菌草濕地對畜禽養殖廢水中氮磷污染物去除效應研究

摘要" 為探討菌草在畜禽糞污凈化方面的效能，利用菌草構建了菌草濕地，測定菌草濕地生態治理前后水體中的總磷、氨氮和總氮的含量，揭示了其對畜禽類糞污的凈化效果。結果表明，養殖場糞污經過菌草濕地生態處理后，污水各項指標均發生明顯變化，總磷、氨氮和總氮含量平均下降率分別為50.5%、66.9%和60.3%。研究表明，菌草對畜禽糞污的凈化效果較好，未來研究應進一步深入探究菌草品種篩選與組合和生物發酵飼料領域，為推動生態農業發展提供參考。

關鍵詞" 菌草；畜禽養殖；養殖污染；生態治理

中圖分類號" X713"""""" 文獻標識碼" A"""""" 文章編號" 1007-7731（2025）06-0051-04

DOI號" 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.06.013

Research on the removal effect of nitrogen and phosphorus pollutants in livestock and poultry breeding wastewater

SONG Bin¹""" CHEN Jie¹""" WANG Hao²""" XU Xiujing¹""" MA Fei³""" WANG Xiaoguang¹""" REN Yi¹

（¹Suzhou Vocational Technical College， Suzhou 234000， China;

²Suzhou City Yongqiao District Qixian Town Agricultural Comprehensive Service Center， Anhui Province，"Suzhou 234000， China;

³Suzhou City Sixian County Animal Husbandry and Veterinary Aquatic Technical Service Center， Anhui Province， Suzhou 234000， China）

Abstract" To explore the efficiency of Juncao in the purification of livestock and poultry manure， a Juncao wetland was constructed. The contents of total phosphorus， ammonia nitrogen and total nitrogen in the water quality of the Juncao wetland were measured before and after ecological treatment， and the purification effect of the Juncao wetland on" livestock and poultry manure was revealed. The results showed that after the ecological treatment of the manure， all the indexes of the sewage changed obviously， and the average reduction rates of total phosphorus， ammonia nitrogen and total nitrogen were 50.5%， 66.9% and 60.3%， respectively. The studies showed that Juncao has a better purification effect on livestock and poultry manure， and future research should explore the selection and combination of Juncao and biological fermentation feed， so as to provide references for promoting the development of ecological agriculture.

Keywords" Juncao; livestock and poultry breeding; breeding pollution; ecological governance

畜禽養殖業作為農業經濟的重要支柱之一，在滿足人們對肉蛋奶需求的同時，也帶來了一定的環境挑戰。近年來，畜禽養殖量穩中有升，包括生豬^[1]、肉牛、羊和家禽等，隨之而來的畜禽糞污產生量較大。畜禽糞污處理不當容易造成環境污染，尤其對水體、土壤和空氣的污染較為明顯，其不合理排放易導致水體富營養化、土壤質量下降和空氣污染等一系列環境問題，可能對生態平衡和公眾健康構成威脅。畜禽養殖在污水沖刷或糞水沖刷的過程中，對水源質量和水生植物的生長造成不利影響^[2]。畜牧業對氣候變化也產生不可忽視的影響^[3]。

相關研究人員在探討畜禽糞污的生態治理以及資源化利用方式等方面進行了較多研究。傳統的畜禽糞污處理方法，如堆肥和厭氧發酵，在一定程度上能減少污染，但存在處理效率低、資源利用有限等局限性。因此，探索一種高效、可持續的畜禽糞污生態治理途徑勢在必行。菌草是一種高大草本植物，高度可達7 m，具有發達的根系、高效的光合效率和廣泛的適應性以及極強的分蘗能力，能夠在短時間內大量繁殖，是一種高效的生物質資源。菌草還具有強大的生物降解能力^[4]，不僅能高效分解有機物，還可用于生產有機肥料和食用菌^[5]，實現環境和經濟上的雙重效益^[6]。菌草也是生態治理的先鋒植物，具有強抗逆性，耐旱、耐鹽堿和耐瘠薄，能夠在坡地、沙地和鹽堿地快速生長，有效改良鹽堿地，防止水土流失^[7-9]。趙曉登等^[10]研究表明，菌草在水土保持、生物質能源開發和飼料生產等領域具有廣闊的應用前景。

菌草在畜禽糞污治理方面的潛力暫未得到充分挖掘。本研究利用菌草對糞污的凈化機制，測定其濕地生態治理畜禽養殖污染前后相關指標的變化，分析菌草對畜禽養殖糞污的凈化效果，為實現畜禽養殖與生態環境的協調發展提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗原理

1.1.1 菌草對營養元素的吸收機制 菌草根系具有龐大的表面積和豐富的根毛，這使其能夠與糞污中的營養物質充分接觸。根細胞膜上的轉運蛋白具有高度選擇性，能夠識別并主動轉運銨態氮、硝態氮和可溶性磷等營養元素進入細胞。氮素通過同化作用合成氨基酸、蛋白質等含氮有機化合物參與植物的生長代謝過程；磷素主要用于合成核酸、磷脂等生物大分子，參與能量代謝和信號轉導等生理過程；菌草根系分泌的有機酸（如檸檬酸、蘋果酸等）可降低根際土壤pH，增加土壤中難溶性磷的溶解度，提高磷的有效性，進一步促進根系對磷素的吸收^[11]。

