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随着南方红壤丘陵区规模化养猪业的迅速发展,养猪粪污给生态环境带来的巨大威胁逐渐受到人们的广泛关注。目前粪肥还田仍然是畜禽粪便处置的主要方式,大量粪便盲目施入农田,在补充土壤养分、提高土壤肥力的同时也增加养分迁移淋失对环境污染的风险。为避免粪肥还田对环境造成二次污染,确定农田对粪便的安全消纳量成为亟待解决的问题。 本研究采用盆栽试验方法,在自然降雨条件下以中亚热带红壤丘陵区常见的三种母质发育的红壤(红黏土、红砂岩和花岗岩),三种肥力的红黏土壤(低肥力、中肥力和高肥力),以及常见的三种旱作种植模式为例(花生-萝卜轮作,玉米-萝卜轮作,紫薯单作),系统研究了不同土壤母质、土壤肥力及作物类型等条件下,规模化养殖场猪粪堆肥还田利用对作物生长发育、渗漏水环境和土壤环境的影响,初步估算了农田土壤对猪粪最大安全消纳量。主要研究结果如下: (1)合理施用猪粪能有效促进作物的生长发育,增加作物产量,但过量施用猪粪对作物产量增加无显著影响。对于中、高肥力土壤一般猪粪用量超过100~200 kg P hm-2y-1时花生增产不显著;对于基础肥力较低的土壤,猪粪用量为400~800 kg P hm-2y-1时花生产量仍有增加趋势。中等肥力土壤猪粪用量超过400~800 kg P hm-2y-1对紫薯产量无显著影响,但在试验设计肥料范围内玉米产量一直呈增加趋势。 (2)猪粪施用对土壤碳氮累积的影响较小,将导致土壤速效磷的快速积累。与仅施化肥相比,施用猪粪处理土壤速效磷年均累积量增加0.46~27.97倍;有机碳、全氮、全磷和速效氮年均累积量分别增加0.01~1.10倍、0.05~1.00倍、0~1.93倍和0.01~1.14倍。养分的渗漏淋失以硝态氮为主,其年均渗漏淋失量为3.73~210.4 kg hm-2,铵态氮和总磷渗漏淋失量很低,年均渗漏淋失量分别为0.18~1.99 kg hm-2和0.61~22.33ghm-2。 (3)土壤微生物量和微生物群落功能与猪粪用量密切相关,微生物量随猪粪用量增加而一直增加,但猪粪用量超过100~200 kgP hm-2y-1将导致微生物功能下降。通过对土壤化学性质与微生物性质关系的研究发现,土壤pH、有机碳、全氮、全磷、速效氮和速效磷与土壤微生物量碳氮均呈显著直线正相关关系(P<0.05),其中土壤速效磷对微生物性质变化影响最大,且速效磷与微生物功能关系符合抛物线方程(R2=0.52~0.77,P<0.05)。 (4)土壤母质、土壤肥力和土壤利用方式对作物生长发育、渗漏水氮磷迁移淋失和土壤养分积累影响显著。花生产量的变化趋势是:红黏土>花岗岩>红砂岩,高肥力>中肥力>低肥力;渗漏水氮磷浓度及渗漏量高低依次为:花岗岩>红砂岩>红黏土,高肥力>中肥力>低肥力,花生>玉米>紫薯;土壤速效磷含量高低依次为:红黏土>红砂岩>花岗岩,高肥力>中肥力>低肥力,花生>玉米>紫薯。 (5)对不同母质红壤猪粪安全消纳量分析表明;不施化肥时(F0),红黏土、红砂岩和花岗岩土壤猪粪最大用量分别为200 kgP hm-2y-1、100 kgP hm-2y-1和100 kg P hm-2y-1;常规化肥用量减半(F1),红黏土、红砂岩和花岗岩土壤最大猪粪用量分别为100 kg P hm-2y-1、50 kgP hm-2y-1和50 kgP hm-2y-1;常规化肥用量(F2),即使不施猪粪已经有引起水环境污染的风险。 (6)对不同肥力红壤猪粪安全消纳量分析表明;不施化肥时(F0),低肥力、中肥力和高肥力土壤猪粪最大用量分别为800 kg P hm-2y-1、200 kg P hm-2y-1和100 kg P hm-2y-1;常规化肥用量减半(F1),低肥力、中肥力和高肥力土壤最大猪粪用量分别为400 kg P hm-2y-1、100 kg P hm-2y-1和50 kg P hm-2y-1;常规化肥用量(F2),低肥力土壤最大猪粪用量为400 kg Phm-2y-1,而中肥力和高肥力土壤即使不施猪粪已经有引起水环境污染的风险,应适当减少化肥用量或改变施肥方式。 (7)对不同利用方式红壤猪粪安全消纳量分析表明;不施化肥时(F0),种植花生、玉米和紫薯对猪粪最大用量分别为200 kg P hm-2y-1、400 kg P hm-2y-1和800 kg P hm-2y-1;常规化肥用量减半(F1),种植花生、玉米和紫薯土壤最大猪粪用量分别为100 kg P hm-2y-1、200kg P hm-2y-1和400 kg P hm-2y-1;常规化肥用量(F2),种植紫薯土壤最大猪粪用量为200 kg Phm-2y-1,而种植花生和玉米土壤即使不施猪粪已经有引起水环境污染的风险,应适当减少化肥用量或改变施肥方式。