全 文 ：氮和磷在饲养堆腐环中的循环率
及有机肥料养分利用率*
宇万太1* * 关 焱1, 2 李建东2 张 璐1 马 强1
( 1 中国科学院沈阳应用生态研究所,沈阳 110016; 2沈阳农业大学,沈阳 110161)
Recycling rate of N and P through a feedingcomposting cycle and their recoveries in agroecosystems. YU
Wantai
1
, GUAN Yan
1, 2
, L I Jiandong
2
, ZHANG Lu
1
, MA Qiang
1
( 1 I nstitute of App lied Ecology , Chinese A cade
my of Sciences, S henyang 110016, China ; 2Shenyang Agr icultural Univer sity , Shenyang 110161, China ) .
Chin . J . A pp l. Ecol . , 2005, 16( 8) : 1563~ 1565.
A fiveyear exper iment indicated that the average loss rate of N and P in harvested products through a feeding
composting cycle w as about 50% and 15% , respectively. Under high yield condit ion, the amount of r ecycled N
and P from 80% harvested products and through a feedingcomposting cycle in farming systems was about 37~
51 and 8~ 14 kghm- 2 , equiv alent to 25% ~ 34% of N and 32% ~ 56% o f P from chemical fer tilizers applied
each year to the systems. The apparent recoveries of N and P in organic manure increased w ith the pr olongation
of fert ilization, indicating a synergetic residual effect ex isted, and was 61% and 39% in average in the fiveyear
exper iment. The use of nutrients recycled in the farming systems could not only improve soil fertility, but also in
crease the recoveries of nutrients and reduce the use of chemical fertilizers.
Key words Feedingcomposting system, Recycling rate, Recover ies of N and P in organic manure.
文章编号 1001- 9332( 2005) 08- 1563- 03 中图分类号 Q945 1 文献标识码 A
* 中国科学院知识创新工程重大项目 ( KZCX24134)、中国科学院
资源环境领域野外台站基金和中国科学院沈阳应用生态研究所知识
创新工程资助项目( SCXMS0301) .
* * 通讯联系人.
2005- 01- 26收稿, 2005- 05- 23接受.
1 引 言
近年来,以大量投入 石化产品!为主的石化农业的弊端
越来越凸现,不仅增产效果明显降低, 还导致资源浪费、环境
污染等问题 .为此,农业生态系统养分循环再利用受到更多
重视[ 9, 11] .
农产品经人畜消费, 其排泄物堆制成农家肥并施于农
田,可使产品中的养分得以循环再利用. 作为食物的农产品,
其所含营养元素经人畜的消化过程可被部分吸收,排泄物中
的养分在贮存和堆腐过程中也可因挥发、淋洗等途径损失.
因此, 由人畜消费堆腐过程而最终循环回田的只是产品养
分的一部分[ 11] .动物对饲料中 N、P 的吸收受动物种类、年
龄、饲养条件、健康 状况及饲料成 分等诸多 因素影
响[ 1, 3, 4, 17] . Sommers 等[ 14]研究表明, 反刍动物比非反刍动
物具有更强的吸收饲料中有机 P的能力, 前者排泄物含 P量
较后者低.粪尿中的养分损失则因贮存和堆腐方法不同而有
明显差异[ 7] .因此 ,农产品经由饲养堆腐环的循环率参数变
化较大. 本研究就下辽河平原通常条件下养分在饲养堆腐
环的循环率和作物对转入有机肥料养分的利用率进行估计.
