（土壤学专业论文）堆肥的养分淋溶特征及其在草坪上的应用研究.pdf

华中农业大学学位论文独创性声明及使用授权书 学付论文 奄 如需保密，解密时间年月日 是否保密 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果尽我所知，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，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料，指导教师对此进行了审定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做了明确的说明，并表示了谢意 研究生签名：统习够笆时问：矿7 年 月沪日 l 学位论文使用授权书 本人完全了解“华中农业大学关于保存、使用学位论文的规定”，即学生必须按 照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存提交论文的印刷版和电 子版，并提供目录检索和阅览服务，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇 编学位论文本人同意华中农业大学可以用不n 3 - 斌；在不同媒体上发表、传播学位论 文的全部或部分内容。 注：保密学位论文在解密后适用于本授权书 学位论文作槲：泛办l 娓导臌：娟坼 签名日期：夕年月多日 签名日期：矿夕年占 月p 明 注：请将本表直接装订在学位论文的扉页和目录之间 华中农业大学2 0 0 4 级硕士毕业论文 摘要 堆肥是指利用废弃物中的有机物经生物化学转换，在控制条件下将废弃物中有 机质分解、腐熟，使有机物转换成稳定的似腐殖质土的方法。堆肥有改良土壤，成 本低廉、养分全且肥效长等诸多优点，历来在施肥中都受到重视。但是施用堆肥不 同于施用化学肥料，随外界条件的不同也会对土壤环境产生不同影响，特别是对土 壤及地下水的污染阅题。本文通过土柱模拟淋洗和田闻小区试验的方法，对堆肥养 分在土壤中的淋洗特征、土壤质量及对草坪生长的影响进行研究，以便为堆肥的合 理施用提供科学依据，研究结果表明： ( 1 ) 不同动物粪便堆肥处理都对高羊茅的生长具有明显的促进作用，随着施肥 量的增加，高羊茅的株高和生物量都显著提高，供试施肥量下，3 0 - 6 0 t h m 2 处理的 株高和干物重比对照的多1 2 o 2 9 8 和1 2 1 1 3 2 ，相当于9 0 t h r n 2 处理的 7 2 2 8 7 4 和8 7 3 9 1 5 。 ( 2 ) 随着施肥量的增加，土壤水中的总氮含量呈升高的趋势，从时间变化来看， 各处理的平均氮淋失量呈逐月下降趋势，施用堆肥后前2 个月氮的淋失量变化不显 著，第3 到第4 月间氮淋失量显著下降，第5 个月比第4 个月的氮淋失量下降，但 不显著；除前2 个月外，土层2 0 c a n 处溶液的全氮含量均比4 0 c m 处高。试验结果表 明，采用合理的堆肥施用量，不仅是促进高羊茅生长的措施之一，对减少土壤中氮 的淋失，从养分流失及从水环境角度探析农田氮素流失都具有重要意义。 ( 3 ) 氮、磷、钾的土柱淋出量都与堆肥用量呈正相关关系，总氮主要从土壤上 层淋出，随着施肥量增加至9 0t h m 2 ，渗漏液总氮浓度最高达到3 0 0 m 鲫，可能对地 下水造成污染；总磷主要聚集在土壤的表层，最高达到8 5 m g l ，磷向下迁移较为缓 慢，随淋溶次数的变化不显著。土柱上部渗漏液中钾的含量远大于底部，各施肥量 处理都在前三次淋溶中随淋溶次数的增加而有一定程度减小，随后趋于稳定。 ( 4 ) 随着堆肥施用量的增加，土壤上层氮、磷含量显著增加，而中下层氮、磷 变化不明显，说明淋溶过程对氮磷在土壤中下层的积累没有显著的促进作用。随着施 勇巴量的增加，上层土壤中有效铜有一定减小，中下层土壤中的有效铜比上层略高， 可能是由于有机质中含螯合功能基对铜的螯合作用；随着堆肥施用量的增加，上层 饶雄飞：堆肥的养分淋溶特征及其在草坪上的应用研究 土壤有效锌的含量有显著提高，当施肥量高于4 0 t h m 2 时中层土壤有效锌的含量也有 一定增加，表明施用堆肥可提高土壤中的交换态锌含量；o - 2 0 c m 土层有效铁呈升高 趋势，从1 1 2m g k g 上升到1 4 7 m g k g ，2 0 c m 以下土层有效铁变化趋势不明显，均 在1 1 1 1 2 1 m g k g 之间，说明施用堆肥能提高上层土壤有效铁含量；有效锰变化不 显著。 综上结果可见，施用堆肥能使氮、磷等营养元素在土壤表层大量积聚，提高土 壤肥力，促进高羊茅的生长，还能使土壤中有效铜、锌等微量元素发生形态上的变 化，但是堆肥的施用同时会伴随大量的氮、钾等营养元素流失，磷在土壤中的大量 积聚，对土壤及地下水环境造成威胁。 关键词：堆肥，淋溶，养分，高羊茅 2 兰主查些盔堂! ! 