天津规模化奶牛场粪水运移中氮磷含量变化特征

李梦婷，孙 迪,4，牟美睿，刘海学，张克强，杨仁杰，赵 润

天津规模化奶牛场粪水运移中氮磷含量变化特征

李梦婷1，孙 迪1,4，牟美睿2，刘海学2，张克强1，杨仁杰3，赵 润1※

（1. 农业农村部环境保护科研监测所，天津 300191；2. 天津农学院农业分析测试中心，天津 300384；3. 天津农学院工程技术学院，天津 300384；4. 吉林农业大学资源与环境学院，长春 130118）

为揭示粪水运移中氮磷含量的时空变化特征，探究不同管理方式下粪水氮磷含量的变化规律，在天津地区33家种养结合型规模化奶牛场定位监测，解析季节、地区、清粪方式、粪水处理工艺和运移环节粪水氮磷含量差异。结果表明：1）不同季节粪水总氮（Total Nitrogen，TN）和总磷（Total Phosphorus，TP）含量差异极显著（<0.0001）；2）不同地区粪水TN含量差异不显著，TP含量差异显著（<0.05）；3）不同清粪方式和处理工艺下粪水TN和TP含量差异不显著，但干清粪+干清粪方式下粪水中TN和TP含量均略高于其他方式，厌氧发酵+沼液贮存处理工艺下粪水中TN和TP含量略高于其他处理工艺；4）不同运移环节粪水TN和TP含量差异极显著（<0.0001）。该研究为系统摸清奶牛粪水中氮磷养分变化规律提供支撑，为粪水管控实用技术研发和路径选择提供依据。

粪；氮；磷；变化特征；规律；规模化奶牛场；粪水管控

0 引 言

伴随奶牛养殖规模化、集约化程度的加速提升，奶牛场复杂粪水体系的有效管控是奶业绿色、可持续发展的关键控制点之一[1-3]。奶牛场粪水混有粪尿、污泥、草芥等大量固液混合的有机物质，富含氮、磷等多种养分，是理想的农用水肥资源，对土壤健康和作物生产具有积极作用。然而，长期以来不同时空粪水运移环节中氮磷含量分布特征不清、变化规律不明[4-6]，不利于粪水体系的科学管控。为此，聚焦粪水处理全链条探究养分含量变化特征和规律，对于指导奶牛场合理使用粪水资源和防控环境污染风险具有重要意义。

奶牛场粪水处理过程中，受温度、风速、降雨等多种环境因子影响，粪水组分含量容易发生不同程度的变化；且由于圈舍结构类型、养殖方式、粪污收运和处理等的差别，粪水氮磷含量也存在变化[7-9]。Perazzolo等[10]研究表明，氮素损失主要受季节影响，夏季厌氧消化后粪水中的氮素损失高达38%，其损失量远大于冬季。贾伟等[11]结合文献调研和案例分析，分别估算了典型牧场泌乳牛和青年牛粪污处理环节中的氮磷养分留存率，结果表明，粪污处理环节存在养分损失，泌乳牛粪污经水冲粪-固液筛分-固体堆肥/液体贮存-还田，青年牛粪便经干清粪-堆肥-还田2种工艺路线氮磷养分含量均呈现逐级梯降的趋势。常志州等[12]核算了干清粪、水冲粪、水泡粪3种清粪方式下粪便中氮素的损失率，发现不同方式下氮损失率不同，其中干清粪方式可显著降低氮素损失（39%～58%）。此外，前期本团队定位监测了固液筛分后牛粪在堆肥系统中的养分变化特征[13]，本文拟立足于固液筛分前后粪水运移各环节，揭示季节、奶牛场、管理方式等不同条件下粪水中氮磷含量的变化特征和规律。

以位于中国3大奶业主产区之一的天津市为例，在本课题组前期整体摸清全市85家规模化奶牛场概况基础上[14-15]，以其中33家种养结合型奶牛场作为研究对象开展定位监测，系统阐明氮磷含量变化特征和规律，为粪水管控实用技术研发和路径选择提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 典型奶牛场概况

