畜禽養殖廢棄物資源化利用及生態茶園種養復合模式研究

吳成建，蘇 峰，方成剛，王建陽

(1.凱捷集團有限公司研發中心/福建省閩北烏龍茶加工與質量安全控制企業工程技術研究中心，福建 武夷山 354301；2.福建省農業農村廳蘇峰勞模工作室，福建 福州 350003；3.云南省農業科學院，云南 昆明 650225；4.安溪凱捷生態農業有限公司，福建 安溪 362435)

【研究意義】生態發展現已成為國家發展戰略之一，建設生態茶園是茶產業升級的必然選擇，有利于保護生態和保障食品安全。近年隨著茶產業快速發展，個別企業只注重產量，忽視產品質量和生態環境保護，在茶葉生產中大量使用化學農藥和化學肥料。其后果是土壤中有機質耗竭，生物性物質含量嚴重萎縮，土壤板結，地力下降。為了茶產業可持續發展，有計劃地擴大生態茶園面積，解決茶產業發展過程中存在的生態平衡、環境污染和食品安全問題，促進茶產業安全提質增效?！厩叭搜芯窟M展】生態茶園的研究，根據現有資料，分析其類型，大致可以分為以下3類：建設技術：英山縣生態茶園建設的研究[1]、福建人工復合生態茶園的構建技術與模式[2]、沿河縣生態茶園病蟲害綠色防控配套技術[3]、福建良性生態茶園建設的模式選擇及關鍵技術[4]等。規劃、探討、效益分析和綜述：發展福建生態茶園之思考[5]、寧化縣生態茶園建設及茶葉產業可持續發展的探討[6]、安溪縣生態茶園規劃建設與策略研究[7]、鄉村旅游與生態茶園一體化開發的可行性[8]、貴州生態茶園建設及其發展模式探討[9]、生態茶園要素分析與規劃實踐[10]、立體生態茶園營建模式及效應分析[11]等。機理研究：山東省生態茶園與普通茶園小氣候特征的比較[12]、生態和非生態茶園葉面附生微生物構成與發病率的相關性研究[13]、不同生態茶園土壤微生物及脲酶活性研究[14]、不同類型生態茶園昆蟲群落多樣性[15]等。大多數研究從內容來看，主要是理論性、概述性的內容比較多，涉及實際技術研究開發的較少，而且主要是針對茶園生態建設、側重于種植技術的研究，對以大農業生態循環利用、種養結合的生態茶園建設技術研究較為罕見，建立模型進行技術驗證的尚未檢索到?！颈狙芯壳腥朦c】從生態系統經營的理念出發，以大生態農業的構建為基礎，進行“種養”復合模式生態茶園建設的技術研究與驗證，對福建省生態茶園建設技術突破具有重要意義。生態茶園建設完成后在生產中的主要環節，一是水肥供應，特別是土壤培肥，二是病蟲草害防控。病蟲草害防控的難度大于水肥供應，但從生產管理的角度，土壤培肥的重要性大于病蟲害防控。一般來說土壤培肥措施的開支是病蟲害防控措施開支的5～10倍，特別在生態茶園管理中，所占比例更高。閩南茶區以種植鐵觀音茶樹為主，肥水要求高，對鐵觀音產品品質和產量影響甚大，選擇閩南茶區鐵觀音品種茶園進行研究，能夠充分發揮這種模式的優勢，可減少茶園化肥和農藥使用量，有利于提高茶葉品質。生態茶園建設中，有機肥、農家肥來源多數是因地制宜的進行規劃、解決。通常的解決方案是利用牛、羊、豬、雞糞等大規模養殖的排泄物，但存在來源少、運輸費用大、處理難、人工施肥費用高等問題。多數是直接購買商品有機肥，但因價格高或者肥效低、施用費工費時，導致茶園施肥量不足，致使得生態茶園產量減少、鮮葉質量下降。種養復合模式是通過利用養殖業排放的廢棄物，來解決生態茶園生產中的土壤培肥問題，從大農業生態環境保護來看，具有雙重生態、經濟效益?！緮M解決的關鍵問題】從模式構建的具體環節出發，研究不同來源養殖廢棄物的性質、成分、含量比例等，篩選適宜的養殖種類和肥源，分析其適用性和可行性，并建立種養復合模式示范點進行驗證，對其安全性、養分含量、配套規模、實際效益等進行檢測和分析，提出合理配比，為種養復合模式生態茶園建設提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

模式篩選的實驗材料選擇安溪縣路英養殖場、牧興養殖場、綠業養殖場、泉林養殖場、興煌養殖場、隆裕養殖場、碧巖山養殖場等處的牛、羊、豬、雞的廢棄物(糞與尿、排放污水)。

