畜禽养殖废水发酵液态有机肥肥效研究

摘 要：发酵工艺将养殖废水发酵制作液态有机肥对资源化利用畜禽养殖废水和改善农业生态环境具有重要意义。文章利用养猪废水、养牛废水和家禽废水为原料发酵制成液态肥，以水稻为研究对象，设计不同对比试验，研究不同类型畜禽养殖废水发酵液态有机肥对种植土壤和种植作为的影响。研究结果表明，三种类型的液态肥对土壤速效氮和速效磷有明显增加，养牛废水液态肥12kg/亩处理的效果最好；养牛废水液态肥12kg/亩和养猪废水液态肥12kg/亩两种处理土壤容重整体降幅较大，改良效果较好。就改善孔隙度这一单因素而言，养牛废水液态肥12kg/亩处理与家禽废水液态肥12kg/亩处理处理最好；同时三种液态肥对水稻的株高和叶绿素含量都有明显的速进作用。研究结果可为资源化利用畜禽养殖废水提供科学依据。

关键词：发酵；液态有机肥；畜禽养殖废水；土壤

引言

近年来，我国畜禽养殖业发展迅速，已经成为促进农村经济发展，改善农村生产生活的重要经济支柱，但同时，畜禽养殖会产生大量的废水，处理不当会引起一系列的环境问题。畜禽养殖废水是一种富含N、P的高浓度有机废水，直接排放或受雨水冲洗进入水体，会造成地表水、地下水及农田的严重污染。养殖废水中的大量含氮化合物在土壤微生物的作用下，通过氨化、硝化等化学反应过程形成NO3--N下渗到地下水，造成地下水中硝酸盐含量过高，使水质不能用于饮用，严重影响人体健康。猪场废水是典型的高浓度富磷废水，磷是农业生产必须的营养元素，其回收利用对于农业可持续发展和控制水体污染具有重要意义。奶牛场废水中包含约93%的水、0.7%的蛋白质、0.3%的脂肪、4±5%的乳糖和0.5±0.6%的盐分，养分含量较高，具有很高的回用价值。家禽废水由于氨氮浓度、有机物浓度与总磷浓度较高，直接排放不利于生态农业的发展。发酵工艺可将养殖废水发酵制作液态有机肥以进行资源化利用，文章设计不同试验，研究液态肥的施用对土壤营养元素累积、水稻生理生长的影响，旨在为液态有机肥料在农业生产中的应用提供理论和实践依据。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

供试作物为水稻。供试肥料为生物有机液态肥料，分别为液态肥Z、液态肥N、液态肥Q，三种液态肥养分含量如表1所示；液态肥Z为以养猪废水为原料发酵制成，液态肥N和液态肥Q分别以养牛废水和家禽废水为原料发酵制成。

试验装置采用水桶，在桶一端壁自下而上每0.15m有排水管与水套相连，以人工控制土壤水分。试验用土为南京当地的稻田土壤，风干后过2mm筛，按容重为1.30g/cm3装入水桶，每桶土壤重量约为8kg。处理间为随机区组设计，重复2次。水稻种植密度为70株/m2。不同类型液态肥的施用量如表2所示，单独一种类型液态肥采用两种施用量，分别是8kg/亩和12kg/亩。

1.2 试验方法

在水稻生长期间，单个处理每15d采集土样一次，取样深度为0-20，20-40cm，并测定土壤基本理化性质。水稻成熟后，采集植株测定单位面积植株氮、磷累积量。主要测量指标包括：

（1）土壤养分测定：速效氮测定（采用碱解扩散法）；速效磷测定（采用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法）；有机质测定（采用重铬酸钾氧化法）。

