畜禽养殖废弃物资源化利用及生态茶园种养复合模式研究

吴成建，苏 峰，方成刚，王建阳

(1.凯捷集团有限公司研发中心/福建省闽北乌龙茶加工与质量安全控制企业工程技术研究中心，福建 武夷山 354301；2.福建省农业农村厅苏峰劳模工作室，福建 福州 350003；3.云南省农业科学院，云南 昆明 650225；4.安溪凯捷生态农业有限公司，福建 安溪 362435)

【研究意义】生态发展现已成为国家发展战略之一，建设生态茶园是茶产业升级的必然选择，有利于保护生态和保障食品安全。近年随着茶产业快速发展，个别企业只注重产量，忽视产品质量和生态环境保护，在茶叶生产中大量使用化学农药和化学肥料。其后果是土壤中有机质耗竭，生物性物质含量严重萎缩，土壤板结，地力下降。为了茶产业可持续发展，有计划地扩大生态茶园面积，解决茶产业发展过程中存在的生态平衡、环境污染和食品安全问题，促进茶产业安全提质增效。【前人研究进展】生态茶园的研究，根据现有资料，分析其类型，大致可以分为以下3类：建设技术：英山县生态茶园建设的研究[1]、福建人工复合生态茶园的构建技术与模式[2]、沿河县生态茶园病虫害绿色防控配套技术[3]、福建良性生态茶园建设的模式选择及关键技术[4]等。规划、探讨、效益分析和综述：发展福建生态茶园之思考[5]、宁化县生态茶园建设及茶叶产业可持续发展的探讨[6]、安溪县生态茶园规划建设与策略研究[7]、乡村旅游与生态茶园一体化开发的可行性[8]、贵州生态茶园建设及其发展模式探讨[9]、生态茶园要素分析与规划实践[10]、立体生态茶园营建模式及效应分析[11]等。机理研究：山东省生态茶园与普通茶园小气候特征的比较[12]、生态和非生态茶园叶面附生微生物构成与发病率的相关性研究[13]、不同生态茶园土壤微生物及脲酶活性研究[14]、不同类型生态茶园昆虫群落多样性[15]等。大多数研究从内容来看，主要是理论性、概述性的内容比较多，涉及实际技术研究开发的较少，而且主要是针对茶园生态建设、侧重于种植技术的研究，对以大农业生态循环利用、种养结合的生态茶园建设技术研究较为罕见，建立模型进行技术验证的尚未检索到。【本研究切入点】从生态系统经营的理念出发，以大生态农业的构建为基础，进行“种养”复合模式生态茶园建设的技术研究与验证，对福建省生态茶园建设技术突破具有重要意义。生态茶园建设完成后在生产中的主要环节，一是水肥供应，特别是土壤培肥，二是病虫草害防控。病虫草害防控的难度大于水肥供应，但从生产管理的角度，土壤培肥的重要性大于病虫害防控。一般来说土壤培肥措施的开支是病虫害防控措施开支的5～10倍，特别在生态茶园管理中，所占比例更高。闽南茶区以种植铁观音茶树为主，肥水要求高，对铁观音产品品质和产量影响甚大，选择闽南茶区铁观音品种茶园进行研究，能够充分发挥这种模式的优势，可减少茶园化肥和农药使用量，有利于提高茶叶品质。生态茶园建设中，有机肥、农家肥来源多数是因地制宜的进行规划、解决。通常的解决方案是利用牛、羊、猪、鸡粪等大规模养殖的排泄物，但存在来源少、运输费用大、处理难、人工施肥费用高等问题。多数是直接购买商品有机肥，但因价格高或者肥效低、施用费工费时，导致茶园施肥量不足，致使得生态茶园产量减少、鲜叶质量下降。种养复合模式是通过利用养殖业排放的废弃物，来解决生态茶园生产中的土壤培肥问题，从大农业生态环境保护来看，具有双重生态、经济效益。【拟解决的关键问题】从模式构建的具体环节出发，研究不同来源养殖废弃物的性质、成分、含量比例等，筛选适宜的养殖种类和肥源，分析其适用性和可行性，并建立种养复合模式示范点进行验证，对其安全性、养分含量、配套规模、实际效益等进行检测和分析，提出合理配比，为种养复合模式生态茶园建设提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

模式筛选的实验材料选择安溪县路英养殖场、牧兴养殖场、绿业养殖场、泉林养殖场、兴煌养殖场、隆裕养殖场、碧岩山养殖场等处的牛、羊、猪、鸡的废弃物(粪与尿、排放污水)。

