一种农牧结合的奶牛生态养殖模式
阅读：63发布：2023-03-10
专利汇可以提供一种农牧结合的奶牛生态养殖模式专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种农牧结合的奶 牛 生态养殖模式，采用 奶牛 养殖和红提种植相结合，奶牛场产生的粪尿经过在 沼气池 中的 发酵 成为腐熟 有机肥 ，分别于红提春季芽膨大期、幼果膨大期和 收获 后三个时期施用到 土壤 中，均采用 灌溉 式 施肥 方法。本 发明 将奶牛养殖与红提葡萄种植相结合的复合 生态系统 ，通过红提 葡萄园 来消纳奶牛养殖产生的粪尿，可以彻底解决奶牛养殖带来的环境污染问题，并实现养分的循环利用。有机肥投入减少了化肥的投入，可以改善土壤理化性质，提高了土壤肥 力 ，降低了生产成本、提高了经济效益，而且产出的果品口感好、品质优，能为市场提供优质无公害红提葡萄。，下面是一种农牧结合的奶牛生态养殖模式专利的具体信息内容。
1.一种农牧结合的奶牛生态养殖模式，其特征在于：采用奶牛养殖和红提种植相结合，奶牛场产生的粪尿经过在沼气池中的发酵成为腐熟有机肥，分别于红提春季芽膨大期、幼果膨大期和收获后三个时期施用到土壤中，均采用灌溉式施肥方法。
2.根据权利要求1所述的农牧结合的奶牛生态养殖模式，其特征在于：不同规模的奶牛场匹配相应规模的红提葡萄种植园，基于奶牛场粪污的养分含量和葡萄的养分需要来确定完全消纳奶牛场产生的养分量需要匹配的葡萄园面积，计算公式如下：
S=A/(W×B×C)
式中，S是完全消纳单位奶牛单位时间内产生的养分量需要匹配的葡萄园面积；A是单位奶牛单位时间内产生的养分量；B为粪污施用比例，即由有机肥提供的氮素占葡萄园总施入氮素的百分比；C为单位葡萄养分需要量；W为葡萄的预期亩产量。
3.根据权利要求2所述的农牧结合的奶牛生态养殖模式，其特征在于：120头奶牛场建造800~900立方米的沼气池，葡萄预期亩产量为1500~2000kg时，120头的奶牛场匹配
1767~1325.8亩的葡萄种植园。
一种农牧结合的奶牛生态养殖模式
技术领域
背景技术
[0002] 随着产业结构的调整、政府政策的倾斜和人们生活水平的提高，对肉蛋奶消费需求也日益增加，其中牛奶需求的增加尤为显著。于是奶牛养殖也是迅猛发展，1990~2003年，我国奶牛存栏数由269.1万头增长到 893.2万头，增长率达 9.7%，其中集约化奶牛养殖场的贡献最大。截止到2003年，全国奶牛存栏的45%在集约化养殖场中，全国奶牛养殖总产值的近一半是由集约化奶牛养殖场贡献的。然而，集约化奶牛养殖场的空间分布日益向发达地区、城郊和居民聚居点集中，往往处在交通便利、水源充足的地区，这些地区土地资源严重不足，使奶牛产生的粪尿不能全部还田。相当数量的养殖场受经济和技术条件的限制，对粪尿的处理力度远远不够。粪便的乱堆乱放和污水的非达标排放严重污染了地表水、地下水、土壤、大气等环境，而且粪尿中的病原微生物肆意散播造成疫病传播，严重威胁着人类和奶牛的健康。
[0003] 奶牛养殖与种植业相结合即农牧结合的生产方式可以为奶牛养殖场匹配适当的土地来消纳奶牛产生的粪便，减少粪便对环境的污染，同时又能为土地提供优质的有机肥，减少化肥投入，降低养殖和种植生产成本，最终实现物质、养分的循环利用，进而提高养分资源和能源的利用效率。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种农牧结合的奶牛生态养殖模式。通过奶牛养殖和红提葡萄种植相结合，利用奶牛场产生的粪污制作有机肥，实现物质的循环利用，提高养分利用率，减少奶牛养殖对环境的污染。
