全 文 ：第 13卷 第 2期
2 0 0 5年 4月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco-Agricuhure
VOI_13 NO．2
April， 2005
有机肥对环境的影响及预防研究*
丽贤 周修冲
(广东省农业科学院土壤肥料研究所 广州 510640)
摘 要 简析 了我国有机肥施用现状，指 出有机肥对环境的影响主要源于 NO3-一N污染、P素非点源径流损失、重
金属污染、盐胁迫及病原物危害等方面，并简述 了相应的预防研究内容及对策。
关键词 有机 肥 环境效应 预防研究 对策
Impact of organic manure on the environment and its corresponding preventive researches ．YAO Li—Xian，ZHOU Xiu—
Chong(Institute of Soil and Fertilizer，Guangdong Academy of Agricultural Sciences，Guangzhou 510640，China)，CJEA，
2005，13(2)：113～115
Abstract Domestic application practice of organic manure is analyzed．The influences of organic manure on the environ—
ment mainly come from nitrate nitrogen pollution，non—point P runoff，heavy metal po lution，salinity stress and pathogen
damage，and the corresponding preventive researches and countermeasures are reviewed as wel1．
Key words Organic manure，Impact on environment，PreventNe research，Counterm easures
(Received Dec．30，2003；revised Feb．23，2004)
1 有机肥施用现状及产 生的环境 问题
大量研究表明有机肥具有增加土壤养分、增强土壤微生物活性及降低污染土壤重金属毒性和改善作物
品质等作用-8~1 。尽管国内外学者提出的“有机农业”或“生态农业”均强调大量施用有机肥 ，但越来越多的
研究表明，大量施用有机肥对大气、土壤和水体等造成潜在威胁。有机肥被认为是温室气体 的重要来源之
一 [u J
，国内农业研究及农业技术推广中，在施入常量化肥基础上，有机肥推荐用量一般 >15t／hm -1j。 目前
有机肥中 N、P养分转化及其对土壤、水体等影响的研究尚较少。虽然国内已规定 了商品有机肥的质量标
准 ，但农业生产 中普遍施用各种非商品化有机肥，来源广泛、复杂且难以管理和控制。近来年我国集约化禽
畜养殖业快速发展，禽畜废弃物成为有机肥主要来源 ，但我国饲料生产 中存在长期超剂量添加金属微量元
素现象-2 J，大量重金属微量元素未被吸收就被排出体外。长期大量施用重金属含量高的禽畜粪便或各种厩
肥 。将会造成重金属等有害物质在土壤中累积。 目前我国施用有机肥产生的环境问题一是造成 NO3一N污
染 ，施用无机肥对地下水硝酸盐含量有一定影响，有机肥 N素利用率较低，若施用不当或施用量过大同样会
引起严重的地下水 NO —N污染。Bahman Eghbal等-1 J研究表明，连续 4年深施牛粪及堆肥的 N素表观利
用率为 17％，堆肥仅为 12％，无机氮肥则达 45％。此外施入牛粪及堆肥的第 2季后效分别仅为 21％及
17％，比预料低-1 。袁新 民等-3 J长期定 位试验显示，随有机肥施用量 的增 加，0～400cm 土层土壤 累积
NO3一N浓度明显增加。由于蔬菜地大量施用以鸡粪为主的有机肥(折合 N约 h／hm )，其 280～400cm土层
土壤 NO3一N浓度可达 40～50mg／kg，蔬菜地附近部分井水 No —N含量已超过世界卫生组织规定的饮用水标
准(10 nag／kg)。二是导致 P素非点源径流损失 ，施用有机肥通常基于作物 N素需求而计算 ，而有机肥含有的
N／P值一般小于作物对 N、P的需求比例 ，极易导致 P素在土壤中的累积【12,14 J，出现 P素非点源污染_1 ，对
水体质量造成威胁。牧场连续 5年施用鸡场废弃物后，其 0～3cm、3～6cm、6～12cm及 12～20cm土层土壤
Mehlich—I—P比施无机肥处理分别增加 135mg／kg、50mg／kg、22rag／kg及 4mg／kg-1 ，Carrie A．M．等研究则显