坚堡婴主兰些笙奎 一 a bs t r a c t c o m p o s ti sam e a n s w h i c hu s i n go r g a n i cw a s t ei n t o s t a b l eh u m u sb yb i o c h e m i s t r y t r a n s i t i o n , i nt h ep r o c e s s , a e r o b i ca n da n a e r o b i cb i o c h e m i s t r yt r a n s i t i o n t a k e sp l a c e c o m p o s tw a sm u c ha c c o u n t e do fam a n yg o o de x c e l l e n c e s ，f o re x a m p l e ，i m p r o v i n g s o i l p r o p e r t i e s 1 0 wc o s t , a l l a r o u n dn u t r i e n t sa n ds oo n t h ec o m p o s th a sa l w a y sb e e np a i d g r e a ta t t e n t i o nt ob e c a u s ei th a sag r e a td e a lo fa d v a n t a g e s b u tu s i n gc o m p o s t c a nm a k e d i f f e r e n ti n f l u e n c et os o i le n v i r o n m e n tu n d e rd i f f e r e n te x t e r n a lc o n d i t i o n a su s i n g c h e m i c a lf e r t i l i z e r t h em e t h o d so fb l o w i n gi ns e a l e df l o wf o rs o i lc o l u m ns i m u l a t i o nf o r n u t r i e n tl e a c h i n ga n df i e l dp l o te x p e r i m e n t sw e r ed e s i g n e dt os t u d yt h el e a c h i n gc h a r a c t e r o fc o m p o s ti nt h es o i l ，a sw e l la st h e i ri n f l u e n c eo nf i e l ds o i lq u a f i t ya n dc r o p sg r o w i n g , i n o r d e rt op r o v i d et h e o r e t i c a lf o u n d a t i o nf o rt h er a t i o n a lu s i n go fb i o l o g i c a lo r g a n i c f e r t i l i z e r t h em a i nr e s u l t so ft h es t u d ya r ea sf o l l o w s ： 1 f e s t u c aa r u n d i n a c e a sh e i g h ta n db i o m a s si n c r e a s e da p p a r e n t l ya f t e ru s i n g c o m p o s t c o m p a r e dw i t hn oc o m p o s tg r o u p ，i tc o u l d b et h er e a s o nt h a tt h eh u m u s c o n t r i b u t ea l ls o r t so fn u t r i e n tt ot h es o i l 2 ，a st h eu s i n go fc o m p o s tq u a n t i t yi n c r e a s i n g , t h et o t a ln i t r o g e nc o n c e n t r a t i o n si n t h es o i ls o l u t i o ne n h a n c e w h e nt h eq u a n t i t ya c h i e v e s6 0t h l l l 2 ，t h et r e n di sw e a k e n t h e r e s u l ti n d i c a t e ，t oa d o p tr e a s o n a b l ef e r t i l i z a t i o n ，n o to n l ys p e e du pt h eg r o w t ho ff c s t u c a a r u n d i n a c e a ，b u ta l s or e d u c et h en i t r o g e nl o s i n g i tw a ss i g n i f i c a n tt oa n a l y z et h en i t r o g e n l o s i n gf r o mf a r m l a n d 3 t h es o i lc o l u m nl e a c h i n ge