[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现：本发明的农牧结合的奶牛生态养殖模式，采用奶牛养殖和红提种植相结合，奶牛场产生的粪尿经过在沼气池中的发酵成为腐熟有机肥，分别于红提春季芽膨大期、幼果膨大期和收获后三个时期施用到土壤中，均采用灌溉式施肥方法。施用时，腐熟有机肥直接经罐车运送到葡萄园，自流入土壤，同时浇水，辅助有机肥流动使其分布均匀，有利于根系和树体尽快吸收养分。
[0006] 不同规模的奶牛场匹配相应规模的红提葡萄种植园，基于奶牛场粪污的养分含量和葡萄的养分需要来确定完全消纳奶牛场产生的养分量需要匹配的葡萄园面积，计算公式如下：S=A/(W×B×C)
式中，S是完全消纳单位奶牛单位时间内产生的养分量需要匹配的葡萄园面积（亩）；A是单位奶牛单位时间内产生的养分量（kg/head.a）；B为粪污施用比例，即由有机肥提供的氮素占葡萄园总施入氮素的百分比（%）；C为单位葡萄养分需要量，取每产出100kg果实，葡萄吸收的养分量（0.39kg/100kg）；W为葡萄的预期亩产量（kg/亩）。
式中，S是完全消纳单位奶牛单位时间内产生的养分量需要匹配的葡萄园面积（亩）；A是单位奶牛单位时间内产生的养分量（kg/head.a）；B为粪污施用比例，即由有机肥提供的氮素占葡萄园总施入氮素的百分比（%）；C为单位葡萄养分需要量，取每产出100kg果实，葡萄吸收的养分量（0.39kg/100kg）；W为葡萄的预期亩产量（kg/亩）。
[0007] 根据上述计算公式，120头奶牛场建造800~900立方米的沼气池，葡萄预期亩产量为1500~2000kg时，120头的奶牛场匹配1767~1325.8亩的葡萄种植园。
[0008] 由于采用上述技术方案，本发明的有益效果如下：奶牛养殖的污染物具有污染负荷大、污染成分复杂、危害程度日益严重以及治理难度大的特点。将奶牛养殖与红提葡萄种植相结合的复合生态系统，通过红提葡萄园来消纳奶牛养殖产生的粪尿，可以彻底解决奶牛养殖带来的环境污染问题，并实现养分的循环利用。有机肥投入减少了化肥的投入，可以改善土壤理化性质，提高了土壤肥力，降低了生产成本、提高了经济效益，而且产出的果品口感好、品质优，能为市场提供优质无公害红提葡萄。附图说明
[0009] 图1是实施例1中奶牛场子系统氮的循环。
[0010] 图2是实施例1中葡萄园氮素循环。
[0011] 图3是实施例1中奶牛场——葡萄园复合生态系统氮素循环。
具体实施方式
[0012] 实施例1试验地点在郑州市惠济区牛庄村，位于郑州北部，西枕邙山，北临黄河。气候属北温半干旱半湿润季风型大陆性气候。春旱多风，冷暖无常；夏炎多雨，水热同期；秋凉晴爽，日照充足，冬寒干燥，风多雪少。一年之内四季分明。气温年际变幅较大，总的比较温和，一年中
7月最热，1月最冷。年平均气温14.2℃，年度变化幅度在13℃~16℃之间。多年平均降雨量649.9毫米。降雨量年际变率较大，年内分布不均。最大年降雨量1041.3毫米，最小年降雨量384.8毫米。
7月最热，1月最冷。年平均气温14.2℃，年度变化幅度在13℃~16℃之间。多年平均降雨量649.9毫米。降雨量年际变率较大，年内分布不均。最大年降雨量1041.3毫米，最小年降雨量384.8毫米。
[0013] 研究系统包括集约化奶牛场和葡萄园两个子系统。奶牛场位于黄河滩区黄河大堤外，葡萄园位于黄河大堤内，两者相距约1公里。
[0014] 奶牛场占地约30亩，常年有牛120头左右，其中泌乳牛约50头，育成牛约35头，干奶牛约25头，犊牛约10头。青年牛舍、泌乳牛舍和干奶牛舍各一栋，其中犊牛舍和干奶牛舍在一栋。泌乳牛、犊牛、干奶牛舍均是敞开式牛舍，单通道结构，水泥地面，漏缝地板。漏缝下粪池开在牛舍一端外侧。青年牛牛舍是敞篷式牛舍，水泥地面，非漏缝地板结构。泌乳牛舍北边建有两个500立方米的青贮窖。运动场西侧建有88立方米的沼气池。牛场饮用水来自自打井，井深80米。
