（植物营养学专业论文）畜禽粪便施用最大量磷素指标的确定.pdf

王成红畜禽粪便施用最大量磷素指标的确定! 畜禽粪便施用最大量磷素指标的确定 摘要 近年来，我国畜禽养殖业迅速发展，取得了举世瞩目的成就。但在畜禽养殖 业的发展过程中忽视了畜禽粪污的管理问题，大量的畜禽粪污没有得到合理的处 理与综合利用，使畜禽粪便粪污对环境造成了严重的污染。畜禽粪便污染是困扰 许多大中城市乃至全国农业可持续发展的一个重要因素，目前畜禽粪便年生产量 已经大于工业废弃物的排放量，成为我国农村面源污染的主要来源。在畜禽粪便 的农田施用中，使用氮为基础的测土配方施肥方法可能使土壤中的磷过量累积而 造成环境影响。 论文阐述了我国畜禽养殖业发展概况与特点、畜禽粪便产生隋况及其养分含 量；综述了我国畜禽养殖业废弃物对水体、土壤与大气的污染，废弃物对农田的 占用和污染等主要危害；还介绍了土壤中磷素的形态与转化、固定与释放，土壤 中磷素在环境中的迁移，土壤磷素流失潜力的评价指标，国内外对磷素流失机理 的研究动态。论文的试验研究包括：( 1 ) 论文采用红壤、黄棕壤和黄潮土3 种不 同类型的土壤为材料，分别施用相当于土壤重量的0 、3 0 、4 0 、6 0 、9 0 、1 3 0 、1 8 0 、 2 4 0 和3 1 0m g k gp 的鸡粪、牛粪、猪粪，经过干湿交替培养后，测定土壤速效磷 ( o l s e n p ) 、土壤全磷和土壤c a c l 2 一p 含量，根据土壤c a c l 2 p 与土壤速效磷 ( o l s e n p ) 含量的关系寻找土壤磷素淋溶的“突变点”( c h a n g e p o i n t ) ，探讨不 同土壤上有机肥安全施用的最大临界指标。( 2 ) 采用土柱模拟培养的方法，按照 与试验( 1 ) 相同的土粪比例进行混合培养，风干后测定0 5 、5 1 0 、1 0 2 0 c m 土层 土壤的o l s e n p 和土壤全磷，研究有机肥施用对磷素在土壤中的迁移状况。( 3 ) 在 土柱培养过程中，分期采样测定渗漏液中的全磷含量，研究有机肥施用对土壤磷 素渗漏量的影响。( 4 ) 进行盆栽试验，研究种植植物在减轻有机肥渗漏方面的作 用效果。在3 种土壤中分别施入1 3 0 、1 8 0 、2 4 0 和3 1 0m g k gp ，种植天鹅绒竹芋和 竹柏植物，以施用1 3 0 m g k gp 不种植植物为对照。在培养过程中分3 次采样测定渗 三扬趔态堂亟堂僮途塞 漏液全磷含量。通过试验研究获得以下主要研究结果： 1 ) 随着有机肥施肥量的增加，土壤速效磷( o l s e n p ) 含量和c a c l 2 。p 含量均逐渐 增加；随着土壤o l s e n p 含量的增加，土壤c a c l 2 一p 也相应提高；土壤c a c l 2 一p 含量随着土壤o l s e n p 的增加有一个突变点，即土壤磷素淋失临界值。不同有 机肥在不同土壤上磷素流失临界值( o l s e n p ) 差异较大，鸡粪o l s e n p 含量为 6 1 0 2 6 4 0 8 m g k g ，牛粪o l s e n p 含量为2 3 4 6 - 4 0 1 2 m g k g ，猪粪o l s e n p 含量 为6 6 4 7 1 2 5 m g k g 。总体来看鸡粪和猪粪处理土壤突变点集中在 6 1 0 2 7 1 2 5 m g k g 之间。 2 ) 随着土层深度增加，经淋洗后的土壤中速效磷的增加量逐渐降低。1 0 2 0 c m 土 层土壤速效磷有所增加，但数量不大。土壤速效磷较难以随水迁移，一年的降 雨强度只能使少部分磷素迁移2 0 c m 以上。有机肥引起o - 5 c m 土层速效磷的增 加量较大，在黄棕壤上表现为：鸡粪 牛粪 猪粪，黄潮土上表现为：猪粪 牛粪 鸡粪，红壤上表现为：牛粪 猪粪 鸡粪。随着土层深度增加，变化趋 势基本一致。 3 ) 施用等量猪粪，黄潮土渗漏液中全磷含量明显低于红壤，黄潮土对猪粪中的磷 表现出较强的固持能力；施用等量牛粪，红壤渗漏液中全磷含量低于黄棕壤， 红壤对牛粪中的磷表现出较强的固持能力。 4 ) 施用有机肥后，有植被的土壤渗漏液中的磷素含量远低于没有植被的对照，植 物对磷的固定作用十分重要，且不同植被对磷素的吸收固定作用有所不同。 关键词：畜禽粪便，污染，土壤，磷素淋失临界值 王成红畜禽粪便施用最大量磷素指标的确定 d e t e r m i n i n g t h eu p p e rl i m i to f p h o s p h o r u sc o n t e n ti n l i v e s t o c ka n d p o u l t r ye x c r e m e n t u s e da sf e r t i l i z e r s a b s t r a c t 3 i nr e c e n ty e a r s ，d o m e s t i cl i v e s t o c ka n dp o u l t r yc u l t i v a t i o nh a sd e v e l o p e dr a p i d l yi n c h i n aa n dg o