不同堆储方式对牛粪中氮磷含量变化的影响

2010年家畜环境与生态学术研讨会论文集376不同堆储方式对牛粪中氮磷含量变化的影响周海柱1，王军2，张涛1，纪术远1，娄玉杰*1（1．吉林农业大学动物科学技术学院，长春130118；2．辽宁医学院畜牧兽医学院，锦州，121001）【摘要】本试验研究了露天自然堆储、露天自然堆储加遮雨棚和储粪池加盖堆储三种堆储方式对牛粪中氮磷的含量变化的影响。氮磷测定采用有机肥料的测定方法。试验结果表明：在堆储的不同时期，全氮浓度先下降后回升，堆储后与堆储前没有太大的变化，但是，在堆储后期，储粪池加盖堆储处理组的全氮、速效氮含量高于其他两个处理组。3个处理组的全磷的含量随着堆储时间的延长而不断增加，到75d时达到稳定，在整个过程中，储粪池加盖堆储组的全磷含量一直高于其他两个处理组。【关键词】牛粪；氮；磷StudyoneffectsofdifferentstockpilemethodsonchangeofnitrogenandphosphoruscontentinbeefcattlefecesHaizhuZhou1,JunWang2,TaoZhang1,ShuyuanJi1，YujieLou1*（1CollegeofAnimalScienceandTechnology,JilinAgriculturalUniversity,Changchun,130118;2CollegeofAnimalHusbandryandVeterinaryMedicine,LiaoningMedicalUniversity,Jinzhou,121001）AbstractChangeofnitrogenandphosphoruscontentofbeefmanurestockpiledinthreemethods(openairstockpile,manurepitstockpileandmanurepitwithshedstockpile)duringdifferentperiodwerestudied.Contentsofnitrogenandphosphorusofbeefcattlefecesweredeterminedaccordingtothemethodsfororganicfertilizer.TheresultsshowedthatthecontentoftotalNdecreasedatfirstandthenincreasedandtherewasnosignificantdifferenceamongthethreetreatmentsbeforeandafterthetreatment,however,inthelaterperiodofstockpile,itishigherinmanurepitwithshedstockpilegroup.ThecontentsoftotalPinthreetreatmentgroupsincreasedasthetimelongs,andapproachedtosteadyatthe75thdayofthetreatment.Forthewholestockpileperiod,thecontentsoftotalPinmanurepitwithshedstockpilegroupwerehigherthanthoseintheothertwogroups.Keywordsbeeffeces;nitrogen;phosphorus吉林省是肉牛养殖大省，近几年来，由于规模化、集约化肉牛养殖业的迅猛发展，每年产生约9800万t的畜禽粪便，由于缺少安全有效的处理措施，畜禽粪便堆积成山，已经成为新的污染源，如何合理有效地处理利用牛粪便已成为一个亟待解决的问题。现代学者从生态学观点分析认为牛粪粪便利用堆肥法处理后作为有机肥还田是最佳的利用途径，可达到资源化、无害化的目的[1,2]。