施用牛糞對沿海泥質(zhì)灘涂土壤原始肥力驅(qū)動及黑麥草幼苗生長的影響

左文剛， 黃顧林， 朱曉雯， 陳亞斯， 沈袁玲， 陶天云， 柏彥超， 單玉華， 封 克

(揚州大學環(huán)境科學與工程學院，江蘇省有機固體廢棄物資源化協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇揚州 225009)

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施用牛糞對沿海泥質(zhì)灘涂土壤原始肥力驅(qū)動及黑麥草幼苗生長的影響

左文剛， 黃顧林， 朱曉雯， 陳亞斯， 沈袁玲， 陶天云， 柏彥超， 單玉華*， 封 克

(揚州大學環(huán)境科學與工程學院，江蘇省有機固體廢棄物資源化協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇揚州 225009)

【目的】沿海灘涂土壤屬于濱海鹽土類型，由于長期受海洋潮汐的影響，鹽漬化作用導致土壤鹽分含量偏高、土體發(fā)育不明顯、理化性狀差、肥力水平低下，且灘涂面積還在以一定的速度增長，同時可耕地面積的逐年遞減和淡水資源的日益遺乏，灘涂鹽土的開發(fā)利用越來越受到人們的關注。本文研究牛糞不同用量驅(qū)動新圍墾灘涂土壤原始肥力并為綠肥植物黑麥草幼苗生長提供養(yǎng)分的作用，以期為灘涂鹽土的改良提供一條可行的途徑?！痉椒ā坎捎锰镩g小區(qū)隨機區(qū)組試驗，探討了牛糞不同施用量(0、30、75、150、300t/hm2)對灘涂土壤>0.25mm水穩(wěn)性團聚體、鹽分、pH、有機碳、氮磷養(yǎng)分含量等肥力因子及黑麥草幼苗生物量、生長狀況的影響。 【結(jié)果】灘涂0—10和10—20cm土層土壤>0.25mm水穩(wěn)性團聚體的數(shù)量隨牛糞施用量的增加呈逐漸增加趨勢。與對照相比，牛糞用量150和300t/hm2處理的灘涂0—10和10—20cm土層土壤>0.25mm水穩(wěn)性團聚體差異均達到顯著水平; 施用牛糞各處理灘涂土壤有機碳分別比對照增加17.4%、32.6%、55.0%、205.8%; 與對照相比，施用牛糞各處理顯著降低了灘涂土壤鹽分含量，降幅分別達25.2%、75.8%、76.0%、75.9%; 施用牛糞對灘涂土壤pH值降低不明顯; 隨牛糞施用量的增加，灘涂土壤全氮、全磷、堿解氮、有效磷含量均呈逐漸上升趨勢; 施用牛糞增加了黑麥草幼苗地上部和根系干重; 施用牛糞各處理黑麥草幼苗株高分別比對照增加52.6%、46.1%、74.2%、56.2%(P<0.05); 牛糞施用量達150t/hm2時可顯著增加黑麥草幼苗的分蘗數(shù); 隨牛糞施用量的增加，黑麥草根系總根長、平均直徑、根表面積、根體積均呈逐漸上升趨勢?！窘Y(jié)論】施用牛糞改善了灘涂土壤的初始肥力特性，促進了綠肥植物黑麥草地上部及根系的生長，并提高了黑麥草幼苗的生物量，因此，牛糞可作為改良新圍墾灘涂土壤的“原始肥力驅(qū)動劑”。利用牛糞進行灘涂土壤的改良還有效地處理了畜禽糞便，是灘涂土壤改良和畜禽糞便合理利用一舉兩得的新途徑。