[0015] 牛舍内设有漏缝地板，地板下是粪池，粪池大约2~3个月清理一次。经过2~3个月的发酵，粪池中的粪尿混合物已经腐熟为有机肥，可以直接施用到葡萄园中。牛舍内地板和运动场均采用干清粪法，日清粪一次。清理出的粪便投入沼气池，用于发酵制沼气和有机肥。采用曲流布料水压式沼气池，常温、常规、批量发酵。
[0016] 漏缝地板下的粪池的清理和沼气池的清空均在红提葡萄需要施用有机肥时进行。施用催芽肥和临界期肥后，每天运送一定量的粪便到沼气池中。当累积进料量达到沼气池容积的80%~90%的时候停止进料，将沼气池中的沼渣沼液利用粪污泵抽出，用罐车运送至葡萄园，采用灌溉式施肥方法施用到土地上。
[0017] 葡萄园总面积30亩，用于建筑及生活区10亩，葡萄种植面积20亩，有美国红提和美人指两个品种，均为6年龄的果树。园中建有一个300立方米的沼气池，所得沼气用于生活和冷库。葡萄园饮用水来自自打井，井深80米，主要是灌溉水源。
[0018] 红提葡萄园分别于每年的春季芽膨大时（催芽肥）、幼果膨大期（临界期肥）和收获后（基肥）这三个时期施用有机肥。牛场沼气池中沼渣、沼液混合物和漏缝地板下粪池中的粪尿混合物作为腐熟有机肥施入葡萄园土地。施用有机肥时采用罐车将固液态混合的有机肥运送至葡萄园，利用重力作用任其自流入土壤，同时浇水，稀释有机肥使其分布均匀，并有利于养分的快速吸收。收获后施基肥时，每亩施用有机肥以2500kg~5000kg为宜，芽膨大期，每亩施用有机肥1500kg~2000kg，幼果膨大期，每亩施用有机肥较芽膨大期时使用的有机肥量稍多一些，每亩可施用1800kg~2500kg。
[0019] 葡萄非施肥季节，牛场中的粪便运到葡萄园沼气池中发酵，腐熟后施入葡萄园土地。
[0020] 效果检验1 研究对象及研究方法
1.1研究对象
采用本发明实施例1中的奶牛系统和红提系统作为研究对象。
1.1研究对象
采用本发明实施例1中的奶牛系统和红提系统作为研究对象。
[0021] 1.2材料方法试验时间从2010年2月21日至2011年3月27日，分为春夏秋冬四个阶段进行。
[0022] 1.2.1样品采集及分析方法1.2.1.1样品采集及制备
（1）饲料：每个试验阶段采集所有饲料原料，每种饲料原料每个试验阶段均采2个样品，一份用于水分测定，之后粉碎过40目筛，保存于自封袋中备用，另一份同样处理后作为备份保存。饲料原料采集及制备方法参照参考文献（《饲料分析及饲料质量检测技术》第2版 张丽英 中国农业大学出版社, 2003.）。
（1）饲料：每个试验阶段采集所有饲料原料，每种饲料原料每个试验阶段均采2个样品，一份用于水分测定，之后粉碎过40目筛，保存于自封袋中备用，另一份同样处理后作为备份保存。饲料原料采集及制备方法参照参考文献（《饲料分析及饲料质量检测技术》第2版 张丽英 中国农业大学出版社, 2003.）。
[0023] （2）牛奶：每个试验阶段连续采集5天的有效样，早晚各采集一次。直接从奶罐中采集50mL混合牛奶，分装后保存于-40℃，用于后期指标测定。
[0024] （3）粪、尿：每个试验阶段连续5采集混合粪样，每天2个样，一份用于水分测定，另一份于65℃烘至恒重，粉碎过40目筛，保存于自封袋中备用。本试验中以采集牛舍漏缝地板下的液体来代表尿液，每个试验阶段采集2个样。利用污水泵抽出到塑料桶中，再转移到存样瓶中。样品过30目筛进行固液分离，计算样品的固液比。液体添加浓硫酸至pH值小于2，保存用于后期指标测定。固体于65℃烘至恒重，粉碎过40目筛，保存于自封袋中备用。
[0025] （4）沼渣、沼液：在每个试验阶采集2个样。利用污水泵抽出到塑料桶中，再转移到存样瓶中。样品过30目筛进行固液分离，计算样品的固液比。液体添加浓硫酸至pH值小于2，保存用于后期指标测定。固体于65℃烘至恒重，粉碎过40目筛，保存于自封袋中备用。