1.1.2 菌草對濕地系統的優化機制 優化菌草濕地的水流路徑和污水停留時間是提高其凈化效果的關鍵^[12]。采用曲折迂回的流道設計，如迷宮式流道或多段式串聯流道，可增加糞污與菌草根系和微生物的接觸機會，延長反應時間，使污染物被充分吸收和降解。根據畜禽糞污的性質和濃度，合理調整污水停留時間，一般控制在3～7 d為宜。此外，通過在濕地中設置不同深度的區域，形成淺水區、深水區和過渡區，為不同類型的微生物提供多樣化的生存環境，從而促進微生物群落的功能互補和協同作用；同時，在濕地底部鋪設合適的填料，如礫石、陶粒和火山巖等，不僅可以增加微生物附著面積，還能改善水流狀態，提高濕地系統的通氣性和透水性。

1.1.3 菌草的微生物強化機制 向菌草濕地接種特定功能的微生物菌劑是提升凈化效能的有效手段^[13]。篩選和培養高效的脫氮菌、解磷菌和降解有機物的復合菌劑等，在菌草種植初期或糞污處理過程中定期接種到濕地系統中。通過在濕地環境中快速定殖，并與土著微生物產生協同作用，增強對污染物的分解轉化能力。例如，一些具有高效硝化—反硝化功能的微生物菌劑可以加速氮素循環，將氨氮轉化為氮氣釋放到大氣中；解磷菌劑能夠釋放出有機酸和磷酸酶等物質，將土壤中難溶性磷轉化為可溶性磷，提高磷的生物有效性，便于菌草吸收利用。微生物菌劑的添加還可以調節土壤微生物群落結構，抑制有害微生物的生長，維持濕地生態系統的穩定。

1.2 試驗方法

試驗地點設在安徽省宿州市埇橋區蘄縣鎮忠陳村。根據養殖場的養殖規模、畜禽種類和糞污產生量，菌草濕地面積設計為1.34 m²。設計合理的糞污收集與輸送系統，以確保畜禽糞污能夠穩定、高效地引入菌草濕地。采用地下管道輸送方式，避免糞污暴露造成污染，將畜禽糞污通過管道系統引入菌草濕地，并設計蛇形流道延長糞污在濕地中的停留時間，促進菌草與糞污的充分接觸。（1）蛇形流道。蛇形流道寬0.5 m，深度0.5 m，通過設置彎道和緩坡，使糞污在濕地流道內形成緩慢流動狀態，以延長停留時間，確保菌草與糞污充分接觸。（2）在蛇形流道之間設置壟，壟寬0.6 m，壟高0.5 m，菌草栽培在壟上，菌草株距0.4 m。（3）在菌草濕地入口及出口處分別設置采樣點，用于定期采集糞污原液和凈化后污水樣本。

本試驗菌草栽培時間為2023年4月15日，采用分根繁殖方式，4月30日開始出苗。在菌草栽培以及出苗后3 d分別用水灌溉1次，促使其迅速發芽和生長；在菌草株高1 m左右時將糞污水引入菌草濕地，每7 d引入1次；在菌草株高2 m左右時，開始取樣進行測試。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 菌草生長狀況 在整個試驗周期內，觀察菌草在濕地環境中的生長狀況，包括其株高和外觀形態。

1.3.2 治理效果指標 氨氮含量按照HJ 535—2009《水質 氨氮的測定 納氏試劑分光光度法》進行測定；總氮含量按照HJ 636—2012《水質 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》進行測定；總磷含量按照GB 11893—1989《水質 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法》進行測定。

2 結果與分析

2.1 菌草生長狀況

觀察發現，菌草對濕地環境展現出極強的適應性，生長態勢極為旺盛。其根系發達，株高增長較快，每月平均增高80 cm。從外觀形態上看，菌草莖桿粗壯結實，表現出良好的生長狀態和較強的抗倒伏能力；葉片寬大且色澤翠綠，有效提高了光合作用效率，促進其生長和發育，而翠綠的顏色則是其健康生長的直觀體現，表明菌草在生長過程中能夠充分吸收和利用環境中的養分。菌草的分蘗能力十分強盛，在適宜的環境條件下，能從母株上不斷長出新的分蘗，使得菌草群體數量快速增加，進一步提高了其生物量。以上生長特點增強了菌草對畜禽糞污中的污染物的吸收和固定能力。