灘涂土壤; 牛糞; 原始肥力驅(qū)動; 綠肥; 黑麥草

灘涂土壤鹽分含量高，返鹽嚴重，且肥力水平低下。沿海灘涂土壤屬于特殊原始土壤，最顯著的特征就是鹽分含量偏高[3]，土壤鹽分含量小于5‰作物才能生長。在降水的下滲和強烈的地下水蒸發(fā)作用下，土壤水分和鹽分的運動非?；钴S[4]。在降水較少的季節(jié)，土壤水分的蒸發(fā)量大于下滲量，灘涂土壤下層鹽分隨土壤水分的蒸發(fā)向上運動于表層積聚，導致土壤返鹽。因此用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的灘涂土壤圍墾后第一步必須“降鹽”。沿海灘涂特殊原始土壤由于圍墾時間短暫、土壤層次發(fā)育不全、耕作層次尚未形成，所以灘涂土壤養(yǎng)分種類少、含量低、供應能力差，結(jié)構(gòu)差，保水通氣性差，微生物區(qū)系、組成單一，有機質(zhì)含量極低[3]。研究表明，灘涂土壤有機質(zhì)及氮、磷養(yǎng)分含量偏低，考慮到濱海灘涂區(qū)域多為砂質(zhì)土壤，養(yǎng)分易流失，保肥供肥性能較差，需加強土壤培肥以提高有機質(zhì)含量[5-7]。有機質(zhì)通過改善土壤的理化性狀，改變土壤鹽分運動狀況，促進土壤脫鹽，抑制土壤返鹽，中和土壤堿度，從而減輕鹽分對作物的危害，提高作物產(chǎn)量，達到改良灘涂土壤的目的。增施有機質(zhì)可改善土壤物理性狀，提高土壤的保蓄性和緩沖性[8]。土壤有機質(zhì)與土壤養(yǎng)分含量的增加有密切的聯(lián)系[9]。增施有機質(zhì)可為土壤微生物活動提供豐富的碳源，促進微生物的活動[10]。

隨著奶牛養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，牛糞污染已成為重要議題。牛糞質(zhì)地細密，含大量有機質(zhì)和氮磷養(yǎng)分，含水較多，發(fā)熱量低，屬遲效性肥料[11]。因而，對牛糞進行資源化利用變廢為寶十分重要。前人一般應用牛糞做原料生產(chǎn)有機肥，或直接施用于農(nóng)田中。然而，迄今為止國內(nèi)外學者對利用牛糞改良灘涂土壤的應用效果及作用機理尚未見報道。本研究采用牛糞作為“原始肥力驅(qū)動劑”，通過一次性大量施用，使原本幾乎沒有肥力的灘涂土壤具備生長綠肥植物黑麥草的原始肥力，從而可以激發(fā)灘涂黑麥草地上部生物量的積累，黑麥草植株經(jīng)原地還田腐解，再次種植其它綠肥植物，如此循環(huán)，可迅速提升灘涂土壤有機質(zhì)的循環(huán)式自積累過程，從而實現(xiàn)低投入下灘涂土壤的快速改良，以期為牛糞的資源化利用和沿海灘涂土壤的快速熟化提供科學依據(jù)和理論指導，為增加我國農(nóng)業(yè)耕地后備資源提供保證。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況

1.2試驗材料

試驗區(qū)灘涂土壤屬砂質(zhì)壤土，濱海鹽土類型，其pH為9.02，有機質(zhì)3.43g/kg，全氮、全磷含量分別為0.282、0.507g/kg，堿解氮、有效磷含量分別為17.8、6.99mg/kg。供試牛糞于2011年8月取自如東縣奶牛養(yǎng)殖場，其含水量為75.0%，pH為7.74，有機質(zhì)415.7g/kg，全氮、全磷含量分別為32.3、5.31g/kg。

1.3試驗設計

采用田間隨機區(qū)組試驗，各小區(qū)面積均為16m2(4.0m× 4.0m)。試驗按干基牛糞施用量設5個處理，分別為0、30、75、150、300t/hm2，各處理重復3次。2011年10月20日將牛糞施入各小區(qū)，并利用旋耕機將牛糞與0—20cm耕層土壤拌勻，2011年10月25日，每小區(qū)播入35g黑麥草種子。試驗期間，未施用其它肥料和開展其它農(nóng)藝措施。于2011年12月26日(播種后60天)采集土壤和黑麥草幼苗樣品，進行測定和分析。