[0026] （5）葡萄果实：在葡萄集中成熟时期，每块地选取树型、生长势、载果量等一致的正常株15株，从每株的全部收获物中选取大、中、小和向阳或背阴的葡萄果实共10～15个组成平均样品，总重不少于1.5kg。将样品片状后先置110～120℃ 的鼓风烘箱中(样品温度达100～105℃)烘20～30分钟，然后降温，在60～70℃烘至变脆易压成粉末为止。烘干后粉碎保存于自封袋中备用。
[0027] （6）葡萄枝条：冬季葡萄修剪时，每块地选取3株，收集剪下的葡萄枝干。于65℃烘至恒重，粉碎过40目筛，保存于自封袋中备用，每株均单独处理。
[0028] （7）饮用水：每个试验阶段采集奶牛场、葡萄园饮用水各2个。加浓硫酸至pH值小于2，保存于处理过的样品瓶中备用。
[0030] 1.2.1.2测定指标及方法所有样品均测定全氮。饮用水中的全氮用比色法测定，其余样品中的全氮均用凯氏定氮仪测定，仪器型号为FOSS KjeltecTM8400。
[0031] 1.2.2样品重量的确定⑴按照配方计算出每个试验阶段消耗的饲料总量，根据实验室分析得到的每种饲料原料养分的比例，计算出每个试验阶段由饲料提供的养分总量。
[0032] ⑵根据日产奶量记录得到产奶量。实地称重得到奶牛场粪尿输出量。
[0033] ⑶奶牛场饮用水量：按照奶牛场每年平均有牛120头，泌乳牛50头，育成牛35头，干奶牛25头，犊牛10头计算。泌乳牛夏季饮水量100kg/head/d，春秋80kg/head/d，冬季62.5kg/head/d。育成牛饮水量夏季35kg/head/d，春秋30kg/head/d，冬季20kg/head/d。干奶牛四季取平均值43.6kg/head/d。犊牛四季取平均值10kg/head/d。
[0034] ⑷奶牛场冲洗水量：挤奶厅用于冲洗的用水量等于产生的冲洗废水量，参照世行可行性报告计算如下：每日冲洗三次，每次冲洗四遍，分别用清水、碱水、酸水、清水进行冲洗。 [0035] 瓶子：每日需要冲洗热水为：12.5公斤/瓶×10瓶×4遍/次×3次/日=1500公斤/日；
储奶罐冲洗用水：每次按250公斤计算。春秋每隔3天洗一次，夏天每天洗，冬天每隔
7天洗一次。
储奶罐冲洗用水：每次按250公斤计算。春秋每隔3天洗一次，夏天每天洗，冬天每隔
7天洗一次。
[0036] 地面冲洗：每平方每日按5公斤，两次计算，88.872平方米×5×2次/日=888.72公斤/日。
[0037] ⑸根据葡萄的管理，葡萄园的施肥集中在春季、夏季和秋季，冬季不施肥。有机肥主要作为秋季（10月下旬）基肥施用，在5月下旬和7月上旬也分别施用过两次有机肥。使用的化肥有尿素、过磷酸钙、复合肥和钾宝，分别在葡萄早春萌芽前、开花前、膨大期和收获后用作追肥。有机肥和化肥的施用量根据生产记录得到。
[0038] ⑹根据葡萄园管理，葡萄基本上不需要灌溉，结合葡萄的施肥情况，分别在葡萄萌芽前、萌芽期各灌溉一次，花出现至开花前灌溉两次，迅速膨大期和收获后各灌溉一次，秋季施基肥时再灌溉一次。葡萄的灌溉用水量取其理论灌溉用水量，按照下式计算得到：3 2
灌水量（m）=灌溉面积（m）×土壤容重×土壤浸湿深度（m）×（田间持水量—灌前土壤湿度）（《葡萄学》贺普照主编,中国农业出版社,1999,200~201.）
葡萄种植面积为20亩，土壤浸湿深度要求1m。土壤为沙壤土，因此土壤容重取1.62，田间持水量取36.7%。当葡萄根系分布层的土壤湿度为15%时就要求进行灌溉，所以通过计
3
算得到每次灌溉水量约为4680.20m，由此可计算出试验期间葡萄园的灌溉用水量。
灌水量（m）=灌溉面积（m）×土壤容重×土壤浸湿深度（m）×（田间持水量—灌前土壤湿度）（《葡萄学》贺普照主编,中国农业出版社,1999,200~201.）
葡萄种植面积为20亩，土壤浸湿深度要求1m。土壤为沙壤土，因此土壤容重取1.62，田间持水量取36.7%。当葡萄根系分布层的土壤湿度为15%时就要求进行灌溉，所以通过计
3