tag r e a ta c h i e v e m e n tt h a ta t t r a c t sw o r l d w i d ea t t e n t i o n h o w e v e r , t h e m a n a g e m e n to fe x c r e m e n th a sb e e nn e g l e c t e di nt h ep r o c e s so fl i v e s t o c ka n dp o u l t r y d e v e l o p m e n t t h em a s s i v el i v e s t o c ka n dp o u l t r ys e w a g eh a sn o tb e e nr e a s o n a b l yt r e a t e d a n du t i l i z e d ，w h i c hc a u s e dt h es e r i o u sp o l l u t i o nt ot h ee n v i r o n m e n t l i v e s t o c ka n d p o u l t r ye x c r e m e n tp o l l u t i o nh a sb e e nt h em a i nf a c t o rp u z z l e sm a n yb i gt om e d i a s i z e d c i t i e s ，a sw e l la ss u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ti nn a t i o n a la g r i c u l t u r e a tp r e s e n tt h ea n n u a l p r o d u c t i o no fl i v e s t o c ka n dp o u l t r ye x c r e m e n ti sm u c hh i g h e rt h a nt h a to fi n d u s t r i a l w a s t e ，a n db e c o m e s a l li m p o r t a n ts o u r c eo fn o n p o i n t p o l l u t i o n i n c o u n t r y s i d e a p p l i c a t i o no fl i v e s t o c ka n dp o u l t r ye x c r e m e n ti nf a r m l a n db a s e do nt h ea m o u n to f n i t r o g e nb y s o i lt e s tm a yh a v el e f te x c e s s i v ea c c u m u l a t i o no f p h o s p h o r u si nt h es o i la n d t h u sc a u s e de n v i r o n m e n t a lp r o b l e m t h i sp a p e re l a b o r a t e dt h eg e n e r a ls i t u a t i o no fd e v e l o p m e n ta n dt h ec h a r a c t e r i s t i co f t h el i v e s t o c ka n dp o u l t r yb r e e d i n gi no u rc o u n t r y , t h ep r o d u c t i o na n dn u t r i e n tc o n t e n to f l i v e s t o c ka n dp o u l t r ye x c r e m e n t ；i ts u m m a r i z e dt h em a i mh a r mo fe x c r e m e n tf r o m l i v e s t o c ka n dp o u l t r yb r e e d i n g ，i n c l u d i n gw a t e r , s o i la n da i rc o n t a m i n a t i o n ，a sw e l la s o c c u p a n c ya n dp o l l u t i o no ff a r m l a n di no u rc o u n t r y ；f u r t h e r m o r e ，i nt h i sp a p e rw e i n t r o d u c e dt h ef o r m sa n dt r a n s f o r m a t i o n ，f i x a t i o na n dr e l e a s eo f p h o s p h o r u si nt h es o i l ， p h o s p h o r u sm i g r a t i o ni nt h