基于粪水还田利用的种养结合型奶牛场的3个基本特点：具备可收集和运输粪水的设施和设备（清粪方式、地面结构）、配套有消纳粪水的农田面积、农田上种植饲用作物而非裸露闲置土地，在全市范围内筛选出33家奶牛场，奶牛场数量和存栏规模分别占全市总量的38.8%和57.8%。各奶牛场所在地区、养殖规模、清粪方式及粪水处理工艺等基础情况信息如表1所示，全面覆盖天津市奶业主产区，中型、大型和超大型3种存栏规模，6种清粪方式及5种粪水处理工艺，代表全市奶牛规模养殖整体情况。

表1 33家种养结合型奶牛场概况

注：清粪方式和粪水处理工艺中的名词均引自《土地承载力测算技术指南》。其中，“干清粪+干清粪”第二个“干清粪”是指用刮粪板来收运集粪沟中粪污的方式；“水冲粪”是指用固液筛分后的液态粪水或末端设施中的上清液回冲集粪沟中粪污的方式；“通铺垫料”是指在奶牛舍区“大通铺”区域通过垫料收储粪污的方式；以上清粪方式中的第一个“干清粪”是指用刮粪板或铲车收运奶牛舍区站槽上的粪污。

Note: Glossaries of the way of manure collection and technology of slurry treatment were quoted from Technical guide forcalculation of land carrying capacity. Therein 2nddry clean means the way of manure collection and transport in the gutter via the scraper. Slurry flush means the way of manure flushing by the liquid segment after the separation or the supernatant from the final facility. Deep litter means the way of manure collection and storage via the bedding materials in the shared house. As above 1stdry clean during the ways of manure collection means the manure collection and transport via the scraper or forklift in the alleys of barns.

1.2 样品采集与检测

1.2.1 样品采集

分别于冬季（2018年12月）、春季（2019年3月）、夏季（2019年6月）和秋季（2019年9月）在33家奶牛场采集粪水样品。粪水流经的每一个环节（设施）均为采样位点，分别从牛舍内粪水和奶厅废水的第一级收储设施（混合原点）开始，到粪水还田前的末级贮存设施（混合终点）为止，遍及集粪沟、集污池、贮存池和氧化塘等。典型奶牛场工艺流程见图1，其中，收集池为奶厅废水收储设施，集粪沟为牛舍粪水汇集点，集污池为奶牛场所有粪污的交汇点，分离池为固液筛分后的粪水暂存设施，调节池为进入沼气工程前匀浆调质的设施，沉淀池为厌氧发酵后分离沼液和沼渣的设施，贮存池、氧化塘和防疫沟为粪水还田前的贮存设施，各设施（池体、塘体）间通常是采用地下暗管或暗沟相互串接。33家奶牛场位置和采样数量分布如图2所示，每天采集3～7家奶牛场，每家奶牛场采集2～10个样品，每天共采集13～31个样品。

参照《GB/T 27522—2011畜禽养殖污水采样技术规范》[16]，用自制3 L的不锈钢提桶、1.3 L粪水采集器和1 L水舀等工具在各位点垂直液面下20 cm处随机采集3个水样，在19 L的混样桶中用水舀充分搅匀，取400 mL样品置于500 mL集水瓶中，统一置于52 L的样品保温箱中，送回实验室上机检测。

注：※为采样位点。

图2 监测奶牛场和采样数量分布

Fig.2 Distribution of monitoring dairy farms with sampling amounts

1.2.2 样品测定

分别采用全自动凯氏定氮仪（Foss kjeltec 8400型，丹麦）和可见光分光光度计（722E型，中国）测定总氮（Total Nitrogen，TN）和总磷（Total Phosphorus，TP），试验用试剂硫酸、氢氧化钠为优级纯，硼酸、甲基红、溴甲酚绿、过硫酸钾、抗坏血酸、钼酸铵、酒石酸锑钾、磷酸二氢钾为化学纯；TN含量参照国标《GB/T 11891—1989水质 凯氏氮的测定》方法[17]测定，TP含量参照国标《GB/T 11893—1989水质 总磷的测定》方法[18]测定，试验重复3次取平均值。