算得到每次灌溉水量约为4680.20m，由此可计算出试验期间葡萄园的灌溉用水量。
[0039] ⑺在秋季葡萄收获季节记录每天输出葡萄园的葡萄重量，得到葡萄输出总量，用于计算由葡萄输出的养分总量。
[0040] ⑻在每个种植区选取长势、载果量等抑制的植株3株，收集其剪下的枝条，称重，得到葡萄园输出的枝条总量，用于计算经由葡萄枝条输出的养分总量。
[0041] 1.3主要参数养分分配率=部分养分量/总养分量。某一部分的分配率越高，表明养分在该部分存在的越多。反映了系统内部各部分协调情况和养分利用情况，是反映系统稳定性、自我维持能力和维持发展的一个重要指标。
[0042] 养分循环通量=（养分输入量+养分输出量）/2。是指养分在系统内从输入、吸收利用、输出的平均物质强度。循环通量值越大，表明系统养分循环强度越高，系统养分再利用程度越高，对外界养分输入的依赖程度越低，系统的稳定性、可持续性越好。
[0043] 养分平衡=养分总输入量－养分总输出量。得到负值为负平衡，表明养分在系统中有亏缺，需要系统外补充养分；得到正值为正平衡，表明养分在系统中有盈余。
[0044] 盈余率=养分平衡/养分总输入量。反映养分对系统环境的影响程度。正值，即盈余率；负值，即亏缺率。其绝对值越大，表示系统养分的负荷程度越强，养分对环境的影响程度越强。
[0045] 养分利用率=养分总输入量/养分总输出量。反映的是系统养分回收情况，其值越大，养分回收率越高，养分通过气体挥发、淋溶等途径损失的越少，系统稳定性和可持续性越好。
[0046] 1.4统计分析数据采用Excel进行处理分析。
[0047] 2结果与分析奶牛场——葡萄园复合生态系统养分循环与平衡包括奶牛场子系统和葡萄园子系统中养分的循环与平衡以及两个子系统之间的养分流动。
[0048] 2.1复合生态系统养分循环表1 复合生态系统养分输入量及其分配率
注：a：分配率=各输入项养分输入量/养分年输入总量
表2 复合生态系统养分输出量及其分配率
注：a：分配率=各输出项养分输出量/养分年输出总量
表3 生态系统氮的循环通量
奶牛场子系统 葡萄园子系统 复合生态系统
11967.21 2372.35 14300.01
由图1可以看出奶牛场子系统的氮素输入项有饲料、饮用水和冲洗水，奶牛场子系统氮素99%以上是经由饲料输入的，由饮用水和冲洗水输入的氮素量很少。饲料输入的氮素经奶牛消化吸收后，1.255t/a的氮随着牛奶输出奶牛场子系统，7.239t/a的氮随着粪尿排出体外。粪尿输出的氮素量为7.239t/a，最终是以粪池中的粪尿混合物、沼液沼渣和粪便三种物质形式输出奶牛场，其分配率分别为24.61%、12.04%和63.35%。粪便作为固体，其干物质含量和有机质含量均高于粪尿混合物和沼液沼渣，其氮的浓度高（1.7%~2.1%）且输出量大（其输出量为粪尿总输出量的53.15%），使得粪尿输出氮素的大部分配给了粪便。冲洗水输入的氮素仅有7.08kg/a，经过挤奶厅的使用后排入污水池，由污水输出的氮素却高达0.4417t/a，远远高于冲洗水出入的氮素。
注：a：分配率=各输入项养分输入量/养分年输入总量
表2 复合生态系统养分输出量及其分配率
注：a：分配率=各输出项养分输出量/养分年输出总量
表3 生态系统氮的循环通量
奶牛场子系统 葡萄园子系统 复合生态系统
11967.21 2372.35 14300.01
由图1可以看出奶牛场子系统的氮素输入项有饲料、饮用水和冲洗水，奶牛场子系统氮素99%以上是经由饲料输入的，由饮用水和冲洗水输入的氮素量很少。饲料输入的氮素经奶牛消化吸收后，1.255t/a的氮随着牛奶输出奶牛场子系统，7.239t/a的氮随着粪尿排出体外。粪尿输出的氮素量为7.239t/a，最终是以粪池中的粪尿混合物、沼液沼渣和粪便三种物质形式输出奶牛场，其分配率分别为24.61%、12.04%和63.35%。粪便作为固体，其干物质含量和有机质含量均高于粪尿混合物和沼液沼渣，其氮的浓度高（1.7%~2.1%）且输出量大（其输出量为粪尿总输出量的53.15%），使得粪尿输出氮素的大部分配给了粪便。冲洗水输入的氮素仅有7.08kg/a，经过挤奶厅的使用后排入污水池，由污水输出的氮素却高达0.4417t/a，远远高于冲洗水出入的氮素。