es o i le n v i r o n m e n t ，t h ee v a l u a t i n gi n d e xo fs o i lp h o s p h o r u s l o s sp o t e n t i a l ，a n di n t e m a t i o n a lr e s e a r c ht e n d e n c yo nt h em e c h a n i s mo fp h o s p h o r u s l o s s t h ee x p e r i m e n t a ld e s i g n si nt h i sp a p e ri n c l u d e ：1 ) t h e r et y p e so fs o i l ，t h a ti s ，r e d s o i l ，y e l l o wf l u v o a q u i cs o i la n dy e l l o w b r o w ns o i l ，w e r eu s e df o rt h ee x p r i m e l l t c h i c k e nm a n u r e ，c o wd u n ga n dp i ge x c r e m e n tw e r ea p p l i e da td o s a g e so f0 ，3 0 ，4 0 ，6 0 ， 一4 扬划太堂亟堂焦诠塞 9 0 ，1 3 0 ，1 8 0 ，2 4 0 ，3 1 0m g k gpt ot h es o i l s a f t e ra l t e r n a t i o no f w e ta n dd r yc u l t i v a t i o n ， t h ec o n t e n t so fr a p i da v a i l a b l ep h o s p h o r u s ( o l s e n p ) ，t o t a lp h o s p h o r u sa n dc a c l 2 一pi n s o i lw e r ed e t e r m i n e d t h ec h a n g e p o i n to fp h o s p h o r u sl e a k i n gw a ss t u d i e db a s e do nt h e r e l a t i o nb e t w e e nc a c l 2 一pc o n t e n ta n dr a p i da v a i l a b l ep h o s p h o r u s ( o l s e n p ) c o n t e n t t h e c r i t i c a li n d e xo fu p p e rl i m i to f p h o s p h o r u sw a sd e t e r m i n e df o rs a f em a n u r ea p p l i c a t i o n i nd i f f e r e n ts o i l s 2 ) s i m u l a t i n gc u l t i v a t i o nw i t hs o i lc o l u m nw a sc a r r i e do u tt os t u d y p h o s p h o r u sm i g r a t i o np a t t e m si ns o i lt r e a t e d 、析t hm a n u r e t h es a m ed o s a g eo fm a n u r e a su s e di nt h ef i r s te x p e r i m e n tw e r eu s e d a f t e rw e ta n dd r yc u l t i v a t i o n ，t h es o i l sw e r e d r i e da n do l s e n pa n dt o t a lp h o s p h o r u sc o n t e n t si ns o i ls a m p l e sw e r ed e t e r m i n e df r o m l a y e r0 - 5 ，5 - 10a n d 10 - 2 0c m 3 ) d u r i n gt h ep r o c e s so fs i m u l a t e ds o i lc o l u m n c u l t i v a t i o n ，l e a k a g ef l u i dw a ss a m p l e db ys t a g e sa n dt o t a lp h o s p h o r u sc o n t e n to f e a c h s a m p l ew a sd e t e r m i n e d ，i no r d e rt os t u d yt h ei n f l u e n c eo fm a n u r ea p p l i c a t i o no ns o i l p h o s p h o r u