示 ，猪粪水肥中 P的有效性高于无机肥料 P，而动物粪肥水溶性磷与土壤流失 P浓度成正相关关系[16]。三
是造成重金属污染 ，大多研究认为有机物可降低重金属毒性，减少植物对其吸收【10,4 J。而另有研究则认为
* 中一加合作交流项 目资助
收稿 日期：2003—12—30 改回日期 ：2004—02—23
114 中 国 生 态 农 业 学 报 第 13卷
有机肥对土壤重金属活性及作物吸收的影响视重金属种类及其交互作用而有所区别 。Alr~s A．R．等 研
究表明施用猪粪增加了黑麦草对 cd和 Zn的吸收。实际上由于动物粪肥、作物及大气降尘中重金属浓度的
不确定 ，多种因素综合作用导致重金属在农业土壤中累积表现出很强的不确定性_l 。关于有机肥对土壤原
有重金属影响及本身带入的重金属在土壤中的积累与被作物吸收情况尚待进一步研究。四是造成盐分胁
迫 ，许多研究提及施用有机肥可能对土壤及作物造成盐分胁迫_l ， ]，但对其进行深入 的研究 目前尚少见报
道。Diez J．A．等 ]研 究表 明，施 用尿素 (N 170kg／hm )、低量 猪粪 (N 162kg／hm )、高量 猪粪 (N 486
kg／hm )3个处理间 0．9m及 1．4m土层土壤 Na 浓度均存在极显著差异。夏立忠等 研究也表明，大量施
用羊厩肥可导致大棚土壤次生盐渍化。五是促使病原物危害发生 ，有机肥尤其是动物粪肥含有多种病原
物 ，对土壤微生物、作物 、饮用水源等均可产生一定生态毒性。有机肥含有的主要病原物有埃希 氏菌属大肠
杆菌 O157：H7、沙门氏菌、弧状菌、耶尔森氏鼠疫杆菌、似隐孢菌素、贾第鞭毛虫病_2。。、绿脓杆菌、结核菌、布
氏杆菌和丹毒、蛔虫等_7 J。Dize J．A．等_l 9_认为土壤中 Folsomia假丝酵母大量繁殖表明大量施用猪粪对土
壤产生了慢性生态毒性。Robert G．Prat等研究密西西比地区施用猪场废弃物与百慕达草[Cynodon dacty—
lon(L．)Pers．]炭疽病发生的关系表明，E．rostratum(Drechs．)Leonard and Suggs及B．spicifera(Bainier)病原
物在感染严重病株中最常出现 ，C．1unata(wakk．)Boedijn及 C．geniculata(Tracy and Earle)Bodedijn在感病
轻微或中等病株最常出现。培养试验表明 E．rostratum 是 目前发现毒性最强的病原物之一 ，B．spicifera毒
性 中等 ，C．1unata(Wakk．)Boedijn及 C．geniculata毒性较弱。感染上述暗色孢属真菌病害的百慕达草植株
易倒伏 ，产量仅为正常植株的 37％～52％。动物粪肥中病原物对环境 的适应能力及存活时间有很大差异，
Tat Yee Guan等_20_建议粪肥应在 25℃下存放 90d以上以避免发生病原物危害，这与国内动物粪肥应堆沤
后再施用的建议一致。
2 有机肥环境污染预防研究及对策
针对有机肥产生的环境影响，目前主要在 NO3一N及 P素非点源径流损失方面进行了一定的预防研究
及应用 ，专门针对重金属污染、盐分胁迫及病原物危害等进行预防的研究 尚少见报道。N素管理措施 比耕
作系统对硝酸盐的损失影响更大，研究有机肥 N素释放或矿化规律及其与作物吸 N规律间的关系对环境可
行的作物生产系统，尤其对以有机肥为主的耕作系统非常重要_l 。Bahman Eghbal[13]采用定位树脂矿化法
研究粪肥 、堆肥及未施肥 3种处理土壤 N素矿化状况 ，Griffin T．S．则把 累积温度天数(以 0℃作为基础温
度)作为多种养殖业禽畜粪肥 N素矿化的预测指标 ，并模拟出NO3一N矿化方程为 NO3-一N(mg／kg)=54．10×
[1一exp(一0．006GDD)]，释放 NH4+一N为NH；(％)=0．703—0．0021 GDD(R =0．66)。若 GDD指标可成
功推广应用于预测田间动物粪肥 N素释放，则有助于提高对动物粪肥 N素管理水平。Jonathan D．Karr等
利用 N示踪技术研究了美国北卡罗莱纳州地下水硝酸盐的动态变化。应用同位素示踪技术对研究我国因
畜牧业迅猛发展而导致禽畜废弃物环境污染问题具有一定参考意义。减少有机肥可能造成的 P素污染一
是根据作物需 P量计算有机肥施用量 ，Bahman Eghbal等_l J研究表明，基于需 P量与基于需 N量施用牛粪
肥及堆肥的玉米产量相当，但连续施用 4年后前者土壤有效磷含量显著低于后者；2年 1次与每年 1次基于
需 P量施用有机肥玉米产量无差异 ，但提高了土壤有效磷含量。就土壤 P素累积而言 ，每年基于作物需 P
量而不是需 N量决定有机肥施用量最为安全有效。二是调节畜牧业 日粮 P水平以减少 P素盈余 ，畜牧业 P