（2）土壤孔隙度测定：称重法。

（3）土壤pH值测定：采用PH值速测仪对不同土层土壤PH值进行测定，型号为METTLER TOLEDO FE20。

（4）土壤阳离子交换量：NH4Cl-（NH4）2C2O4法。

（5）植株养分测定：全氮（H2SO4-H2O2消煮，奈氏比色法）；全磷（H2SO4-H2O2消煮，钒钼黄比色法）。

2 试验结果与讨论

2.1 液态肥施用对土壤速效养分含量的影响

一般氮素在土壤中以有机化合物的形态存在，依靠土壤中含氮有机物的不断分解转化成无机态氮化合物，速效氮的特性是易溶于水，也称水解氮，是速效性养分，供植物吸收，吸湿性强，其含量的多少是短期供氮水平的指标，氮是植物生长发育不可或缺的营养元素之一，测定土壤中速效氮的含量对植物的施肥管理有着重要的意义。表3所示为液态肥施用下土壤速效氮含量随移栽时间的动态变化，总体来看，土壤速效氮含量呈上升趋势，增幅在1.11%-5.53%，峰值出现在15d，45d和75d，说明基肥、追肥和穗肥的施用对土壤速效氮含量的增加有显著作用，75d之后土壤速效氮含量呈下降趋势，但降幅不明显，105d时土壤0-20cm，20-40cm速效氮含量大于同土层基土速效氮含量。基土0-20cm土层的速效氮含量为113.7mg/kg，移栽15d后（即基肥施用后），速效氮含量的增幅在9.6%-17.5%，其中处理N2增幅最大，Q2次之，为14.9%；基土20-40cm土层速效氮含量为107.4%，移栽15d后（即基肥施用后），土壤速效氮含量的增幅在8.65%-12.01%，仍以处理N2最大。三组处理相比，结果表明，液态肥N2处理效果最好。

土壤速效磷作为土壤有效磷贮库中对作物最为有效部分，能直接供作物吸收利用，因而是评价土壤供磷能力的重要指标。表4所示为土壤速效磷的动态变化，与土壤速效氮变化规律较为相似，土壤速效磷含量的峰值点出现在移栽后15d，45d和75d，说明施肥对于土壤中速效磷含量的增加有显著影响。0-20cm土层的速效磷增幅总体高于20-40cm，说明液态肥的施用对土壤速效磷含量增加的作用主要体现在表层土壤，计算发现，移栽后105d，0-20cm不同液态肥处理土壤速效磷含量的增幅为5.32%-19.29%，20-40cm不同液态肥处理土壤速效磷含量的增幅为1.02%-7.63%，液态肥N与液态肥Q土壤20-40cm速效磷含量基本没有变化。对不同液态肥之间土壤速效磷含量情况对比发现，移栽后105d，0-20cm土壤速效磷含量最高的处理为N2，达到35.87mg/kg，Q2次之，为34.27mg/kg，说明液态肥处理N与液态肥处理Q对增加表层土壤速效磷含量效果显著。

2.2 液态肥施用对土壤基本理化性质的影响

土壤容重用来表示单位原状土壤固体的重量，是衡量土壤松紧状况的指标。容重的大小是土壤值低、结构、孔隙等物理性状的综合反映，同时也受外部因素，如降雨、灌水、耕作活动的影响。一般对于同一质地的土壤来说，容重的大小，则可以大体反映出土壤结构状况。容重越小（不低于1.14），土壤越疏松，结构性好，反之，表明土壤紧实，结构性差。表5中所示施用液态肥前后土壤容重的变化。CK处理容重各土层容重均有所上升，尤其是最下层（0-60cm）土壤容重，上升幅度最大，达到8.46%，试验结束时，该层土壤容重为1.41g.cm-3，说明比较其他土层而言，该层土壤结构性较差；施用液态肥的处理，容重整体呈下降趋势，各土层容重变化规律较为一致，0-20cm土层容重最小，20-40cm土层次之，40-60cm土层容重最大。施用液态肥后，土壤容重的降幅在0.71%-7.69%，其中Q1降幅较小，0-20cm，20-40cm，40-60cm分别降低了3.08%，2.31%，0%，说明液态肥Q虽有改良土壤容重的效果，但相比其他处理而言效果较差；N2处理降幅较大，0-20cm，20-40cm，40-60cm分别降低了7.69%，3.84%，3.07%，0-20cm土壤容重降幅大于该土层其他处理。对试验前后土壤容重的分析结果表明，适当施用液态肥可降低土壤容重，改善土壤结构，对不同液态肥处理容重降幅的比较分析发现，N2，Z2处理土壤容重整体降幅较大，改良效果较好。