sl e a k a g e 4 ) p o te x p e r i m e n tw a sc a r r i e do u tt os t u d yt h ee f f e c to fp l a n t g r o w t ho nr e d u c i n gt h em a n u r el e a k a g e c a l a t h e a z e b r i n aa n dn a g e i aw e r ep l a n t e di n t h e r et y p e so fs o i l sa m e n d e d 晰t h130 ，18 0 ，2 4 0a n d310m 眺gpi n d i v i d u a l l y t h o s e t r e a t e d 、i t l l130m g k gpw i t hn op l a n tw e r et a k e na sc o n t r o l sf o re a c hs o i lt y p e l e a k a g ef l u i df r o me a c hp o tw a ss a m p l e d3t i m e st od e t e r m i n et o t a lp h o s p h o r u sc o n t e n t t h em a i nr e s u l t so b t a i n e dw e r ea sf o l l o w s ： 1 ) s o i la v a i l a b l ep ( o l s e n p ) a n dc a c l 2 一pi n c r e a s e dg r a d u a l l yw h e nr a i s i n gt h ea m o u n t o fm a n u r ea p p l i e d t h ei n c r e a s eo fs o i lc a t l 2 一pc o n t e n tw a sp o s i t i v e l yr e l a t e dt o t h a to fo l s e n p t h i si n c r e a s ew o u l dr e a c ht oas oc a l l e dc h a n g e p o i n t ，w h i c hw a s t h et h r e s h o l d ( u p p e rl i m i t ) o fs o i lp h o s p h o r o u sl e a k i n gl o s s d i f f e r e n tm a n u r e sh a d d i f f e r e n tt h r e s h o l d so fp h o s p h o r o u s ( o l s e n - p ) l o s si nv a r i o u ss o i l s f o rc h i c k e n f e c e st h i sv a l u ev a r i e df r o m61 0 2t o6 4 0 8 m g k g ，f o rc o wd u n g2 3 4 6 4 0 12 m g k g ， a n df o rp i ge x c r e m e n t6 6 4 71 2 5 m g k g t h ea v e r a g ec h a n g e p o i n ta b o u tc h i c k e n f e c e sa n d p i g e x c r e m e n tw e r ea r o u n d 6 1 0 2 7 1 2 5 m g k g b u t t h e a v e r a g e c h a n g e p o i n ta b o u tc o wd u n gw a sv e r yl o w 王成红畜禽粪便施用最大量磷素指标的确定 5 2 ) w i t ht h ei n c r e a s ei nd e p t h ，a v a i l a b l ep h o s p h o r o u sd e c r e a s e dg r a d u a l l yi nf l u s h e d s o i l s i ti n c r e a s e di nt h el a y e ro f10 2 0c mb u tn o ts i g n i f i c a n t l y s o i la v a i l a b l ep c o u l dn o tb er e a d i l yt r a n s f e r r e db yw a t e r f o re x a m p l e ，o n l ys m a l lp o r t i o no f pw a s t r a n s f e r r e df u l l e rt h a n2 0c mb yo n ey e a rp r e c i p i t a t i o n a p p l i c a t i o no fd i f f e r e