[0049] 由图2可以看出，葡萄园子系统的氮输入项有化肥、灌溉水、腐熟有机肥和鲜粪四项，其分配率分别为21.62%、3.38%、59.55%和15.45%，其中以牛场的腐熟有机肥输入为主，其次才是化肥的输入，灌溉水输入的氮素量最少。输入的鲜粪进入葡萄园的沼气池，发酵腐熟后施入土壤，随沼气池中的沼液沼渣施入土壤的氮素量为79.11kg/a，远远低于输入沼气池鲜粪输入的氮素量。葡萄园输出项有葡萄果实和修剪枝条，二者的分配率分别为87.90%和12.10%，表明葡萄果实是葡萄园子系统氮素的主要输出项。
[0050] 经过以上对奶牛场子系统和葡萄园子系统的分析，复合生态系统的氮素循环见图3，饲料和化肥是氮素的主要输入项，其分配率分别为92.93%和5.98%，灌溉水的分配率为
1.86%，饮用水和冲洗水的输入较少，其分配率分别为0.1153%和0.04393%。奶牛场子系统有3.3386t/a的氮素流入葡萄园子系统，其中2.65t/a的氮素由奶牛场有机肥的形式直接输入土壤，0.6886t/a的氮是以鲜粪的形式流入葡萄园沼气池，经过发酵后仅有79.11kg/a的氮素输入土壤。最终输入系统的氮素经过利用通过牛奶、粪便、污水、葡萄果实和枝条输出系统，其中以粪便输出的最多（其分配率为79.15%），其次是牛奶（其分配率为13.73%），污水位第三（4.89%），果实输出氮素的仅有0.1844t/a（其为分配率2.02%），分配率最小的枝条输出了25.39kg/a的氮素（其分配率为0.2776%）。
1.86%，饮用水和冲洗水的输入较少，其分配率分别为0.1153%和0.04393%。奶牛场子系统有3.3386t/a的氮素流入葡萄园子系统，其中2.65t/a的氮素由奶牛场有机肥的形式直接输入土壤，0.6886t/a的氮是以鲜粪的形式流入葡萄园沼气池，经过发酵后仅有79.11kg/a的氮素输入土壤。最终输入系统的氮素经过利用通过牛奶、粪便、污水、葡萄果实和枝条输出系统，其中以粪便输出的最多（其分配率为79.15%），其次是牛奶（其分配率为13.73%），污水位第三（4.89%），果实输出氮素的仅有0.1844t/a（其为分配率2.02%），分配率最小的枝条输出了25.39kg/a的氮素（其分配率为0.2776%）。
[0051] 奶牛场子系统、葡萄园子系统和复合生态系统的氮循环通量分别为14300.01kg、11967.21kg和2372.35kg（见表3），显然复合生态系统的氮循环通量最大，其次是奶牛场子系统，葡萄园子系统的氮循环通量最小。
[0052] 2.2复合生态系统氮磷钾养分平衡表4复合生态系统氮输入、输出量及相关利用率
由表4可知，2010年，复合生态系统氮素的主要输入项是饲料和化肥，主要输出项是粪尿而非农产品。复合生态系统的氮平衡为正平衡，即在复合系统中有盈余，其盈余率为
52.99%。养分转化率以氮素的转化率最高。养分利用率以氮素的最高。
由表4可知，2010年，复合生态系统氮素的主要输入项是饲料和化肥，主要输出项是粪尿而非农产品。复合生态系统的氮平衡为正平衡，即在复合系统中有盈余，其盈余率为
52.99%。养分转化率以氮素的转化率最高。养分利用率以氮素的最高。
[0053] 3讨论3.1复合生态系统氮磷钾循环
