7 1 个单位。综合原因分析，这是由于猪粪中含有大量的有机质，随着时间的推移， 有机质逐渐降解，由于有机质在降解过程中产生了低分子有机物质，其官能团会 分离出旷，而导致土壤p H 降低。 2 3 2 施用猪粪对土壤电导率的影响 2 0 0 0 量 备1 5 0 0 爵1 0 0 0 磐 5 0 0 O 施肥量) 图2 2 猪粪施用量对土壤电导率的影响 F i g2 - 2E f f e c to fs w i n em a n u r ea p p l i c a t i o na m o u n to nE C 从图2 2 可以看出，与对照相比，施入猪粪后土壤电导率明显增加，且随施 用量增加而增加，在培养3 0d 时，当施肥量从1 增加到3 时，黄泥沙土电导 率提高了2 4 7 7 ，黄筋泥提高了2 1 4 7 。这主要是因为猪粪中含有大量的c a 寸、 M 9 2 + 、C 0 3 2 + 等离子，施入土壤后增加了土壤中含盐量，提高了土壤的电导率。 两种土壤相比较，在同一施肥水平情况下，黄泥沙土电导率均高于黄筋泥，这可 能是因为黄泥沙土本身电导率较高有关。随着培养时间的增加，土壤中的电导率 也在不断提高，这可能是因为猪粪进一步矿化，释放出更多的离子，提高了土壤 的电导率。 1 8 第2 章 ( 施肥量) 图2 3 猪粪施用量对土壤有机质的影响 F i g2 - 3E f f e c to fs w i n em a n u r e a m o u n ta p p l i c a t i o no no r g a n i cm a t t e r 从图2 3 可以看出，施用猪粪对提高两种土壤有机质含量效果显著，且随着 猪粪施用量的增加而增加。培养3 0d 时，当施肥量从l 增加到3 时，黄泥沙 土的有机质含量增加了1 4 8 1 ，黄筋泥增加了1 3 4 3 。这是因为猪粪中含有大 量的有机物质，施入土壤后经土壤微生物分解成为土壤有机碳，说明有机肥可以 明显促进土壤有机质积累，提高土壤有机质含量。两种土壤比较发现，在同一施 肥量的情况下，黄泥沙土在3 0d 和6 0d 测定的有机质含量均低于黄筋泥，这与 黄筋泥本身有机质含量较高有关。随着培养时间的延长，土壤中有机质含量降低， 经方差分析后，在