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user: 3. 结果与分析 3.1. 牛粪及有机肥中pH值和含水率分析 pH值和含水率是畜禽粪便检测的重要物理指标 [ 12 ]。植物可在很宽的pH范围内正常生长，但各种植物有自己适宜的pH值，绝大多数植物正常生长的pH值在7.0左右，检测调控粪便及有机肥的pH值有利于提高肥效 [ 29 ]。如表1所示，牧场泌乳牛粪、储备牛粪、农场牛粪有机肥和葡萄园牛粪有机肥的平均pH值分别为6.68、7.22、8.20、7.97。两种牛粪pH值均大于6，但与其他研究相比数值较小 [ 30 ] [ 31 ]。陈芬和余高 [ 30 ] 在2019年关于畜禽粪便中养分含量分析研究中测得牛粪的pH值为7.82~8.85。Song [ 31 ] 等在2014年关于堆肥处理对畜禽粪便中养分含量影响的研究中测得牛粪的平均pH值为9.54。本研究中，两种牛粪有机肥的pH值均在5.5~8.5范围内，符合有机肥的国家标准《有机肥料》(NY525-2012) [ 32 ]。牧场泌乳牛粪、储备牛粪、农场牛粪有机肥在秋季时的pH值最高，分别是7.06、7.37、8.41，葡萄园牛粪有机肥的pH值在夏季最高，达到8.22。牛粪和牛粪有机肥的平均pH值分别为6.95、8.09，该牛粪有机肥的制备工艺能够显著提高牛粪的pH值，有利于改良酸性土壤。在秋季、冬季、春季、夏季，该地区有机肥制备工艺将牛粪的平均pH值分别从7.22、6.92、6.96、7.06提高至8.26、7.93、7.93、8.21，分别提高了1.04、1.01、0.97、1.15。其中，春季时的有机肥制备工艺对牛粪的pH提高效果最明显。 Table 1 pH value and water content of cow dung and cattle manure organic fertilize 项目 pH值 含水率(%) 牧场泌乳牛粪 秋季 7.06 83.95 冬季 6.72 84.85 春季 6.69 81.11 夏季 6.97 80.03 牧场储备牛粪 秋季 7.37 81.87 冬季 7.11 82.97 春季 7.23 81.08 夏季 7.15 78.06 农场牛粪有机肥 秋季 8.41 10.88 冬季 8.05 5.50 春季 8.12 27.29 夏季 8.20 3.15 葡萄园牛粪有机肥 秋季 8.11 7.64 冬季 7.81 3.44 春季 7.74 19.00 夏季 8.22 3.22 表1. 牛粪及牛粪有机肥的pH值和含水率 禽粪便堆肥过程中的含水率能够影响有机肥的腐熟度，牛粪在堆肥时的含水率为59.8%时达到最高腐熟度 [ 33 ]。牧场泌乳牛粪、储备牛粪、农场牛粪有机肥和葡萄园牛粪有机肥的平均含水率分别是82.49%、81.00%、1.71%、8.32%。两种牛粪含水率均大于80%，在堆肥前可进行相应处理，减少其含率，使含水率接近60%。Choi [ 34 ] 等在对不同季节荷斯坦母牛产肥量和特性研究中检测到牛粪的含水量为83.5%，与本实验接近。两种牛粪有机肥的含水率均小于30%，均符合有机肥的国家标准《有机肥料》 (NY525-2012) [ 32 ] ，即该牛粪有机肥的制备工艺对含水率的降低效果较好。农场牛粪有机肥和葡萄园牛粪有机肥在春季时的含水率较高，分别是27.29%、19.00%，在冬季和夏季的含水率较低，均在6%以下。考虑是降水、蒸发等气候因素的不同造成含水率在不同季节的差异。 3.2. 牛粪及有机肥中TN、P 2 O 5 、K 2 O含量分析 畜禽粪便及有机肥中含有丰富的TN、P 2 O 5 、K 2 O等元素，是植物生长发育所必需的营养元素，也是农业可持续发展的必要资源。如表2所示，不同季节的粪肥的TN、P 2 O 5 、K 2 O养分含量差异较大。牧场泌乳牛粪、储备牛粪、农场牛粪有机肥和葡萄园牛粪有机肥在秋季的总养分分别是7.40%、7.07%、6.84%、9.58%，均满足《有机肥料》(NY525-2012)规定的养分大于5%的标准 [ 32 ]。4种样品在冬季、春季、夏季的总养分均小于3%，不满足标准。在冬季、春季和夏季时，牧场储备牛粪的总养分均高于牧场泌乳牛粪，在制备有机肥时可通过提高牧场储备牛粪的添加比例进行调节。也可以通过添加适量的鸡粪和养分，来提高有机肥的养分含量 [ 35 ]。