我国主要畜禽粪便养分含量及变化分析_李书田

农业环境科学学报2009,28(1) :179-184Journal of Agro-Environment Science

我国主要畜禽粪便养分含量及变化分析

李书田,刘荣乐,陕红

(中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京100081)

摘要:取样并分析了我国20个省(市)主要畜禽粪便的养分含量。结果表明,畜禽粪便中养分含量变异很大,鸡粪和猪粪的氮

P 2O 5、K 2O 、Zn 、Cu 平均含量分别为2.08%、)、磷(P2O 5) 、锌(Zn)、铜(Cu)含量明显高于牛粪和羊粪,而钾素(K2O) 含量相当。鸡粪中N 、(N

3.53%、2.38%、306.6mg kg -1和78.2mg kg -1;猪粪中分别为2.28%、3.97%、2.09%、663.3mg kg -1和488.1mg kg -1;牛粪中分别为····1.56%、1.49%、1.96%、138.6mg kg -1和48.5mg kg -1;1.03%、2.40%、88.9mg kg -1、23.5mg kg -1。按照德国腐熟··羊粪中分别为1.31%、··

Cu 的超标率分别为27.1%和15.3%;Cu 的超标率分别为62.5%和70.0%;Cu 的超标堆肥的标准,鸡粪中Zn 、猪粪中Zn 、牛粪中Zn 、

Cu 不超标。与上世纪90年代相比,93.7%羊粪中Zn 、鸡粪、猪粪、牛粪中P 2O 5的平均含量分别增加65.7%、率分别为3.8%和9.6%;

54.8%、71.9%、50.9%;和52.0%;鸡粪、猪粪、牛粪、羊粪K 2O 的平均含量分别增加138.7%、鸡粪和猪粪中Zn 的平均含量分别增加

92.1%和383.5%,cm -1,pH 主要集中在7.0~8.0。这一猪粪含Cu 量增加近12倍。畜禽粪便的电导率(EC )值主要集中在50~150mS ·研究为畜禽粪便的安全合理施用提供了参考。关键词:畜禽粪便;养分含量;分析

X502A 1672-2043(2009)01-0179-06中图分类号:文献标志码:文章编号:

Nutrient Contents in Main Animal Manures in China

LI Shu-tian,LIU Rong-le,SHAN Hong

(Instituteof Agricultural Resources and Regional Planning,Chinese Academy of Agricultural Science,Beijing 100081,China)

Abstract:Nutrient contents in animal manure from 20provinces in China were analyzed and discussed. Results indicated that the contents of N, P, Zn, Cu were obvious higher in chicken and pig manures than in cattle and sheep manures, but K contents were similar. The average content of N, P 2O 5, K 2O, Zn and Cu was 2.08%,3.53%,2.38%,306.6mg kg -1and 78.2mg kg -1in chicken manure, 2.28%,3.97%,2.09%,··663.3mg kg -1and 488.1mg kg -1in pig manure, 1.56%,1.49%,1.96%,138.6mg ·kg -1and 48.5mg kg -1in cattle manure, 1.31%,1.03%,···2.40%,88.9mg ·kg -1and 23.5mg ·kg -1in sheep manure, respectively. For Zn and Cu about 27.1%and 15.3%of chicken manure samples, 62.5%and 70.0%of pig manure samples, 3.8%and 9.6%of cattle manure samples exceed the limits of mature compost in Germany. Com -pared with the results investigated in 1990s, the average P 2O 5content in chicken manure, pig manure and cattle manure increased by 65.7%,93.7%and 52.0%,respectively. The average K 2O content in chicken, pig, cattle and sheep manure increased by 138.7%,54.8%,71.9%,50.9%,respectively. Zn content in chicken and pig manure increased by 92.1%and 383.5%,respectively, and Cu content in pig manure was 12times higher. Electrical conductivity (EC)of most samples is in the range of 50to 150mS ·cm -1and pH is in the range of 7.0to 8.0in most samples.

Keywords:animal manure; nutrient content; annlysis

随着我国畜牧业的快速发展,畜禽养殖已向区域化、集约化方向发展。畜禽饲养规模不断扩大,畜禽粪

2003年我便的产生量不断增加。据黄鸿翔等估算[1],

国畜禽粪便为22.1亿t ,占农业有机废弃物资源的

2008-04-05收稿日期:

973项目2007CB1093082006BAD25B03基金项目:();国家科技支撑计划();国际合作重点项目(2005DFA31100)

作者简介:李书田(1966—),男,博士,研究员,主要从事肥料资源高效

利用研究。E-mail:[email protected]

40%以上,以猪粪、鸡粪、牛粪、羊粪为主,占畜禽粪便总量的90%以上。预计到2010年,全国畜禽粪便的排放量将达45亿t 。因此,畜禽粪便如何应用关系到环境安全和畜牧业的可持续发展。畜禽粪便的农用是最直接、最有效的措施,利用好畜禽粪便,能够提高土壤肥力,实现养分的再循环,对于减少化学肥料的施用、保护生态环境、推动农业可持续发展具有十分重要的意义。

180李书田等:我国主要畜禽粪便养分含量及变化分析

2009年1月

我国在农业生产上施用畜禽粪便有机肥具有悠

久的历史和丰富的经验,在我国农业发展中发挥着重要作用,一方面补充土壤有机碳,提高土壤生物活性,另一方面也是增加土壤养分的重要措施。但是,传统上畜禽粪便的施用存在诸多问题,与化学肥料配合使用时不考虑其中的养分,缺乏合理的用量和配比,往往是多多益善,如大棚蔬菜上每666.67m 2施用量竟高达十几吨。研究表明,过量施用粪肥尤其是猪粪仍然会导致养分流失及淋失,引起地表水、地下水污染[2]。畜禽粪便用量到底如何确定,关键是搞清畜禽粪便中的养分含量状况,才能确定畜禽粪便合理用量和与化肥配合施用的比例。上世纪90年代初,农业部全国农业技术推广中心对全国范围内的畜禽粪便资源养分含量状况进行了调查和分析[3],对指导其合理施用起到了重要作用。但是,随着规模化养殖的发展,畜禽养殖业从分散饲养发展到规模化养殖,高蛋白饲料和饲料添加剂广泛使用[4]。畜禽日粮中的磷主要来源于植物、动物性饲料及无机磷,来自玉米、高粱等饲料的植酸磷占66%~68%,生物学利用率只有12%,而添加剂中的无机磷如磷酸二氢钙、脱氟磷酸盐等有效利用率较高[5],因此畜禽粪便中的磷主要来自植物性饲料。有研究表明,猪摄入的氮和磷总体上有60%~80%从粪便中排出[6]。锌、铜等微量元素的加入有增加畜禽粪便中重金属含量的风险,从而对土壤与环境以及食品安全等构成威胁[7-8]。此外,为了处理利用方便,多数养殖企业采用干清粪的方式,降低畜禽粪便脱水的成本,减少养分损失。这些饲养方式的改变会使得畜禽粪便中的氮磷钾和微量元素养分的状况发生很大变化,因此有必要对当前畜禽粪便中主要养分含量状况进行全面了解,以便安全合理地利用畜禽粪便这一有机肥资源。