孔隙状况影响水、气含量，也就影响养分的有效化和保肥供肥能力，还影响土壤的增温与稳温，因此土壤松紧度和孔隙状况对土壤肥力的影响是巨大的，同时也对作物生长有重要作用。如果土壤过于紧实，总孔隙度小，其中小孔隙多，大孔隙少，影响作物的根系生长；土壤过于疏松时，总孔隙度增大，植物扎根不稳，容易倒伏。土壤孔性取决于土壤质地、松紧度、有机质含量和结构等土壤本身性状的影响，另外一些外部因素如耕作、施肥、灌溉、排水等人为措施对土壤孔隙的影响很大，因而它一直处于动态变化之中。表中所示试验前后孔隙度变化可直观地看出液态肥施用对土壤孔隙度的影响。CK处理孔隙度呈下降趋势，其中40-60cm降幅大于0-20 cm与20-40cm土层，这与严洁与彭世彰等的研究成果相互印证。液态肥处理中，表层土壤的孔隙度升高幅度相对较高，而0-60cm土壤基本没有变化，这说明各处理的孔隙度上层好于下层，0-20cm，20-40cm，40-60cm各液态肥处理孔隙度的增幅分别为3.90%-10.75%，1.52%-8.33%，0.51%-2.25%，说明液态肥对孔隙度的改善主要体现在对于表层土壤孔隙度的改善，而0-60cm土层除Z2有所下降以外，其余均出现较小幅度的上升，这可能由于短期施用液态肥对深层土壤的改良效果不能立竿见影，后续试验应着重观测连续施用液态肥对深层次土壤孔隙度的影响。比较液态肥处理对改善土壤孔隙度的效果发现，N2处理0-20cm孔隙度增加10.75%，显著高于其他处理；Q2处理次之，达到8.72%；Z1处理仅为3.99%，相对较差，就改善孔隙度这一单因素而言，N2与Q2为推荐处理。

土壤酸碱性是土壤的重要化学性质，对土壤微生物的活性、矿物质和有机质的分解起着重要用，并影响土壤养分元素的释放、固定和迁移。表中可看出，试验前后土壤PH均在合理范围，试验初始时土壤pH均为5.84，一季水稻种植结束时，各处理土壤PH值均有所下降，0-20cm，20-40cm，40-60cm土层土壤PH值呈递增趋势。CK处理PH降幅最大，0-20cm，20-40cm，40-60cm土层分别下降了5.14%，3.77%和0.41%，液态肥处理土壤PH值下降幅度远小于CK处理，0-20cm，20-40cm，40-60cm土层PH值降幅在0.86%-2.40%，0.68%-1.71%，0.17%-1.31%，上层土壤PH值降幅大于下层土壤。

2.3 液态肥施用对水稻生理生长的影响

2.3.1 液态肥施用对水稻株高的影响

株高对形成水稻产量群体有重要的意义，植株过高，营养体生长过旺，与生殖生长竞争养分，最终会影响产量；植株过矮，营养体生长不良，不能为生殖生长提供必要的养分，也会降低产量。在一定的程度上可以通过增加施肥量来增加株高和产量，但过度施肥使得株高过高，容易造成水稻倒伏和减产。从总体来看，液态肥施用下，较低施肥量与较高施肥量相比，株高明显低于较高施肥，说明在一定的施肥范围内，水稻株高与施肥量呈正相关。

