辣木園種草養(yǎng)雞對土壤養(yǎng)分狀況的影響

陳玉芹，尹紅星,趙春攀,張祖兵,龍繼明*

（1.云南省德宏熱帶農業(yè)科學研究所檢測中心，云南瑞麗678600；2.云南省熱帶作物科學研究所，云南景洪666100）

辣木產業(yè)是我國農業(yè)的新型特色產業(yè)之一。辣木（Moringa oleifera Lam.）適應性廣、耐貧瘠、耐干旱，是一種營養(yǎng)豐富、功能奇特的植物資源，其枝葉具有高營養(yǎng)、低脂的特點，富含多種礦物質和人體必需氨基酸［1-3］。近年來，國內有關辣木的研究主要集中在其營養(yǎng)成分、功能以及作為飼料添加劑飼喂家禽［4］等方面。

林下生態(tài)養(yǎng)殖是充分利用林地自然資源、迎合社會發(fā)展應運而生的一種可持續(xù)發(fā)展的綠色產業(yè)，具有環(huán)保、節(jié)約糧食、提高動物產品品質、改善動物福利以及提供優(yōu)質有機肥等特點［5］，實現(xiàn)了林-牧-農的協(xié)調均衡發(fā)展，提高經濟效益［6-7］，是養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的新出路［8］。目前林下生態(tài)養(yǎng)殖模式的研究與應用主要集中在家禽方面，特別是林下養(yǎng)雞。經大量研究證實，林下生態(tài)養(yǎng)的雞，肉質鮮嫩、口感鮮美，有著廣闊的市場前景［8］。

王介平等［9］研究表明，桑園養(yǎng)雞后增加了土壤中N、P、K和鎂元素的含量，對土壤質量具有一定的影響；尹紅星等［10］研究表明，橡膠林下養(yǎng)雞對土壤全氮、水解性氮、有機質、有效磷含量有顯著影響；朱朝方等［11］報道林下養(yǎng)雞可明顯改善土壤性質和提高土壤供肥性能,間接提高林地生產力。楊霞等［12］研究表明，不同放養(yǎng)密度對土壤理化性質和地表水質量有不同程度的影響，飼養(yǎng)密度超過30只/667 m2會給環(huán)境帶來負面影響。有研究表明，長期使用家禽糞便會增加土壤表層重金屬含量［13-14］。

在辣木地中種植牧草、建造簡易雞舍，輪放散養(yǎng)家禽，可形成辣木-牧草-家禽相互聯(lián)系的立體生態(tài)農業(yè)系統(tǒng)模式，有利于促進辣木產業(yè)多樣化發(fā)展。本研究對在辣木地種牧草輪放飼養(yǎng)3批雞出欄后的土壤養(yǎng)分及重金屬元素含量進行分析測定，就其土壤養(yǎng)分變化及重金屬污染風險進行評價，為構建高效的辣木生態(tài)農業(yè)種養(yǎng)體系提供依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于西雙版納景洪市云南省熱帶作物科學研究所辣木基地，海拔560 m，年均溫18.9～22.6℃。辣木園中為2004年4月定植的葉用型辣木，品種為多油辣木（Moringa oleifera Lam），株行距1.5 m×2.0 m，莖粗20.6～22.2 cm、株高160～200 cm、冠幅104～128 cm，長勢良好。試驗地管理主要以樹體管理為主，當分枝長至1.5～2.0 m時進行一次回縮，剪除弱枝和病蟲枝，秋季對保護帶進行一次深翻，并在深翻區(qū)域撒翻牧草種子，旱季每隔6 d進行一次噴灌,無需補肥。

1.2 試驗材料

1.2.1 牧草選擇

選擇黑麥草、鴨毛草、菊苣進行種植（由沭陽縣新河鎮(zhèn)芊言種子經營部提供）。種植時間為每年的2月中旬，每個牧草品種按區(qū)單種，每區(qū)用種量1.25 kg。