技術驗證以“豬-肥-茶”種養復合模式生態茶園為例，選擇安溪縣虎邱鎮的凱捷公司茶園基地建立了樣本，進行相關研究。試驗材料有三元瘦肉型蘇太黑豬商品公苗豬(來源：安溪縣湖頭興牧種豬場)、3級密閉發酵池、鐵觀音品種茶園；生豬養殖飼料為豆制品加工廠的廢棄物——豆粕，加上蔬菜的下腳料、少量米糠等拌和。

1.2 試驗方法

生態茶園種養復合模式篩選中主要檢測內容和方法如下。

糞的檢測方法：用《有機肥料》(NY525-2012)測定全氮、全磷、全鉀和有機質。尿的檢測方法：用《土壤質量 全氮的測定 凱氏法》(HJ 717-2014)測定全氮，用《水質總磷的測定-鉬酸銨分光光度法》測定總磷。

“豬-肥-茶”種養復合模式生態茶園技術驗證主要檢測內容和方法如下：肥液和肥渣的全氮、全磷、全鉀含量測定按NY 525-2012《有機肥料》中的相關方法。茶園土壤pH值檢測方法：NY/T 1377-2007 土壤pH的測定。

茶園土壤養分檢測方法：NY/T 85-1988 土壤有機質測定方法；LY/T 128-2015 森林土壤氮的測定——水解性氮的測定；LY/T 1232-2015 森林土壤磷的測定——有效磷的測定；NY/T 889-2004 土壤速效鉀和緩效鉀含量的測定。

技術驗證方法：在茶園的一個小谷地里，建立生豬養殖試驗場，黑豬數量13頭。生豬養殖使用豆粕加上菜葉、米糠等拌和后喂養，不添加其它添加劑和生長促進劑。生豬養殖的排泄物用水沖洗入收集池，拌入生物菌，然后經過3級密閉厭氧發酵，發酵后的肥液、肥渣(撈出后曬干)進行取樣檢測。鐵觀音茶園按肥液稀釋5倍后，使用水泵抽取澆灌，每季度澆灌1次(處理)，常規管理作為對照，對照與處理中間設置隔離行。土壤試驗前后取樣檢測。茶園觀測發芽密度、百芽重、產量。

茶園茶樹發芽密度與百芽重觀測方法：用33 cm×33 cm方型圈套在茶樹上計數，每個小區隨機觀測3個點，同時隨機選取100個芽頭進行稱重，稱量3次后取平均值。

產量觀測方法：每個處理重復3次，每個試驗小區2行，每行長度37.5 m，采摘后稱重。

1.3 數據統計與分析

因為氨、氮2個營養元素是目前造成水體富營養化的直接因素，養殖場廢棄物檢測中也作為養分指標，其中NH3-N是水(廢水)中氨、氮含量指標。目前養殖場的廢棄物排放多以含固體廢水的形式存在，廢水一般測定總氮、總磷，固體廢棄物一般測定全氮、全磷，都能反應氮、磷的總量(表1)。

產量換算成公頃產量，公式如下：

P=p/m×10000

式中，P為公頃產量，p為小區產量，m為試驗小區面積(37.5 m×1.5 m=56.25 m2)，10000為面積換算系數。

對發芽密度、百芽重、產量進行單因素方差分析，比較處理與對照的差異水平。

2 結果與分析

2.1 模式篩選的檢測結果

牛、羊、豬和雞等畜禽是福建常見養殖種類。對于福建來說，馬極為少見；規?；B殖的禽類中，以雞為多。為此僅采集牛、羊、豬和雞的排泄物樣品進行分析。養殖場廢棄物檢測結果見表1。全國不同畜禽糞便養分調查結果見表2。安溪本地不同畜禽糞便養分檢測結果見表3。

畜禽排泄物成分分析：從養分來看，各種畜禽有差異。糞便水分含量是牛>豬>馬>羊，干物質含量則反之。排泄廢棄物的全氮和全磷含量是羊>豬>牛。豬低于羊，是其排泄物的含水量要高。全氮含量尿液要高于糞便，全磷含量糞便要高于尿液，若固液分離后利用，可參考表3的數據，否則參考表1和表2的數據。糞便的有機質含量排序為羊>豬>牛，羊的有機質含量頗高，達31.4 %。一般而言，養分與食物(飼料)來源有關，不同來源也不盡相同，差異頗大，也與排泄物的水分有關。僅從糞便看，禽類的養分含量遠高于畜類，一是禽類消化道短消化不完全而且不產生尿液，二是禽類的糞便水分不高。但禽類糞便一般磷、鈣含量高，不適用于生態茶園。