Zn 、Cu 采用硝酸-高氯酸消化提取[9],原子吸收分光光度法测定。pH 和EC 采用常规方法。

2结果与讨论

2.1畜禽粪便中氮磷钾养分含量状况

测定结果表明,相同种类或不同种类的畜禽粪便

2、3氮磷钾养分状况存在较大差异(图1、)。对氮素含量来说,鸡粪含氮量范围为0.60%~4.85%,平均

2.08%,主要集中在1.0%~2.0%和2.0%~3.0%之间,分别占样品总数的37.3%和35.6%,含量大于3.0%的样品占15.3%。猪粪含氮量略高于鸡粪,含量范围为0.20%~5.19%,32.5%、平均为2.28%,分别有25.0%、25.0%的样品含氮量在1.0%~2.0%、2.0%~3.0%、3.0%~4.0%。对牛粪来说,全氮含量范围为0.32%~4.13%,平均为1.56%,有一半以上的样品含氮量在1.0%~2.0%,小于1.0%和大于2.0%的样品分别占27.0%和21.2%。羊粪的含氮量较低,含量范围为0.25%~3.08%,平均为1.31%,有42.1%的样品含氮量在1.0%~2.0%,含氮量小于1.0%和大于2.0%的样品分别占42.2%和15.8%(图1)。对磷素(P 2O 5,下同)含量来说,鸡粪含磷量范围为0.39%~6.75%,平均为3.53%,小于3.0%的样品占28.8%,含磷量3.0%~4.0%的样品占35.6%,含磷量4.0%~5.0%的样品占22.0%,大于5.0%的样品占13.6%。猪粪含磷量范围较大,为0.39%~9.05%,平均为3.97%,有55.0%的样品含磷量在3.0%~6.0%,40.5%的样品含磷量大于5.0%,大于6.0%的样品还有13.0%。对牛粪来说,磷素的含量远远小于猪粪,含

36.5%的样品量范围为0.22%~8.74%,平均为1.49%,

40.4%的样品含磷量在1.0%~含磷量在0.5%~1.0%,

2.0%,含磷量大于2.0%的样品只有17.3%。羊粪的含磷量更低,含量范围为0.35%~2.72%,平均只有1.03%,有52.6%的样品含磷量在0.5%~1.0%,含磷量大于2.0%的样品只有5.0%(图2)。

对钾素(K 2O ,下同)含量来说,鸡粪含钾量范围为0.59%~4.63%,平均2.38%,含钾量1.0%~2.0%的样品占30.5%,含钾量2.0%~3.0%的样品占47.5%,大于3.0%的样品占18.6%。猪粪含钾量范围较大,为0.94%~6.65%,平均2.09%,总的来看猪粪的含钾量低

57.5%的样品含钾量在1.0%~2.0%,32.5%的于鸡粪,

样品含钾量在2.0%~3.0%,大于3.0%的样品只有

7.5%。牛粪中钾素的含量更低,平均含钾量为1.96%,59.6%的样品含钾量在1.0%~2.0%,含钾量2.0%~

1材料与方法

1.1畜禽粪便样品的采集

在全国范围内包括山东、山西、河北、黑龙江、吉林、甘肃、青海、宁夏、广东、广西、湖南、湖北、贵州、云南、江西、上海等20个省市规模化养殖场采取有代表性的猪粪、鸡粪、牛粪、羊粪样品共170个,其中鸡粪59个、猪粪40个、牛粪52个、羊粪19个。样品风干粉碎后,过1mm 筛储存备用。1.2测定方法

氮磷钾测定采用H 2SO 4-H 2O 2消化,全氮采用蒸馏法,磷采用钒钼黄比色法,钾采用火焰光度法测定。

第28卷第1期

[***********]605040比例/%

3020100

鸡粪

农业环境科学

35

学报

猪粪

n =40

Mean=2.28Min=0.20Max=5.19Mid=2.39

181

比例/%

比例/%

n =59

Mean=2.08Min=0.599Max=4.85Mid=2.05

[1**********]

0.50-1.001.01-2.002.01-3.003.01-4.004.01-5.00

牛粪

[***********]0

0.20-1.001.01-2.000.50-1.003.01-4.00>4.01

羊粪

n =19

Mean=1.31Min=0.25Max=3.08Mid=1.57

0.30-0.500.51-1.001.01-2.002.01-3.003.01-5.00

含氮量/%

比例/%

n =52

Mean=1.56Min=0.32Max=4.13Mid=1.49

0.20-0.500.50-1.001.01-2.002.01-3.00>3.00

含氮量/%

图1畜禽粪便中氮素含量的分布状况

Figure 1Frequent distributions of N contents in animal manures

35

n =59

Mean=3.53Min=0.386Max=6.75Mid=3.59

30比例/%

252015105

猪粪

403530比例/%

2520151050

鸡粪

n =40

Mean=3.97Min=0.39Max=9.05Mid=4.49

0.50-1.003.01-4.005.01-6.00

>6.004.01-5.001.01-3.00

n =52

Mean=1.49Min=0.22Max=8.74Mid=1.15

0.20-1.001.01-3.003.01-5.005.01-6.00

含氮量/%

>6.00

[***********]