x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ea m o u n to fn ，pa n d ke l u v i a t i o ni n c r e a s e dw i t ht h er i s eo fc o m p o s ta p p l i c a t i o na n a o u n t t h el o s so ft o t a ln m a i n l yc o n c e n t r a t e di nt h eb o t t o ml a y e ro ft h es o i la n dc o n c e n t r a t i o no ft o t a ln i nt h e l e a c h a t ec o u l dr e a c h3 5 0t u g l 1i nt h ee x p e r i m e n t t h ep r o c e s so fpr e l e a s e sw a sv e r y s l o wa n dt h ed i s c r e p a n c yo fe a c he l u c i d a t i o nw a sn o to b v i o u s t h el o s so fpm a i n l y c o n c e n t r a t e di nt h eu p p e ro rm i d d l el e v e lo fs o i lc o l u m na n dt h ec o n c e n t r a t i o no ft o t a lp i nl e a c h a t ec o u l dr e a c h8 5 m g 1 1 t h el o s so fka l s om a i n l yc o n c e n t r a t e di nt h eu p p e r 3 饶堆飞：堆肥的养分淋溶特征及其在草坪上的应用研究 l a y e ro fs o i l t h ea m o u n to fkl e a c h i n gd e c r e a s e dt o $ o m ee x t e n tw i t he l u v i a t i n nt i m e s i n c r e a s e di ne a c ht r e a t m e n tf o rt h ef i r s tt h r e ee l u v i a t i o n sa n di tt h e nb e c a m es t a b l e s u b s e q u e n t l y 4 a st h ec o m p o s ta p p l i c a t i o ni n c r e a s e ，t h eq u a n t i t yo ft o t a ln i t r o g e na n dp h o s p h o m s e n h a n c eo nt h et o po fs o i l ，b u tt h e yd i d n tc h a n g er e m a r k a b l yi nt h em i d d l ea n db o t t o m s o i l s i tm a k e so u tt h a tt h ep r o c e s so fe l u v i a t i n gd i d n tp r o m o t en i t r o g e na n dp h o s p h o r u s a c c u m u l a t i o ni nt h em i d d l ea n db o t t o ms o i l s 。w h e nf e r t i l i z a t i o ni n c r e a s e s ，a v a i l a b l e c o p p e ro nt h et o ps o i lr e d u c eb ys o m em e a n s ，a n di nt h em i d d l ea n db o t t o ms o i l si sh i g h e r t h a nt h a to nt h et o p i t sl i k e l yb e c a u s es o m eo r g a n i cm a t t e rw i t hc h e l a t i o nf u n c t i o n g r o u p sc o u l dc h e l a t ew i t hc o p p e r , a n di n c r e a s et h ea b i l i t yo fs o i lf i x i n gt h ec o p p e r , i n d u c e t h ec o n t e n to fa v a i l a b l ec o p p e ro nt h et o ps o i lr e d u c e a st h ec o m p o s ti n c r e a s e ，a v a i l a b l e z i n co nt h et o ps o i li n c r e a s er e m a r k a b l e w h e nt h ec o m p o s ta p p l i c a t i o ni sm o r et h a n 4 0 t h m 。