1.3 数据处理

运用线性混合效应模型（Linear Mixed-effect Model，LME-model）方法处理数据，结合Origin Pro 2018制图分析。本研究利用软件包lme4[19]在R[20]平台上建立的LME-model来分析TN和TP含量在4个采样季节，表1中的5个地区、5种典型清粪方式、5种粪水处理工艺和图1中的粪水运移环节（集粪沟、集污池、氧化塘等）5类情境条件下的变化特征和规律。为满足正态分布要求，在建立LME-model前对TN和TP做对数变换。

2 结果与分析

2.1 粪水运移中氮磷含量分布特征

33家定位监测奶牛场粪水氮磷含量分布如图3所示。TN、TP数据呈正偏态（右偏）分布，偏度分别为0.99和0.46。其中，TN含量范围100.4～6 207.4 mg/L，平均值加减标准偏差为（1 691.5±1 279.1）mg/L，变异系数0.76，数据整体变异性相对较大。TN含量出现在750 mg/L左右的概率最高，<2 000 mg/L的样本数量较多，>2 000 mg/L的样本数量较少。TP含量范围为2.0～184.0 mg/L，平均值加减标准偏差为（69.0±44.2）mg/L，变异系数为0.64，数据整体变异性相比TN要小，说明粪水中TP含量变化相对于TN稳定。TP含量出现在20～40 mg/L区间的概率最高，<80 mg/L的样本较多，>80 mg/L的样本较少。上述结果表明，粪水运移过程中氮磷含量呈现出不同程度的变化特征。

图3 粪水氮磷含量整体分布

2.2 氮磷含量变化特征及规律解析

2.2.1 不同季节粪水氮磷含量变化特征

不同季节粪水中TN和TP含量变化特征如图4所示。从样本量上看，冬季样本量明显少于其他季节，源于天津冬季较冷，部分粪水流经节点结冰，无法采样。同时，受牧场主观因素限制，不同季节获得的样本量略有差异。对于TN含量，冬季和春季的变异系数分别为0.73和0.70，变异性较大，数据较为离散；而夏季和秋季的数据相对集中，尤其是夏季TN含量的平均值和中位值几乎重叠，同时也明显低于其他三季，在1 000 mg/L左右；冬季和秋季TN含量的平均值和中位值也将近重叠，分别在1 940和1 640 mg/L左右；春季TN含量的平均值最高，约为2 290 mg/L。夏季TN含量低的原因可能是：夏季环境温度高，清粪频次增加，以氨挥发为主的氮素损失也随之升高，从而导致夏季总氮含量明显降低。对于TP含量，冬季和春季的变异系数均为0.66，数据较为离散；夏季含量平均值明显高于其他3个季节，约为100 mg/L，推测可能是由于夏季粪污产生量增大，TP含量也随之增加，且磷素多沉积于设施底部的固态粪渣和淤泥中，相比TN含量的变化小。冬季和秋季TP含量平均值相差不大，均在75 mg/L左右；春季略低，在65 mg/L左右；夏季和秋季TP含量的平均值和中位值重叠，数据分布均匀。TN和TP含量在不同季节变化趋势并不一致，夏季的TN含量低且分布集中。

注：冬季样品数为82，春季样品数为111，夏季样品数为114，秋季样品数为121。箱线图箱体中的横线表示中位值，实心圆表示均值，箱体外存在异常值（▲），下同。

由表2得出，不同季节粪水中的氮磷含量差异极显著（<0.0001）。夏季TN含量最低，春季最高；夏季与其他季节间的差异均显著；秋季和冬季差异不显著，但与春季和夏季存在差异。夏季TP含量最高，秋季、冬季依次递减，春季TP含量最低。张帅等[21-22]研究结果与本文结果相一致。现实情况下，不同气候、温湿度、水分等环境条件复杂多变，尤其在雨季、冰冻等极端天气，奶牛场为确保正常生产，需要即时调整应对措施，如饲料成分改变、牛群转舍等，都易造成不同季节粪水中TN和TP含量的差异。