而目前，我国对牛粪的利用主要有两种方式，一种是直接将牛粪施于农田，另一种是将牛粪先堆储发酵（也称被动堆肥）一段时间，然后再施到农田。牛粪中的微生物对环境具有很大的危害，可以直接污染土壤和水[3-5]。牛粪堆储发酵是目前牛场处理牛粪的主要方式，但是堆储过程中牛粪中的N、P1基金项目：现代农业（肉牛）产业技术体系专项经费资助（MATS-BeefCattlesystem）；国家科技支撑计划项目2007BAD89B06-3作者简介：周海柱（1982-），男，，硕士，研究方向：环境营养，电话：[phone]*通讯作者：娄玉杰（1956-），女，博士，教授，博士生导师，研究方向：环境与营养2010年家畜环境与生态学术研讨会论文集377转化规律和微生物含量是否发生变化尚不清楚；了解堆储对牛粪中N、P的转化规律和微生物类群及含量，对于更加合理利用牛粪及对土壤的污染程度提供理论参考。本研究通过研究牛粪堆储过程中氮素的转化规律和磷素的转化形态以及大肠杆菌数量变化规律，为合理有效地进行粪污处理、生产有机肥提供科学参考。1材料与方法1.1堆储材料牛粪取自吉林省榆树市五棵树镇鹏驰牧业贸易有限公司养殖场，该场以饲养杂交肉牛为主，存栏头数为1000头以上。1.2试验设计试验共设3个处理，每个处理3个重复，处理1采用露天自然堆储，处理2采用露天堆储加遮雨棚，处理3采用储粪池加盖堆储。各处理堆置90d，分别在堆储的第0、15、30、45、60、75、90d取样，取样点为从堆垛上中下三个位置取样，混合后采用四分法取400g左右装入两个无菌塑料袋中，带回实验室置4℃冰箱贮存备用。1.3测定指标1.3.1全氮含量的测定采用有机肥料中全氮的测定方法[6]1.3.2速效氮含量的测定采用有机肥料中速效氮的测定方法[6]1.3.4速效磷含量的测定速效磷的测定方法—0.05NHCl—0.025NH2SO4法[7]1.3.5大肠菌值测定检测牛粪堆储样品中的粪大肠菌值，将牛粪堆储样品制备浓度为10-1至10-4的稀释液体，分别吸取各个浓度的稀释液1ml，在装有EC培养液的乳糖胆盐发酵管内接种，44.5℃恒温箱中培养(24±2)h。观察产酸产气情况，将产酸产气或只产酸的发酵管接种到碱性品红亚硫酸钠培养基（远腾氏培养基）上，在37℃恒温箱中培养24h，挑取典型菌落（带金属光泽菌落）和非典型菌落的一半，进行革兰氏染色，若染色结果为革兰氏阴性，则表明无芽孢杆菌，而后将平皿中的另外一半菌落接种到乳糖发酵管，在44.5℃恒温箱中培养24h，如果其产酸产气，即可证实粪大肠菌群存在于样品中。最后依据发酵管的阳性管数，查询粪大肠菌值计数表，即可以得到粪大肠菌值。2结果与分析2.1全氮含量的变化Fig.1Changesofcontentoftotalnitrogenindifferenttreatments2010年家畜环境与生态学术研讨会论文集378由图1可知随着牛粪堆储时间的延长，三个处理全氮的含量与堆储前相比，都呈现下降的趋势，说明在牛粪堆储期间，有机物再分解的同时，氮素有一定的损失。由于各处理组的方法不同，其下降的特点也随之不同，在整个堆储过程中处理3在第45d出现最低值，而处理1和处理2分别在堆储后60达到最低值；与最低值比较，处理1、处理2、处理3全氮含量分别下降了22.9%、21.2%、25.7%，而后又开始上升，其中处理3下降幅度最大，最低值为8.47g/kg。堆储后期测得全氮的含量与堆储前相比，降低幅度不大。因此从整个堆储周期来看，牛粪在堆储过程中氮素浓度先下降后回升，堆储后与堆储前没有太大的变化。堆储后期氮素含量是处理3高于处理1和处理2，这可能是因为处理1和处理2没有在粪池里面加盖堆储而是在露天堆储导致氮素的流失。2.2速效氮含量的变化Fig.2Changesofcontentofavailablenitrogenindifferenttreatments牛粪堆体的速效氮含量变化反映了堆储周期内牛粪中的微生物好氧降解牛粪有机物中含氮化合物的情况。