“动物粪便为作物提供养分，改善土壤质量。然而与化肥相比，粪肥的养分变异性和单位重量的磷、氮含量较低降低了其市场价值。尽管在许多农业系统中，粪肥仍然是重要的肥料来源，但替代用途也变得越来越重要，如生产可再生能源等。本文摘自美国农业部经济研究服务局2023年3月出版的《增加动物粪便对农民的价值》(IncreasingtheValueofAnimalManureforFarmers)，侧重编译了美国作物种植中的粪肥使用情况，粪肥作为肥料使用所面临的挑战，以及扩大粪肥使用可采取的措施。”
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动物粪便(又称粪肥)，是作物养分的宝贵来源，可以改善土壤的物理和生物特性。粪肥含有大量营养元素(氮、磷和钾)，以及中量营养元素(钙、镁和硫等)和多种微量营养元素，可部分替代或补充商业肥料。此外，粪肥还提供有机质和碳，有助于改善土壤健康。
一、粪肥在大宗农产品上的使用现状
美国农业部经济研究服务局(EconomicResearchService,ERS)最近的一项研究认为，将粪便用作肥料的空间仍然很大(表1)。2020年，美国7种主要大田作物种植面积为2.4亿英亩，农民施用粪肥的面积不到8%。施用粪肥的农田中，约78%种植玉米。尽管玉米获得的粪肥比其他任何作物都多，但仅有16.3%的玉米种植地施用了粪肥。除这些大田作物外，干草地和草地也施用粪肥。
二、粪肥反映了种养区域组合间的联系
作物农场施用粪肥的程度和粪肥种类取决于位置、农场规模、耕作制度、生产方式和其他特征。
粪肥运输成本高，当地的畜牧业生产在很大程度上决定了应用于当地作物的粪肥种类(图1)。例如，由于大多数生猪产自美国中西部，因此猪粪主要用于玉米和大豆。大多数养鸡场位于东南部，因此在南方种植的作物(如棉花和花生)上使用的动物粪便，大多数来自家禽养殖场。肉牛主要产于大平原地区，是小麦种植区大部分粪肥的来源。位于美国西部、中西部和东北部的奶牛场，则为玉米、大麦和燕麦提供了最大份额的粪肥。
三、提高粪肥使用价值的挑战
尽管粪肥还田具有诸多好处，但扩大粪肥的使用仍然面临经济和环境方面的挑战。以下几个因素增加了粪肥作为商品肥料替代的成本。
——粪肥的养分质量比较低
这在一定程度上是因为其含水量高达总重量的90%。与等量化肥相比，粪肥的养分含量低，使得粪肥的施用和运输既费时又昂贵。
——当粪肥供应量超过当地需求量时，高昂的运输成本问题就会凸显
近几十年来，生产者在作物生产或畜牧生产方面越来越专业化，畜牧生产在很大程度上从以牧场为基础转向集中饲养。在一些地区，集中的动物生产(将动物关在畜棚或围栏内)，导致当地粪肥的养分供应超过了当地作物的养分需求。运输粪肥需要成本，使得人们在附近的土地上过度施用粪肥养分。将过量养分施入土壤，会对水质和水生生态系统产生负面影响。当地粪肥的过剩，也降低了农民使用和储存粪肥以保存粪肥养分的积极性。当粪肥储存在泻湖中或施于土壤表面时，氮容易随蒸发作用而挥发，进而导致气味、健康和环境问题。
——粪肥养分含量与作物养分需求不匹配
施用足量的粪肥来满足作物对氮的需求可能会导致磷施用过量，导致养分径流和淋溶，以及地表水和地下水的污染。为避免在土地上过量施用粪肥造成养分污染，农民可能需要限制粪肥的施用，并使用商品肥料来补充氮以满足作物的养分需求。
——施用粪肥需要额外劳动力和时间，因此小规模农民通常比大规模农民更有可能施用粪肥
为研究这一点，ERS研究人员根据每种作物的种植面积，将主要大田作物的生产者分为4个相等的规模等级，即四分位数(图2)。在面积最少的等级中，约50%的玉米种植户施用了粪肥，而在面积最多的等级中，这一比例仅为13%。大型农场的经营者可能面临劳动力约束，因此更倾向于使用商品肥料，因为商品肥料比粪肥施用更精确、更快速。较大的作物农场不太可能将动物纳入其经营中，因此他们也不太可能有可供施用的粪肥。
四、扩大粪肥施用的机会
根据ERS的农业资源管理调查(AgriculturalResourceManagementSurvey)数据，78%的粪肥来自农牧综合农场，只有14%的粪肥从其他农民那里购买，8%为免费获得。将粪肥应用扩大到农田是有潜力的。粪肥作为有机作物生产的营养源的市场是这种扩张的来源之一。根据国家有机计划标准，传统动物养殖产生的粪便可用于有机食品生产。如果农场或其他农业企业能够采用新的方法来处理粪便，以与化肥竞争，或许能够开发其他机会来销售粪肥。可能的方法包括：
——调整以提高养分含量
过去几十年里，在饲料中添加干酒糟(含可溶物)、植酸酶或合成氨基酸变得越来越普遍。这些成分可以改变粪肥的营养成分和价值。另一种选择是添加氮、明矾、酸、生物炭和黏土等化合物，以使粪肥养分更好地与作物需求匹配，节省施肥时间和成本。
——堆肥
2015年-2018年间，施于农田的粪肥仅有约4%是经过堆肥的。在堆肥过程中，细菌可以稳定粪肥中的有机物和营养物质。堆肥还减少了粪便、垫料和其他被堆肥的有机物的总量，减少了病原体的数量。堆肥提高了粪肥作为土壤添加剂和肥料的价值，并有助于减少潜在的空气和水污染。
——液固分离
现有技术可以从耗水量大的奶牛粪便系统中去除粗固体，分离细固体进行养分回收，并降低固体中的水分含量，使其更适合其他工艺。粗固体可用来改良土壤。细固体含有大部分的粪肥养分，可开发成有价值的肥料。通常需要去除水分来制备用于增值加工的粪肥，包括制造纤维产品和生产能源。
——造粒
鲜粪或堆肥的粪便可以加工成颗粒，成为更一致、更致密的产品。这一过程保存了粪肥中的养分，可以更好地控制养分的施用，并降低了储存和处理成本。由于颗粒比鲜粪的运输成本更低，它们可以更经济地将粪肥养分从过剩地区重新分配到养分不足的地区。经过认证的有机生产是颗粒粪肥的潜在增长市场。
结语
综上，美国7种主要大田作物种植的2.4亿英亩土地中，仅有约8%的土地施用了粪肥，增加粪肥作为肥料使用有很大的机会。粪肥作为肥料的价值取决于所在位置、运输和施用成本以及所含的作物养分。几种现有的和新兴的提高粪肥的肥料价值的技术包括，改变粪肥储存和处理方式、调整动物饲料、向粪便中添加化合物、或通过堆肥或粪肥造粒等。此外，政府的相关计划和政策也会影响农民的粪肥管理决策。