牛粪

605040比例/%

302010

羊粪

比例/%

n =19

Mean=1.03Min=0.35Max=2.72Mid=0.93

0.20-0.500.50-1.001.01-2.002.01-5.00

0.51-1.001.01-2.00>2.00

含磷量/%含磷量/%

图2畜禽粪便中磷素含量的分布状况

Figure 2Frequent distributions of P contents in animal manures

3.0%和大于3%的比例分别为19.2%和13.5%。羊粪的含钾量较高,含量范围为0.89%~3.70%,平均2.40%,47.4%的样品含钾量在2.0%~3.0%,含钾量大于3.0%的样品有21.1%(图3)。

与上世纪90年代的研究数据相比(表1),几种猪粪和牛畜禽粪便氮素平均含量变化不大,而鸡粪、

93.7%和粪中磷素的平均含量分别增加65.7%、

52.0%,4种畜禽粪便羊粪中磷素含量几乎没有变化。的平均含钾量都显著增加,鸡粪、猪粪、牛粪、羊粪含

54.8%、71.9%、50.9%。从氮磷钾量分别增加138.7%、

钾养分平均含量来看,过去鸡粪中3种养分含量相

猪粪当,目前磷钾含量较高,甚至高出氮素含量1倍;

182

5040比例/%

[1**********]比例/%

[1**********]

0.20-1.00

1.01-2.00

鸡粪

李书田等:我国主要畜禽粪便养分含量及变化分析

n =59

Mean=2.38Min=0.593Max=4.63Mid=2.41

706050比例/%

403020100

0.50-1.001.01-2.002.01-3.003.01-4.00

牛粪

>4.00

5040比例/%

3020100

2.01-3.00

>3.00

1.01-2.00

2.01-3.00

1.01-2.00

2.01-3.00

猪粪

2009年1月

n =40

Mean=2.09Min=0.94Max=6.65Mid=1.82

>3.00n =19

Mean=2.40Min=0.89Max=3.70Mid=2.41

n =52

Mean=1.96Min=0.27Max=5.17Mid=1.73

>3.00

含钾量/%含钾量/%

图3畜禽粪便中钾素含量的分布状况

Figure 3Frequent distributions of K contents in animal manures

中过去以氮磷为主,含量相当,钾素含量较低,目前以磷素含量为主,氮钾含量相当;牛粪和羊粪过去以氮素为主,磷钾含量相当,而目前以钾素含量为主,氮磷含量相当。从不同畜禽粪便氮磷钾养分含量特点来看,无论过去还是现在猪粪和鸡粪中磷素含量显著高于牛粪和羊粪,高出1~2倍。畜禽粪便的氮磷钾养分含量特点要求施用时应根据畜禽粪便种类和氮磷钾含量确定合理用量,避免过量投入某种养分,而造成养分失衡。

2.2畜禽粪便中Zn 、Cu 含量和EC 、pH 状况

畜禽粪便中锌(Zn )、铜(Cu )含量的范围很大,每公斤干基中含有几十至上千毫克(表2)。从平均值来

Cu 含量最高,看,猪粪中Zn 、其次为鸡粪,羊粪最低。

表1与上世纪90年代初畜禽粪便中养分平均含量

kg -1干基) ·状况比较(mg

Table 1Comparison of nutrient contents in animal manures

at present with those tested in 1990’s (mgkg -1DW) ·

养分N P 2O 5K 2O Zn Cu

鸡粪

1990’s a

对锌含量来说,鸡粪、猪粪、牛粪、羊粪中Zn 含量分别

kg -1、40.5~2286.8mg ·kg -1、31.3~为38.8~1017.5mg ·

634.7mg kg -1、30.2~161.1mg kg -1,··平均分别为306.6、663.3、138.6、88.9mg kg -1。鸡粪中有49.1%的样品含·Zn 量在200~500mg kg -1,而猪粪中有60%的样品含·Zn 量在500mg kg -1以上,·牛粪和羊粪分别有50%和63.2%的样品含Zn 量小于100mg kg -1·(表3)

对铜含量来说,鸡粪、猪粪、牛粪、羊粪中Cu 含kg -1、12.1~1742.1mg ·kg -1、量分别为16.8~736.5mg ·8.9~437.2mg ·kg -1、13.1~47.9mg ·kg -1,平均分别为78.2、488.1、48.5、23.5mg kg -1。鸡粪中有62.7%的样·

kg -1,84.7%小于100mg kg -1,品含Cu 量小于50mg ··

kg -1以而猪粪中有42.5%的样品含Cu 量在500mg ·

kg -1以上,上,甚至有10%样品含Cu 在1000mg ·牛

粪有88.5%的样品、羊粪100%的样品含Cu 量低于50mg kg -1·(表3)。可见,猪粪中铜的含量明显高于其他畜禽粪便,其次为鸡粪,而牛粪和羊粪含铜量较低。

与上个世纪90年代相比(表1),鸡粪和猪粪中的Zn 含量增加较多,分别增加92.1%和383.5%,而牛粪和羊粪中Zn 含量变化不大;对Cu 含量来说,除猪粪含Cu 量增加近12倍外,鸡粪、牛粪和羊粪含铜量变化不大,这可能与不同畜禽使用的饲料添加剂种类和用量不同所致。

虽然锌和铜是作物必需的微量元素,但作物需要量不高,过量施用会对作物造成损害,甚至使农产品

猪粪

1990’s 现在

牛粪

1990’s 现在

羊粪

1990’s 现在

现在2.083.532.38306.678.2

2.342.131.94159.652.4

2.092.051.35137.237.6

2.283.972.09663.3488.1

1.670.981.14100.326.9

1.561.491.96138.648.5

2.081.141.59110.544.3

1.311.032.4088.923.5

a

1999[3]。注:资料来源:邢文英和李荣,

第28卷第1期农业环境科学学报183

中的含量超标,对人类健康构成威胁。欧洲一些国家如比利时、荷兰和德国对有机废弃物中锌、铜等重金属有较为严格的限量,由于目前我国还没有关于有机因此参考德国腐熟堆肥中肥中重金属的限量标准[11],