如图2所示，在堆储初期，0～15d速效氮的含量有所下降，15～45d又快速上升，因为大量的好氧微生物活动强烈，许多有机态氮经矿化作用转化成无机态的速效氮。速效氮增幅最高时期与堆储前相比较，处理1、处理2、处理3的速效氮增幅度依次为10.4%、16.4%、24.6%。而后由于好氧微生物活动减弱，有机物质的分解率降低，此时的牛粪堆体中的氮素主要是向有机态氮转化，从而导致牛粪堆体中速效氮含量呈现下降趋势，堆储结束后各处理间速效氮与堆储前相比，变化不大。堆储结束后处理3的速效氮含量明显高于处理1、处理2，可能是因为堆储方式不同导致的。2.3全磷含量的变化Fig.3Changesofcontentoftotalphosphorusindifferenttreatments2010年家畜环境与生态学术研讨会论文集3792.4速效磷含量的变化Fig.4Changesofavailablephosphorusindifferenttreatments牛粪堆储过程中，速效磷含量在第0～15d的时候有小幅降低，但到第30d的时候又恢复原有的水平，而后缓慢上升（如图4）。通过对以上结果分析可知，在牛粪堆储的开始阶段，牛粪中大量的有机物质还没被分解产生的有机弱酸也较少，还不能有效地溶解牛粪中的无机磷，而在牛粪堆储前期大量微生物开始不断繁殖，这一过程需要消耗牛粪中的固有的速效磷，因此，在牛粪堆储前期牛粪中速效磷的含量不会上升反而会有下降的趋势，随着堆储时间的不断延长，微生物的活性越来越强，数量也在不断增长，降解了一部分简单的有机物质，释放出一些有机酸类物质。其实有机酸物质在微生物生命活动过程中也能分泌，这样就导致堆储中的牛粪有机酸的含量显著增加，加速其对无机磷的溶解，使得速效磷的含量有一定程度的增加。堆储结束处理3的速效磷含量高于处理1、处理2。2.5大肠菌值测定表1不同处理堆储前后粪大肠菌值Table.1Changesofcolititreindifferenttreatments组别0d15d30d45d60d75d90d处理10.0040.0060.0100.0360.0580.1110.111处理20.0040.0060.0100.0360.0530.1110.111处理30.0040.0100.0110.0400.0560.1110.111由表1可以知道牛粪堆储各处理组大肠菌值随时间的延长而增长，在第75d以后粪大肠杆菌值达到GB标准。3讨论3.1对牛粪中氮素含量的影响堆储过程中虽然是有机物质的分化降解过程，但同时也伴随着比较明显的硝化反应[8]。牛粪中的含氮物质在微生物的降解下会产生大量的氨气，释放出的这些氨气一部分被牛粪中的微生物吸收利用合成自身生长繁殖所需物质或者被粪便中的固氮菌氧化为硝酸盐类，另一部分则是以氨气的形式挥发到大气中去从而造成了氮素的损失同时也造成了对大气环境的污染。有资料研究认为，在畜禽粪便发酵过程中，大约有24%～33%的氮素损失掉了，其中以NH3-N形式挥发损失掉的氮素大约为98%左右，其余的则以N2O-N形式挥发损失掉了，这一部分大约在2%左右[9]。污泥中氮含量相对较高，存在氮的损失问题[10]，而堆储的牛粪中氮的含量不多，产生的氨气多被微生物吸收利用，氮的损失较少，氮素含量变化幅度不大。2010年家畜环境与生态学术研讨会论文集3803.2对牛粪中磷素含量的影响牛粪中的无机磷在不同堆储方式的作用下都是主要通过以下两方面进行转化：第一方面，牛粪中的有机物质在微生物的分解作用下会产生大量的多元有机弱酸性物质，这些酸性物质能较强的溶解牛粪中的无机磷，这一结论在土壤中已经得到了证实[11，12，13]。第二方面，微生物可利用牛粪进行进行自我繁殖，它们可将牛粪中的无机磷转变为自身的组成成分，也可以通过微生物的代谢活动将无机磷转化成有机态磷。同时在这些微生物的作用下，牛粪中的有机物质被降解为有机弱酸，这些酸又进一步溶解牛粪中的无机磷，由于微生物转化的速度小于有机酸对无机磷的溶解速度，因此随着牛粪堆储的不断进行，堆储物料中含