经过分析可知，在试验期的一年中，饲料和化肥是复合生态系统氮养分的主要输入项，且以饲料氮素输入为最多。奶牛场子系统的氮素每年有3.3386t分别以有机肥和鲜粪的形式流入葡萄园子系统，其中有机肥输入的高于鲜粪输入的。有机肥直接输入土壤，而鲜粪中氮浓度高，直接入田会造成烧苗、土壤板结甚至盐津的不良后果，必须经过发酵再以沼渣沼液的形式输入土壤。奶牛场子系统和葡萄园子系统分别有88立方米和300立方米的沼气池，每年能够处理大约3.339t的粪污，但是每年大约有3.90t的粪便不能得到处理而直接输出系统。根据本试验的数据计算，要处理这部分粪便需要再建500立方米的沼气池。
经过分析可知，在试验期的一年中，饲料和化肥是复合生态系统氮养分的主要输入项，且以饲料氮素输入为最多。奶牛场子系统的氮素每年有3.3386t分别以有机肥和鲜粪的形式流入葡萄园子系统，其中有机肥输入的高于鲜粪输入的。有机肥直接输入土壤，而鲜粪中氮浓度高，直接入田会造成烧苗、土壤板结甚至盐津的不良后果，必须经过发酵再以沼渣沼液的形式输入土壤。奶牛场子系统和葡萄园子系统分别有88立方米和300立方米的沼气池，每年能够处理大约3.339t的粪污，但是每年大约有3.90t的粪便不能得到处理而直接输出系统。根据本试验的数据计算，要处理这部分粪便需要再建500立方米的沼气池。
[0054] 复合生态系统中氮素的循环通量较连个子系统的氮循环通量大，表明氮素在复合生态系统中的再循环能力强，反映了复合生态系统与两个子系统相比，更有利于氮素的循环利用，对系统外氮素输入的依赖性低。
[0055] 3.2复合生态系统氮磷钾平衡饲料和化肥是复合生态系统氮素的主要输入项，主要输出项是粪尿而不是农产品，即粪尿中大量的氮素没有被再循环利用。氮素在复合生态系统中均有盈余，以葡萄园子系统的盈余为主，其盈余率为95.30%，而奶牛场子系统氮素盈余率仅为40.41%，说明试验条件下葡萄园子系统对输入的氮素消纳力不高，大部分的氮素均剩余。在2010年葡萄园共施入土壤的有机肥量为943205.36kg，产出23576kg果实，根据产1kg果实施用2~3kg厩肥（猪、[5]
牛圈肥）的标准 ，葡萄园有机肥施用过量。这些均表明葡萄园子系统不能完全消纳奶牛场子系统产生的粪污。
牛圈肥）的标准 ，葡萄园有机肥施用过量。这些均表明葡萄园子系统不能完全消纳奶牛场子系统产生的粪污。
[0056] 复合生态系统氮的转化率较两个子系统均有所提高，在一定程度上说明了复合生态系统有利于养分的循环利用。
[0057] 3.3奶牛场匹配葡萄园面积的计算基于奶牛场粪污的养分含量和葡萄的养分需要来确定完全消纳奶牛场产生的养分量需要匹配的葡萄园面积。
[0058] S=A/(W×B×C)式中，S是完全消纳单位奶牛单位时间内产生的养分量需要匹配的葡萄园面积（亩）；A是单位奶牛单位时间内产生的养分量（kg/head.a）；B为粪污施用比例，即由有机肥提供的氮素占葡萄园总施入氮素的百分比（%）；C为单位葡萄养分需要量，取每产出100kg果实，葡萄吸收的养分量（0.39kg/100kg）；W为葡萄的预期亩产量（kg/亩）。
[0059] 以氮素为标准，按照2010年奶牛场——葡萄园复合生态系统的管理模式，葡萄园子系统输入氮素的70%来自有机肥，故有机肥施用比例取70%；奶牛场子系统总产生氮素量为7239kg的氮素，平均每头奶牛可产生60.325kg/a的氮素；葡萄在一个生长季中，每产出100kg果实氮素吸收量为0.3~0.6kg（马树环.葡萄需肥特点与施肥[J] .新农业,2009(2):23.），取每产出100kg葡萄氮素吸收量为0.39kg（卢树昌,陈清,张福锁,等.河北省果园氮素投入特点及其土壤氮素负荷分析[J] .植物营养与肥料学报,2008,14(5):858~865.）。如果预期亩产量按照2010年葡萄园的亩产量1178.8kg计算，那么完全消纳1头奶牛一年产生的氮素量需要匹配18.75亩葡萄园，完全消纳120头奶牛一年产生的氮素需要匹配2249.45亩葡萄园。在本试验中试验葡萄园的亩产量偏低，如果按照红提葡萄正常的产量1500~2000kg/亩计算（刘三军，蒯传化主编.红提优质丰产栽培技术[M] .北京:中国三峡出版社,2007,5.），完全消纳120头奶牛一年产生的氮素需要匹配1767~1325.8亩葡萄园。如果预期葡萄亩产量为3000kg/亩，那么完全消纳120头奶牛一年产生的氮素需要匹配883.88亩葡萄园。