表2 线性混合效应模型中固定效应的似然比检验

2.2.2 不同养殖地区粪水氮磷含量变化特征

图5显示了天津市不同养殖地区奶牛场粪水中TN和TP含量的特征分布，不同地区由于奶牛场数量不同和现实情况差异，样本量各不相同，由于北辰区样本量仅为7个，不具代表性，故未在图5中显示。对于TN含量，宁河区平均值较其他地区高，为2 081.7 mg/L，其他4个地区均在1 600 mg/L左右；滨海新区TN含量的数据分布较为集中，其平均值和中位值重叠，这与该地区9家监测奶牛场粪水管理做法相近的现实情况吻合；而静海区TN含量数据的分布较为离散，符合该地区3家监测奶牛场粪水管理做法差异较大的现实情况。对于TP含量，地区间的差异较大，宁河区的TP含量平均值为112.3 mg/L，明显高于其他地区，滨海新区和武清区的TP含量略低，约为75 mg/L，静海区和宝坻区的TP含量平均值最低，约为60 mg/L。宝坻区的TP数据相对集中，变异系数为0.58，而静海区的数据相对离散，变异系数为0.73，其变异性更大。对比TN和TP含量的变化趋势可以发现，TN和TP含量平均值的最大值均在宁河区出现，最低值则出现在静海区和宝坻区。结果表明，不同地区间粪水氮磷含量存在差异。

注：宁河区样品数为72，滨海新区样品数为118，武清区样品数为101，静海区样品数为41，宝坻区样品数为89。

由表2得出，虽然地区间粪水氮磷含量存在差异，但是不同地区粪水中TN含量无显著性差异（>0.05）。宝坻、滨海和静海3个地区粪水TN含量的平均值相差无几，且宝坻和滨海的置信区间相似；北辰区粪水TN含量的平均值最低，宁河区最高且置信区间也最宽，武清区粪水TN含量的置信区间上限与静海区相似，但下限和平均值较高。相比TN，不同地区粪水中的TP含量存在显著性差异（<0.05）。北辰区和宝坻区粪水TP含量的平均值相似，静海区和武清区粪水TP含量的平均值相似，略高于北辰区和宝坻区，宁河区TP含量平均值最高，置信区间最宽。研究结果表明地区之间的粪水管理水平存在不同程度的差异，这与本课题组实地调研结果相吻合。

2.2.3 不同清粪方式下粪水氮磷含量变化特征

清粪方式对应奶牛场粪水源头收运环节，是重要的管理因素之一。将5种主要清粪方式下粪水氮磷含量变化特征作于图6。干清粪+水冲粪方式下的样本量最多，其次是干清粪，由于SF（水冲粪方式）全市只有滨海新区1家奶牛场使用，且只在冬季取到该场3个有效样本，数据不具有代表性，故未纳入图中，其他3种方式的样本量相似。由图可见，DC_SF（干清粪+水冲粪）粪水收集方式下TN含量与DC（干清粪）和DC_DL（干清粪/通铺垫料）方式下的TN含量大致相同，约为1 500 mg/L；DC_SF收集方式下的TP含量介于最大值与最小值之间；DC_DC（干清粪+干清粪）方式下收集的TN和TP的变异系数最小，分别为0.49和0.43，其含量相对较高，分别为2 394.0和93.9 mg/L，该方式能最大化地确保养分留存并进入后续环节；DC_SF_DL（干清粪+水冲粪/通铺垫料）方式下产生的TN和TP含量相对较低，这与通铺垫料上收集的粪尿不进入后续粪水处理-还田系统的现实情况相符。

注：DC代表干清粪，DL代表通铺垫料，SF代表水冲粪。干清粪样本数为68，干清粪+干清粪样本数为36，干清粪/通铺垫料样本数为25，干清粪+水冲粪样本数为269，干清粪+水冲粪/通铺垫料样本数为30。

由表2得出，不同清粪方式下TN（>0.05）和TP（>0.79）含量差异不显著。对于TN含量，干清粪和干清粪/通铺垫料收集方式下的TN含量平均值相似；干清粪+干清粪和干清粪+水冲粪收集方式下的TN含量平均值相似，但前者的置信区间明显比后者宽。对于TP含量，除干清粪+水冲粪/通铺垫料收集方式下的含量较低外，其余4种方式下的含量相似。干清粪+干清粪方式下的TN和TP含量均较高，一方面可以将养分最大化留存入后续环节，另一方面减少了外源水的进入，因而该方式下粪水氮磷含量高；常志州等[12]发现干清粪可显著降低氮素损失（39%～58%），同时显著降低NH3挥发，将氮素最大化地保留至粪水中，与本研究结果相符。DC_SF_DL（干清粪+水冲粪/通铺垫料）方式下产生的TN和TP含量相对较低，由于垫料可吸收消纳大量奶牛粪污，可能是最终进入后续处理-还田系统的氮磷养分含量显著降低的主要原因。综上，不同清粪方式下粪水中的氮磷含量存在差异，但并不显著。

