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我国畜禽粪便磷组分与土壤磷养分资源管理策略

李国华  
【摘要】:由于我国畜牧业养殖规模和集约化程度的不断提高,以及饲养制度的改变和饲料添加剂的广泛使用,导致我国畜禽粪便中磷的含量以及组成与上世纪九十年代相比发生了显著变化。当前,国内还没有对畜禽粪便磷素进行过系统的研究,对集约化养殖模式下不同畜禽粪便中磷组分的差异依然知之甚少。本文在比较分析各种畜禽粪便磷分级方法优缺点的基础上,选用连续提取法、两步提取-核磁共振法定量分析了我国不同畜禽粪便磷含量及组分构成、不同生育期畜禽粪便磷组分的差异以及饲料磷对粪便磷的影响。另外,由于磷肥施入土壤后发生了系列的物理化学过程进而影响其对作物的有效性,而这些过程又受到土壤类型、土壤酸碱度、畜禽粪便磷施用方式以及气候条件等因素的影响。本文通过长期定位试验站的历史数据分析和土壤室内培养相结合的方法,测定了我国不同类型土壤磷的培肥和环境阈值以及土壤磷素培肥速率。同时,根据磷素在土壤中的理化性质,划分了我国土壤磷肥管理区域,基于全国测土配方施肥项目“3414”试验的数据,明确了相应区域当前的土壤磷素状况。根据上述研究结果构建和完善了我国土壤磷素管理模型,并采用情景分析的方法分析预测了2030年我国不同生态区域土壤在不同管理措施下的磷肥需求量、土壤磷素状况以及潜在的环境风险。取得的主要结果如下: 1)畜禽饲料磷含量是影响粪便磷含量的主要因素,二者之间存在很好的正相关性。因此可以把优化饲料磷作为畜禽粪便管理的主要措施之一 2)畜禽粪便中易溶态磷占约70%以上。在集约化养殖模式下,猪粪的总磷浓度平均值为14.9gPkg-1;鸡粪总磷浓度的平均值为13.4g P kg-1;牛粪总磷浓度的平均值为5.8g P kg-1。散养模式下,牛粪总磷浓度的平均值为4.1g P kg-1。畜禽粪便磷含量变异范围较大。易溶态磷占集约化养殖模式下猪粪总磷的73%,鸡粪总磷的74%,牛粪总磷的79%,散养模式下牛粪总磷的78%。 3)特定生育期畜禽粪便的测定表明:妊娠或哺乳期母猪粪中总磷的含量为31.9gPk-1,130天的蛋鸡粪中总磷的含量为13.5g P kg-1以及10-12个月未产奶牛粪中总磷的含量为7.1g P kg-1。猪粪中48%的磷组分,牛粪中87%的磷组分和鸡粪中69%的磷组分为易溶态的(去离子水和碳酸氢钠提取)。畜禽粪便中的磷组分主要包括正磷酸盐类、焦磷酸盐类、正磷酸单酯类和正磷酸二酯类,其中正磷酸盐类占的比例最高。根据畜禽粪便中各个磷组分所占的比例以及活性的高低,等量的畜禽粪便施用于耕地中潜在的环境风险由高到低依次是猪粪鸡粪牛粪。 4)三种不同类型土壤的全磷(Total-P)与速效磷(Olsen-P)拐点值分别为:哈尔滨中性土壤Total-P0.44g P kg-1, Olsen-P21.4mg P kg-1;杨凌钙质土壤[otal-P1.32g P kg-1, Olsen-P71.8mg P kg-1;祁阳酸性土壤Total-P0.51g P kg-1, Olsen-P4.6mg P kg-1,. Olsen-P与氯化钙提取态的磷(CaCl2-P)拐点值分别为:哈尔滨中性土壤Olsen-P51.6mg P kg-1, CaCl2-P0.61mg P kg-1;杨凌钙质土壤Olsen-P39.9mg P kg-1, CaCl2-P0.87mg P kg-1;祁阳酸性土壤Olsen-P90.2mg P kg-1, CaCl2-P0.39mgPkg-1。三种不同类型土壤Olsen-P和土壤磷饱和度(PSR)之间存在显著的线性相关性。土壤单位Olsen-P的增加量导致的PSR的增加值由大到小依次为哈尔滨祁阳杨凌。PSR与CaCl2-P拐点值分别为:哈尔滨中性土壤PSR0.081, CaCl2-P1.43mg P kg-1;杨凌钙质土壤PSR0.026mg P kg-1, CaCl2-P0.85mg P kg-1;祁阳酸性土壤PSR0.12mg P kg-1, CaCl2-P1.86mg P kg-1,土壤磷素表观平衡与土壤Olsen-P的变化值之间存在显著的线性相关性。有机无机肥料配施提高土壤Olsen-P的速率高于单施无机肥的培肥速率。在中性土壤上前者是后者的1.04倍,钙质土壤上是1.88倍,酸性土壤上是1.31倍。 5)根据我国土壤酸碱度以及不同区域环境气候的差异,将我国耕地划分为五个不同的磷肥管理区域:东北区、华北区、西北区、长江中下游区和南方区。我国不同磷肥管理区土壤磷素含量以及潜在的环境风险不同。我国东北区14.9%、华北区46.8%、长江中下游区67.5%、西北区69.3%和南方区91.5%的耕地土壤磷含量低于作物产量最佳时的水平,东北区6.8%、华北区5.1%、长江中下游区0.3%、西北区7.2%和南方区2.1%的耕地土壤存在较大的磷素流失风险。情景分析结果表明,2030年我国将面临严峻的磷肥管理压力,包括磷矿资源短缺、畜禽粪便磷肥流失以及环境污染等,目前的磷肥管理措施是不可持续的,未来需要合理的施肥技术以及政府政策调整。


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