1.4測定方法

牛糞原料有機質(zhì)、pH及養(yǎng)分含量的測定參照

文獻[12]。采集的土壤樣品經(jīng)自然風干并去除肉眼所見牛糞等雜物后過0.83mm和0.15mm篩。采用濕篩法測定土壤水穩(wěn)性團聚體。土壤pH采用無CO2蒸餾水1 ∶5的土水比，攪拌2min并靜置30min后，用pH計測定[12]。土壤水溶性總鹽采用殘渣烘干-質(zhì)量法，有機碳采用重鉻酸鉀外加熱法，全氮采用半微量凱氏法，全磷采用H2SO4-HClO4消煮法，堿解氮采用堿解擴散法，有效磷采用NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法測定[12]。各小區(qū)采集黑麥草幼苗40株，清洗后用吸水紙吸干，稱鮮重，采用RegentRHIZO根系分析系統(tǒng)觀測根系形態(tài)情況。在通風干燥箱中105℃殺青15min，再于80℃條件下烘干至恒重，稱重。

試驗數(shù)據(jù)采用MicrosoftExcel(2010)和SPSS13.0統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計分析，LSD法檢驗差異顯著性。

2　結(jié)果與分析

2.1牛糞對灘涂土壤>0.25mm水穩(wěn)性團聚體的影響

表1表明，隨牛糞施用量的增加，灘涂土壤>0.25mm水穩(wěn)性團聚體的數(shù)量呈逐漸增加的趨勢。未施用牛糞的對照處理0—10、10—20cm土層灘涂土壤>0.25mm水穩(wěn)性團聚體的數(shù)量分別為3.64%、3.01%，施用牛糞的各處理(30、75、150、300t/hm2)0—10cm土層灘涂土壤>0.25mm水穩(wěn)性團聚體的數(shù)量分別比對照增加20.1%、62.6%、144.8%、307.4%，其中牛糞施用量達150t/hm2處理的灘涂土壤>0.25mm水穩(wěn)性團聚體數(shù)量顯著高于對照土壤; 施用牛糞的各處理10—20cm土層灘涂土壤>0.25mm水穩(wěn)性團聚體的數(shù)量分別為2.78%、2.71%、5.85%、8.32%，其中牛糞施用量為300t/hm2處理的灘涂土壤>0.25mm水穩(wěn)性團聚體顯著高于對照處理。2.2牛糞對灘涂土壤鹽分、pH及有機碳含量的影響

隨牛糞施用量的增加，灘涂土壤鹽分呈逐漸下降趨勢(圖1)。未施牛糞的對照土壤鹽分含量為20.29g/kg，施用牛糞各處理(30、75、150、300t/hm2)土壤鹽分含量分別為15.17、4.92、4.87、4.88g/kg，比對照分別顯著降低25.2%、75.8%、76.0%、75.9%。

表1　施用牛糞灘涂土壤不同粒徑團聚體組成(%)

注(Note): 同行數(shù)據(jù)后不同字母表示不同處理間差異達到5%顯著水平Valuesfollowedbydifferentlettersinthesamerowaresignificantlydifferentatthe5%level.

圖1表明，未施牛糞的對照土壤pH為9.11，施用牛糞各處理(30、75、150、300t/hm2)土壤pH分別為9.15、8.84、8.89、8.87。隨牛糞施用量的增加，灘涂土壤pH呈下降趨勢，各處理間差異未達顯著水平。

圖1　牛糞對灘涂土壤鹽分、pH的影響Fig.1　Effect of the dairy manure addition on soil salinity and pH of mudflat

[注(Note): 柱上不同字母表示不同處理間差異達到5%顯著水平Differentlettersabovethebarsindicatesignificantdifferencesatthe5%level.]