，a v a i l a b l ez i n ci nt h em i d d l es o i li n c r e a s e dt oac e r t a i n t y t h er e a s o nc o u l db e o r g n i cm a t t e rs e e pd o w n w a r d s ，w h i c hi n d i c a t e sc o m p o s tc a ni m p r o v et h ec o n t e n to f a v a i l a b l ez i n ci nt h es o i l a v a i l a b l ei r o ni n0 2 0c i ns h o w sah o i s tc u r r e n tf r o m1 1 2t o 1 4 7m g k g , u n d e r2 0c m ，i ti sn o tc h a n g e dr e m a r k a b l e ，w i t h i n1 1 1t o1 2 1 m g k g i t m a k e so u tu s i n go fc o m p o s ti n c r e a s et h ec o n t e n to fa v a i l a b l ei r o ni ns o i l a a v a i l a b l e m a n g a n e s ed i d n tc h a n g er e m a r k a b l y i nc o n c l u s i o n ，w i t ht h ec o m p o s tu s i n g , t h eq u a n t i t yo ft o t a ln i t r o g e na n dp h o s p h o r u s i n c r e a s eo nt h et o po fs o i l ，a n dt h ef e r t i l i t yo fs o i lr a i s e t h ec o m p o s ts p e e d su pt h e g r o w t ho ff e s t u c aa m n d i n a c e a m i c r o e l e m e n t sa v a i l a b i l i t i e si m p r o v e d ，b u to nt h eo t h e r h a n d ，w h e nc o m p o s tw a su s e dt o om u c h ，am a s so fna n dkl o s s ，a n dm u c hpa c c u m u l a t e i ns o i l ，i m p e r i lt h es o i la n dg r o u n d w a t e r k e yw o r d s ：c o m p o s t , e l u v i a t e ，n u t r i e n t , f e s t u c aa r u n d i n a c e a 4 华中农业大学2 0 0 4 级硕士毕业论文 1 前言 1 1 研究背景 农业是国民经济的基础，肥料是重要的农业生产资料。在农业生产的发展中， 肥料一方面提供植物正常生长的必需营养元素，改善作物品质，满足人们的需要， 另一方面保持和提高土壤肥力，使农业生产得以持续发展。肥料的类型包括化学肥 料、有机肥和复合肥。 化学肥料对农业生产的贡献是无可争议的，合理施用化学肥料对提高农作物单 位面积产量和不断提高土壤肥力起着重要作用。国内外研究结果表明，化肥的增产 作用在4 0 6 0 ，世界平均亩增施1 吨化肥增产粮食为6 “亿吨( 彭奎等，2 0 0 1 ) 。 由于化肥在作物增产中的重要作用，几十年来，我国化肥的生产量和施用量惊人增 长，从建国初的0 6 万吨提高到2 0 0 4 年的4 5 7 7 1 7 万吨，平均化肥施用量为 3 7 8 k g h m 2 ，已成为世界上化肥施用量最多的国家之一( 彭奎等，2 0 0 5 ) 。 因此人们把注意力转移到有机肥上，提出了发展“有机农业”或“生态农业”。中 国国家环境保护总局有机食品发展中心( o f d c ) 定义的有机农业中提出：不施用 化学合成的农药，化肥等，建立包括豆科植物在内的作物轮作体系，秸秆还田，施 用绿肥和动物粪便等措施培肥土壤( 高振宁，2 0 0 2 ) 。我国素有积制和施用有机肥料 的悠久历史，它使我国土壤几千年的耕种地力常新，作物产量水平不断提高。有机 肥料来源于动植物残体，动植物产品加工后的废弃物以及其他，主要包括粪尿肥，堆 肥，沤肥，秸秆，绿肥，饼肥，城市垃圾等。有机肥料为作物生长提供大量的无机 和有机营养成分，增加并能活化土壤养分，提高土壤养分的有效性，改良物理、化 学和生物特性，熟化土壤，培养地力，可增强土壤酶活性，有利于养分的转化，有 机肥在促进土壤良好结构的形成，增强土壤保肥保水能力，净化土壤的某些重金属 也能起到一定的作用( 王琪贞等，1 9 9 3 ) 。 