Zn 、Cu 最高限量分别为400部分重金属限量标准,

mg kg -1DW 和100mg kg -1DW [10]。按照这一标准,··在Cu 的超标率分别为27.1%测定的样品中,鸡粪中Zn 、和15.3%,猪粪中Zn 和Cu 的超标率分别为62.5%和70.0%,牛粪中Zn 和Cu 的超标率分别为3.8%和9.6%,Cu 不超标羊粪中Zn 、(表2)。对畜禽粪便中其他重金属元素如镉、铅、砷、铬、镍、汞的含量和超标率已进行过研究[12]。由此可见,施用畜禽粪便时,不但要考虑其氮磷钾养分含量,也要考虑其中的金属元素含量状况,既要合理利用畜禽粪便的养分资源,又要防止金属元素对农产品和环境可能造成的污染,实现畜禽粪便的安全合理施用。

酸碱度和电导率是畜禽粪便的重要物理指标。鸡粪、猪粪、牛粪、羊粪中EC 值的变化范围很大,平均

148.9、129.6、129.0mS cm -1,猪粪和鸡分别为150.5、·

4种畜禽粪便的EC 粪略高(表2)。从分布特征来看,cm -1,猪粪和鸡粪分别有值主要集中在50~150mS ·

20%以上的样品EC 值在200mS cm -1以上,而牛粪·cm 。畜禽和羊粪只有10%左右的样品大于200mS ·粪便的pH 都大于6.0。鸡粪、猪粪、牛粪和羊粪的pH

7.6、7.8、8.0平均分别为7.7、(表2),主要集中在7.0~

-1

8.0以上。

3结论与建议

鸡粪、猪粪、牛粪和羊粪4种畜禽粪便的主要养

分氮、磷、钾、锌、铜含量存在较大差异。鸡粪和猪粪的氮、磷、锌、铜含量明显高于牛粪和羊粪,但4种畜禽粪便的钾素含量相当。与上世纪90年代相比,几种畜禽粪便氮素含量变化不大,但鸡粪、猪粪、牛粪中磷素

4种畜禽粪便的含钾量都显著增的含量明显增加,

加。鸡粪和猪粪中的Zn 含量增加很大,而牛粪和羊粪中Zn 含量变化不大,除猪粪含Cu 量增加近12倍

Cu 的含量分布特点表3畜禽粪便中Zn 、

Table 3The characteristics of Zn and Cu content in

animal manures

元素Zn

范围/mg kg -1干基·

1000

Cu

比例/%

鸡粪

(n =59)8.513.615.249.111.91.762.722.06.86.8500~1000

猪粪

(n =40)15.07.57.510.035.025.025.05.010.07.51.7

牛粪

(n =52)50.023.17.717.31.90.088.51.95.83.842.5

羊粪

(n =19)63.221.115.80.00.00.0100.00.00.00.00.0

8.0(表4)。羊粪的pH 较高,有约58%的样品pH 在

Cu 、EC 和pH 状况表2畜禽粪便中Zn 、

Table 2The status of Zn 、Cu 、EC and pH in animal manures

元素Zn/mgkg -1干基·

项目范围平均值中值超标率/%a

Cu/mgkg -1干基·

范围平均值中值超标率/%a

EC/mScm -1·

范围平均值中值

pH

范围平均值中值

a

注:参考德国腐熟堆肥重金属限量标准[10]。

鸡粪

n (=59)38.8~1017.5

306.6257.327.116.8~736.578.241.815.325.0~504.0150.5126.16.0~8.77.77.8

猪粪

n (=40)40.5~2286.8

663.3649.062.512.1~1742.1

488.1515.670.030.0~715.0148.9111.76.2~8.77.67.7

牛粪

n (=52)31.3~634.7138.695.03.88.9~437.248.525.99.625.2~599.0129.6107.66.9~8.77.87.8

羊粪

n (=19)30.2~161.188.982.90.013.1~47.923.522.10.040.4~296.0129.0117.17.6~9.38.18.0

184李书田等:我国主要畜禽粪便养分含量及变化分析

2009年1月

表4畜禽粪便中EC 和pH 的分布特点

Table 4The characteristics of EC and pH in animal manure

比例/%

项目EC/mScm -1·

范围250

pH

6.0-7.07.0-7.57.5-8.08.0-8.5>8.5

鸡粪8.523.727.115.313.611.913.616.944.120.35.1

猪粪2.537.532.55.010.012.525.05.042.520.07.5

牛粪11.532.734.69.63.87.71.917.350.021.29.6

羊粪10.526.336.815.85.35.30.00.042.142.115.8

(n =59)(n =40)(n =52)(n =19)

值等迫在眉睫。

参考文献:

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LIU Rong-le , LI Shu-tian , WANG Xiu-bin, et al. Contents of heavy metal in commercial organic fertilizers and organic wastes[J].Journal of Agro-Environment Science , 2005, 24392-397. (2):

外,鸡粪、牛粪和羊粪含铜量变化不大。目前猪粪中

锌、铜的超标最为严重,其次是鸡粪,牛粪和羊粪的锌铜超标较少,甚至不超标。总之,鸡粪、猪粪、牛粪、羊粪中氮、磷、钾、锌、铜含量丰富,按照2003年畜禽粪便资源总量22亿t ,可提供氮磷钾3082万t [1],按4种粪便约占畜禽粪便资源的90%计,可提供NPK 约2800万t ,约为当年NPK 化肥消费量的60%以上。因此,特别在目前化肥价格居高不下的情况下,利用好畜禽粪便不但可以有效地减少化学肥料的用量,还能增加土壤有机质,实现减肥增效和农田可持续利用。但是猪粪和鸡粪中磷含量较高,氮磷比平均约为1∶1.7,因此施用畜禽粪便时一要注意氮磷钾养分的平衡,二要防止过量施用造成土壤磷素积累和面源污染。畜禽粪便钾素含量均达到2%以上,是很好的钾源,可以缓解我国钾肥资源缺乏的状况,钾素对环境不会构成威胁。猪粪和鸡粪中Zn 和Cu 的含量很高,一方面可以给植物提供微量元素营养,增加植物产品中微量元素的含量,有利于人体健康,另一方面,过量施用会对作物造成损害,甚至使作物产品中含量超标,对人类健康构成威胁。

畜禽粪便的养分含量特点要求我们在施用畜禽粪便时并不是多多益善,一定要根据畜禽粪便的种类及其养分含量状况,确定合理用量,并同时考虑畜禽粪便中锌、铜和其他重金属元素的含量从而确定其安全使用量,避免过量金属元素对环境和农产品安全构成威胁。因此,开展畜禽粪便安全高效施用方面的研究,包括养分的释放特点和与化学肥料合理配合的比例、畜禽粪便中重金属对环境和农产品影响的安全阈