黑麥草（Lolium perenne L.）為多年生植物，喜溫涼濕潤氣候，富含蛋白質、礦物質和維生素，且葉多質嫩，適口性好。菊苣（Cichorium intybus L.）為菊科菊苣屬多年生草本植物，適應性強，栽培容易，葉質鮮嫩，適口性好，營養(yǎng)價值高，一次種植可多年利用，產量高，為各種家畜、家禽、魚喜食，是很有發(fā)展前途的優(yōu)質青飼料。鴨毛草（Dactylis glomerata L.）為多年生草本，疏叢型，營養(yǎng)價值好，鮮草營養(yǎng)期粗蛋白質含量可高達18.4%，相當可觀，可青飼或調制干草、制作青貯，也可放牧利用。

1.2.2 土雞品種

選用60日齡脫溫商品景東毛腳烏骨雞（景東清涼丙寅山毛腳烏骨雞農民養(yǎng)殖專業(yè)合作社提供）。于2018年2月開始養(yǎng)第一批雞，至2019年11月總共飼養(yǎng)3批雞。景東毛腳烏骨雞具有耐粗飼、抗病力強、對飼料要求不高的特點，適應各種氣候環(huán)境。

1.3 林下飼養(yǎng)模式

選取辣木園中規(guī)則的0.6 hm2為試驗地，分為3個區(qū)，每區(qū)面積0.2 hm2。每個區(qū)平均分為A、B兩個放養(yǎng)小區(qū)，用圍網隔離，每個放養(yǎng)小區(qū)又劃分成3個小小區(qū)，用于種不同牧草（圖1）。牧草種植2個月，待長至20 cm以上時，開始于A區(qū)放養(yǎng)烏骨雞，B區(qū)讓牧草繼續(xù)生長，20 d進行一次輪放并繼續(xù)種牧草。3個區(qū)放養(yǎng)密度分別為60、90、120只/667 m2，采用輪牧及一天一次補飼的方式放養(yǎng)，補充飼料為自制辣木飼料。放養(yǎng)期間，雞群自由活動及采食，各試驗區(qū)飼養(yǎng)管理方式一致。

圖1 放養(yǎng)區(qū)域規(guī)劃

1.4 土壤樣品采集與處理

2018年2月對試驗地土壤進行基礎數(shù)據調查，其后于2018年6月、2019年5月、2019年11月進行土壤采樣。采樣時，以雞舍為中心，距離10、20、30 m處隨機選5個點進行混合取樣，采表層0～20 cm土層土壤。土壤樣品經風干處理后制成樣品保存。

測定土壤的pH值及有機質、堿解氮、有效磷、全磷、全鉀（K2O）、全氮、銅、鋅、鉛、鎘、總鉻含量。測定方法參照魯如坤主編的《土壤農業(yè)化學分析方法》。

1.5 土壤重金屬污染風險評價

評價標準參考《中華人民共和國土壤環(huán)境質量標準》（GB 15618—1995）旱地二級標準，詳見表1。

表1 土壤重金屬污染評價標準 mg/kg

土壤重金屬污染風險評價一般采用單因子污染指數(shù)法和內梅羅污染指數(shù)評價。單因子污染指數(shù)法用于評價土壤中單個重金屬元素的污染程度，是目前國內普遍采用的方法之一，公式為：

式中：Pi為污染物i的單因子污染指數(shù)，Ci為污染物i的實測值，Si為污染物i標準值，i代表某種污染物。Pi數(shù)值越大，則土壤被某種污染物污染越嚴重［15］。

內梅羅污染指數(shù)法能夠全面、綜合地反映某一區(qū)域多種污染物的整體污染水平和環(huán)境質量，其公式為：

式中：P綜為土壤內梅羅污染指數(shù)，Pa為各單因子污染指數(shù)平均值，Pmax為單因子污染指數(shù)中最大值。

土壤內梅羅污染指數(shù)分級標準見表2。

表2 土壤內梅羅污染指數(shù)分級標準

1.6 數(shù)據處理與分析

數(shù)據采用Excel 2007進行整理，SPSS 24.0作方差分析，結果以“均值±標準差”表示，采用Origin 8.5作圖。

2 結果與分析

2.1 對土壤p H和有機質的影響

由圖2可以看出，與試驗前相比，隨著放養(yǎng)批次增多，放養(yǎng)密度60只/667 m2、90只/667 m2處理，辣木園土壤pH先升高后呈下降趨勢，放養(yǎng)3批時，土壤pH明顯低于放養(yǎng)前；放養(yǎng)密度120只/667 m2處理，土壤pH明顯低于試驗前，但差異不顯著。