技术验证以“猪-肥-茶”种养复合模式生态茶园为例，选择安溪县虎邱镇的凯捷公司茶园基地建立了样本，进行相关研究。试验材料有三元瘦肉型苏太黑猪商品公苗猪(来源：安溪县湖头兴牧种猪场)、3级密闭发酵池、铁观音品种茶园；生猪养殖饲料为豆制品加工厂的废弃物——豆粕，加上蔬菜的下脚料、少量米糠等拌和。

1.2 试验方法

生态茶园种养复合模式筛选中主要检测内容和方法如下。

粪的检测方法：用《有机肥料》(NY525-2012)测定全氮、全磷、全钾和有机质。尿的检测方法：用《土壤质量 全氮的测定 凯氏法》(HJ 717-2014)测定全氮，用《水质总磷的测定-钼酸铵分光光度法》测定总磷。

“猪-肥-茶”种养复合模式生态茶园技术验证主要检测内容和方法如下：肥液和肥渣的全氮、全磷、全钾含量测定按NY 525-2012《有机肥料》中的相关方法。茶园土壤pH值检测方法：NY/T 1377-2007 土壤pH的测定。

茶园土壤养分检测方法：NY/T 85-1988 土壤有机质测定方法；LY/T 128-2015 森林土壤氮的测定——水解性氮的测定；LY/T 1232-2015 森林土壤磷的测定——有效磷的测定；NY/T 889-2004 土壤速效钾和缓效钾含量的测定。

技术验证方法：在茶园的一个小谷地里，建立生猪养殖试验场，黑猪数量13头。生猪养殖使用豆粕加上菜叶、米糠等拌和后喂养，不添加其它添加剂和生长促进剂。生猪养殖的排泄物用水冲洗入收集池，拌入生物菌，然后经过3级密闭厌氧发酵，发酵后的肥液、肥渣(捞出后晒干)进行取样检测。铁观音茶园按肥液稀释5倍后，使用水泵抽取浇灌，每季度浇灌1次(处理)，常规管理作为对照，对照与处理中间设置隔离行。土壤试验前后取样检测。茶园观测发芽密度、百芽重、产量。

茶园茶树发芽密度与百芽重观测方法：用33 cm×33 cm方型圈套在茶树上计数，每个小区随机观测3个点，同时随机选取100个芽头进行称重，称量3次后取平均值。

产量观测方法：每个处理重复3次，每个试验小区2行，每行长度37.5 m，采摘后称重。

1.3 数据统计与分析

因为氨、氮2个营养元素是目前造成水体富营养化的直接因素，养殖场废弃物检测中也作为养分指标，其中NH3-N是水(废水)中氨、氮含量指标。目前养殖场的废弃物排放多以含固体废水的形式存在，废水一般测定总氮、总磷，固体废弃物一般测定全氮、全磷，都能反应氮、磷的总量(表1)。

产量换算成公顷产量，公式如下：

P=p/m×10000

式中，P为公顷产量，p为小区产量，m为试验小区面积(37.5 m×1.5 m=56.25 m2)，10000为面积换算系数。

对发芽密度、百芽重、产量进行单因素方差分析，比较处理与对照的差异水平。

2 结果与分析

2.1 模式筛选的检测结果

牛、羊、猪和鸡等畜禽是福建常见养殖种类。对于福建来说，马极为少见；规模化养殖的禽类中，以鸡为多。为此仅采集牛、羊、猪和鸡的排泄物样品进行分析。养殖场废弃物检测结果见表1。全国不同畜禽粪便养分调查结果见表2。安溪本地不同畜禽粪便养分检测结果见表3。

畜禽排泄物成分分析：从养分来看，各种畜禽有差异。粪便水分含量是牛>猪>马>羊，干物质含量则反之。排泄废弃物的全氮和全磷含量是羊>猪>牛。猪低于羊，是其排泄物的含水量要高。全氮含量尿液要高于粪便，全磷含量粪便要高于尿液，若固液分离后利用，可参考表3的数据，否则参考表1和表2的数据。粪便的有机质含量排序为羊>猪>牛，羊的有机质含量颇高，达31.4 %。一般而言，养分与食物(饲料)来源有关，不同来源也不尽相同，差异颇大，也与排泄物的水分有关。仅从粪便看，禽类的养分含量远高于畜类，一是禽类消化道短消化不完全而且不产生尿液，二是禽类的粪便水分不高。但禽类粪便一般磷、钙含量高，不适用于生态茶园。