[2]

农业环境科学学报2009,28(1) :179-184Journal of Agro-Environment Science

我国主要畜禽粪便养分含量及变化分析

李书田,刘荣乐,陕红

(中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京100081)

摘要:取样并分析了我国20个省(市)主要畜禽粪便的养分含量。结果表明,畜禽粪便中养分含量变异很大,鸡粪和猪粪的氮

P 2O 5、K 2O 、Zn 、Cu 平均含量分别为2.08%、)、磷(P2O 5) 、锌(Zn)、铜(Cu)含量明显高于牛粪和羊粪,而钾素(K2O) 含量相当。鸡粪中N 、(N

3.53%、2.38%、306.6mg kg -1和78.2mg kg -1;猪粪中分别为2.28%、3.97%、2.09%、663.3mg kg -1和488.1mg kg -1;牛粪中分别为····1.56%、1.49%、1.96%、138.6mg kg -1和48.5mg kg -1;1.03%、2.40%、88.9mg kg -1、23.5mg kg -1。按照德国腐熟··羊粪中分别为1.31%、··

Cu 的超标率分别为27.1%和15.3%;Cu 的超标率分别为62.5%和70.0%;Cu 的超标堆肥的标准,鸡粪中Zn 、猪粪中Zn 、牛粪中Zn 、

Cu 不超标。与上世纪90年代相比,93.7%羊粪中Zn 、鸡粪、猪粪、牛粪中P 2O 5的平均含量分别增加65.7%、率分别为3.8%和9.6%;

54.8%、71.9%、50.9%;和52.0%;鸡粪、猪粪、牛粪、羊粪K 2O 的平均含量分别增加138.7%、鸡粪和猪粪中Zn 的平均含量分别增加

92.1%和383.5%,cm -1,pH 主要集中在7.0~8.0。这一猪粪含Cu 量增加近12倍。畜禽粪便的电导率(EC )值主要集中在50~150mS ·研究为畜禽粪便的安全合理施用提供了参考。关键词:畜禽粪便;养分含量;分析

X502A 1672-2043(2009)01-0179-06中图分类号:文献标志码:文章编号:

Nutrient Contents in Main Animal Manures in China

LI Shu-tian,LIU Rong-le,SHAN Hong

(Instituteof Agricultural Resources and Regional Planning,Chinese Academy of Agricultural Science,Beijing 100081,China)

Abstract:Nutrient contents in animal manure from 20provinces in China were analyzed and discussed. Results indicated that the contents of N, P, Zn, Cu were obvious higher in chicken and pig manures than in cattle and sheep manures, but K contents were similar. The average content of N, P 2O 5, K 2O, Zn and Cu was 2.08%,3.53%,2.38%,306.6mg kg -1and 78.2mg kg -1in chicken manure, 2.28%,3.97%,2.09%,··663.3mg kg -1and 488.1mg kg -1in pig manure, 1.56%,1.49%,1.96%,138.6mg ·kg -1and 48.5mg kg -1in cattle manure, 1.31%,1.03%,···2.40%,88.9mg ·kg -1and 23.5mg ·kg -1in sheep manure, respectively. For Zn and Cu about 27.1%and 15.3%of chicken manure samples, 62.5%and 70.0%of pig manure samples, 3.8%and 9.6%of cattle manure samples exceed the limits of mature compost in Germany. Com -pared with the results investigated in 1990s, the average P 2O 5content in chicken manure, pig manure and cattle manure increased by 65.7%,93.7%and 52.0%,respectively. The average K 2O content in chicken, pig, cattle and sheep manure increased by 138.7%,54.8%,71.9%,50.9%,respectively. Zn content in chicken and pig manure increased by 92.1%and 383.5%,respectively, and Cu content in pig manure was 12times higher. Electrical conductivity (EC)of most samples is in the range of 50to 150mS ·cm -1and pH is in the range of 7.0to 8.0in most samples.

Keywords:animal manure; nutrient content; annlysis

随着我国畜牧业的快速发展,畜禽养殖已向区域化、集约化方向发展。畜禽饲养规模不断扩大,畜禽粪

2003年我便的产生量不断增加。据黄鸿翔等估算[1],

国畜禽粪便为22.1亿t ,占农业有机废弃物资源的

2008-04-05收稿日期:

973项目2007CB1093082006BAD25B03基金项目:();国家科技支撑计划();国际合作重点项目(2005DFA31100)

作者简介:李书田(1966—),男,博士,研究员,主要从事肥料资源高效

利用研究。E-mail:[email protected]

40%以上,以猪粪、鸡粪、牛粪、羊粪为主,占畜禽粪便总量的90%以上。预计到2010年,全国畜禽粪便的排放量将达45亿t 。因此,畜禽粪便如何应用关系到环境安全和畜牧业的可持续发展。畜禽粪便的农用是最直接、最有效的措施,利用好畜禽粪便,能够提高土壤肥力,实现养分的再循环,对于减少化学肥料的施用、保护生态环境、推动农业可持续发展具有十分重要的意义。

