胡金嬌，胡 健，周青平

(西南民族大學國家民委若爾蓋高寒草甸生態(tài)站，四川 成都 610041)

在畜牧業(yè)的發(fā)展過程中，畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生了大量畜禽糞便，正確地收集和管理畜禽糞便，對其進行資源化利用于草地是實現(xiàn)現(xiàn)代草牧業(yè)發(fā)展的重要手段，也是有效解決畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)環(huán)境污染的關(guān)鍵措施.畜禽糞肥指豬、牛、羊等家畜和雞、鴨、鵝等家禽的糞便，主要由水、未消化的牧草和代謝產(chǎn)物組成[1]，含有豐富的有機質(zhì)和N、P、K等養(yǎng)分，能供給作物所需的微量元素和多種礦物質(zhì)，滿足作物生長過程中對不同養(yǎng)分的需要[2].此外，畜禽糞肥能改善土壤的理化特征與生物學性質(zhì)以提高地上生物產(chǎn)量.王靜等[3]研究指出，土壤增施糞肥增加了土壤有機磷及不同組分有機磷的含量，提高了土壤細菌、真菌和堿性磷酸酶活性.安娜等[4]研究人參栽培施用畜禽糞肥后土壤理化性質(zhì)的變化也表明糞肥有助于土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成，提高土壤真菌群落的豐富度和多樣性，周靜等[5]研究顯示，畜禽糞肥施用能夠提高玉米的水分利用率，從而增加玉米產(chǎn)量.

草地是我國面積最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)，面積廣闊的草地資源不僅是廣大牧民經(jīng)濟收入的主要來源，還給人類提供了豐富的畜牧產(chǎn)品和植物資源.發(fā)展草牧業(yè)是我國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要內(nèi)容，促進草業(yè)和畜牧業(yè)的密切結(jié)合是現(xiàn)代草牧業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，家畜糞便歸還是影響草地生態(tài)系統(tǒng)的主要途徑之一[6]，因此，將畜禽糞肥合理施用于草地對現(xiàn)代草牧業(yè)的發(fā)展有著重大的作用和價值.

近年來，我國化肥施用總量呈不斷上升趨勢，總消費量已居于世界前列[7].化肥的過度施用不僅降低了糞肥的使用率，導致畜禽糞便的堆積，進而造成環(huán)境污染，還會破壞土壤的理化結(jié)構(gòu)，降低土壤肥力，從而大大降低土壤生產(chǎn)力[8-10].而施用畜禽糞肥不僅能提高土壤的肥力，增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的后勁，且與施用化肥比較，投入成本可減少11.65%，產(chǎn)出能高5.27%[9].然而，我國畜禽糞肥多施用于農(nóng)田，而極少施用于草地，且草地施肥的研究起步較晚，大多集中在施用化肥上[11-12]，而養(yǎng)分匱缺是脆弱敏感的天然草地面臨的重大問題，因而，畜禽糞肥養(yǎng)分的返還對這一問題的解決至關(guān)重要[13].但是，目前對于草地畜禽糞肥的應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀仍然不清楚，本文簡要論述畜禽糞肥的作用與施用，畜禽糞肥在草地應(yīng)用的生物學意義，以及存在的主要問題和發(fā)展前景，以期為草牧業(yè)中可持續(xù)管理糞肥提供基礎(chǔ).

1 畜禽糞肥的作用

畜禽糞肥是優(yōu)質(zhì)的有機肥料，糞肥中的氮磷鉀是農(nóng)作物生長所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，對作物養(yǎng)分的供給，土壤理化特性的改善，以及土壤綜合肥力的提高有重要作用[14].畜禽糞肥替代化肥的潛力分析是土壤合理施用糞肥的重要依據(jù).有研究指出，我國的種植土壤中氮元素含量較低，土壤中氮元素含量的提升，是增加土壤肥力的關(guān)鍵措施[15].而畜禽糞肥中富含大量氮元素，約占牲畜攝入氮素的75% ～95%[16-17]，此外，糞肥中還含有大量磷、鉀元素能促進植物苗期根系的生長，提高植物抗逆性.因此，通過合理施用糞肥以使糞肥中的氮磷鉀得到充分利用，可在一定程度上代替商業(yè)氮磷鉀肥的投入[18-19].