n t t y p e so fm a n u r ei n c r e a s e ds o i la v a i l a b l epd r a m a t i c a l l yi nt h el a y e ro f0 - 5c m i n y e l l o w - b r o w ns o i l i ny e l l o wf l u v o a q u i cs o i l i nr e ds o i l w h e nd e e p e rt h a n5c m ， t h e r ew a sn ob i gd i f f e r e n c ea m o n gt h em a n u r e so rs o i l s 3 ) w h e np i gm a n u r ew a sa p p l i e d ，t o t a lpi nl e a k a g el o s sw a ss i g n i f i c a n t l yh i g h e ri nr e d s o i lt h a ni ny e l l o wf l u v o a q u i cs o i l ，w h i c hs h o w e dm u c hh i g h e ra f f i n i t yt opi np i g m a n u r e o nt h ec o n t r a r y , r e ds o i lh a dh i g h e ra f f i n i t yt opi nc o wd u n g 4 ) a f t e rm a n u r et r e a t m e n t ，pc o n t e n t si ns o i ll e a k a g ef r o mt h ep o t sw i t hp l a n t sw e r e m u c hl o w e rt h a nt h o s eo ft h ec o n t r o l ，n a m e l yw i t h o u tp l a n t s p l a n t sp l a y e da l l i m p o r t a n tr o l ei nf i x i n gp v e g e t a t i o nt y p ed i f f e r e di nt h e i ra b i l i t i e si na b s o r p t i o n a n df i x a t i o no f p h o s p h o r o u s k e yw o r d s ：l i v e s t o c ka n dp o u l t r ye x c r e m e n t ；p o l l u t i o n ；s o i l ；m a r g i n a l v a l u eo f p h o s p h o r u sl e a k i n g 翌扬幽太堂亟堂焦途塞 扬州大学学位论文原创性声明和版权使用授权书 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下独立进行研究工作所取得的研 究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表 的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：壬放 l 签字日期； o 穹年舌月f 厂日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。 本人授权扬州大学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， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学 技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向 社会公众提供信息服务。 学位论文作者签名：王秋e 签字日期： 。9 年厂月心日 导师签名：易垴院缉 签字日期： o ? 年6 月f 卵 鱼扬州太堂亟堂僮诠塞 第一盘g l b 分文靴i y j h 综述弟一1 ) 刀x练地 1 1 我国畜禽养殖业的发展和畜禽粪便资源 1 1 1 畜禽养殖业发展概况 改革开放以来，我国主要牲畜养殖量增长迅速。特别是进入9 0 年代以后，随 着“菜篮子”工程的提出，畜禽养殖业实现了连续1 0 多年的快速发展。据统计， 1 9 8 0 - 2 0 0 0 年我国肉类、奶类和禽蛋产量均以1 0 以上的速度递增。从1 9 9 1 年开始， 我国肉、禽、蛋的总产量连续多年保持世界第一。预计2 0 15 年前畜牧业的产值还 将以每年8 左右的速度增长 1 2 。 随着畜禽养殖业的发展，规模化畜禽饲养的比例也不断扩大。2 0 0 2 年我国生 猪的规模养殖( 年出栏5 0 头以上) 占到当年出栏数的2 3 2 ，肉鸡和蛋鸡的规模养 殖( 年出栏2 0 0 0 只以上) 占到当年出栏数的4 8 和4 4 2 【3 。