该牛粪有机肥的制备工艺对总养分的平均含量的提高效果在冬季时较为明显，从1.42%提高至2.43%；在秋季时总养分的平均含量从7.24%提高至8.21%；在春季和夏季时总养分的平均含量有所降低，分别从0.96%、1.79%降低至0.64%、0.98%。 Table 2 Contents of TN， P2O5 and K2O in cow dung and cattle manure organic fertilizer (unit% 项目 TN P 2 O 5 K 2 O 总和 牧场泌乳牛粪 秋季 0.25 0.03 7.12 7.40 冬季 0.36 0.03 0.14 0.53 春季 0.25 0.02 0.30 0.57 夏季 0.80 0.04 0.57 1.41 牧场储备牛粪 秋季 0.25 0.03 6.79 7.07 冬季 0.61 0.03 0.25 0.89 春季 0.35 0.02 0.44 0.81 夏季 0.52 0.08 1.57 2.17 农场牛粪有机肥 秋季 0.20 0.02 6.62 6.84 冬季 1.71 0.04 0.48 2.23 春季 0.07 0.01 0.48 0.56 夏季 0.41 0.02 0.67 1.10 葡萄园牛粪有机肥 秋季 0.38 0.05 9.15 9.58 冬季 1.94 0.04 0.65 2.63 春季 0.17 0.02 0.52 0.71 夏季 0.08 0.01 0.76 0.85 表2. 牛粪及牛粪有机肥中TN、P 2 O 5 、K 2 O含量(单位%) 注：TN、P 2 O 5 、K 2 O分别代表样品中氮、磷、钾的含量。 在秋季、冬季、春季、夏季，该地区有机肥制备工艺将牛粪中TN含量分别从0.25%、0.49%、0.3%、0.66%调整至0.29%、1.83%、0.12%、0.25%，其中，冬季时的有机肥制备工艺对牛粪TN含量的提高效果较为明显，春季和夏季时TN含量下降；在各个季节牛粪和牛粪有机肥中P 2 O 5 含量较低，在0.01%~0.08%之间，各季节P 2 O 5 含量变化不明显；在各个季节有机肥制备工艺将牛粪中K 2 O含量分别从6.96%、0.20%、0.37%、1.07%调整至7.89%、0.57%、0.50%、0.72%，其中，秋季、冬季、春季的有机肥中K 2 O含量相比牛粪中均有提高，秋季的提高效果最明显，夏季的有机肥中K 2 O含量有所下降。 在牛粪及有机肥中，三种营养元素的含量由多到少分别为K 2 O、TN、P 2 O 5 。田雪力 [ 21 ] 的TN平均含量超出P 2 O 5 平均含量的结论与本研究一致。K 2 O平均含量最高是由于牛属于反刍动物，秸秆等富含纤维的饲料中比籽粒富集更多的K 2 O元素，因此牛粪中含有更高的K 2 O元素 [ 12 ] [ 30 ]。牧场泌乳牛粪和储备牛粪的TN含量在冬季和夏季时最高。田雪力 [ 21 ] 在对天津市奶牛场的牛粪进行四个季节连续采样分 含量在夏季时含量最高；K 2 O含量在秋季时最高，夏季时略高。 3.3. 牛粪及有机肥中重金属含量分析 如表3所示，牧场泌乳牛粪、储备牛粪、农场牛粪有机肥和葡萄园牛粪有机肥Zn的含量只有在秋季时在检测线以上，含量分别是209.8、83.6、86.0、98.6 mg/kg。全部样本在四个季节内均未检测出Cu。牧场泌乳牛粪和储备牛粪中Ni的含量在夏季时最高，分别是32.0、48.0 mg/kg；农场牛粪有机肥和葡萄园牛粪有机肥中Ni的含量在秋季时最高，分别是23.3、25.3 mg/kg，在夏季时Ni含量略高，分别是19.0、23.0 mg/kg。在四个季节内，两种有机肥的As和Pb含量均较小，含量在10.0 mg/kg以下，且夏季Pb的含量最小。农场牛粪有机肥和葡萄园牛粪有机肥Cr的含量在秋季时最高，分别是45.2、48.9 mg/kg，在其他三个季节Cr含量均在10 mg/kg以下，且Cr的含量在夏季时最小。在秋季、冬季、春季、夏季，该地区有机肥制备工艺将牛粪中Ni含量分别从11.2 mg/kg、11.0 mg/kg、5.0 mg/kg、40.0 mg/kg调整至24.3 mg/kg、10.0 mg/kg、14.0 mg/kg、21.0 mg/kg，其中，夏季时的有机肥制备工艺对牛粪Ni含量的降低效果较为明显，秋季和春季的有机肥中Ni含量相比牛粪中有所提高。 