畜禽糞便性質分析：牛糞的有機質和養分含量在各種家畜中最低，質地細密，含水量較多，分解慢，發熱量低，是冷性有機肥，也是遲效性肥料，肥效慢得多。羊和牛一樣是反芻動物，但咀嚼飼料比牛細，并且羊較少飲水，因此糞便細密干燥，養分含量也較高；羊糞發熱量高于牛糞，屬熱性肥料。豬消化道長，消化充分，豬糞質地較細，含氮量較高，碳氮比為14∶1，成分主要有蛋白質、脂肪類、有機酸、纖維素、半纖維素以及無機鹽等，一般容易被分解，釋放出可為作物吸收利用的養分，屬熱性有機肥，有效養分多，為速效性肥料。雞糞中含有豐富的營養成分，作為農家肥料，比豬糞、牛糞等有更高的肥效，其中磷和鈣含量比較高。

表1 養殖場廢棄物中養分含量Table 1 The nutrient contents in farm waste

表2 新鮮家畜糞尿中養分含量[16]Table 2 The nutrient contents in fresh livestock feces and urine[16]

表3 不同畜禽糞便養分含量Table 3 The nutrient content of different livestock and poultry manure

2.2 “豬-肥-茶”種養復合模式生態茶園技術實施

2.2.1 安全性檢測 長期使用有機肥，要考慮其安全性，主要是重金屬污染。經咨詢福建省農科院土肥所專家，有機肥液重金屬超標可能性極小，故在試驗中未予以檢測。肥渣檢測結果表明，發酵后肥渣的重金屬含量遠低于行業標準《有機肥》(NY 525-2012)的相關要求，因此“豬-肥-茶”復合模式生態茶園是具有安全性的。當然前提是在飼養環節對飼料等進行控制，防止過多的重金屬物質進入茶園(表4)。

表4 肥渣中重金屬檢測Table 4 The heavy metals content in fertilizer slag

2.2.2 產出的有機肥成分檢測 模式驗證中發酵池產出的主要是肥液，1個季度出產量約為50 m3(為建造發酵池的容量)，稀釋5倍后，可澆灌生產茶園約3.3 hm2。如果建造澆灌系統，可以供應更多的茶園，從成本考慮，未進行。

對產出的肥液和少量肥渣進行養分檢測。結果表明，不同年度之間養分含量的標準方差小，表明差異不明顯。豬肥液的氮、磷、鉀比例為2.39︰1.78︰1，對烏龍茶鐵觀音生產茶園較適宜，特別是肥液的全氮含量平均值為1.17 g/L，為溶于水的速效養分，對茶樹生長特別有利。豬肥渣產出的量較少，可用于幼齡茶樹覆蓋(表5和表6)。

2.2.3 生態茶園種植環節應用的效果 生態茶園在澆灌肥液后，土壤情況變化明顯。pH值從3.6左右逐年上升到4.3左右，從嚴重酸化的土壤(pH值<4.0)逐漸變為較為適宜茶樹種植的土壤(pH值4.5)，有效改善土壤酸堿度，更加適合茶樹生長。有機質從原來不足10 g/kg，逐年上升到了21.2 g/kg，變化顯著。水解性氮含量從原來不超過200 mg/kg，逐年上升到567 mg/kg，變化顯著。有效磷含量變化沒有明顯規律。有效鉀含量從原來不超過300 mg/kg，逐年上升到729 mg/kg，變化顯著(表7)。

表5 豬肥液養分含量Table 5 The nutrient content in pig manure

表6 豬肥渣養分含量Table 6 The nutrient content in pig manure residue

表7 茶園土壤情況Table 7 Soil conditions of tea plantations

從茶園春季發芽密度與年度產量的調查情況可見，春季發芽密度變化：未澆灌肥液茶園，春季發芽密度無明顯變化，而采用澆灌肥液處理后茶園春季發芽密度呈現逐年上升趨勢，從常規處理(CK)的53個/1109 cm2，增長到了71個/1109 cm2，變化顯著。茶園產量變化：采用澆灌肥液處理后鮮葉產量(機采)逐年上升。從2016年的數據看，常規處理(CK)與處理Ⅰ的差異不明顯，可能是時間短，效果尚未顯示；從2017年的數據看，常規處理(CK)與處理Ⅰ的差異明顯，澆灌肥液的效果明顯；從2018年的數量看看，常規處理(CK)與處理Ⅰ的差異明顯，澆灌肥液的效果也同樣明顯。方差分析表明，F=25.24247>F0.05=4.493998，表明是否有澆灌肥液措施對生態茶園的鮮葉產量影響明顯(表8)。

表8 鐵觀音春季發芽密度和年度產量Table 8 Germination density and annual yield of Tieguanyin in spring

注：表中數據后不同小寫或大寫字母分別表示在0.05或0.01水平上差異顯著。
Note：Different small and capital letters represented significant difference at 0.05 or 0.01 levels，respectively.