近几年，中国每年各类有机肥的资源量达4 0 亿吨。其中含有粗有机物7 0 8 亿吨， 氮、磷、钾养分5 5 6 4 万吨。养分总量超过我国2 0 0 2 年化肥的施用量( 43 3 9 2 万吨) ， 为化肥施用量的1 2 8 。尤其值得注意的是，有机肥资源所含的k ：0 总量达2 2 0 6 万吨， 是2 0 0 2 年中国实际使用k 2 0 量4 2 2 5 万吨的5 2 倍。从我国当前8 0 以上钾肥依赖进口， 耕地缺钾面积不断扩大的现状看，这是十分重要的资源( 张世贤，2 0 0 5 ) 。 s 饶雄飞：堆肥的莽分淋溶特征及其在草坪上的应用研究 畜禽粪便是有机肥料的主要原料之一，我国畜禽粪便年产生量约为2 0 亿t 左右， 畜禽养殖产生的粪便同许多工业生产产生的污染物不同，其中含有n 、p 、k 是作物 生长必不可少的营养元素，是丰富的肥源，以1 9 9 5 年为例，全年畜禽粪便折氮、磷 量分别为1 5 9 7 万t 和3 6 3 万t ，而同期我国化肥施用量折纯量分别为2 0 2 1 9 万t 和 6 3 2 4 万t ，畜禽粪便中的氮、磷含量相当于我国同期施用化肥量的7 8 2 和5 7 4 ( 单正军，1 9 9 9 ) 。当前畜禽粪便的主要用途是作为有机肥料还田，粪便堆肥含养分 较多，肥效稳定长久，含有机质多，能提高土壤有机质含量，改善土壤理化性质， 可以供给作物和土壤微生物n 、p 、k 等多种养分。 一味的追求单位面积农作物产量的提高，盲目的过量施用化肥以及施用不合理， 已经给生态环境带来了严重的影响。大量研究表明化学肥料的大量应用不仅使土壤 环境恶化，如出现土壤退化、盐渍化、酸化、板结等，而且过量未被利用的养分通 过径流、淋溶等途径进入水体，引起水污染。高超等( 2 0 0 2 ) 的研究表明1 9 8 1 1 9 9 0 年的1 0 年间，太湖的总氮( t n ) 和总磷r r p ) 含量增加了2 3 倍，1 9 9 5 年太湖全湖 的t n 和t p 己分别达到了富营养化发生浓度的1 7 5 和6 6 倍，具备了全湖发生重营 养化的营养盐条件。 近年来随人民生活水平的提高和膳食结构的变化，城乡居民对畜禽肉蛋奶的需 求越来越高。因此养殖业迅速发展起来，产生的畜禽废弃物也随着急剧增多。据刘 红( 2 0 0 0 ) 的研究报道，北京在2 0 0 0 年拥有近2 5 0 0 多个畜禽场，所产生的畜禽废 弃物达到7 0 0 多万吨，近郊畜禽业排放的有机物总量超过全体市民所排放的有机物 总量。出于经济的考虑和人们环保观念的淡薄，绝大部分养殖场畜禽粪便未经任何 处理即排入河道和地下水，丰富的养分成为污染物质，引起水体富营养化和地下水 污染。目前畜禽粪便中氮、磷的淋失量约为化肥流失量的1 2 2 和1 3 2 ( 李远，2 0 0 2 ) 。 畜禽粪便产生的环境污染，已成为我国农村面源污染的主要来源之一。李传红等 ( 2 0 0 1 ) 的研究表明被畜禽粪尿所污染的地表水下渗，会使地下水中的硝酸盐，有 机质浓度增高，造成地下水氮和有机质污染。金冬霞和王凯军( 2 0 0 2 ) 的研究也表 明畜禽废弃物富含大量有机物和n 、p 营养元素，流入河流和湖泊后，造成水体富 营养化，渗入地下，使地下水中硝态氮、硬度和细菌总数超标。 根据国家环境保护总局2 0 0 1 年开展的全国2 3 个省畜禽养殖污染调查的数据显 示，1 9 9 9 年，畜禽粪便c o d ( g 学需氧量) 排放已达7 1 1 8 万t ，远远超过工业废水与 生活废水c o d 排放量之和。根据研究估计，我国畜禽粪便主要污染物n h 4 0 n 、t p 、 6 华中农业大学2 0 0 4 级硕士毕业论文 t n 的流失量分别为1 5 5 8 8 万t ，4 6 7 6 万t ，和4 0 7 1 4 万t ，经测定，养殖场所排放的 污水畜禽粪便中含有大量的氨等耗氧物质，侵水中的溶解氧大幅度降低，水中生物因 缺氧而难于生存，导致死亡、腐烂等，严重污染水体。粪便对土壤污染是大气污染和水 体污染的必然结果。据有关部门试验表明，畜禽粪尿的淋溶性极强，其所含氮、磷 的溶淋量很大，若不及时、妥善地处理，就会通过地表径流在土壤中不断积累，导 致水体严重污染，使土地丧失生产能力。有的畜禽场所排放的粪尿及废水，常常通 过粪坑渗滤进人地下，致使地下水严重污染，水井报废。农业退水是水体污染物的 主要来源之一，而来自于农作物栽培、畜禽养殖的农业退水是造成水体污染的主要 来源，它覆盖面广、分散，并通过各种渠道影响水体。 禽畜粪便还会危害农田生态，李远( 2 0 0 2 ) 的研究表明高浓度的畜禽养殖废水 长期用于灌溉会使作物徒长、倒伏、晚熟或不熟，造成减产，有时甚至会毒害作物 而出现大面积腐烂。此外，高浓度污水还可导致土壤空隙堵塞，造成土壤通气、透 水性下降及板结，严重影响土壤质量。施肥与土壤健康质量而言，有机肥的问题比 无机肥的更严重。畜禽粪便是宝贵的资源，但是如果不加限制地还田，反而起不到 肥田的效应，作物会“疯长”，使产品质量下降，产量降低。利用好畜禽粪便有机肥， 不仅可减轻畜禽粪便对环境的污染，也可提高土壤肥力，改善土壤结构，是我国农 业可持续发展的重要保证。