从养殖规模来看，北 京、上海、河南、浙江、广东等地畜禽养殖规模化程度比较高 4 。 随着畜禽养殖规模的扩大，畜禽粪便产生量的不断增加，畜禽养殖业带来的 生态环境问题也变得日益突出 5 - 7 】。 1 1 2 畜禽养殖业发展特点 畜禽养殖业的发展，特别是集约化养殖的高速发展，使畜禽养殖特点发生如 下变化，即由过去的分散经营、饲养头数少、主要分布在农区转变为现在的集中 经营、饲养头数多、分布在城市郊区或新城区。据国家环保总局最近公布的在全 国进行的规模化畜禽养殖业污染情况调查结果表明，规模化养殖主要分布在广东、 山东、河南、河北和湖南等地。对环境影响较大的大中型畜禽养殖场8 0 集中在人 口比较集中、水系较发达的东部沿海地区和诸多大城市周围【8 。 由于我国长期以来把环境工作重点放在工业污染防治上，而对畜禽养殖场的 污染治理缺乏相应的管理经验。加上畜禽养殖场的宏观环境管理水平普遍较低， 全国9 0 的规模化养殖场未经过环境影响评价，6 0 的养殖场缺乏干湿分离这一最 为必要的污染防治措施。另外，养殖场环境污染投资力度明显不足，有8 0 左右的 王成红畜禽粪便施用最大量磷素指标的确定! 规模化养殖场缺乏必要的污染治理投资8 一】。畜禽养殖业点多面广，污染物排放量 大，处理水平低下等特点，使其严重影响了我国城郊环境和居民健康。 1 1 3 畜禽粪便产生情况 畜禽的粪尿排泄量与动物种类、品种、性别、生长期等因素有关 1 0 。根据各 类畜禽的粪便产生量并参考农业部全国农业技术推广服务中心关于畜禽粪便量的 计算方法 5 , 1 1 , 1 2 ，计算出2 0 0 2 年我国畜禽粪便产生量为2 7 5 亿吨。当年我国各工业 行业产生的工业固体废弃物为9 4 5 亿吨，畜禽粪便的产生量为工业固体废弃物产生 总量的2 9 1 倍，河南、湖南等部分地区的比例还在5 倍以上 2 1 。而多j 2 0 0 7 年底全国 畜禽粪便年排放量超过4 0 亿吨，是工业有机污染物的4 1 倍。畜禽粪便年排放量不 仅增长迅速，而且大多未经处理直接排放，对农业环境与生态安全带来极大威胁。 随着我国畜禽养殖业的进一步发展，畜禽粪便年排放量还将继续上升。生产的高 度密集，使畜禽粪便量大大超过其周围环境的处理和消纳能力。 1 1 4 畜禽粪便的养分含量 畜禽粪便中含有大量的氮、磷等营养物质，是一种优良的有机肥。数千年来， 我国一直将畜禽粪便作为提高土壤肥力的重要肥源。 我国猪粪的氮、磷、钾养分含量总和为4 1 1 9 k g ，牛粪为3 0 5 9 k g ，羊粪为 1 7 6 9 k g ，鸡粪为4 8 8 9 k g 。从养分的平均含量来看，鸡粪的氮、磷、钾含量最高， 猪粪、牛粪次之，而羊粪最低。 2 0 0 2 年，我国畜禽粪便的总氮、总磷、总钾产生量分别为1 5 3 0 、6 4 0 、1 0 6 万 吨，猪粪的总氮、总磷、总钾产生量均最大，其次为牛粪和羊粪。我国畜禽粪便 中氮、磷、钾产生量分别相当于同年我国施用化肥中氮( 2 1 5 7 3 万吨) 、磷( 7 1 2 2 万吨) 、钾( 4 2 2 5 万吨) 的7 0 9 、8 9 8 和2 5 1 1 2 1 。可见，畜禽粪便是我国农业 生产中的一种重要资源。 1 2 我国畜禽养殖业环境污染主要危害 畜禽粪便如不经妥善处理直接排入环境，会对水体、土壤和空气造成严重的 污染，并危及畜禽和人体的健康 1 3 ，1 4 】。 墨扬趔太堂亟堂僮途塞 发达国家发展畜禽养殖业，绝大多数是属于既养畜又种田的模式，并且严格 控制养殖场规模，畜禽粪便有充足的土地进行消纳。据国家环境保护总局2 0 0 1 年 对全n 2 3 个省( 自治区、直辖市) ，规模化畜禽养殖污染情况的调查，大多数规 模化畜禽养殖场周边没有足够的耕地消纳畜禽养殖产生的粪便，养殖场单位标准 畜禽占有的配套耕地没有达到1 亩的基本要求，占有配套耕地最少的不足2 0 0 m 2 。 目前在滇池、太湖流域的一些乡镇，每公顷农田对农村人畜排出有机氮、磷养分承 载量已经分别达到1 0 0 0 、6 0 0 k g ，大大超过了许多国家规定的每公顷农田可承载的 畜禽粪便的最大负荷( 1 5 0 k g n l 1 1 2 ) 引。 目前，我国许多规模化养殖场缺少环境治理和综合利用设施或机制，8 0 的规 模化养殖场缺乏必要的污染治理设施，缺少环境治理和资源综合利用方面的投资 【4 j 。集约化、工厂化的养殖使畜禽粪便污染已成为类似工业企业污染的大型“污染 源”。同时，畜禽养殖业经营方式日益趋向多样化，公司加农户的新型经营方式 正在被越来越多的地方采纳，畜禽粪便污染在许多地方导致明显的面源污染。 1 2 1 对水体的危害 畜禽粪便可通过水的作用而流失，畜禽粪便在堆放及清粪冲洗过程中极易进 入到水体中。少数畜禽养殖场建在河边，畜禽粪便直接排入到河流中。据研究，从 全国来看，畜禽粪便进入水体的流失率为粪便保持在2 8 的水平上，而液体排 泄物则可能达n 5 0 c 15 1 。上海市对集约化畜禽养殖场污染情况进行的调查表明， 畜禽粪便进入水体的流失率甚至可达n 2 5 3 0 4 。 畜禽粪便中含有大量的有机物。2 0 0 2 年，我国畜禽粪便b o d 总产生量为1 0 4 亿吨，其中猪粪的b o d 产生量最大，为0 7 4 亿吨，占畜禽粪便b o d 总产生量的 7 1 1 ，其次为牛粪和禽粪。