2.2.4 不同处理工艺下粪水氮磷含量变化特征

处理工艺是奶牛场粪水另一个重要管理因素。经调研得知，Sbs_L（沼液贮存+氧化塘）和Af_Sbs_L（厌氧发酵+沼液贮存+氧化塘）是天津市奶牛场采用的主流处理工艺。由图7所示，这2种处理工艺TN、TP含量各自的平均值差异不大，TN含量平均值分别为1 588.4和1 758.6 mg/L；TP含量平均值分别为69.5和80.1 mg/L。在这5种粪水处理工艺中，Af_Sbs（厌氧发酵+沼液贮存）作用下TN含量的平均值为2 402.6 mg/L，远高于其他4种工艺；TP含量平均值为90.6 mg/L，也较其他4种工艺要高；而采用L（氧化塘）处理产生的TN和TP含量相对较低。结果表明，不同处理工艺下粪水氮磷含量存在差异。

注：Af代表厌氧发酵，Sbs代表沼液贮存，L代表氧化塘。L样本数为35，Sbs样本数为66，Sbs_L样本数为119，Af_Sbs样本数为42，Af_Sbs_L样本数为166。

由表2得出，不同处理工艺下，粪水TN（>0.05）和TP（>0.17）含量差异均不显著。厌氧发酵+沼液贮存组合工艺作用下的粪水TN含量平均值最高，TP含量平均值也最高，其置信区间最宽，可以相对确保养分留存；厌氧发酵+沼液贮存+氧化塘与沼液贮存工艺作用下的TN平均值最低，氧化塘作用下的TN含量略高于前者，厌氧发酵+氧化塘相比厌氧发酵+沼液贮存工艺作用下的TN含量略低。对于粪水TP含量，厌氧发酵+沼液贮存和沼液贮存+氧化塘工艺作用下的TP含量相似，厌氧发酵+沼液贮存+氧化塘与氧化塘工艺作用下的TP含量相似，沼液贮存工艺作用下的TP含量略高于氧化塘，但低于沼液贮存+氧化塘。现阶段粪水贮存处理设施大多为露天型，环节（设施）越多则氮素损失量越高；同时，厌氧发酵工艺下的TN含量均比其他工艺高，前人研究中厌氧发酵工艺可降低氮素损失的结论与本文结论相一致[23-24]。结果表明，虽然厌氧发酵+沼液贮存组合工艺下的氮磷含量略高于其他4种工艺，但差异并不显著。

2.2.5 粪水运移环节中氮磷含量变化特征

不同处理工艺下粪水运移各环节间也存在差别。33家监测场共有19个粪水运移环节，包括成母集粪沟（Cmg）、成母集污池-1（Agg-1）、成母集污池-2（Agg-2）、成母固液分离池-1（Cst-1）、成母固液分离池-2（Cst-2）、育成集粪沟（Hmg）、育成集污池（Hct）、育成固液分离池（Hst）、奶厅收集池-1（Pct-1）、奶厅收集池-2（Pct-2）、调节池/沉淀池（Rts）、二沉池（Sct）、氧化塘1-6（Lag 1-6）和防疫沟（Ang）。由于环节众多，综合考虑天津市奶牛场实际情况和样本量的代表性，选取样本量³10的环节进行分析。