2 研究地区与研究方法
21 自然概况
研究地点位于沈阳生态试验站 ,地处下辽河平原, 属暖
温带半湿润大陆性气候,年平均温度为 7~ 8 ∀ ,全年最高温
度 393 ∀ , 7 月平均温度 24 ∀ , 全年最低温度- 331 ∀ ,冬
季干燥寒冷 , 1 月平均气温- 13 ∀ , 年平均降雨 700 mm 左
右,干燥度 0 8左右, 无霜期 147~ 164 d, 平均早霜期出现在
9 月 25 日, 10 月中旬后常有严霜.试验地土壤为草甸棕壤,
质地相当于重壤, 肥力水平中等偏上, pH 为 6 5, 土壤有机
质含量 22 1 gkg - 1, 土壤全 N含量 08 gkg- 1 ,土壤有效 P
含量 10 6 mgkg - 1, 土壤速效钾含量 880 mgkg- 1 .
2 2 研究方法
自 1999年开始田间中长期试验, 包括 8 个处理: # 对
照( CK ) , 不施肥; ∃ 循环猪圈肥, 不施化肥,每年 80%收获
产品经由喂饲堆腐后以猪圈肥形式返回; % 化肥 N; &
化肥 N+ 循环猪圈肥, N 肥用量同% , 循环操作同 ∃ ; ∋ 化
肥 N、P ; ( 化肥 N、P+ 循环猪圈肥, N、P 用量同 ∋ ,循环操
作同∃ ; ) 化肥 N、P、K; ∗ 化肥 N、P、K + 循环猪圈肥,
N、P、K 用量同 ) ,循环操作同∃ . 3次重复, 轮作方式为大豆
玉米玉米, 小区面积 162 m2 ; 肥料用量: N, 150 kghm- 2;
P, 25 kghm- 2; K , 60 kghm- 2 .作物品种: 玉米, 东丹 60; 大
豆, 铁丰 29.
3 结果与分析
3 1 投料养分经由喂饲堆腐过程的循环率
投料(饲料和垫料)经由喂饲堆腐后的残留率大致在
0 24 左右(表 1) ,这一残留率与通常认为的有机物料施入土
应 用 生 态 学 报 2005 年 8 月 第 16 卷 第 8 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Aug . 2005, 16( 8)+1563~ 1565
壤 1年后的残留率相比略低[ 5] , 这是由于从 2000 年开始, 投
料中不再加入垫圈土, 没有了土壤的吸附作用,在某种程度
上降低了投料经喂饲堆腐过程的残留率. 在有垫圈土参与
情况下, 投料经由动物消化及其后的腐解过程,大致相当于
施入土壤后 1 年内的腐解过程[ 5] .
表 1 投料中养分经由喂饲堆腐过程的残留率
Table 1 Residual rate of organic matter in feed stuffs and bedding ma
terials through a feeding composting cycle
处 理
Treatments
年份Years
1999~
2000
2000~
2001
2001~
2002
2002~
2003
2003~
2004
平均
Average
∃ A 25160 23540 21320 24300 25510 2 39 66
B 6090 6520 5290 5800 6159 59 72
C 242 277 248 239 241 24 9
D 758 723 752 761 759 75 1
& A 32520 26210 34480 35730 36050 3 29 98
B 7960 7020 7820 7170 7781 75 50
C 245 268 227 201 216 23 1
D 755 732 773 799 784 76 9
( A 33970 29820 35470 36930 38930 3 50 24
B 8350 7720 7870 7710 8288 79 88
C 246 259 222 209 213 23 0
D 754 741 778 791 787 77 0
∗ A 34750 33060 39070 36910 39920 3 67 42
B 8010 8500 8810 8070 7854 82 49
C 231 257 225 219 197 22 6
D 769 743 775 781 803 77 3
A:投料干重 Dry weight of stuffs and materials( kg) ; B: 来自该处理投料产生的猪粪干重 Dry
w eightof pig manure( kg) ; C:有机物残留率Residual rate of organic material( % ) ; D:有机物腐解
率 Decomposition rate of orgainc material( % ) .