而且通过资源化也减轻了后期环境工程的治理投入。未 经处理的农业退水污染负荷高。而且富含大量有机物和氮、磷营养元素的污水流入 河流、湖泊，会造成地表水体富营养化，渗入地下，使地下水中的硝态氮、硬度和 细菌总数超标。下面就对粪便堆肥中产生污染的成分分别概述。 1 1 1 氮的污染 一般认为过量旌用化学氮肥是导致水体硝态氮污染的主要原因。人们开始把注 意力转移到施用有机肥上，希望藉此能解决施肥与农业发展及环境污染的矛盾。对 于施用有机肥，m a r r i o t 和b a r t l e t t 在2 0 0 1 年观测研究表明，以连续3 年累计高达1 5 6 8 k g n h m 2 的液体牛粪施入果园地上，地下水n 0 3 - n 含量超过1 0 m g l ；以高达年5 0 0 k g n h m 2 的液体牛粪施于玉米地上，1 个月内0 1 0 5 锄土壤剖面上n 0 3 n 含量普遍增加， 并且3 个月i 勾n 0 3 n 游出作物根层向地下水体运动。 河湖地表水中的氮素，8 5 以上是n h 4 + 一n ，其主要来源于人畜粪尿和有机肥。 7 饶雄飞：堆肥的养分淋涪特征及其在草坪上的应用研究 更为严重的是。有的畜禽场所排出的粪便，长期在粪场内堆积存放，结果粪尿中所 含的大量的含氮化合物在土壤生物的作用下，通过氨化、硝化等化学反应过程，导 致地下水和土壤中硝酸盐含量日渐增高，硝态氮污染非常严重，而农田土壤硝态氮 的淋失被认为是造成地下水硝态氮污染的主要原因。城市水体的富营养化污染已越 来越严重，成为制约我国城市水资源利用和经济可持续发展的关键因素之一，粪便 和冲洗粪便废水中含有氮、磷及粪渣等有害物质，可以通过地表径流污染地表水， 也可以通过土壤渗入地下污染地下水。水中过多的氮、磷会使水体富营养化，引起 藻类疯长，争夺阳光、空气和氧气，最终将使水体交黑发臭，导致鱼类及水生生物 死亡，并影响沿岸的生态环境。畜禽粪便过量施用，残留壤中的n 、p 等物质渗 入地下水，将导致地下水中n 0 2 。、n 0 3 4 浓度升高，人若长期或大量饮用，可能诱 发癌症。 1 1 2 磷的污染 2 0 世纪9 0 年代以前，国内也少有人相信农田土壤中的磷素能进入水体；尤其 是通过淋溶进入水体；又由于土壤中高浓度的磷对植物的生长并没有不利的影响， 因此，农民每年都向土壤中施入远超过植物所能带走的磷素，磷的利用率又不高， 结果使土壤中累积了大量的磷，对地下和地表水体构成威胁。我国有关磷素的研究， 以前主要集中在磷的吸附、解吸和提高磷肥利用率方面，由于施用磷肥的历史远比 欧美发达国家短，水体富营养化程度总体较低，但是，由于近十几年我国经济发展 迅猛，对农业的投入也不断加大，施肥量有增无减，尤其是一些经济发达地区和经 济作物基地，过量施肥的现象很普遍；已经出现一些地方农田中的磷素进入水体而 产生水体富营养化现象。如：苏南太湖流域是我国农业最发达的地区之一，农业集 约化程度较高，是高投入、高产出区，全区面积仅占全国的0 4 ，而化肥消费量占 全国的1 3 。 磷作为有机肥成分之一，其排放量随着有机肥产生量增加也相应地增加。如美 国每年仅养猪业所产生的磷就有0 4 2 m g ，2 0 0 2 年我国畜禽粪便产生的磷素总量为 9 4 8 万t ，相当于当年化肥投入磷素总量10 6 0 万t 的8 9 ( 武淑霞，2 0 0 5 ) ，考虑到很 低的磷素浓度即可导致水体富营养化，如新西兰规定水体富营养化的总磷( t p ，t o t a l p h o s p h o r u s ) 和溶解性反应磷( d r p ，d i s s o l v e dr e a c t i v ep h o s p h o r u s ) 浓度分别为2 6 - 3 3 8 华中农业大学2 0 0 4 级硕士毕业论文 u 矿和9 一l o u 鲋，有机肥磷对水体影响已有报道，其对水体富营养化作用已引起越来 越多的关注。 对太湖地区的调研证明，排除工业点源污染后，在各种面源污染中，畜禽和人 的排泄物及生活污水、淡水养殖业等贡献了水体磷素面源污染的9 0 ，农田肥料贡 献了1 0 左右( 金洁等，2 0 0 5 ) 。根据国外资料及相关调查，有机肥中的磷较无机肥 中的磷更易随水迁移，磷是温带地区大多数地表水富营养化的限制因子。因此，大 量施用有机肥对水体富营养化的威胁将更大，大量施用有机肥对水体富营养化地表 水及地下水硝态氮浓度的增加也主要源于农田氮肥的大量施用和牲畜粪便的排放。 土壤养分流失进入地表水是水体富营养化的主导诱因，土壤中磷总量及其形态，土 壤质地与导水性能等都影响水体富营养化进程。 目前对土壤磷化学及其与水环境的关系已有大量研究，成为水面源污染研究的 重点领域之一。 1 1 3 其他方面的污染 畜禽粪便中含有大量的钠盐和钾盐，如果过量施用于农田，大量的钠和钾通过 反聚作用而造成某些土壤的微孔减少，使土壤的通透性降低，破坏土壤结构，危害 植物。牲畜粪便的排放还会使土层结构遭到破坏，地表植被消失，土壤丧失缓冲能 力，并为有害微生物以及致病菌和寄生虫卵的繁衍提供了适宜的环境条件，最终导 致畜禽发病率的上升。而直接将高浓度的畜禽粪便污水用于灌溉，会使作物陡长、 倒伏、晚熟或不熟，造成减产甚至毒害作物，出现大面积腐烂。