由圖2可知，隨牛糞施用量的增加，灘涂土壤有機碳含量呈上升趨勢。未施牛糞的對照土壤有機碳含量為2.58g/kg。施用牛糞各處理(30、75、150、300t/hm2)土壤有機碳含量分別為3.03、3.42、4.00、7.89g/kg，分別比對照增加17.4%、32.6%、55.0%、205.8%，其中牛糞施用量達300t/hm2處理的灘涂土壤有機碳含量顯著高于其它各處理。2.3牛糞對灘涂土壤氮、磷養(yǎng)分含量的影響

隨牛糞施用量的增加，灘涂土壤全氮、堿解氮含量呈逐漸上升趨勢(圖3)。未施牛糞的對照土壤全氮、堿解氮含量分別為297、19.38mg/kg。施用牛糞各處理(30、75、150、300t/hm2)灘涂土壤全氮含量分別達420、774、1496、2498mg/kg，分別比對照增加41.4%、160.6%、403.7%、741.1%。施用牛糞各處理堿解氮含量分別為22.74、32.95、72.95、99.68mg/kg，分別比對照增加17.3%、70.0%、276.4%、414.3%。當牛糞施用量達150t/hm2時，灘涂土壤全氮、堿解氮含量均顯著高于對照。施用牛糞各處理灘涂土壤全氮的增幅高于堿解氮的增幅。

圖2　牛糞對灘涂土壤有機碳含量的影響Fig.2　Effect of the dairy manure addition on organic carbon in mudflat soil

[注(Note): 柱上不同字母表示不同處理間差異達到5%顯著水平Differentlettersabovethebarsindicatesignificantdifferencesatthe5%level.]

圖3　施用牛糞對灘涂土壤全氮、堿解氮含量的影響Fig.3　Effect of the dairy manure additon on contents of total N and alkali-hydrolyzable N in mudflat soil

[注(Note): 柱上不同字母表示不同處理間差異達到5%顯著水平Differentlettersabovethebarsindicatesignificantdifferencesatthe5%level.]

施用牛糞對灘涂土壤全磷、有效磷含量的影響見圖4。隨牛糞施用量的增加，灘涂土壤全磷、有效磷含量均呈上升趨勢。未施牛糞的對照土壤全磷、有效磷含量分別為613、13.59mg/kg。施用牛糞各處理(30、75、150、300t/hm2)土壤全磷含量分別達614、667、717、930mg/kg，其中牛糞施用量達300t/hm2時土壤全磷含量顯著高于對照。施用牛糞各處理土壤有效磷含量分別比對照增加72.1%、243.0%、333.3%、592.6%，其中牛糞施用量為75t/hm2處理的土壤有效磷含量顯著高于對照。施用牛糞各處理灘涂土壤全磷含量的增幅低于有效磷的增幅。

圖4　施用牛糞對灘涂土壤全磷、有效磷含量的影響Fig.4　Effect of the dairy manure addition on contents of total P and available P in mudflat soil

[注(Note): 柱上不同字母表示不同處理間差異達到5%顯著水平Differentlettersabovethebarsindicatesignificantdifferencesatthe5%level.]

2.4牛糞對綠肥植物黑麥草幼苗生長的影響

2.4.1 牛糞對黑麥草幼苗生物量的影響圖5表明，隨牛糞施用量的增加，黑麥草幼苗地上部、根系單株干重均呈逐漸上升趨勢。未施牛糞的對照處理黑麥草地上部、根系干重分別為0.035、0.010g/plant，施用牛糞各處理(30、75、150、300t/hm2)黑麥草幼苗地上部干重分別達0.050、0.063、0.063、0.178g/plant，當牛糞用量達75t/hm2時顯著高于對照; 各處理根系干重分別達0.011、0.011、0.012、0.024g/plant，當牛糞用量達300t/hm2時顯著高于對照。