5 年试验中养分经由喂饲堆腐过程 N 的平均损失率为
50%(表 2) , P 为 15% . 由于 N 易于氨挥发, 故损失较大; P
损失主要源于猪的消化吸收,本试验未能将猪消化吸收引起
的养分损失和堆腐过程中的养分损失加以区别. 但如按
Fath [ 1]给出的动物对 N、P 吸收约为 20% 来估算, 则可大概
推算 P在堆腐过程中的损失是微不足道的, 但 N 的损失要
明显高于 P . N 循环率随不同施肥制度略有不同, 随着化学
营养元素的逐步增加 (表 2) , N 循环率有下降的趋势 ( 57%
~ 47% ) , 但基本维持在 50%左右; P的循环率则有上升的趋
势( 85% ~ 88% ) ,平均为 85%左右.本结论与其他一些喂饲
堆腐试验的结果相符[ 2, 6, 20] .
3 2 有机肥料(猪圈肥)的养分利用率
逐年比较循环处理与非循环处理的作物收获养分量, 可
计算出循环处理收获养分的增加量. 由表 3 可知,通过施用
猪圈肥返回农田的 N量平均每年为 37~ 51 kg hm- 2, 相当
于每年化肥 N 用量( 150 kghm- 2)的 25% ~ 34% , 是不可忽
视的养分来源, 尤其对以雨养农业为主的下辽河平原更是如
此. 猪圈肥中 N 的 5 年平均表观利用率为 61% , 且有随施肥
年限的延长而增长的趋势, 表明残效迭加作用的存
在[ 13, 15, 18, 21] .通过持续施用有机肥料提高土壤的供 N 力, 对
于控制农田化肥用量、提高当季 N 利用率和适应雨养旱作
农业中降水的无常变化具有重要意义.
每年通过猪圈肥返回农田的 P量约为 8~ 14 kghm- 2,
这一数量相当于化学 P 肥用量 ( 25 kg hm- 2 ) 的 32% ~
56% .猪圈肥中 P的 5 年平均利用率为 39% ,且随着化肥施
入水平的增加, 其利用率呈下降趋势,符合报酬递减规律. 另
外,在各循环处理中,猪圈肥中 P的表观利用率随施肥年限
的增长呈上升趋势, 说明 P 具有较强的残效迭加作
用[ 1, 5, 8, 10, 12, 16] .该长期试验前期的研究结果表明, 有机粪肥
中 P 的表观利用率略高于施用同样化学 P 肥的利用率[ 19] .
表 2 投料中养分经由喂饲- 堆腐过程的损失率
Table 2 Loss rate of nutrients contained in harvested products through a feedingcomposting cycle
处 理
T reatments
年份
Years
投料中养分
Nutrients in stuf fs
and materials( kg)
N P
猪圈粪中养分
Nutrients in pig
manure( kg)
N P
养分循环率
Recycling rate of
nut rient( % )
N P
养分损失率
Loss rate of
nut rient ( % )
N P
∃ 1999~ 2000 3637 0582 2479 0512 682 879 318 121
2000~ 2001 2901 0497 1900 0368 655 741 345 259
2001~ 2002 2772 0347 1428 0301 515 866 485 134
2002~ 2003 2801 0453 1526 0379 545 835 455 165
2003~ 2004 3643 0534 1685 0483 463 905 537 95
平均 Average 3151 0483 1804 0408 572 845 428 155& 1999~ 2000 5102 0631 3023 0547 593 868 407 132
2000~ 2001 3668 0447 1954 0372 533 831 467 169
2001~ 2002 4988 0558 2283 0526 458 942 542 58
2002~ 2003 5019 0626 1970 0499 392 796 608 204
2003~ 2004 5724 0635 2164 0537 378 845 622 155
平均 Average 4900 0580 2279 0496 71 856 529 144( 1999~ 2000 4886 0682 2754 0662 564 971 436 29
2000~ 2001 4421 0618 2448 0597 554 965 446 35
2001~ 2002 5328 0738 2369 0649 445 880 555 120
2002~ 2003 4710 0799 2237 0670 475 838 525 162
2003~ 2004 6397 0865 2561 0644 400 745 600 255