素盈余是产生有机肥 P素非点源污染的重要原因之一 ，提高养牛场 日粮 P水平可增加牛粪中酸溶总 P浓度
和牛粪中活性磷浓度 ，大大提高 P素向水体流失的可能性。模拟降雨(75mm／h)下_l ，当 2种不 同 P水平
日粮粪肥施用量相等时 ，高 P日粮粪肥径流液中活性磷浓度为低 P日粮粪肥 的 10倍 ；当 2种粪肥 以相等 P
量施入时，高 P日粮粪肥径流液中活性磷浓度仍可达低 P日粮粪肥的 4倍 。自然降雨径流液中活性磷浓度
均有所降低 ，但所得结果与模拟降雨一致。故通过最优化畜牧业 日粮 P水平，减少过量 P素向水体排放 ，有
利于降低 P素非点源污染。三是饲用低植酸磷玉米或添加植酸酶以降低畜禽粪便中总 P浓度及 P的有效
性。植酸磷难以被非反刍动物消化利用，而传统玉米常含有较高浓度植酸磷 ，饲用低植酸磷玉米 比饲用传
统玉米猪粪中总 P浓度下降 41．2％，猪粪中水溶磷浓度明显降低，畜禽 日粮中添加一定剂量植酸酶也可达
到同样效果。Christopher A．Baxter等研究表明，与饲用普通玉米相 比，饲用 P高效玉米、普通玉米添加
600U／kg植酸酶及在 P高效玉米中添加同等剂量植酸酶 ，可使猪排泄物中总 P浓度分别下降 17％、19％及
4O％，其中 P高效玉米添加植酸酶处理猪粪中活性磷浓度 比其他处理显著下降 36％。四是添加适量 Al、Fe
第 2期 姚丽贤等 ：有机肥对环境 的影响及预防研究 115
盐溶液降低畜牧径流液 P浓度。Al2(SO4)3、A1C13及 FeC13等有固定无机态磷的作用 ，在≤10g／L浓度使用
可降低粪肥活性磷水平，但在更高浓度时因增加粪水悬浮液的酸性和电导率反而增加活性磷水平。Smith
D．R．等在猪粪中添加不同量 Al2(SO )3或 A1C13施用牛毛草后研究其径流液中 P浓度的变化表明，添加低
量Al2(SO4)3或 A1C13(A1 215mg／L)均令 径 流 液 中活性 磷 浓 度 由 130mg／L降 至 30mg／L，添 加 高 量
Al2(SO4)3或 A1C13(A1 430mg／L)时径流液中活性磷浓度仅为 lmg／L，与未施任何肥料径流液活性磷浓度无
显著差别，且该试验表明添加 Al2(SO4)3或 A1C13固P效果无差异。
我国施用有机肥的对策一是应慎重确定有机肥适宜施用量 ，有关部门在宣传、教育、技术推广资料中提
出有机肥施用量时应对其种类、来源细分并尽量具体 ，在未获得较确切科学数据前不宜笼统提倡长期大量
施用有机肥。二是应加强有机肥施用的基础研究，我国有机肥来源及种类与国外有一定差别 ，不同种类有
机肥的养分及各种有害物质含量差异较大。目前需对主要有机肥种类组成 ，N、P、K养分有效性及其在土
壤 、水体中的迁移规律 ，土壤对重金属等有害物质的承载能力，作物对有机肥的反应及农产品的食用安全性
等进一步深入研究 ，为有机肥施用及其养分管理提供科学数据。三是严格管理畜牧业生产 ，尤其应严格控
制饲料生产中添加剂的用量 ，应最优化饲料配方，制订和完善饲料卫生标准 ，加强对饲料的卫生监督检测工
作 ，对不符合排放标准的养殖场禽畜废弃物应采取措施处理后再排放。四是有机肥应尽量商品化，我 国有
机肥原料种类多，供应量大，生产商品化有机肥可保证肥料肥效及安全性 ，使有机肥施用趋于科学合理，减少
剩余养分在环境中的流失及有害物质在环境及作物中的累积 ，从源头上保护环境及保证农产品食用安全性。
参 考 文 献
1 俞志忠．国内无公害蔬菜施肥技术 ．长江蔬菜，2002(6)：8～9
2 闫秋 良，刘福柱．通过营养调控缓解畜禽生产对环境的污染．家畜生态 ，2002，23(3)：68～70
3 袁新 民，同延安等．有机肥对土壤 NO3一N累积的影响．土壤与环境 ，2000，9(3)：197～200
4 华 珞，陈世宝等．有机肥对镉锌污染土壤的改良效应．农业环境保护 ，1998，17(2)：55～59
5 华 珞，白铃玉等．有机肥-镉-锌交互作用对土壤镉锌形态和小麦生长的影响．中国环境科学 ，2002，22(4)：346～350
6 夏立忠，杨林章．大棚番茄优化施肥与土壤养分和盐分的变化特征．中国蔬菜，2003(2)：4～7
7 汪 莉，蒲德伦．畜牧场恶臭及其控制措施．畜禽业 ，1999(7)：46～50
8 Clark M ．S．，Horwath W ．R．，et a1．Changes in soil chemical properties resulting from organic and low—imput farming practices
． Agronm y
Journal，1998，90(5)：662～671
9 Carpenter-Boggs L．，Kennedy A．C．，et a1．Reganold organ ic and biod ynamic management effects on soil biology Soil Science Society of