有機肥替代部分化肥，提高肥料利用率是化肥減量增效的重要手段之一[20].研究發(fā)現(xiàn)，在施用同等用量氮磷鉀肥的條件下，化肥減量配施有機肥能夠顯著提高早稻和晚稻產(chǎn)量[21].賈晴晴等研究有機肥替代化肥對水稻產(chǎn)量和氮肥利用率的影響研究也指出，施用有機肥作基肥替代化肥，能夠提高水稻產(chǎn)量和氮肥利用率，還可起到改善土壤肥力、提升稻米品質(zhì)的作用[22].馬凡凡等研究表明，50%豬糞替代化肥施用于農(nóng)田水稻后，不僅保證了水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，還能夠有效降低稻季農(nóng)田氮素地表徑流流失量和流失率，且維持較低水平的磷素徑流流失量和流失率[23].畜禽糞肥替代化肥施用于玉米和油菜中的研究也有類似結(jié)果，研究發(fā)現(xiàn)，部分有機肥替代化肥可以提高土壤微生物和酶活性，增加玉米和油菜產(chǎn)量[24-25].哈麗哈什·依巴提等[26]對糞肥施用于棉花的研究也指出，有機氮肥替代部分商業(yè)氮肥均促進了棉花對氮磷鉀養(yǎng)分的吸收，提高了棉花產(chǎn)量.此外，商業(yè)氮肥減量配施一定量有機肥也能有效提高燕麥田土壤微生物群落功能多樣性和燕麥產(chǎn)量[27].安思羽等[28]對我國果、菜、茶三大作物施用畜禽有機肥替代化肥研究表明，我國70%省份可以實現(xiàn)化肥減量施用目標，減少氮磷化肥造成的環(huán)境污染.由此可見，畜禽糞肥具有較大的化肥替代潛力，在自然和人工草地施用畜禽糞肥是減少化肥施用量，降低肥料成本的重要手段.

2 畜禽糞肥的應(yīng)用

2.1 草地上畜禽糞肥的施用

糞肥中的氮肥替代潛力與施肥后氨揮發(fā)密切相關(guān).Meunchang等的研究和Pagans等的結(jié)果均表明畜禽糞肥施于草地后，在自然降解的過程中，有一部分氮素以氨揮發(fā)的形式損耗，造成氮素的流失[29-30].降低糞肥施用后的氨排放、增加作物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收對于提高糞肥的化肥替代潛力至關(guān)重要[31-32].而為了使糞肥的化肥替代價值達到最大化，合理計劃施肥的地點、時間、施肥量和施肥技術(shù)是減少氨排放的有效手段.有關(guān)施用糞肥的區(qū)域選擇研究較少，丹麥糞肥施用于人工草地的經(jīng)驗顯示，有關(guān)在哪里施肥的問題多根據(jù)草地上磷和鉀的需量因地而異，而每片土地或區(qū)域的磷鉀需求將由土地用途、載畜率以及土壤養(yǎng)分狀況決定.張震等[33]在內(nèi)蒙古天然草地的研究指出在夏季強降雨過程中，過多的磷肥會隨地表徑流而淋失.什么時候施肥可最大化降低氮損失?Parkinson等[34]研究季節(jié)性氣溫對牛糞氨揮發(fā)的影響發(fā)現(xiàn)，6～9月平均氣溫較高導致氨揮發(fā)也較高，而平均氣溫較低的10～12月氨揮發(fā)率較低.因此，合理制定糞肥的施肥時間是降低氮損失的關(guān)鍵措施.Akinori和Masayuki[35]在日本草地的研究發(fā)現(xiàn)，晚秋施肥和夏季少施氮肥可以減少草地氮氧化物的排放.與草地夏季施用糞肥相比，春季施用能有效緩解NH3排放[36].Shah等[37]在放牧草地的研究也表明，春秋季施肥可以最大化降低NO2排放量.Nurit等[38]研究建議，施用畜禽糞肥應(yīng)選擇在雨季前，以避免糞肥流失損耗.此外，丹麥和愛爾蘭人工草地對糞肥的施用量經(jīng)驗顯示，糞肥施用量的多少應(yīng)根據(jù)作物的營養(yǎng)需求來定，不能多于農(nóng)作物生長所需的量，以免造成營養(yǎng)過剩和作物病害；另外，不同作物對各養(yǎng)分的需求存在差異且作物不同生長周期對養(yǎng)分的需要也不同，各地區(qū)土壤的養(yǎng)分狀況也有差異，農(nóng)牧民應(yīng)綜合以上條件嚴格測算糞肥的施用量，制定合理的施肥方案，以滿足作物最需要肥料的生長階段獲得充足的肥料，從而提高產(chǎn)量.