3 討 論

種養復合模式下，對茶樹生長有益的營養物質主要是有機質、氮磷鉀等。養殖環節要重視重金屬污染、藥物殘留等方面的問題，如果養殖廢棄物中重金屬等超標，其難以在發酵處理中得到降解，通過有機肥使用，會轉移到茶園中，從而污染了茶園土壤。污染源還會累積，難以處置，為此要嚴加管制。養殖環節要采用生態養殖模式，要防止易造成污染的礦物添加劑和藥物的進入。

種養復合模式的產業化應用推廣上，可從社會化分工合作來構建：養殖、有機肥生產、生態茶園種植可由不同企業承擔，3個環節通力合作。在國家環境保護政策日趨嚴格的情況下，這既有利于實現畜禽養殖廢棄物資源化利用，有效解決現有養殖企業排放的污染問題，又減少茶園化肥用量，改善茶園土壤環境，具有雙重生態環保效益。因此需要政府部門從全局角度加強引導和布局，在政策、資金上加強有機肥生產及生態茶園有機肥使用的扶持。該模式也可以應用于小農戶的農業生產中，將生態循環利用的優勢，采取種養結合，通過發酵池巧妙串聯起來，使小農戶既可零排放零污染養殖(優于處理后排放)，又能改良茶園土壤、保護生態、提升茶葉品質和保障衛生質量，延長了產業鏈，提高農民收入，改變農村環境衛生狀況。從福建省茶產業生產分布情況看，福建是產茶第一大省，而小農(茶)戶又占絕大部分比例，如果能把該項技術作為當前新農村建設的內容來推廣，既實現全面生態環境保護，又能促進農業經濟發展、農民收入提高，具有顯著的生態效益和較好的社會經濟效益。

該模式下還有待研究茶園鮮葉或毛茶品質的提升作用，通過檢測鮮葉的相關指標、比較制成毛茶的品質，進一步評估模式對茶葉生產的影響；在該模式中引進養殖廢棄物先進處理技術，比如添加高溫發酵菌，通過提高發酵溫度來加快發酵，縮短發酵時間，減少所需發酵池容量，降低前期投入費用等。

4 結 論

4.1 生態茶園種養復合模式篩選

各類畜禽的排泄物不同養殖場的調查數據差異甚大，但養分含量都較為豐富。畜類一般都可以作為生態茶園種植的配套，其中豬、羊排泄物的養分(氮磷鉀、有機質)較為豐富，其糞尿肥屬熱性肥料、速效肥料，更為適用；禽類不適用，主要是鈣、磷含量高，并且藥物殘留相對較高。豬馴化程度高，飼料來源廣，養殖人員眾多、技術成熟，比較容易養殖；羊的養殖需要一定的飼草，養殖難度相對高一些。因此綜合考慮，“豬-肥-茶”種養復合模式應用于生態茶園建設較為適宜。

4.2 “豬-肥-茶”種養復合模式生態茶園技術驗證

通過數據論證與分析，茶園規模與養殖規模配套宜為1 hm2茶園配套養殖3.85頭豬，并且肥液稀釋后濃度不高，因此在一定彈性空間內，多一點少一點問題不大。一般情況下，廢棄物需要3個月的充分發酵，肥液沒有臭味，施用于茶園也較為妥當。豬-肥-茶復合模式生態茶園的安全性(重金屬含量是否合格)相對有保障。肥料(主要是肥液)的養分，不同年度變化不明顯，養分含量較為豐富，氮磷鉀比例合適，容易被茶樹吸收。該模式應用后能夠改善土壤pH值，顯著增加土壤有機質、提高土壤水解性氮和有效鉀的含量，有效磷的變化不明顯；實施該模式能使春季發芽密度和全年畝產量顯著提高。“豬-肥-茶”種養復合模式技術對生態茶園建設較為適宜。

從篩選和驗證的情況看，“豬-肥-茶” 生態茶園種養復合模式能夠有效變廢為寶，實現畜禽養殖廢棄物資源化利用，對土壤產生良好改良效果，是一項有益而可行的技術突破，值得進一步推廣應用。