[0060] 4结论复合生态系统氮的主要来源是饲料和化肥，且以饲料输入为主。奶牛场子系统的氮主要通过有机肥流入葡萄园子系统，有机肥利用率为46%。复合生态系统氮主要输出项是粪尿，而不是农产品。氮在复合生态系统中的盈余率为52.99%。复合生态系统氮的转化率较两个子系统均有所提高，氮的循环通量较两个子系统大。就养分循环与平衡的角度来看，复合生态系统通过再利用奶牛养殖过程中产生的粪污，实现了养分的再循环利用，同时减少了奶牛场的粪污污染。
[0061] 在本试验条件下，每年有3.90t的粪污没有作为有机肥利用，如果要通过沼气发酵来处理这部分粪污，需要再建大约500立方米的沼气池。按照奶牛场——葡萄园复合生态系统现有的管理模式，不能完全消纳奶牛场产生的粪污。按照公式S=A/(W×B×C)计算，葡萄预期亩产量1500~2000kg时，完全消纳120头奶牛产生的氮素，需要匹配1767~1325.8亩的葡萄园。
[0062] 实施例2试验地点在河南省民权县龙塘镇，奶牛场占地约20亩，常年有牛80头左右，其中泌乳牛约35头，育成牛约20头，干奶牛约15头，犊牛约10头。青年牛舍、泌乳牛舍和干奶牛舍各一栋，其中犊牛舍和干奶牛舍在一栋。泌乳牛、犊牛、干奶牛舍均是敞开式牛舍，单通道结构，水泥地面，漏缝地板。漏缝下粪池开在牛舍一端外侧。青年牛牛舍是敞篷式牛舍，水泥地面，非漏缝地板结构。泌乳牛舍北边建有两个300立方米的青贮窖。运动场西侧建有560立方米的沼气池。牛场饮用水来自自打井，井深80米。
[0063] 牛舍内设有漏缝地板，地板下是粪池，粪池大约2~3个月清理一次。经过2~3个月的发酵，粪池中的粪尿混合物已经腐熟为有机肥，可以直接施用到葡萄园中。牛舍内地板和运动场均采用干清粪法，日清粪一次。清理出的粪便投入沼气池，用于发酵制沼气和有机肥。采用曲流布料水压式沼气池，常温、常规、批量发酵。
[0064] 漏缝地板下的粪池的清理和沼气池的清空均在红提葡萄需要施用有机肥时进行。施用催芽肥和临界期肥后，每天运送一定量的粪便到沼气池中。当累积进料量达到沼气池容积的80%~90%的时候停止进料，将沼气池中的沼渣沼液利用粪污泵抽出，用罐车运送至葡萄园，采用灌溉式施肥方法施用到土地上。
[0065] 葡萄园总面积850亩，用于建筑及生活区510亩，葡萄种植面积800亩，有美国红提和美人指两个品种，均为6年龄的果树。园中建有一个300立方米的沼气池，所得沼气用于生活和冷库。葡萄园饮用水来自自打井，井深80米，主要是灌溉水源。
[0066] 红提葡萄园分别于每年的春季芽膨大时（催芽肥）、幼果膨大期（临界期肥）和收获后（基肥）这三个时期施用有机肥。牛场沼气池中沼渣、沼液混合物和漏缝地板下粪池中的粪尿混合物作为腐熟有机肥施入葡萄园土地。施用有机肥时采用罐车将固液态混合的有机肥运送至葡萄园，利用重力作用任其自流入土壤，同时浇水，稀释有机肥使其分布均匀，并有利于养分的快速吸收。收获后施基肥时，每亩施用有机肥以2500kg~5000kg为宜，芽膨大期，每亩施用有机肥1500kg~2000kg，幼果膨大期，每亩施用有机肥较芽膨大期时使用的有机肥量稍多一些，每亩可施用1800kg~2500kg。
[0067] 葡萄非施肥季节，牛场中的粪便运到葡萄园沼气池中发酵，腐熟后施入葡萄园土地。
[0068] 按照奶牛场——葡萄园复合生态系统现有的管理模式，葡萄园正好能完全消纳奶牛场产生的粪污。
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