目前國內(nèi)外施用畜禽糞肥的方法主要分為三大類，包括廣式撒播技術(shù)[39-40]、條帶播撒技術(shù)[40-41]和注入技術(shù)[39].廣式撒播技術(shù)是機械在一定高度上將固態(tài)或液態(tài)糞肥均勻播撒到地表，操作簡單，工作效率高，成本較低；但氮的損失較大，且氣味散發(fā)嚴重，容易造成飼草和環(huán)境污染.條帶播撒技術(shù)是機械的窄滑動腳座，以較小間隔將液態(tài)糞肥條帶狀置于土壤表層，而不是整個區(qū)域播撒，通過使糞肥條狀沉積，減少飼草污染，與廣式撒播技術(shù)相比，可減少50%-80%的氨流失[41]；但該技術(shù)只能應(yīng)用于表層松弛的土壤，且也會造成空氣污染.注入技術(shù)比前兩種技術(shù)更進一步，有淺注和深注兩種，深注技術(shù)應(yīng)用較少，多采用淺注技術(shù)，最初的淺注技術(shù)只有一個圓盤，由于牽引力低較難將糞肥注入土壤，改進后的淺注技術(shù)含有雙圓盤式灌注器(圓盤灌注器和加壓灌注器)可較為容易的在土壤中切出一條狹縫，并用灌注器將液體糞肥注入封閉的土壤狹縫中，能最大限度降低氨排放和有害細菌對牧草的污染，減少臭氣揮發(fā)[42]，相對于廣式撒播技術(shù)而言能有效提高氮利用率，降低氮肥成本，Mattila等人[43]也發(fā)現(xiàn)糞肥注入法對減少氨排放有重要作用；但注入技術(shù)成本高，操作較復雜.

2.2 糞肥在草地上的應(yīng)用現(xiàn)狀

對于養(yǎng)分含量較低的草地而言，畜禽糞肥的施用能有效提高草地土壤養(yǎng)分和生物學特性.畜禽糞肥是草地生態(tài)系統(tǒng)的重要碳源，與施用化肥相比，糞肥施加有利于土壤碳儲存，使高寒草地由碳匯變?yōu)樘荚碵44-45].Mazzetto等[47]在巴西草地的研究發(fā)現(xiàn)，牛糞施加增加了土壤氮含量，促進了草地牧草生長.Wachendorf等[48]研究顯示畜禽糞肥中養(yǎng)分返還土壤系統(tǒng)后，土壤pH、電導率、微生物量和酶活性均有所增加.Yoshitake等[49]在日本放牧草地的研究表明畜禽糞肥增加了土壤無機氮的輸入并提高糞斑下及周圍土壤肥力，形成“肥力島”.馬祥等[50]對高寒牧區(qū)燕麥的研究發(fā)現(xiàn)，畜禽糞肥能有效增加土壤有機質(zhì)、全磷、全鉀、速效磷和速效鉀的含量，降低燕麥田土壤pH，有效提高燕麥產(chǎn)量.此外，草地上施用糞肥有利于提高土壤原生動物、細菌和食菌線蟲的豐富度，有利于促進土壤養(yǎng)分的分解，提高土壤肥力[51].

草地糞肥施用的另一直接效益是增加牧草產(chǎn)量，提高草地生產(chǎn)力[52].閆遜等[53]在黑龍江寒冷干旱地區(qū)的研究指出，畜禽糞肥為草地作物提供了豐富的營養(yǎng)元素和微量元素，促進了紫花苜蓿的生長.陳文業(yè)等[54]對甘南高寒草甸退化草地糞肥施用的研究指出，糞肥施加提高了草甸草地的植物群落多樣性和生產(chǎn)力.宋君祥等[55]對川西北退化草地的研究也有類似結(jié)果.Samuil在羅馬尼亞山區(qū)的半天然草地的研究表明，糞肥在提高草地牧草產(chǎn)量的同時，提高了草地生物多樣性保護和飼草的質(zhì)量[56].王麗紅在吉林人工草地的研究也表明，畜禽糞肥能有效提高草地牧草產(chǎn)量[57].方熱軍等[58]在人工草地施用鵝糞與化肥的研究指出，鵝糞施用能顯著提高牧草產(chǎn)量和粗蛋白含量，并且提高效果高于化肥.

草地施糞肥的另一個意想不到的效果是降低了有害微量元素濃度，這些元素進入食物鏈會對人體健康造成傷害，而商業(yè)磷肥是農(nóng)業(yè)土壤有害微量元素的重要來源.因此，草地上施用糞肥可以代替商肥以減少有害微量元素的富集.另一方面，草地糞肥施用還能增加有益微量元素，降低作物對重金屬元素的吸收；減少土壤中的有害生物是草地糞肥施用的又一應(yīng)用成效.Jaime等[59]的研究發(fā)現(xiàn)，紫花苜蓿施用畜禽糞肥后，土壤鎂鋅鐵的濃度均有所增加.周影茹在湘西地區(qū)種植牧草黑麥草研究指出，施用發(fā)酵雞糞比有機磷肥，能更有效改善土壤酸性和土壤酶活性，提高黑麥草鮮重，降低黑麥草對Pb和Cd的積累[60].Jeroen等[61]的研究指出，牛糞的施用減少了土壤中有害生物的增長.