180李书田等:我国主要畜禽粪便养分含量及变化分析

2009年1月

我国在农业生产上施用畜禽粪便有机肥具有悠

久的历史和丰富的经验,在我国农业发展中发挥着重要作用,一方面补充土壤有机碳,提高土壤生物活性,另一方面也是增加土壤养分的重要措施。但是,传统上畜禽粪便的施用存在诸多问题,与化学肥料配合使用时不考虑其中的养分,缺乏合理的用量和配比,往往是多多益善,如大棚蔬菜上每666.67m 2施用量竟高达十几吨。研究表明,过量施用粪肥尤其是猪粪仍然会导致养分流失及淋失,引起地表水、地下水污染[2]。畜禽粪便用量到底如何确定,关键是搞清畜禽粪便中的养分含量状况,才能确定畜禽粪便合理用量和与化肥配合施用的比例。上世纪90年代初,农业部全国农业技术推广中心对全国范围内的畜禽粪便资源养分含量状况进行了调查和分析[3],对指导其合理施用起到了重要作用。但是,随着规模化养殖的发展,畜禽养殖业从分散饲养发展到规模化养殖,高蛋白饲料和饲料添加剂广泛使用[4]。畜禽日粮中的磷主要来源于植物、动物性饲料及无机磷,来自玉米、高粱等饲料的植酸磷占66%~68%,生物学利用率只有12%,而添加剂中的无机磷如磷酸二氢钙、脱氟磷酸盐等有效利用率较高[5],因此畜禽粪便中的磷主要来自植物性饲料。有研究表明,猪摄入的氮和磷总体上有60%~80%从粪便中排出[6]。锌、铜等微量元素的加入有增加畜禽粪便中重金属含量的风险,从而对土壤与环境以及食品安全等构成威胁[7-8]。此外,为了处理利用方便,多数养殖企业采用干清粪的方式,降低畜禽粪便脱水的成本,减少养分损失。这些饲养方式的改变会使得畜禽粪便中的氮磷钾和微量元素养分的状况发生很大变化,因此有必要对当前畜禽粪便中主要养分含量状况进行全面了解,以便安全合理地利用畜禽粪便这一有机肥资源。

Zn 、Cu 采用硝酸-高氯酸消化提取[9],原子吸收分光光度法测定。pH 和EC 采用常规方法。

2结果与讨论

2.1畜禽粪便中氮磷钾养分含量状况

测定结果表明,相同种类或不同种类的畜禽粪便

2、3氮磷钾养分状况存在较大差异(图1、)。对氮素含量来说,鸡粪含氮量范围为0.60%~4.85%,平均

2.08%,主要集中在1.0%~2.0%和2.0%~3.0%之间,分别占样品总数的37.3%和35.6%,含量大于3.0%的样品占15.3%。猪粪含氮量略高于鸡粪,含量范围为0.20%~5.19%,32.5%、平均为2.28%,分别有25.0%、25.0%的样品含氮量在1.0%~2.0%、2.0%~3.0%、3.0%~4.0%。对牛粪来说,全氮含量范围为0.32%~4.13%,平均为1.56%,有一半以上的样品含氮量在1.0%~2.0%,小于1.0%和大于2.0%的样品分别占27.0%和21.2%。羊粪的含氮量较低,含量范围为0.25%~3.08%,平均为1.31%,有42.1%的样品含氮量在1.0%~2.0%,含氮量小于1.0%和大于2.0%的样品分别占42.2%和15.8%(图1)。对磷素(P 2O 5,下同)含量来说,鸡粪含磷量范围为0.39%~6.75%,平均为3.53%,小于3.0%的样品占28.8%,含磷量3.0%~4.0%的样品占35.6%,含磷量4.0%~5.0%的样品占22.0%,大于5.0%的样品占13.6%。猪粪含磷量范围较大,为0.39%~9.05%,平均为3.97%,有55.0%的样品含磷量在3.0%~6.0%,40.5%的样品含磷量大于5.0%,大于6.0%的样品还有13.0%。对牛粪来说,磷素的含量远远小于猪粪,含

36.5%的样品量范围为0.22%~8.74%,平均为1.49%,

40.4%的样品含磷量在1.0%~含磷量在0.5%~1.0%,

2.0%,含磷量大于2.0%的样品只有17.3%。羊粪的含磷量更低,含量范围为0.35%~2.72%,平均只有1.03%,有52.6%的样品含磷量在0.5%~1.0%,含磷量大于2.0%的样品只有5.0%(图2)。

对钾素(K 2O ,下同)含量来说,鸡粪含钾量范围为0.59%~4.63%,平均2.38%,含钾量1.0%~2.0%的样品占30.5%,含钾量2.0%~3.0%的样品占47.5%,大于3.0%的样品占18.6%。猪粪含钾量范围较大,为0.94%~6.65%,平均2.09%,总的来看猪粪的含钾量低

57.5%的样品含钾量在1.0%~2.0%,32.5%的于鸡粪,

样品含钾量在2.0%~3.0%,大于3.0%的样品只有

7.5%。牛粪中钾素的含量更低,平均含钾量为1.96%,59.6%的样品含钾量在1.0%~2.0%,含钾量2.0%~

1材料与方法

1.1畜禽粪便样品的采集

在全国范围内包括山东、山西、河北、黑龙江、吉林、甘肃、青海、宁夏、广东、广西、湖南、湖北、贵州、云南、江西、上海等20个省市规模化养殖场采取有代表性的猪粪、鸡粪、牛粪、羊粪样品共170个,其中鸡粪59个、猪粪40个、牛粪52个、羊粪19个。样品风干粉碎后,过1mm 筛储存备用。1.2测定方法

氮磷钾测定采用H 2SO 4-H 2O 2消化,全氮采用蒸馏法,磷采用钒钼黄比色法,钾采用火焰光度法测定。

第28卷第1期

[***********]605040比例/%

3020100

鸡粪

农业环境科学

35

学报

猪粪

n =40

Mean=2.28Min=0.20Max=5.19Mid=2.39

181

比例/%

比例/%

n =59

Mean=2.08Min=0.599Max=4.85Mid=2.05

[1**********]

0.50-1.001.01-2.002.01-3.003.01-4.004.01-5.00

牛粪

[***********]0

0.20-1.001.01-2.000.50-1.003.01-4.00>4.01

羊粪

n =19

Mean=1.31Min=0.25Max=3.08Mid=1.57

0.30-0.500.51-1.001.01-2.002.01-3.003.01-5.00

含氮量/%

比例/%

n =52

Mean=1.56Min=0.32Max=4.13Mid=1.49

0.20-0.500.50-1.001.01-2.002.01-3.00>3.00

含氮量/%

图1畜禽粪便中氮素含量的分布状况

Figure 1Frequent distributions of N contents in animal manures

35

n =59

Mean=3.53Min=0.386Max=6.75Mid=3.59

30比例/%

252015105

猪粪

403530比例/%

2520151050

鸡粪

n =40

Mean=3.97Min=0.39Max=9.05Mid=4.49

0.50-1.003.01-4.005.01-6.00

>6.004.01-5.001.01-3.00

n =52

Mean=1.49Min=0.22Max=8.74Mid=1.15

0.20-1.001.01-3.003.01-5.005.01-6.00

含氮量/%

>6.00

[***********]