如图8所示，Cmg、Agg-1、Cst-1和Lag 1是样品量比较丰富的环节，说明天津市奶牛场处理粪水时大多包含这几个环节，也是粪水处理中相对常规且有效的做法。Lag 1、Lag 2和Lag 3的样品量逐渐减少，源于氧化塘级数越多成本越高，因此可综合考虑经济效益和环境效益选择适宜的粪水处理工艺。Cmg、Agg-1、Cst-1和Lag 1的TN平均含量分别为1 809.3、1 798.0、2 102.1和1 532.1 mg/L，TN含量并非完全呈逐级梯降规律，在Cst-1中TN含量最高，推测是经过固液分离后，粪便中的部分氮素转移到粪水中。从多级氧化塘的TN含量来看，Lag 2和Lag 3的TN平均含量为1 171.1和1 126.9 mg/L，TN含量随氧化塘层级递减，说明粪水流经各环节中发生不同程度的氮素损失。Cmg、Agg-1、Cst-1和Lag 1的TP平均含量分别为66.1、66.7、80.3和68.5 mg/L，TP和TN均在Cst-1中的含量最高。Lag 2和Lag 3的TP平均含量为63.7和46.3 mg/L，TP含量也随氧化塘层级梯降。研究表明，粪水运移环节中氮磷含量呈动态变化，其中在成母固液分离池中最高，且随氧化塘层级递减。

注：Cmg代表集粪沟，Agg-1代表成母集污池-1，Cst-1代表成母固液分离池-1，Rts代表调节池/沉淀池，Sct代表二沉池，Lag-1代表氧化塘-1，Lag-2代表氧化塘-2，Lag-3代表氧化塘-3，Ang代表防疫沟。Cmg样本数为44，Agg-1样本数为93，Cst-1样本数为64，Rts样本数为30，Sct样本数为11，Lag-1样本数为87，Lag-2样本数为26，Lag-3样本数为14，Ang样本数为10。

由表2得出，不同运移环节粪水中氮磷含量差异极显著（<0.0001）。Pct-1和Pct-2的TN和TP含量为所有环节中最低值，可能是由于奶厅收集池的存水中大多由地面和挤奶设备冲洗水、牛奶残液、酸碱消毒液等组成，粪水含量相对较低。Cst-2和Hct的TN含量平均值为最高，Lag-1和Lag-2的TN和TP含量平均值相似，Lag-3至Lag-6的TN和TP含量平均值相差不大，且均低于Lag-1和Lag-2。其他诸如Hmg、Agg-1等的TN含量介于最大值与最小值之间，分布随机，无明显的变化趋势。

3 结 论

通过定位监测天津市33家种养结合型规模化奶牛场复杂粪水体系，揭示了粪水运移全链条氮磷含量时空变化特征，阐明了不同奶牛场在不同管理方式下粪水氮磷含量的变化规律，得出以下研究结论：

1）粪水氮磷含量分布的变异性较大，氮磷含量数据总体均呈正偏态（右偏）分布。总氮TN含量范围为100.4～6 207.4 mg/L，变异系数为0.76；总磷TP含量范围为2.0～184.0 mg/L，变异系数为0.64。

2）不同季节粪水TN和TP含量差异极显著（<0.0001）；不同地区TN含量差异不显著，TP含量差异显著（<0.05）。

3）不同粪水管理方式下氮磷含量存在差异。不同清粪方式下粪水TN（>0.05）和TP（>0.79）含量差异不显著，但干清粪+干清粪方式下，粪水中TN和TP含量均略高于其他4种方式；不同处理工艺下粪水TN（>0.05）和TP（>0.17）含量差异不显著，但经厌氧发酵+沼液贮存处理后的TN和TP含量平均值均略高于其他4种工艺；不同处理环节中粪水TN和TP含量差异极显著（<0.000 1）。干清粪+干清粪和厌氧发酵+沼液贮存组合工艺下TN和TP含量最高，而干清粪+水冲粪/通铺垫料和氧化塘组合工艺下TN和TP含量最低，为奶牛场粪水处理路径选择提供参考。

致谢：衷心感谢中国农业大学工学院杨增玲教授和澳大利亚Arthur Rylah Institute for Environmental Research刘灿然高级研究员对本文的悉心指导。

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Variation characteristics and rules of nitrogen and phosphorus contents throughout the slurry movement from scaled dairy farms in Tianjin

Li Mengting1, Sun Di1,4, Mu Meirui2, Liu Haixue2, Zhang Keqiang1, Yang Renjie3, Zhao Run1※

(1.,,300191,; 2.,,300384,; 3.,,300384,; 4.,,130118,)