3 存在的問題

雖然畜禽糞肥能有效改善草地生態(tài)系統(tǒng)土壤肥力，提高草地生產(chǎn)力，但草地應(yīng)用中仍存在一些問題.鄭海霞等[62]在內(nèi)蒙古羊草草原的研究表明，長期施用畜禽糞肥不僅影響草原土壤顆粒狀有機質(zhì)含量，還導致其化學結(jié)構(gòu)發(fā)生改變.Sultana等[10]的研究也表明，持續(xù)使用糞肥會降低作物產(chǎn)量，惡化土壤肥力.Nurit指出未經(jīng)堆肥處理的糞肥降低了土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，減少了入滲量，增加了地表徑流，容易導致水土流失[38].其次，草地糞肥應(yīng)用也會增加草地土壤有害微量元素的積累，王怡雯指出糞肥施用提高了剖面土壤中Cu、Zn、Cd的含量[63].另外，農(nóng)民在畜禽養(yǎng)殖業(yè)中，為了促進畜禽生長，在飼料中添加了大量抗生素，而大部分抗生素在畜禽體內(nèi)積累后通過排泄物排出，彭晶等[64]研究表明，土壤施加雞糞后，四環(huán)素類抗性基因和大環(huán)內(nèi)酯類抗性基因相對豐度均有所提高.Barrios等[65]研究也發(fā)現(xiàn)，糞肥的施加導致土壤中抗性基因和抗生素抗性基因提高.由于畜禽飼料中未被畜禽吸收利用的抗生素隨糞便排出，若不經(jīng)處理直接施于草地，容易導致草地污染，造成牧草產(chǎn)品質(zhì)量下降.其次，丹麥草地糞肥施用經(jīng)驗指出，畜禽糞肥中含有大量的致病菌，對牧草施用糞肥會增加致病菌在畜群中傳播，被糞肥污染的牧草可以通過動物在一個牧區(qū)甚至多個牧區(qū)之間傳播病菌.此外，糞肥的長距離運輸也可能會導致病原體傳播到更遠的地方.

丹麥及加拿大草地糞肥施用經(jīng)驗還表明，糞肥中的養(yǎng)分含量較低，因而需大量糞肥供給才能滿足作物的養(yǎng)分需求，在面積廣闊的草地應(yīng)用時需要大量運輸?shù)闹匦驮O(shè)備，容易導致草地土壤板結(jié)和作物產(chǎn)量降低.當施用于直立生長的牧草時，播撒重量大的糞肥可能導致作物受損，肥料可能覆蓋作物并使作物窒息，大部分有機氮可能以氨的形式流失.

4 展望

畜禽糞肥返還天然草地與人工草地是維持土壤養(yǎng)分平衡和植被生產(chǎn)力的重要途徑之一，合理施用畜禽糞肥使糞肥的化肥替代價值達到最大化是草地上施用糞肥的關(guān)鍵問題.草地施用糞肥過程合理計劃施用糞肥的時間、施肥區(qū)域、施肥量以及施肥技術(shù)的選擇有助于增加草地的養(yǎng)分供應(yīng)，但畜禽糞肥的草地應(yīng)用依然存在一些問題.

未來研究需要重點關(guān)注:(1)畜禽糞肥單獨施用與糞肥配施化肥的效益分析，以明確何種施肥配比對草地生產(chǎn)力提高的作用最大；(2)確定草地畜禽糞肥的施肥量，針對何種草地，施肥量多少較為合適，以使草地養(yǎng)分供給達到最大化而不影響牧草生產(chǎn)；(3)草地糞肥施用比較粗放，缺乏標準的技術(shù)手段，需研發(fā)草地上糞肥施用技術(shù)，在保證牧草質(zhì)量不受影響的情況下，最大化糞肥中的氮置換價值；(4)畜禽糞肥返還對人工和自然草地生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分生物地球化學循環(huán)的影響，以期為合理評估大尺度草地畜禽糞肥返還的應(yīng)用成效提供參考；(5)有關(guān)畜禽糞肥返還草地在現(xiàn)代草牧業(yè)發(fā)揮的作用重視不足，該部分的有關(guān)研究較少.