其c o d 总产生量为1 0 9 亿吨，为当年工业废水和生活 污水c o d 总产生量( 1 3 6 6 9 4 万吨) 的8 倍。各类粪便中，猪粪的c o d 产生量最大，为 o 6 7 亿吨，占畜禽粪便c o d 总产生量的6 1 5 ；其次为牛粪和禽粪，分别为0 3 5 亿 吨和o 0 5 亿吨【4 h5 i 。 根据各类粪便的总产生量和各类粪便进入水体的平均流失率可以计算出全国 王成红畜禽粪便施用最大量磷素指标的确定呈 各省畜禽粪便的总氮、总磷、b o d 、c o d 进入水体的流失情况。2 0 0 2 年，我国畜 禽粪便总氮流失量为8 7 万吨，已超过或接近了河北、山东、河南等严重缺氮省份 当年氮肥施用量的一半，其中河南、四川流失量最大，分别为7 5 3 万吨和7 4 9 万吨。 全国总磷流失量为3 4 5 万吨，接近安徽、江苏等缺磷省份当年磷肥的施用量，其中 四j | i 省流失量最大，为3 3 2 万吨，其次为河南和湖南，分别为2 9 6 万吨和2 7 1 万吨。 全国b o d 总流失量为6 0 0 万吨，四) i b o d 流失量最大，为6 1 1 万吨，其次为河南和 湖南，分别为5 1 1 万吨和5 0 7 万吨。全国c o d 总流失量为6 4 7 万吨，相当于当年全 国生活污水c o d 产生量的8 2 6 ；四) i c o d 流失量最大，为6 1 1 万吨，其次为河南 和山东，分别为5 5 3 万吨和4 9 1 万吨。 畜禽粪便流失不仅导致资源浪费，而且带来环境污染，成为造成许多江河湖 泊氮、磷、b o d 等主要污染指标严重超标和水体富营养化的重要原因 1 6 - 1 9 。中国 农业科学院土壤肥料研究所的研究结果显示：在中国水体污染严重的流域，畜禽 养殖和生活排污是造成流域水体氮、磷富营养化的主要原因，其贡献大大超过工 业污染。根据调查和测算，即使只有1 0 的畜禽粪便由于堆放或溢满随场地径流进 入水体，对流域水体氮富营养化的贡献率就可达到1 0 磷可达多 1 0 - 2 0 。1 9 9 5 年，黄浦江流域畜禽粪便造成的污染已占黄浦江上游污染总负荷的3 6 ；而居民生 活、农业、乡镇工业的污染负荷分别为3 3 8 、1 9 2 、6 。由此可见，畜禽养殖 业造成的环境污染已成为上海地区最主要的污染源之一。据调查，我国8 1 0 左 右的规模化畜禽养殖场距民用水源地的距离不超过5 0 m ，在这一范围内的污染物排 放会对水环境产生直接的影响；2 5 - - - 4 0 左右的规模化畜禽养殖场距离周边居民 区或民用水源地不超过1 5 0 m ，对附近群众的生命健康构成巨大威胁 4 1 。在我国， 对环境影响较大的大中型畜禽养殖场主要集中在人口比较集中、水系比较发达的 东部沿海地区。长期以来，在经济发展过程中，对畜禽养殖业可能造成的环境污 染问题没有引起足够的重视。目前，我国畜禽养殖业仍保持增长的势头，由此带 来的环境压力不容忽视。 1 2 2 占用和污染土地 塑扬趔太堂亟堂僮诠塞 随着畜禽养殖规模的不断扩大，大量畜禽粪便难以及时消纳，占用大量的土 地。2 0 0 2 年我国共产生畜禽粪便2 7 5 亿吨，若畜禽粪便容重以1 吨立方米计，按1 米高度堆放，则需要的堆放面积为2 7 5 0k m 2 ，相当于北京市面积最大的区县怀柔区 的土地面积。北京有大、中型畜牧场2 5 0 0 家，仅畜禽粪便占用的土地即达1 2 0 0 h m 2 2 0 2 1 1 。 畜禽粪便不经处理直接施用或过量施用会导致作物徒长、倒伏、晚熟或不熟， 造成减产，甚至毒害作物。农用地畜禽粪便的适宜施用量为2 5 5 0 t b _ m 2 - a 2 3 1 。沈 根祥等经过测算后指出：蔬菜种植地区猪粪有机肥安全施用量为6 0 t h m 2 a ，粮棉瓜 果地区为4 2 t h m 2 a ，纯粮种植区为2 4 t h m 2 a 2 4 1 。 根据各省畜禽粪便产生量和农用地面积，如果畜禽粪便全部用于农田，则可 以计算出各省每公顷农用地畜禽粪便负荷 2 5 1 。根据计算，2 0 0 2 年我国农用地的畜 禽粪便负荷平均为4 1 9 t h m 2 。根据聚类分析，可以把我国各省农用地受畜禽粪便污 染的风险分为4 级。畜禽粪便负荷最大的为上海，其受污染的风险等级最高；第二 级为河南、天津和山东，其粪便负荷分别为3 6 6 、2 0 1 和1 8 3 t h m 2 ；北京、江苏、 河北、安徽和湖南五个省市受污染的风险处于第三级；其余2 2 个省市畜禽粪便农 用地的平均负荷均低于5 t h m 2 ，受污染的风险相对较小一些。可见，我国受畜禽粪 便污染威胁较大的省市多分布在东部经济发达地区。此外，为了提高饲喂畜禽的 生长速率、增强其抗病能力，现在的畜禽饲料中通常都含有一定量的铜、砷、锌 等微量元素和一些药物添加剂。这些添加剂中的重金属及抗生菌随粪便排出体外， 也会对环境产生一定威胁 2 6 1 。 近年来，大城市城郊规模化养殖占畜禽养殖的比例越来越高，畜禽粪便产生 也变得更为集中，畜禽养殖场周围土地的粪便负荷已明显超过其承载能力。