牛粪

605040比例/%

302010

羊粪

比例/%

n =19

Mean=1.03Min=0.35Max=2.72Mid=0.93

0.20-0.500.50-1.001.01-2.002.01-5.00

0.51-1.001.01-2.00>2.00

含磷量/%含磷量/%

图2畜禽粪便中磷素含量的分布状况

Figure 2Frequent distributions of P contents in animal manures

3.0%和大于3%的比例分别为19.2%和13.5%。羊粪的含钾量较高,含量范围为0.89%~3.70%,平均2.40%,47.4%的样品含钾量在2.0%~3.0%,含钾量大于3.0%的样品有21.1%(图3)。

与上世纪90年代的研究数据相比(表1),几种猪粪和牛畜禽粪便氮素平均含量变化不大,而鸡粪、

93.7%和粪中磷素的平均含量分别增加65.7%、

52.0%,4种畜禽粪便羊粪中磷素含量几乎没有变化。的平均含钾量都显著增加,鸡粪、猪粪、牛粪、羊粪含

54.8%、71.9%、50.9%。从氮磷钾量分别增加138.7%、

钾养分平均含量来看,过去鸡粪中3种养分含量相

猪粪当,目前磷钾含量较高,甚至高出氮素含量1倍;

182

5040比例/%

[1**********]比例/%

[1**********]

0.20-1.00

1.01-2.00

鸡粪

李书田等:我国主要畜禽粪便养分含量及变化分析

n =59

Mean=2.38Min=0.593Max=4.63Mid=2.41

706050比例/%

403020100

0.50-1.001.01-2.002.01-3.003.01-4.00

牛粪

>4.00

5040比例/%

3020100

2.01-3.00

>3.00

1.01-2.00

2.01-3.00

1.01-2.00

2.01-3.00

猪粪

2009年1月

n =40

Mean=2.09Min=0.94Max=6.65Mid=1.82

>3.00n =19

Mean=2.40Min=0.89Max=3.70Mid=2.41

n =52

Mean=1.96Min=0.27Max=5.17Mid=1.73

>3.00

含钾量/%含钾量/%

图3畜禽粪便中钾素含量的分布状况

Figure 3Frequent distributions of K contents in animal manures

中过去以氮磷为主,含量相当,钾素含量较低,目前以磷素含量为主,氮钾含量相当;牛粪和羊粪过去以氮素为主,磷钾含量相当,而目前以钾素含量为主,氮磷含量相当。从不同畜禽粪便氮磷钾养分含量特点来看,无论过去还是现在猪粪和鸡粪中磷素含量显著高于牛粪和羊粪,高出1~2倍。畜禽粪便的氮磷钾养分含量特点要求施用时应根据畜禽粪便种类和氮磷钾含量确定合理用量,避免过量投入某种养分,而造成养分失衡。

2.2畜禽粪便中Zn 、Cu 含量和EC 、pH 状况

畜禽粪便中锌(Zn )、铜(Cu )含量的范围很大,每公斤干基中含有几十至上千毫克(表2)。从平均值来

Cu 含量最高,看,猪粪中Zn 、其次为鸡粪,羊粪最低。

表1与上世纪90年代初畜禽粪便中养分平均含量

kg -1干基) ·状况比较(mg

Table 1Comparison of nutrient contents in animal manures

at present with those tested in 1990’s (mgkg -1DW) ·

养分N P 2O 5K 2O Zn Cu

鸡粪

1990’s a

对锌含量来说,鸡粪、猪粪、牛粪、羊粪中Zn 含量分别

kg -1、40.5~2286.8mg ·kg -1、31.3~为38.8~1017.5mg ·

634.7mg kg -1、30.2~161.1mg kg -1,··平均分别为306.6、663.3、138.6、88.9mg kg -1。鸡粪中有49.1%的样品含·Zn 量在200~500mg kg -1,而猪粪中有60%的样品含·Zn 量在500mg kg -1以上,·牛粪和羊粪分别有50%和63.2%的样品含Zn 量小于100mg kg -1·(表3)

对铜含量来说,鸡粪、猪粪、牛粪、羊粪中Cu 含kg -1、12.1~1742.1mg ·kg -1、量分别为16.8~736.5mg ·8.9~437.2mg ·kg -1、13.1~47.9mg ·kg -1,平均分别为78.2、488.1、48.5、23.5mg kg -1。鸡粪中有62.7%的样·

kg -1,84.7%小于100mg kg -1,品含Cu 量小于50mg ··

kg -1以而猪粪中有42.5%的样品含Cu 量在500mg ·

kg -1以上,上,甚至有10%样品含Cu 在1000mg ·牛

粪有88.5%的样品、羊粪100%的样品含Cu 量低于50mg kg -1·(表3)。可见,猪粪中铜的含量明显高于其他畜禽粪便,其次为鸡粪,而牛粪和羊粪含铜量较低。

与上个世纪90年代相比(表1),鸡粪和猪粪中的Zn 含量增加较多,分别增加92.1%和383.5%,而牛粪和羊粪中Zn 含量变化不大;对Cu 含量来说,除猪粪含Cu 量增加近12倍外,鸡粪、牛粪和羊粪含铜量变化不大,这可能与不同畜禽使用的饲料添加剂种类和用量不同所致。

虽然锌和铜是作物必需的微量元素,但作物需要量不高,过量施用会对作物造成损害,甚至使农产品

猪粪

1990’s 现在

牛粪

1990’s 现在

羊粪

1990’s 现在

现在2.083.532.38306.678.2

2.342.131.94159.652.4

2.092.051.35137.237.6

2.283.972.09663.3488.1

1.670.981.14100.326.9

1.561.491.96138.648.5

2.081.141.59110.544.3

1.311.032.4088.923.5

a

1999[3]。注:资料来源:邢文英和李荣,

第28卷第1期农业环境科学学报183

中的含量超标,对人类健康构成威胁。欧洲一些国家如比利时、荷兰和德国对有机废弃物中锌、铜等重金属有较为严格的限量,由于目前我国还没有关于有机因此参考德国腐熟堆肥中肥中重金属的限量标准[11],