高浓度污水可导致 土壤孔隙堵塞，造成土壤透气透水性下降及板结，严重影响土壤质量。畜禽粪肥的 成分非常复杂，不仅含有病原微生物、寄生虫卵、孳生蚊蝇，还可能引入各种重金 属和有机污染物( 抗生素、有机化学品、激素、持久污染物等1 。调查表明，在年出 栏1 万头的猪场，粪便中每年排出砷1 5 0k g 、铜4 5 0 7 5 0k g ；而且饲料中广泛使用抗 菌药物、激素和“瘦肉精”等。如果有机肥产品岔有较高的重金属，长期或大量施 用有机堆肥就有可能造成土壤重金属的积累，并进入食物链威胁人畜的健康。有资 料报道，肉鸡粪中砷的含量已经超过污泥农用标准( 4 1 m g k g ) ；长期施用鸡粪的土壤， c u 、z n 含量已积累到毒害水平( m i t c h e l l 等，1 9 9 2 ) , 另外李传红和朱文转( 2 0 0 1 ) 的 研究还说明直接、连续、过量的旌用畜禽废物会使土壤阳离子交换量( c e c ) 增加， 9 饶雄飞：堆肥的葬分淋溶特征及其在草坪上的应用研究 使无机盐聚积，土壤中不易移动的磷酸在土壤下层富积，细菌、害虫大量繁殖，易 发生病虫害。陈德明等( 2 0 0 2 ) 研究畜禽粪便在农田中的集中施用还会造成壤中 重金属( c u 、z n ) 的累积。 鉴于集约化养殖对环境造成极大的危害，人们不禁对有机肥的施用安全产生怀 疑。虽然传统的堆肥技术已经得到一定的应用，但其养分含量低和无害化程度差等 缺点，根本无法解决粪便对土壤及地下水的污染问题，虽然近年来高温堆肥技术得 到极大的发展和改进，但由于堆制过程中对条件控制较高及高温堆肥装置成本过高 等因素，没有得到广泛的应用。 在这种情况下，研究堆肥的施用效果及对环境的影响就显得十分迫切和必要。 1 2 国内外相关研究概况 1 2 1 有机肥的成分性质 有机肥主要指各种动物和植物等，经过一定时期发酵腐熟后形成的肥料。有机 肥含有大量生物物质、动植物残体、排泄物、生物废物等物质，施用有机肥料不仅 能为农作物提供全面营养，而且肥效长，可增加和更新土壤有机质，促进微生物繁 殖，改善土壤的理化性质和生物活性，是绿色食品生产的主要养分来源。从种类上 有机肥可以分为堆肥、沤肥、厩肥、沼气肥、绿肥、作物秸秆等。在有机肥料结构 中，畜禽粪便占有机肥料总养分量的6 3 7 2 ( 李庆康等，2 0 0 0 ) 。畜禽粪便有机 质丰富，含有较高的n 、p 、k 及微量元素，是很好的制肥原料，在农业生产中粪便 堆肥的利用非常普遍。各种家畜的粪尿中的养分含量差异较大，我国目前几种主要 动物粪便养分储量见表1 。各种家畜的粪尿中的养分含量差异较大，羊粪中氮、磷、 钾含量最多，猪，马次之，牛最少。除氮、磷、钾外，还含有其他各种元素。这些 养分的含量幅度为：钙1 1 3 4 9 k g ，镁o 7 2 6 9 k g ，硫0 5 2 8 9 k g ，铁3 6 - 4 2 2 m g k g ， 锰9 - 5 4 m g k g ，铜5 - 1 4 m g k g ，锌1 4 - 8 2 m g k g ，钼0 ，5 5 0m g k g ，硼9 - - 5 4 m g k g a 各种家禽不同于家畜，特点是粪尿混合排出。鸡和鸭的粪便水分较少，有机物含量高， 氦和磷的含量也比家畜粪高。鹅的养分含量不如鸡粪、鸭粪和鸽粪。禽粪中的氮素 以尿酸态为主，不能直接被作物吸收，而且有害于根系的正常生长，必须腐熟后使 用。总之禽肥养分高，分解快，属于精肥。进入土壤中的畜禽粪便中的蛋白质、脂 华中农业大学2 0 0 4 级硕士毕业论文 肪、糖等有机质将被微生物分解，其中含氮有机物被分解为氨、胺和硝酸盐，氨和 胺可被硝化细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐；糖和脂肪、类脂等含碳有机物，最终被 微生物分解为c 0 2 和h 2 0 ( 刘红，2 0 0 0 ) ，含磷有机物分解成磷酸盐。 表1 新鲜畜禽粪便的养分平均含量 t a b l e1n u t r i e n tc o n t e n to ff r e s hl i v e s t o c km a n u r e ( g k g ) 1 2 2 草坪肥料使用研究 目前，我国草坪施肥主要施用化学肥料，在草坪研究处于领先地位的美国，草 坪肥料包括有机肥料、液体肥料和缓释肥料，缓释肥料是当今世界草坪肥料的发展 趋势。有关草坪缓释肥料的研究主要集中在以下方面：( 1 ) 不同类型的缓释肥料养 分释放机理、释放速率的调控以及释放特性；( 2 ) 不同包膜材料、粒径、包膜厚度、 草坪缓释肥料对土壤、有机质含量和土壤养分残留的影响；( 3 ) 缓释肥料在提高养 分利用率和降低环境污染等方面的效果。国外的高尔夫果岭专用缓释肥的主要成分 就是蚯蚓粪，草坪通过采用蚯蚓粪、膨化鸡粪、尿素、复合肥，试验结果表明：使 用蚯蚓粪的草坪，出苗整齐，幼苗健壮，成坪时间比使用其他基肥的时间早2 0 天 ( r i c h i e ，2 0 0 2 ) 。而且蚯蚓粪在提高草坪的抗性、延长草坪的绿色期方面作用是非 常明显的，但出口到我国的蚯蚓粪价格是当地的2 0 多倍( s k i r d e ，1 9 8 9 ) 。 e g h b a l l ( 2 0 0 0 ) 指出，鉴于各类不同动物粪便有不同的特性，在草坪上应用时 在配方时应给予注意。