Table 3 Contents of heavy metals in cow dung and cattle manure organic fertilizer (mg/kg 项目 Zn Ni As Pb Cr Cu 牧场泌乳牛粪 秋季 209.8 1.5 * * * <0.01 冬季 <0.01 13.0 * * * <0.01 春季 <0.01 <5.0 * * * <0.01 夏季 <0.01 32.0 * * * <0.01 牧场储备牛粪 秋季 83.6 20.8 * * * <0.01 冬季 <0.01 9.0 * * * <0.01 春季 <0.01 <5.0 * * * <0.01 夏季 <0.01 48.0 * * * <0.01 农场牛粪有机肥 秋季 86.0 23.3 1.8 4.1 45.2 <0.01 冬季 <0.01 10.0 3.1 8.8 8.9 <0.01 春季 <0.01 14.0 1.6 6.1 7.3 <0.01 夏季 <0.01 19.0 0.1 <0.01 3.4 <0.01 葡萄园牛粪有机肥 秋季 98.6 25.3 3.6 4.7 48.9 <0.01 冬季 <0.01 10.0 4.8 5.8 4.8 <0.01 春季 <0.01 14.0 1.9 9.6 5.3 <0.01 夏季 <0.01 23.0 2.3 4.8 15.5 <0.01 表3. 牛粪及牛粪有机肥中重金属元素含量(单位mg/kg) 注： * 代表未检测该指标。 覃丽霞 [ 20 ] 等对浙江省畜禽有机肥重金属和养分含量研究中发现，春季牛粪Zn、Pb、Cr的含量分别为74.33~2229.08、3.45~39.98、8.77~70.50 mg/kg，夏季牛粪Zn、Pb、Cr的含量分别为97.83~1502.95、3.19~28.46、5.21~39.13 mg/kg。其中牛粪中春季的Pb和Cr含量比夏季高的结论与本研究结论一致。田雪力 [ 21 ] 在对天津市奶牛场的牛粪进行四个季节连续采样分析，发现Zn和Cr的含量在秋季时最高，与本研究的结果一致。李治宇 [ 36 ] 等在对塔里木大学动物科学学院养牛场的牛粪研究中，检测到牛粪中Cu含量为3~5 mg/kg，Zn含量为30~50 mg/kg。陈芬和余高 [ 30 ] 在对晋北地区规模化养殖场畜禽粪便养分和重金属含量分析研究中，发现由于畜禽饲料中添加大量Zn和Cu来减少细菌感染和促进畜禽发育，在牛粪中Zn和Cu的含量比其他重金属的含量更高。不同研究间重金属含量的差异推测是因为不同畜禽所使用的饲料添加剂不同 [ 14 ]。从当前的国内形势来看，国家对畜禽粪便中的重金属含量没有制定严格的国家标准 [ 16 ]。因此，在本次研究中，将《有机肥料》(NY525-2012)对As、Pb、Cd和Cr的含量限定以及《污泥农用污染物控制标准》(GB4284-1984)对Cu、Zn和Ni的含量限定作为评价依据 [ 37 ]。Cu、Zn、As、Pb、Cr、Ni等6种元素的施用临界值分别为250、500、75、300、600、100 mg/kg。所有样品的重金属含量远低于标准限值，说明该区域规模化农牧场的粪便及有机肥对环境污染较小，符合绿色农业、循环农业、有机农业的要求。 3.4. 牛粪及有机肥中活菌残留 粪大肠菌群数、蛔虫卵死亡率是评价有机肥品质的重要指标，由表4可以看出，所有样本的蛔虫卵死亡率均达到100%。农场牛粪有机肥和葡萄园牛粪有机肥的粪大肠菌群数量秋季和夏季较多，春季和冬季均在检测线以下。两种牛粪有机肥粪大肠菌群数量均小于70个/g，《生物有机肥》 (NY884-2012)中规定有机肥料中粪大肠菌群应小于100个/g，所有有机肥样品均符合标准 [ 38 ]。泌乳牛粪在春季时的粪大肠菌群数量巨大，达到11，000个/g，在堆肥时需要严格把控相关工艺流程，以确保在施用前达到相关标准。 Table 4 Residues of live bacteria in cow dung and cattle manure organic fertilize 项目 粪大肠菌群(个/g) 蛔虫卵死亡率(%) 牧场泌乳牛粪 秋季 1100 100 冬季 4600 100 春季 11000 100 夏季 4 100 牧场储备牛粪 秋季 1100 100 冬季 430 100 春季 20 100 夏季 240 100 农场牛粪有机肥 秋季 23 100 冬季 <3 100 春季 <3 100 夏季 64 100 葡萄园牛粪有机肥 秋季 23 100 冬季 <3 100 春季 <3 100 夏季 4 100 表4. 牛粪及牛粪有机肥中活菌残留