Zn 、Cu 最高限量分别为400部分重金属限量标准,

mg kg -1DW 和100mg kg -1DW [10]。按照这一标准,··在Cu 的超标率分别为27.1%测定的样品中,鸡粪中Zn 、和15.3%,猪粪中Zn 和Cu 的超标率分别为62.5%和70.0%,牛粪中Zn 和Cu 的超标率分别为3.8%和9.6%,Cu 不超标羊粪中Zn 、(表2)。对畜禽粪便中其他重金属元素如镉、铅、砷、铬、镍、汞的含量和超标率已进行过研究[12]。由此可见,施用畜禽粪便时,不但要考虑其氮磷钾养分含量,也要考虑其中的金属元素含量状况,既要合理利用畜禽粪便的养分资源,又要防止金属元素对农产品和环境可能造成的污染,实现畜禽粪便的安全合理施用。

酸碱度和电导率是畜禽粪便的重要物理指标。鸡粪、猪粪、牛粪、羊粪中EC 值的变化范围很大,平均

148.9、129.6、129.0mS cm -1,猪粪和鸡分别为150.5、·

4种畜禽粪便的EC 粪略高(表2)。从分布特征来看,cm -1,猪粪和鸡粪分别有值主要集中在50~150mS ·

20%以上的样品EC 值在200mS cm -1以上,而牛粪·cm 。畜禽和羊粪只有10%左右的样品大于200mS ·粪便的pH 都大于6.0。鸡粪、猪粪、牛粪和羊粪的pH

7.6、7.8、8.0平均分别为7.7、(表2),主要集中在7.0~

-1

8.0以上。

3结论与建议

鸡粪、猪粪、牛粪和羊粪4种畜禽粪便的主要养

分氮、磷、钾、锌、铜含量存在较大差异。鸡粪和猪粪的氮、磷、锌、铜含量明显高于牛粪和羊粪,但4种畜禽粪便的钾素含量相当。与上世纪90年代相比,几种畜禽粪便氮素含量变化不大,但鸡粪、猪粪、牛粪中磷素

4种畜禽粪便的含钾量都显著增的含量明显增加,

加。鸡粪和猪粪中的Zn 含量增加很大,而牛粪和羊粪中Zn 含量变化不大,除猪粪含Cu 量增加近12倍

Cu 的含量分布特点表3畜禽粪便中Zn 、

Table 3The characteristics of Zn and Cu content in

animal manures

元素Zn

范围/mg kg -1干基·

1000

Cu

比例/%

鸡粪

(n =59)8.513.615.249.111.91.762.722.06.86.8500~1000

猪粪

(n =40)15.07.57.510.035.025.025.05.010.07.51.7

牛粪

(n =52)50.023.17.717.31.90.088.51.95.83.842.5

羊粪

(n =19)63.221.115.80.00.00.0100.00.00.00.00.0

8.0(表4)。羊粪的pH 较高,有约58%的样品pH 在

Cu 、EC 和pH 状况表2畜禽粪便中Zn 、

Table 2The status of Zn 、Cu 、EC and pH in animal manures

元素Zn/mgkg -1干基·

项目范围平均值中值超标率/%a

Cu/mgkg -1干基·

范围平均值中值超标率/%a

EC/mScm -1·

范围平均值中值

pH

范围平均值中值

a

注:参考德国腐熟堆肥重金属限量标准[10]。

鸡粪

n (=59)38.8~1017.5

306.6257.327.116.8~736.578.241.815.325.0~504.0150.5126.16.0~8.77.77.8

猪粪

n (=40)40.5~2286.8

663.3649.062.512.1~1742.1

488.1515.670.030.0~715.0148.9111.76.2~8.77.67.7

牛粪

n (=52)31.3~634.7138.695.03.88.9~437.248.525.99.625.2~599.0129.6107.66.9~8.77.87.8

羊粪

n (=19)30.2~161.188.982.90.013.1~47.923.522.10.040.4~296.0129.0117.17.6~9.38.18.0

184李书田等:我国主要畜禽粪便养分含量及变化分析

2009年1月

表4畜禽粪便中EC 和pH 的分布特点

Table 4The characteristics of EC and pH in animal manure

比例/%

项目EC/mScm -1·

范围250

pH

6.0-7.07.0-7.57.5-8.08.0-8.5>8.5

鸡粪8.523.727.115.313.611.913.616.944.120.35.1

猪粪2.537.532.55.010.012.525.05.042.520.07.5

牛粪11.532.734.69.63.87.71.917.350.021.29.6

羊粪10.526.336.815.85.35.30.00.042.142.115.8

(n =59)(n =40)(n =52)(n =19)

值等迫在眉睫。

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外,鸡粪、牛粪和羊粪含铜量变化不大。目前猪粪中

锌、铜的超标最为严重,其次是鸡粪,牛粪和羊粪的锌铜超标较少,甚至不超标。总之,鸡粪、猪粪、牛粪、羊粪中氮、磷、钾、锌、铜含量丰富,按照2003年畜禽粪便资源总量22亿t ,可提供氮磷钾3082万t [1],按4种粪便约占畜禽粪便资源的90%计,可提供NPK 约2800万t ,约为当年NPK 化肥消费量的60%以上。因此,特别在目前化肥价格居高不下的情况下,利用好畜禽粪便不但可以有效地减少化学肥料的用量,还能增加土壤有机质,实现减肥增效和农田可持续利用。但是猪粪和鸡粪中磷含量较高,氮磷比平均约为1∶1.7,因此施用畜禽粪便时一要注意氮磷钾养分的平衡,二要防止过量施用造成土壤磷素积累和面源污染。畜禽粪便钾素含量均达到2%以上,是很好的钾源,可以缓解我国钾肥资源缺乏的状况,钾素对环境不会构成威胁。猪粪和鸡粪中Zn 和Cu 的含量很高,一方面可以给植物提供微量元素营养,增加植物产品中微量元素的含量,有利于人体健康,另一方面,过量施用会对作物造成损害,甚至使作物产品中含量超标,对人类健康构成威胁。

畜禽粪便的养分含量特点要求我们在施用畜禽粪便时并不是多多益善,一定要根据畜禽粪便的种类及其养分含量状况,确定合理用量,并同时考虑畜禽粪便中锌、铜和其他重金属元素的含量从而确定其安全使用量,避免过量金属元素对环境和农产品安全构成威胁。因此,开展畜禽粪便安全高效施用方面的研究,包括养分的释放特点和与化学肥料合理配合的比例、畜禽粪便中重金属对环境和农产品影响的安全阈

[2]


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