如鸡粪较“热”，易烧苗，而牛粪则较安全，但牛粪中可能混 有杂草种子，直接利用会造成田间杂草发生。 饶雄飞t 堆肥的养分淋溶特征及其在草坪上的应用研究 1 2 3 有机肥对土壤环境的影响 1 2 3 1 施用有机肥对土壤中氮素的影响 吕殿青( 1 9 9 9 ) 研究表明，累积在土体中的大量硝态氮具有潜在的淋溶损失倾 向，是引起地下水污染的重要因素。有机肥通常所含的大量的氮素养分进入土壤后， 发生一系列化学、生物化学反应，含氮有机物最终分解物有氨、硝态氮、亚硝态氮。 氨有挥发性，挥发后植物不能吸收，浪费资源，而且气味刺鼻，污染环境。硝态氮 在土壤中不易被吸附，能被植物直接吸收利用。过多未被植物吸收利用的硝态氮随 水的移动而易被淋失，污染地下水。 关于有机肥对土壤中硝态氮积累的研究的影响，c h a n g 等( 1 9 9 6 ) 于加拿大列 桥实验站的研究表明，在灌溉土壤上，连续施用有机肥( 1 9 7 3 年一1 9 9 2 年) 会造成 硝态氮的淋失。袁新民等( 2 0 0 0 ) 在陕西省土壤肥料研究所陈小寨定位实验( 1 9 8 0 年一1 9 9 8 年) 的研究表明，土壤中硝态氮的累积量随有机肥施用量的增加而增加， 过量施用有机肥会引起2 m 以下的深层土壤中硝态氮的大量积累。因此有机肥对土 壤硝态氮的累积的影响以及对地下水的潜在威胁不容忽视。不同地域的研究结果表 明，耕作层硝态氮素的存在，是氦素淋失的先决条件，土壤被作为氮素的储藏场所 是不正确的。有机氮肥经过微生物分解为可溶性氮肥后，除了被作物吸收，土壤吸 附的硝态氮为每公顷1 0 _ 一2 0 蚝，其中5 为微生物固定，其余全部进入环境。一般 来说，经过整个冬季的微生物降解作用和淋失作用，大部分作物收获后残留在土壤 中的氮素流出耕作层( 李志芳，2 0 0 2 ) 。s c h e l l c r 和v o g t m a n n ( 1 9 9 5 ) 实验发现，作 物收获后滞留在田间的、经微生物整个冬季分解的硝态氮为7 3 k g ，次年春季全部流 出根际。影响氮素淋失进入环境的关键因素之一是耕作层可淋失氮的含量，可淋失 氮素指土壤中多余的、作物吸收后剩余的可溶性氮素。此外，氮素淋失取决于土壤 含水量、持水力、传导性和土壤溶液浓度差。关于土壤含水量对氮素流失的影响， 有报道说，在雨季，表土( o - _ 2 0 c m ) 的可溶性氮素在两周内减少5 0 7 0 ，可见 土壤含水量对氮素淋失的影响是巨大的。另一个重要因素是土壤水传导性，决定于 土壤质地和土壤结构等物理形状( k o e n i ga n dc o c h r a n ，1 9 9 4 ) 。 有机肥进入土壤，在微生物的分解作用下成为可溶性无机氮化物，才能被作物 吸收利用。微生物对有机肥的分解速度取决于土壤微生物的活性和土壤理化性状， 华中农业大学2 0 0 4 级硕士毕业论文 如土温、通气性、土壤含水量、土壤有机质c n 、土壤p h 等。凡是影响微生物活性 的外界条件都会间接的影响有机肥的释放、利用和淋失状况。例如l i n n 和d o r a n ( 1 9 8 4 ) 的研究表明在有机肥料的生物降解过程中，亚硝态氮在土壤中将很快转变 为硝态氮和氮气。若在此过程中，缺少氧气和温度较高的土壤条件，亚硝态氮就将 转变为氮氧化合物气体，释放进入大气中。浪费了资源，污染了环境。可见旌入的 有机肥在不同类型的土壤，甚至是同一土壤但不同的外界条件下都会有不同的反应。 有机肥在这些条件下被作物吸收的状况，随水分移动的规律，在土壤中的分布至今 还没有相关的研究。 1 2 3 2 施用有机肥对土壤中磷素的影响 磷是植物必需的营养元素，也是水体富营养化的关键元素，农田土壤中磷进入 地表和地下水体的途径主要有3 种，即地表径流、侵蚀和淋溶( 渗漏液或亚表层径 流) ( t u n n e y , c ta 1 1 9 9 7 ；h c c k r a t h ，e ta 1 1 9 9 5 ；h e s k c t h ，2 0 0 0 ) ；由于土壤和磷素之间能 发生剧烈反应，土壤吸持和固定磷素的容量很大，磷素在土壤中很难移动( g b u r c k ， 2 0 0 0 , u u s i k a m p p a , 2 0 0 0 ) ；而且，由于磷肥主要施在耕层，磷素含量很低的下层土 壤是一个吸持磷素的巨大容量库，所以，多数人认为土壤中的磷穿过耕层及其下层 土壤，沿剖面垂直向下淋溶的可能性不大，地表径流和土壤侵蚀是主要途径( 鲁如 坤，1 9 9 8 ，司友斌等，2 0 0 0 ，张志剑等，2 0 0 1 ) ，而淋溶( 包括亚表层径流) 量极少， 可以忽略。 大量的研究证实，畜牧业发达地区和大量施用有机肥的地区土壤磷含量已大大 超过了作物达到经济产量所需的磷量( s i m s ，e ta 1 2 0 0 0 ) 。其中大量施用有机肥的地 区土壤磷素过剩的原因是有机肥的用量是依作物氮素需求量为基础，而不考虑有机 肥中的磷素含量。由于有机肥中的磷素含量较高，在满足作物对氮素用量时，所施 的有机肥中的磷素就已经过剩。关于有机肥中的磷素控制，王道涵和粱成华( 2 0 0 2 ) 提出畜牧业中饲料生产是磷素输入的主要环节。目前饲料中磷素的用量普遍超过动 物的消化量，大约有5