畜禽粪便性质分析：牛粪的有机质和养分含量在各种家畜中最低，质地细密，含水量较多，分解慢，发热量低，是冷性有机肥，也是迟效性肥料，肥效慢得多。羊和牛一样是反刍动物，但咀嚼饲料比牛细，并且羊较少饮水，因此粪便细密干燥，养分含量也较高；羊粪发热量高于牛粪，属热性肥料。猪消化道长，消化充分，猪粪质地较细，含氮量较高，碳氮比为14∶1，成分主要有蛋白质、脂肪类、有机酸、纤维素、半纤维素以及无机盐等，一般容易被分解，释放出可为作物吸收利用的养分，属热性有机肥，有效养分多，为速效性肥料。鸡粪中含有丰富的营养成分，作为农家肥料，比猪粪、牛粪等有更高的肥效，其中磷和钙含量比较高。

表1 养殖场废弃物中养分含量Table 1 The nutrient contents in farm waste

表2 新鲜家畜粪尿中养分含量[16]Table 2 The nutrient contents in fresh livestock feces and urine[16]

表3 不同畜禽粪便养分含量Table 3 The nutrient content of different livestock and poultry manure

2.2 “猪-肥-茶”种养复合模式生态茶园技术实施

2.2.1 安全性检测 长期使用有机肥，要考虑其安全性，主要是重金属污染。经咨询福建省农科院土肥所专家，有机肥液重金属超标可能性极小，故在试验中未予以检测。肥渣检测结果表明，发酵后肥渣的重金属含量远低于行业标准《有机肥》(NY 525-2012)的相关要求，因此“猪-肥-茶”复合模式生态茶园是具有安全性的。当然前提是在饲养环节对饲料等进行控制，防止过多的重金属物质进入茶园(表4)。

表4 肥渣中重金属检测Table 4 The heavy metals content in fertilizer slag

2.2.2 产出的有机肥成分检测 模式验证中发酵池产出的主要是肥液，1个季度出产量约为50 m3(为建造发酵池的容量)，稀释5倍后，可浇灌生产茶园约3.3 hm2。如果建造浇灌系统，可以供应更多的茶园，从成本考虑，未进行。

对产出的肥液和少量肥渣进行养分检测。结果表明，不同年度之间养分含量的标准方差小，表明差异不明显。猪肥液的氮、磷、钾比例为2.39︰1.78︰1，对乌龙茶铁观音生产茶园较适宜，特别是肥液的全氮含量平均值为1.17 g/L，为溶于水的速效养分，对茶树生长特别有利。猪肥渣产出的量较少，可用于幼龄茶树覆盖(表5和表6)。

2.2.3 生态茶园种植环节应用的效果 生态茶园在浇灌肥液后，土壤情况变化明显。pH值从3.6左右逐年上升到4.3左右，从严重酸化的土壤(pH值<4.0)逐渐变为较为适宜茶树种植的土壤(pH值4.5)，有效改善土壤酸碱度，更加适合茶树生长。有机质从原来不足10 g/kg，逐年上升到了21.2 g/kg，变化显著。水解性氮含量从原来不超过200 mg/kg，逐年上升到567 mg/kg，变化显著。有效磷含量变化没有明显规律。有效钾含量从原来不超过300 mg/kg，逐年上升到729 mg/kg，变化显著(表7)。

表5 猪肥液养分含量Table 5 The nutrient content in pig manure

表6 猪肥渣养分含量Table 6 The nutrient content in pig manure residue

表7 茶园土壤情况Table 7 Soil conditions of tea plantations

从茶园春季发芽密度与年度产量的调查情况可见，春季发芽密度变化：未浇灌肥液茶园，春季发芽密度无明显变化，而采用浇灌肥液处理后茶园春季发芽密度呈现逐年上升趋势，从常规处理(CK)的53个/1109 cm2，增长到了71个/1109 cm2，变化显著。茶园产量变化：采用浇灌肥液处理后鲜叶产量(机采)逐年上升。从2016年的数据看，常规处理(CK)与处理Ⅰ的差异不明显，可能是时间短，效果尚未显示；从2017年的数据看，常规处理(CK)与处理Ⅰ的差异明显，浇灌肥液的效果明显；从2018年的数量看看，常规处理(CK)与处理Ⅰ的差异明显，浇灌肥液的效果也同样明显。方差分析表明，F=25.24247>F0.05=4.493998，表明是否有浇灌肥液措施对生态茶园的鲜叶产量影响明显(表8)。

表8 铁观音春季发芽密度和年度产量Table 8 Germination density and annual yield of Tieguanyin in spring

注：表中数据后不同小写或大写字母分别表示在0.05或0.01水平上差异显著。
Note：Different small and capital letters represented significant difference at 0.05 or 0.01 levels，respectively.