这些 氮和磷进入土壤后，会转化为硝酸盐和磷酸盐，当其在土壤中的蓄积量过高时， 会对地下水造成污染。 1 2 3 对大气的污染及其他危害 畜禽粪便产生大量恶臭气体，其中含有大量的氨、硫化氢等有毒有害成分， 王成红畜禽粪便施用最大量磷素指标的确定 严重影响了畜禽养殖场周围的空气质量，危害饲养人员及周围居民的身体健康， 并且影响畜禽的生长。粪便恶臭主要来源于饲料中蛋白质的代谢产物，或粪便中 代谢产物和残留养分经细菌分解产生的恶臭物质。我国畜禽养殖场基本上都建在 对居民会产生环境影响的区域范围内，一些地方的规模化畜禽养殖场甚至就在居 民区内。根据加拿大的资料，畜禽养殖场对1 5 0 m 周边会产生严重的气味污染 4 。 畜禽粪便污染物中含有大量的病原微生物、寄生虫卵以及孳生的蚊蝇，使环 境中的病原种类增多、菌量增大，出现病原菌和寄生虫的大量繁殖，造成人、畜 传染病的蔓延，尤其是人畜共患病时会发生疫情，给人畜带来灾难性危害。目前 已知，全世界约有2 5 0 多种“人畜共患疾病”，我国有1 2 0 多种，对人类和畜禽有 很大的潜在威胁 2 叭。 1 3 土壤中磷素的形态及其转化 1 3 1 土壤磷素形态 土壤中磷素根据其存在的化合物性质一般可分为无机磷和有机磷两部分。无 机磷部分有原生矿物磷灰石和次生的无机磷酸盐，后者包括化合态和吸附态，化 合态是指与铁铝或钙结合的磷酸盐，吸附态是指吸附在粘土矿物、有机物表面的 以物理能级、化学键能激活介于这两者能级间的磷。土壤无机磷对大多数耕地而 言，占土壤总磷量的6 0 8 0 ，是植物所需磷的主要来源，石灰性土壤以无机磷 为主，占全磷量的7 0 左右 2 7 1 ，土壤中有机磷约占全磷量的2 0 5 0 ，但其化学 形态和性质十分复杂，目前能够分离鉴定出的有机化合物主要为磷酸肌醇、磷脂 和核酸。土壤有机磷的含量与土壤有机质含量呈正相关，随着有机质的矿化，可 以释放出少量有效磷，但对当季作物来说其实数量是有限的口8 1 。 1 3 2 土壤磷素的转化 土壤中各种形态的磷酸盐可以在一定条件下相互转化。这种转化可以概括为 难溶性磷包括闭蓄态磷、吸附态磷等的有效化过程与土壤磷的固定作用。这两个 过程相互转化的速率与方向决定着土壤的供磷能力以及磷肥的有效施用。 1 3 2 1 土壤磷的释放 里扬姐太堂亟堂僮诠塞 难溶性磷酸盐的释放过程主要是指原生或次生的矿物态磷酸盐、化学沉淀形 成的磷酸盐，包括闭蓄态磷酸盐经过物理的、化学的、生物化学的风化作用，使 之转变为溶解度较大的磷酸盐或非闭蓄态磷。例如，在石灰性土壤上，通过植物 根系与微生物呼吸作用以及有机肥分解所产生的碳酸、有机酸可将难溶性的磷酸 钙盐转变为有效性高的磷酸盐如磷酸二钙等 2 9 1 。无机磷的解吸过程是吸附态磷重 新进入土壤溶液的过程，但土壤中呈吸附态的磷并不能全部被解吸下来。土壤吸 附态磷解吸的原因包括两方面一是化学平衡反应，土壤溶液中磷浓度因植物的吸 收而降低，从而改变了原有的平衡，使反应向解吸的方向进行；二是竞争吸附， 所有能进行阴离子吸附的阴离子大多可与磷酸根离子进行竞争吸附作用，而导致 吸附态磷的解吸。有机磷的矿化土壤中有机态磷的化合物植素、核酸、磷脂等在 土壤中磷酸酶的作用下，逐渐分解，最终释放出磷酸，以供作物吸收利用，或与 土壤中的金属离子结合，形成溶解度较低的磷酸盐，而降低其有效性 2 9 1 。 1 3 2 2 土壤无机磷的固定 土壤液相中的无机磷酸盐等有效态磷转变为无效态磷的过程，称为磷的固定 作用。土壤磷酸根离子被固定的两个反应是化学沉淀和吸附，其次是磷的生物固 持 2 9 。 ( 1 ) 沉淀反应 在中性和石灰性土壤中，施用可溶性磷肥后，提高了土壤中有效磷的浓度， 磷酸根离子可与碳酸钙( t a c o s ) 或方解石 c a m g ( c 0 3 ) 2 以及交换性钙生成二水磷酸 二钙、无水磷酸二钙、磷酸八钙和轻基磷灰石等难溶性磷酸钙盐 3 0 1 。 在酸性土壤中施入过磷酸钙后，因异成分溶解而使土壤微域环境酸性变的很 强，造成土壤中如赤铁矿( f e 2 0 3 ) 、针铁矿( f e o ( o h ) ) 、三水铝石( a 1 2 0 3 3 h 2 0 ) 等铁、铝矿物溶解，转变为活性铁铝。开始形成无定型磷酸铁铝盐，然后转化成 晶质的粉红磷铁矿、磷铝石等。此外，土壤中交换性铁、铝、锰等离子也可与水 溶性磷产生沉淀反应，均不同程度降低了磷的有效性 2 9 1 。 ( 2 ) 吸附反应 王成红畜禽粪便施用最大量磷素指标的确定 里 土壤对磷的吸附作用，可以分为物理化学吸附和化学吸附，前者为非专性吸 附，后者为专性吸附或称配位体交换 2 9 1 。非专性吸附是由带正电荷的土壤胶粒通 过静电引力库仑力产生的吸附，它发生在胶体的扩散层，故这种结合较弱，极易 被解吸。随着土壤p h 值的降低非专性吸附增加【2 9 。专性吸附是由化学力作用引起 的，不易发生逆向反应，又称为化学吸附。不能与非专性吸附的阴离子发生交换 作用，但可以被专性吸附的阴离子如( f 、m 0 0 4 2 - ) 解吸 2 9 。虽然磷酸根离子与碳 酸钙盐可以发生配位吸附，但其牢固程度不如水化氧化物，因而对植物的有效性 也相对较高。当土壤环境处于氧化还原交替变化的条件下，被化学固定的磷还可 以转化