2.4.2 牛糞對黑麥草幼苗株高、分蘗的影響隨牛糞施用量的增加，黑麥草幼苗株高呈逐漸上升趨勢(圖6)。未施牛糞的對照處理黑麥草幼苗株高為11.61cm，施用牛糞各處理(30、75、150、300t/hm2)黑麥草幼苗株高分別增至17.72、16.96、20.22、18.13cm，均顯著高于對照。施用一定量的牛糞增加了黑麥草幼苗分蘗數(shù)(圖6)。未施牛糞的對照處理黑麥草幼苗平均分蘗數(shù)僅為1.73，施用牛糞各處理(30、75、150、300t/hm2)黑麥草幼苗平均分蘗數(shù)分別為1.47、2.28、2.42、3.95，當牛糞用量達300t/hm2時顯著高于對照。

圖5　施用牛糞對黑麥草幼苗生物量的影響Fig.5　Effect of the dairy manure additionon biomass of ryegrass in mudflat soil

2.4.3 牛糞對黑麥草幼苗根系生長的影響施用牛糞改良灘涂土壤促進了所種植物黑麥草根系的生長(圖7)。隨牛糞施用量的增加，黑麥草根系總根長、平均直徑、根表面積、根體積均呈逐漸上升趨勢，但各處理總根長差異不明顯未施牛糞的對照黑麥草根系平均直徑為0.369mm，施用牛糞各處理(30、75、150、300t/hm2)根系平均直徑分別為0.426、0.435、0.447、0.517mm，當牛糞用量達150t/hm2時顯著高于對照。未施牛糞的對照黑麥草根系表面積、根體積分別為7.09cm2、0.066cm3，當牛糞用量達300t/hm2時黑麥草根表面積和根體積均顯著高于對照。

圖6　施用牛糞對黑麥草幼苗株高、分蘗數(shù)的影響Fig.6　Effect of the dairy manure addition on shoot length and tillers of ryegrass in mudflat soil

[注(Note): 柱上不同字母表示不同處理間差異達到5%顯著水平Differentlettersabovethebarsindicatesignificantdifferencesatthe5%level.]

3　討論與結(jié)論

圖7　施用牛糞對黑麥草總根長、平均直徑、根表面積和根體積的影響Fig.7　Effect of dairy manure addition on root length, root average diameter, root surface area and root volume of ryegrass in mudflat

[注(Note): 柱上不同字母表示不同處理間差異達到5%顯著水平Differentlettersabovethebarsindicatesignificantdifferenceatthe5%level.]

牛糞對灘涂土壤初始肥力性狀的改善為植物的生長提供了良好的生長環(huán)境。本試驗證實，施用牛糞改良灘涂土壤促進了初期所種綠肥植物黑麥草地上部及根系的生長，增加了綠肥生物量的累積。姜世成等人的研究發(fā)現(xiàn)將牛糞施入草地能顯著促進草地牧草植株的生長，提高牧草百株干重以及牧草的株高[16]。何余湧等研究發(fā)現(xiàn)，施用牛糞能極顯著地提高矮象草的莖和葉的干物質(zhì)產(chǎn)量，且增加牛糞施用量可提高矮象草的產(chǎn)草量和營養(yǎng)物質(zhì)含量等[22]。前人研究還發(fā)現(xiàn)，施用牛糞可以促進大豆[23]、黃瓜[24]、番茄[25]等蔬菜植物的生長，并促進其產(chǎn)量的提高。在本試驗條件下，施用牛糞促進了綠肥植物黑麥草根系的生長，增加了其株高及分蘗，進而增加了綠肥植物黑麥草的生物量。牛糞可作為灘涂土壤改良的“原始肥力驅(qū)動劑”，一方面，將牛糞進行資源化利用，減少了牛糞對環(huán)境的污染; 另一方面，為灘涂土壤快速改良提供了一條新的途徑。該研究對牛糞的資源化利用，灘涂土壤快速改良等提供科學依據(jù)和理論指導，具有重要的理論意義和實際應用價值。

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Motivatingeffectofdifferentdairymanureadditiononsoilinitialfertilityformationandryegrassgrowthincoastalmudflatsoil