Both nitrogen and phosphorus were abundant in the dairy manure, which were ideal water and fertilizer resources in agriculture. However, influenced by the change of environmental conditions, there were great differences in manure collection and transportation methods and treatment processes in different dairy farms, resulting in unclear characteristics and varying rules of nitrogen and phosphorus components and contents in numerous links of slurry movement, which was harmful to the sustainable management on the manure. Based on the long-term monitoring on the complex manure rotation system of 33 large-scale dairy farms in Tianjin, the variation characteristics of nitrogen and phosphorus contents were uncovered in the whole chain of slurry movement along with the time and space, and the variation rules of nitrogen and phosphorus contents were explored under different management modes in different dairy farms. The results showed that there were 6 single or combined manure cleaning ways and 5 slurry treatment technologies in 33 dairy farms distributed in 6 main dairy industry districts. Therein dry clean plus slurry flush and dry clean were the main cleaning ways of manure in Tianjin. Sbs_L (storage of biogas slurry plus lagoon) and Af_Sbs_L (anaerobic fermentation plus storage of biogas slurry plus lagoon) were the main combined treatment processes adopted by the dairy farms. Great variability was appeared to the overall distribution of nitrogen and phosphorus in the slurry movement, and positive skewed distribution was showed on the data of total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP). The range of TN content was 100.4-6 207.4 mg/L, the average value plus minus standard deviation was 1 691.5 ± 1 279.1 mg/L, and the coefficient of variation was 0.76, and great variability was showed on the data. The highest probability of TN content was around 750 mg/L. The range of TP content was 2.0-184.0 mg/L, the average value plus minus standard deviation was 69.0 ± 44.2 mg/L, and the coefficient of variation was 0.64. The highest probability of TP content was in the range of 20-40 mg/L, while the degree of variation of TN was greater than that of TP. The characteristics and rules of nitrogen and phosphorus content were focused on slurry movement under different space-time conditions and management conditions in this study. The analysis of linear mixed effect model showed that, 1) the contents of TN and TP in the slurry were significantly different in 4 seasons (< 0.001); 2) the contents of TN in the slurry was no significantly different in 6 districts (> 0.05), but the contents of TP in the slurry was significantly different in 6 districts (< 0.05); 3) the contents of TN (> 0.05) and TP (> 0.79) in the slurry were no significantly different under 6 cleaning ways of manure, but the contents of TN and TP in slurry under DC_DC (dry clean + dry clean) were slightly higher than those in other approaches; 4) the contents of TN (> 0.05) and TP (> 0.17) in the slurry were no significantly different under 5 slurry treatment technologies, but the contents of TN and TP after Af_Sbs (anaerobic fermentation plus slurry storage) treatment were slightly higher than those of the other 4 technologies; 5) the contents of TN and TP in the slurry were significantly different in 19 migration processes (< 0.000 1). In the combined processes of dry clean plus dry clean and anaerobic fermentation plus storage of biogas slurry, the highest content of TN and TP was yielded, while during the dry clean plus slurry flush /deep litter and lagoon, the lowest content of TN and TP was yielded. In conclusion, this study systematically illuminated the variation characteristics and rules of nitrogen and phosphorus contents in the whole chain of slurry movement under complicated environmental and management conditions, which provided a theoretical basis for the research and development of practical technologies and pathways selection of manure management.

manures; nitrogen; phosphorus; variation characteristics; rule; large-scale dairy farm; slurry management

李梦婷，孙迪，牟美睿，等. 天津规模化奶牛场粪水运移中氮磷含量变化特征 [J]. 农业工程学报，2020，36(20)：27-33.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.20.004 http://www.tcsae.org

Li Mengting, Sun Di, Mu Meirui, et al. Variation characteristics and rules of nitrogen and phosphorus contents throughout the slurry movement from scaled dairy farms in Tianjin[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(20): 27-33. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.20.004 http://www.tcsae.org

2020-06-23

2020-09-26

国家重点研发计划（2018YFD0800104）；天津市科技计划项目（19ZXBTSN00190）联合资助

李梦婷，博士研究生，研究方向为农业废弃物资源化利用。Email：lmt22228888@163.com

赵润，博士，助理研究员，主要从事规模化奶牛场环境监测等方面研究。Email：15900389657@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.20.004

X713

A

1002-6819(2020)-20-0027-07