圖2 放養(yǎng)批次對土壤pH和有機質的影響

隨著放養(yǎng)批次增多，各試驗組土壤有機質含量呈下降-上升又恢復到放養(yǎng)前的趨勢。這與楊霞等［12］研究林下放養(yǎng)雞的結果不一致，可能是由于放養(yǎng)雞數(shù)量少于楊霞的研究，且雞的活動范圍大，致雞糞分布不勻，以及實行種牧草輪放雞的園地飼養(yǎng)方式使土壤有機質含量能保持在一定范圍水平。1區(qū)土壤有機質含量在放養(yǎng)2批后達到最高。

2.2 對土壤N含量的影響

由圖3可以看出，與試驗前相比，隨著放養(yǎng)批次增多，各處理土壤全氮含量呈下降-上升又恢復到放養(yǎng)前的趨勢，在放養(yǎng)2批后，土壤全氮含量達到最高，且放養(yǎng)雞數(shù)量較多的90只/667 m2、120只/667 m2處理的土壤全氮含量相對更高；土壤堿解氮含量呈上升又下降的趨勢，但相比放養(yǎng)前，整體呈增加趨勢，放養(yǎng)密度對土壤堿解氮含量沒有明顯的規(guī)律，這也說明本次試驗放養(yǎng)密度梯度小了。試驗放養(yǎng)1批、2批時，辣木園土壤N含量有上升趨勢，可為辣木植株提供能被利用的氮養(yǎng)分。放養(yǎng)到3批時，土壤N含量恢復到放養(yǎng)前水平，這可能與種牧草實行輪放有一定的關系。

圖3 放養(yǎng)批次對土壤N含量的影響

2.3 對土壤P含量的影響

由圖4可知，不同放養(yǎng)批次，放養(yǎng)密度對土壤有效磷含量有一定影響。與試驗前相比，隨放養(yǎng)批次增多，土壤全磷含量上升，又恢復到放養(yǎng)前，這說明試驗放養(yǎng)批次對土壤全磷含量變化不明顯；60只/667 m2、120只/667 m2處理，土壤有效磷含量呈上升又下降的趨勢，90只/667 m2處理的土壤有效磷呈上升的趨勢；放養(yǎng)密度對土壤有效磷未呈現(xiàn)規(guī)律性變化，放養(yǎng)到3批的1區(qū)和3區(qū)土壤全氮、堿解氮能恢復到放養(yǎng)前水平，2區(qū)土壤有效磷含量最高，這可能與雞的活動以及采樣方式有一定的關系。總體來看，隨著放養(yǎng)批次增多，辣木園土壤P含量有一定的變化，而種草輪放方式又能讓土壤P恢復到放養(yǎng)前，能為辣木植物提供一定的P養(yǎng)分而不破壞土壤特性。

2.4 對土壤K含量的影響

從圖5可以看出，放養(yǎng)密度對土壤全鉀含量具有一定的影響。放養(yǎng)1批時，1區(qū)與2區(qū)、3區(qū)的土壤全鉀含量有顯著差異；放養(yǎng)2批時，2區(qū)與1區(qū)、3區(qū)的土壤全鉀含量有顯著差異。與試驗前相比，隨放養(yǎng)批增多，60只/667 m2處理的土壤全鉀含量呈緩慢上升趨勢，90只/667 m2、120只/667 m2處理的土壤全鉀含量呈上升又下降的趨勢。在放養(yǎng)1批時，2區(qū)、3區(qū)放養(yǎng)的雞數(shù)量多，土壤全鉀含量也相對較高?？傮w來看，辣木園放養(yǎng)雞后的土壤全鉀含量有緩慢增加趨勢，隨著放養(yǎng)批次增多，可為辣木植株提供一定的鉀養(yǎng)分。