表6中可以看出，20d时不同处理水稻株高已有差异，其中CK处理最低，仅为23.8cm，N2处理最高，达到35.9cm；20d后水稻株高增长显著，但并非一直增长；100d时，水稻株高为84.5cm-110.0cm，仍以CK株高最低，为84.5cm，Q1最高，达到110.0cm。液态肥Q1与Q2之间的株高差异不大，这从侧面说明施肥量并非越大越好。图1中株高变化更为直观，总体来看，不同处理株高变化可分为三个阶段，20d-30d为快速增长，30d-75d为缓慢增长，75d-100d各处理株高变化不大。就株高这一单因素来看，Q1与N2肥效较好，对株高增长的影响显著。

2.3.2 液态肥施用对水稻叶绿素含量的影响

光合作用是水稻叶绿素利用二氧化碳和水把光能转变成化学能的过程，所以在一定的范围内，水稻叶片的叶绿素含量和水稻叶片氮素营养、叶片颜色、水稻产量、水稻品质存在着密切关系。水稻对养分的变化反应敏感，为了获得高产、优质的水稻，生产上通过将水稻叶片叶绿素含量变化引起的叶色变化作为营养管理、水稻氮素营养状况跟踪和科学施肥判断的重要指标。而施肥条件将影响叶片中叶绿素a和叶绿素b的含量，通过影响光合作用进而影响作物产量。表7所示为叶绿素含量速测仪所测在液态肥施用条件下，水稻叶绿素含量的动态变化，由于光合作用减弱，叶片开始衰老，水稻成熟期时叶绿素含量有所下降，整体来看，水稻叶绿素衰退的时间在移栽后75d左右，75d达到峰值，这种变化趋势也由于水稻生长过程中，前期作物不断积累营养，后期由于生理代谢的需要，营养物质不断地转化到籽粒中，符合植物生长的源库流协调机制。对于同一类液态肥，施氮量较高的处理其水稻叶绿素含量高于施氮量较低的处理；液态肥N2的水稻叶绿素含量总体要略高于其他处理，移栽75d时其叶片相对叶绿素含量达到38.9；CK处理水稻叶绿素含量减低，说明CK处理水稻植株的营养状况相对较差。

图2中可以更直观地看出液态肥施用条件下，水稻叶绿素含量的变化，其中CK处理的曲线基本一直位于最下方，说明CK处理各生育期叶绿素含量均低于液态肥处理，营养状况不佳。N2处理曲线位于最上方，Q2次之，说明，N2与Q2对水稻叶绿素含量的增加效果显著，也从侧面说明施用液态肥N与液态肥Q的水稻营养状况较优。总体来看，叶绿素的变化随时间分为三个阶段，20-30d为快速增长阶段，各液态肥处理增幅较为一致，CK处理增幅较低；30d-75d为缓慢增长阶段；75d-100d为衰退阶段。

3 结束语

综合上述分析，三种液态有机肥均表现出很高的肥效，并且对土壤中氮磷养含量的增加、土壤物理化学特性和土壤生理生长有重要影响，具体内容总结如下：

（1）液态肥对土壤中速效氮和速效磷含量有速进作用，土壤中施用液态肥后，土壤速效氮和速效磷含量随施用时间呈先上升后下降趋势，三种处理中，液态肥N2处理效果最好，液态肥处理N与液态肥处理Q对增加表层土壤速效磷含量效果显著。

（2）液态肥对土壤基本物理化学特性有很大影响，三种处理对土壤容重有明显的减少作用，对三种不同液态肥处理容重降幅的比较分析发现，N2，Z2处理土壤容重整体降幅较大，改良效果较好。就改善孔隙度这一单因素而言，N2与Q2处理最好。

（3）液态肥对水稻生理生长影响显著，液态肥施用下，较低施肥量与较高施肥量相比，株高明显低于较高施肥，说明在一定的施肥范围内，水稻株高与施肥量呈正相关。液态肥对叶绿素的影响显著，水稻叶绿素的变化随时间分为三个阶段，20-30d为快速增长阶段，各液态肥处理增幅较为一致，CK处理增幅较低；30d-75d为缓慢增长阶段；75d-100d为衰退阶段。

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