ZUOWen-gang,HUANGGu-lin,ZHUXiao-wen,CHENYa-si,SHENYuan-ling,TAOTian-yun,BAIYan-chao,SHANYu-hua*,FENGKe

(Institute of Environmental Science and Engineering, Yangzhou University/Jiangsu Collaborative Innovation Center for Solid Organic Waste Resource Utilization, Yangzhou, Jiangsu 225009, China)

【Objectives】Costalmudflatsbelongtotheseashoresalinesoilfamilyandarecharacterizedbyhighsalinity,lowdegreeofdevelopment,inferiorstructureandlowfertility.Theincreasingmudflatscanactasanimportantlandreservoirtomitigatetheshrinkingofagriculturalland.Exploitationandamendmentofmudflatshavebeenwidelyconcerned.Thisexperimentwasconductedtoinvestigateshort-termeffectsofdairymanureapplication(DMA)oninitialfertilitymotivationandgreenmanureplantryegrassgrowthinanewly-reclaimedmudflat. 【Methods】Usingryegrassasanindicatorplant,afieldexperimentofcompleterandomizedblock(RCB)designwiththreereplicateswascarriedoutinanewlyreclaimedmudflat.Fiveratesofdairymanure(0, 30, 75, 150and300t/hm2)weredesigned.Soilandryegrassweresampled60daysafterthesowing,salinitythesoilpHandthecontentsofwaterstableaggregateindifferentsizes,andorganiccarbon,thecontentsofNandPinmudflatsoilandryegrassbiomassweremeasured. 【Results】Thecontentsofwaterstableaggregate> 0.25mmin0-10cmand10-20cmlayersofmudflatwereincreasedwiththeincreaseofmanureaddition,andtheincrementsweresignificantinthetreatmentsof150and300t/hm2,comparedwiththecontrol.Withthemanureadditionof30, 75, 150and300t/hm2,theorganiccarbonwereincreasedby17.4%, 32.6%, 55.0%and205.8%,respectively,thesalinitydecreasedby25.2%,75.8%,76.0%,75.9%,thepHwasnotdecreasedsignificantly.Withtheincreaseofdairymanureaddition,thesoiltotalnitrogen,totalphosphorus,alkali-hydrolyzablenitrogenandavailablephosphoruswereincreasedaswell.Boththedryweightsofabovegroundandrootpartofryegrasswereenhancedwiththeincreasedamountofmanure,andtheincrementsinryegrassheightwere52.6%, 46.1%, 74.2%and56.2%attheDMAratesof30, 75, 150and300t/hm2,respectively.Therootlength,rootaveragediameter,rootsurfaceareaandrootvolumeofryegrasswereincreasedinthesametrends. 【Conclusions】Basedontheresultsofthisstudy,additionofdairymanurecouldimprovethesoilventilation,decreasesoilpHandimprovethenutrientcontents,socanbeusedasthefertilitymotivatorinsoilslikecoastalmudflat.Astheuseofdairymanurealsoprovidesanecologicallysoundwayofthedisposalofdairyfarmwastes,thisresultsisprospectiveintheameliorationofcoastalmudflat.

mudflatsoil;dairymanure;initialfertilitymotivator;greenmanure;ryegrass

2014-07-22接受日期: 2014-12-03網(wǎng)絡出版日期: 2015-07-02

國家自然科學基金項目(31101604)；江蘇省高校自然科學基金(12KJB210008)；土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室開放課題(Y412201402)；住房與城鄉(xiāng)建設部科技項目(2014-K6-009)資助。

左文剛(1989—)，男，江蘇淮安人，碩士研究生，主要從事灘涂土壤改良方向的研究。

Tel: 0514-87979645,E-mail:zuowengang1989@163.com。*通信作者Tel: 0514-87979645,E-mail:shanyuhua@gmail.com

S516.4+2;S141.4

A

1008-505X(2016)02-0372-08