3 讨 论

种养复合模式下，对茶树生长有益的营养物质主要是有机质、氮磷钾等。养殖环节要重视重金属污染、药物残留等方面的问题，如果养殖废弃物中重金属等超标，其难以在发酵处理中得到降解，通过有机肥使用，会转移到茶园中，从而污染了茶园土壤。污染源还会累积，难以处置，为此要严加管制。养殖环节要采用生态养殖模式，要防止易造成污染的矿物添加剂和药物的进入。

种养复合模式的产业化应用推广上，可从社会化分工合作来构建：养殖、有机肥生产、生态茶园种植可由不同企业承担，3个环节通力合作。在国家环境保护政策日趋严格的情况下，这既有利于实现畜禽养殖废弃物资源化利用，有效解决现有养殖企业排放的污染问题，又减少茶园化肥用量，改善茶园土壤环境，具有双重生态环保效益。因此需要政府部门从全局角度加强引导和布局，在政策、资金上加强有机肥生产及生态茶园有机肥使用的扶持。该模式也可以应用于小农户的农业生产中，将生态循环利用的优势，采取种养结合，通过发酵池巧妙串联起来，使小农户既可零排放零污染养殖(优于处理后排放)，又能改良茶园土壤、保护生态、提升茶叶品质和保障卫生质量，延长了产业链，提高农民收入，改变农村环境卫生状况。从福建省茶产业生产分布情况看，福建是产茶第一大省，而小农(茶)户又占绝大部分比例，如果能把该项技术作为当前新农村建设的内容来推广，既实现全面生态环境保护，又能促进农业经济发展、农民收入提高，具有显著的生态效益和较好的社会经济效益。

该模式下还有待研究茶园鲜叶或毛茶品质的提升作用，通过检测鲜叶的相关指标、比较制成毛茶的品质，进一步评估模式对茶叶生产的影响；在该模式中引进养殖废弃物先进处理技术，比如添加高温发酵菌，通过提高发酵温度来加快发酵，缩短发酵时间，减少所需发酵池容量，降低前期投入费用等。

4 结 论

4.1 生态茶园种养复合模式筛选

各类畜禽的排泄物不同养殖场的调查数据差异甚大，但养分含量都较为丰富。畜类一般都可以作为生态茶园种植的配套，其中猪、羊排泄物的养分(氮磷钾、有机质)较为丰富，其粪尿肥属热性肥料、速效肥料，更为适用；禽类不适用，主要是钙、磷含量高，并且药物残留相对较高。猪驯化程度高，饲料来源广，养殖人员众多、技术成熟，比较容易养殖；羊的养殖需要一定的饲草，养殖难度相对高一些。因此综合考虑，“猪-肥-茶”种养复合模式应用于生态茶园建设较为适宜。

4.2 “猪-肥-茶”种养复合模式生态茶园技术验证

通过数据论证与分析，茶园规模与养殖规模配套宜为1 hm2茶园配套养殖3.85头猪，并且肥液稀释后浓度不高，因此在一定弹性空间内，多一点少一点问题不大。一般情况下，废弃物需要3个月的充分发酵，肥液没有臭味，施用于茶园也较为妥当。猪-肥-茶复合模式生态茶园的安全性(重金属含量是否合格)相对有保障。肥料(主要是肥液)的养分，不同年度变化不明显，养分含量较为丰富，氮磷钾比例合适，容易被茶树吸收。该模式应用后能够改善土壤pH值，显著增加土壤有机质、提高土壤水解性氮和有效钾的含量，有效磷的变化不明显；实施该模式能使春季发芽密度和全年亩产量显著提高。“猪-肥-茶”种养复合模式技术对生态茶园建设较为适宜。

从筛选和验证的情况看，“猪-肥-茶” 生态茶园种养复合模式能够有效变废为宝，实现畜禽养殖废弃物资源化利用，对土壤产生良好改良效果，是一项有益而可行的技术突破，值得进一步推广应用。