America Journal，2000，64(5)：1651～1659
10 Bolan N．S．，Adriano D．C．，et a1．Effects of organic amendments on the reduction an d phytoavailability of chromate in mineral soil
． Journal
ofEnvironmental Quality，2003，32(1)：120～128
11 Hao Xiying，Chang Chi，et a1．Greenhouse gas emissions during cattle feedlot manure composting
． Journal of Environmental Quality，2001，
30(2)：376～386
12 Bshman Eghbal，James F．Power．Composted and noncomposted manure applicaton to conventional and no—tilage systems
． hgronomy Jour．
nal，1999，91(5)：819～825
13 Bahman Eghbal1．Nitrogen mineralization from land—applied beef cattel feedlot manure or compost
． Soil Science So ciety of Ame rjca Journal，
2000，64(6)：2024～2030
14 Franzluebbers A．J．，Stuedemann J．A．，et a1．Berm udagrass management in the southern piedmont USA
． I．Soil phosphorus．So il SCience
Society ofAm erica Journal，2002，66(1)：291～298
15 Angela M ．Ebeling，Larry G．Bundy，et a1．Dairy diet phosphorus effects on phosphorus losses in runoff from land-applied manure So il Sci
—
ence Society ofAmerica Journal，2002，66(1)：284～291
16 Peter J．A．Kleiman，AndrewN．Sharpley，et a1．Measuringwater-extractable phosphorusinmanure as anindicator of Dhosphorusin runoff
．
Soil Science Society of America Journal，2002，66(6)：2009～2015
17 Almks A．R．，Singh B．R．Plant uptake of Cadmium一109 and Zinc一65 at different temperature an d organic matter levels
． Joumal of Environ—
mental Quality，2001，30(3)：869～877
18 KeUer A．，Abbaspo ur K．C．，et a1．Assesment of uncertainty and risk in modeling regional heavy-metal accumulation in agricultural Soils
．
Journal of EnvironmentalQuality，2002，31(1)：175～ 187
19 Diez J·A·，De La Torre A．I．，et a1．Evaluation of the application of pig slurry to an experimental crop using agronomic and ecotoxicological
approaches．Journal of Environmental Quality，2001，30(6)；2165～2172
20 Tat Yee Guan ，Richard A．Holey．Pathogen survival in swine manure environments an d tran smision of human enteric il】ness— A review
．
Journal of Environmental Quality，2003，32(2)：383～392