平均 Average 5148 0741 2474 0644 487 880 513 120∗ 1999~ 2000 5255 0898 2838 0672 540 749 460 251
2000~ 2001 4607 0679 2585 0629 561 927 439 73
2001~ 2002 6153 0816 2370 0714 385 875 615 125
2002~ 2003 5044 0814 2387 0688 473 846 527 154
2003~ 2004 6314 0845 2330 0644 369 762 631 238
平均 Average 5474 0810 2502 0669 466 832 534 168
1564 应 用 生 态 学 报 16卷
表 3 有机肥料(猪圈肥)中 N的利用率
Table 3 Recoveries of N in pig manure
处理
T reatments
年份 Year
2000 2001 2002 2003 2004
平均
Average
∃ A 5100 3910 2940 3140 3470 3712
B 4564 3670 2537 2953 3092 3363
C 895 939 863 940 891 906& A 6220 4020 4700 4050 4450 4688
B 2786 3712 3217 3358 2882 3191
C 448 923 684 829 648 707( A 5670 5040 4870 4600 5270 5090
B 2102 3738 1666 2567 2669 2548
C 371 742 342 558 506 504∗ A 5840 5320 4880 4910 4790 5148
B 2070 2561 1626 555 1767 1716
C 354 481 333 113 369 330
A:有机肥中 N量 N in pig manure applied( kghm - 2) ; B:收获 N 增加
量 Increase of N harvested( kghm- 2) ; C:有机 N 利用率 Recoveries of
N in pig manure( % ) .
表 4 有机肥料(猪圈肥)中 P的利用率
Table 4 Recoveries of P in pig manure
处理
T reatments
年份 Year
2000 2001 2002 2003 2004
平均
Average
∃ A 1050 760 620 780 994 841
B 293 485 489 490 382 428
C 279 638 788 628 384 543
& A 1130 770 1080 1030 1104 1023
B 410 350 401 366 597 425
C 362 455 372 355 541 417
( A 1360 1230 1340 1380 1326 1327
B 202 361 168 523 556 362
C 149 293 126 379 419 273
∗ A 1380 1290 1470 1420 1325 1377
B 411 378 409 471 491 432
C 298 293 278 331 370 314
A:有机肥 P量 P in pig manure applied( kg hm- 2) ; B:收获 P 增加量
Increase of Pharvested( kghm- 2) ; C:有机 P利用率Recoveries of P in
pig manure( % ) .
4 讨 论
农业生态系统养分循环再利用是保持土壤肥力、提高养
分利用效率、从而减少化学肥料消费的重要措施, 在北方雨
养旱作农业生态系统作物丰产条件下 (化肥 N 年用量 150
kghm- 2 ,化肥 P年用量 25 kghm- 2 ) ,将 80%的农产品通
过饲养堆腐环返回农田可带回的养分量约为 37~ 51 N kg
hm- 2 ,8 ~ 14 P kg hm- 2 , 相当于每年施入 N 肥的 25% ~
34% , P肥的32% ~ 56% ; 收获产品中 N 经由饲养堆腐过程
有较大损失,而 P的损失则较少, 5 年试验结果表明, 投料中
N的损失为 50% , P的损失为15% , P更适于循环再利用;有
机肥料中 N 和 P 的 5 年平均表观利用率分别为 61% 和
39% ,且有机肥料中 N、P 当季表观利用率随施肥年限延长
有增加的趋势,表明有机肥料中 N、P均有一定残效, 并存在
残效迭加现象.
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作者简介 宇万太, 男, 1964 年生,研究员. 主要从事农业生
态系统物质循环研究, 已发表文章 50 余篇. Email: wtyu @
iae. ac. cn
15658 期 关 焱等:氮和磷在农业生态系统饲养堆腐环中的循环率及有机肥料养分利用率