2.2 生態治理效果指標

養殖場糞污經過菌草濕地生態治理后，分別對糞污原液和治理后的污水進行取樣、檢測化驗，結果如表1所示。在總磷指標方面，糞污原液的平均含量為55.0 mg/L ，經過菌草濕地生態治理后，總磷平均含量降至27.3 mg/L；不同樣本下降率在47.4%～54.5%，平均下降率為50.5%，說明菌草濕地都能穩定地發揮對總磷的去除作用。在氨氮指標方面，糞污原液的氨氮平均含量為198.1 mg/L，經治理后，氨氮平均含量降至65.5 mg/L；不同樣本的下降率在65.7%～68.0%，平均下降率為66.9%，說明菌草濕地對氨氮的去除效果穩定且高效。在總氮指標方面，糞污原液的總氮平均含量為230.0 mg/L，治理后下降至91.6 mg/L；不同樣本下降率在56.1%～65.4%，平均下降率為60.3%，展現了菌草濕地強大的凈化能力。綜合結果表明，菌草濕地對養殖場糞污中的磷、氮等污染物具有較強的去除能力，降低了污水的污染程度，為后續的水資源合理利用或安全排放奠定了堅實基礎。

3 結論與討論

本研究將菌草濕地建設和畜禽糞污凈化緊密關聯起來，構建一套科學、完整且高效的生態循環農業模式。菌草作為一種生命力頑強、生長速度快且適應性廣的草本植物，在濕地生態系統中發揮關鍵作用。其發達的根系能夠深入土壤，不僅為濕地微生物提供了豐富的附著表面，還能有效增強土壤的透氣性與保水性。畜禽養殖過程中產生的大量糞污被引入菌草濕地系統，通過物理沉降和過濾，將糞污中的有機污染物逐步分解轉化為無害物質。這一過程實現了畜禽糞污的原位處理。經過菌草濕地系統的生態治理，凈化后的水可回收用于農田灌溉、養殖場地沖洗等，實現水資源的循環利用。這種創新模式產生的效益是多方面的。（1）從環境角度看，顯著減少氨氮等的排放，有效保護了周邊的水體、土壤和大氣環境，降低了畜禽養殖對生態的負面影響。（2）從經濟角度出發，降低了糞污處理成本，同時通過資源循環利用，減少了農業生產中對化肥和水資源的依賴，提高了農業生產的經濟效益。（3）在社會層面，該模式為生態循環農業發展提供了可借鑒的成功范例，推動了農業產業的綠色可持續發展。

未來研究應進一步深入探究菌草品種篩選與組合，總結出不同品種菌草在生長特性、營養元素吸收能力和環境適應能力等方面的差異。深入研究菌草與土壤微生物、畜禽養殖系統之間的復雜互作關系，優化菌草濕地生態治理技術和菌草發酵工藝，加強長期監測和效果評估。（1）菌草品種篩選與組合。通過篩選對氮、磷等污染物吸收能力強且生長速度快和抗逆性好的菌草品種，并進行合理組合種植，以提高菌草濕地對畜禽糞污的凈化效果^[14]。例如，某些菌草品種對銨態氮具有較高的親和力，而另一些品種則對硝態氮或有機氮的吸收利用效率更高；部分品種對磷的富集能力突出，可優先選擇這些品種用于高磷含量糞污的處理。同時，考慮不同菌草品種的生長周期和生態位差異，進行搭配種植，使菌草濕地在不同季節和空間層次上都能保持較高的凈化效能。（2）菌草生物發酵飼料領域。利用特定微生物對菌草進行發酵處理，并制成優質飼草，進一步拓展了飼草來源，有效緩解了飼草資源緊張的問題。發酵后的菌草飼料，不僅散發獨特香氣，大幅增加了飼料適口性，促進了畜禽生長發育。以上研究進一步推動了菌草技術在更大規模畜禽養殖場的應用示范，為生態農業可持續發展提供更有力的技術支撐。此外，還應開展菌草綜合利用的多元化研究，如開發菌草基生物肥料、生物能源產品等，拓展菌草產業鏈，實現其資源價值的最大化。

綜上，本研究通過菌草濕地生態治理試驗證實了菌草對畜禽糞污的凈化效果較佳，養殖場糞污經過菌草濕地生態處理，污水各項指標均明顯下降?？偭缀肯陆?0.5%，氨氮含量下降66.9%，總氮含量下降60.3%。本研究表明，菌草濕地系統中畜禽養殖污染生態治理和菌草種植生長方面相互促進，菌草通過有效吸附和降解水體中的污染物實現凈化，同時土壤和水體中的污染物又為菌草生長提供了營養物質，促進了菌草的生長。本研究為實現畜禽養殖廢棄物的資源化利用和促進生態農業、循環農業發展提供了可行的解決方案。

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（責任編輯：胡立萍）

基金項目 安徽省高等學?？茖W研究項目“菌草治污、發酵飼料生產及生態循環農業研發”（自然科學類）（2023AH040364）。

作者簡介 宋斌（1969—），男，安徽泗縣人，碩士，副教授，從事植物保護研究。

通信作者 陳潔（1972—），女，安徽宿州人，博士，副教授，從事農業物聯網以及生態農業研究。

收稿日期 2025-01-27