圖5 放養(yǎng)批次對土壤K含量的影響

2.5 土壤重金屬元素描述性統(tǒng)計及含量分析

由表3可以看出，土壤總鉻含量最小值為70.49 mg/kg，最大值為92.75 mg/kg，變異系數(shù)為7.56，呈弱變異，相對穩(wěn)定；土壤鋅、銅元素變異系數(shù)分別為16.51和32.10，呈中等變異；土壤鉛、鎘元素變異系數(shù)分別為60.14和51.85，呈中等強度變異。

表3 放養(yǎng)區(qū)土壤重金屬元素描述性統(tǒng)計

采樣區(qū)的pH值范圍在4.4～5.0，故采用pH值＜6.5的二級重金屬污染評價標準。由圖6可知，養(yǎng)雞后各處理組土壤銅元素含量均小于50 mg/kg、鋅元素含量均小于200 mg/kg、鉛元素含量均小于250 mg/kg、鉻元素含量均小于150 mg/kg、鎘元素含量均小于0.3 mg/kg，符合土壤環(huán)境要求。土壤銅元素、鉛元素、鉻元素，CK、1區(qū)、2區(qū)、3區(qū)各處理組間均無顯著差異；土壤鋅元素，CK與1區(qū)、2區(qū)、3區(qū)具有顯著差異；土壤鎘元素，CK與120只/667 m2有顯著差異。

圖6 土壤重金屬元素含量分析

2.6 土壤重金屬污染分析評價

由表4可以看出，放養(yǎng)前CK、不同放養(yǎng)密度處理組的重金屬單因子污染指數(shù)均小于1.0，與土壤重金屬二級標準分析結果一致。CK、1區(qū)、2區(qū)、3區(qū)四個組重金屬單因子污染指數(shù)從高到低依次均為鉻＞銅＞鋅＞鎘＞鉛。銅元素單因子污染指數(shù)從高到低依次為3區(qū)＞2區(qū)＞1區(qū)＞CK；鋅元素單因子污染指數(shù)從高到低依次為3區(qū)、2區(qū)＞1區(qū)＞CK；鉛元素單因子污染指數(shù)從高到低依次為3區(qū)＞2區(qū)＞1區(qū)＞CK；鎘元素單因子污染指數(shù)從高到低依次為3區(qū)＞2區(qū)＞1區(qū)＞CK；鉻元素單因子污染指數(shù)從高到低依次為2區(qū)＞3區(qū)＞1區(qū)＞CK；通過排序可以看出，隨著放養(yǎng)密度的增大，土壤中的銅、鋅、鉛、鎘、鉻五種重金屬的單因子污染指數(shù)略有增加趨勢。從表4可以看出，CK、1區(qū)、2區(qū)、3區(qū)的內梅羅污染指數(shù)均小于0.7，污染程度為安全，污染水平為清潔，內梅羅污染指數(shù)從高到低依次為2區(qū)＞3區(qū)＞1區(qū)＞CK。綜合單因素污染指數(shù)分析和內梅羅污染指數(shù)評價，養(yǎng)雞未對土壤造成污染，屬于安全級別，土壤清潔。

表4 放養(yǎng)區(qū)重金屬污染分析評價

3 結論與討論

本研究中辣木園養(yǎng)雞輪牧放養(yǎng)對土壤養(yǎng)分含量的影響不顯著，但與放養(yǎng)前相比，放養(yǎng)1批、2批的土壤養(yǎng)分含量都有不同程度的緩慢增加，放養(yǎng)3批的土壤養(yǎng)分含量恢復到放養(yǎng)前的土壤養(yǎng)分水平。不同放養(yǎng)密度對土壤N、P、K產生了不同程度的影響，但沒有隨放養(yǎng)密度增大呈現(xiàn)規(guī)律性變化趨勢。這是因為種牧草輪放方式有利于土壤調節(jié)養(yǎng)分，且放養(yǎng)密度較低，雞群活動范圍廣，放養(yǎng)批次少，對土壤養(yǎng)分還沒有形成顯著影響。這與韋鳳英等［16］研究的在合理范圍內放養(yǎng)對土壤中氮、磷、鉀元素含量影響不大的結論一致，與陳廣平［17］等研究輪放牧有相似結果。

土壤pH是土壤養(yǎng)分的重要特征指標，不僅影響土壤微生物活性，而且與土壤養(yǎng)分的形成、轉化息息相關。本研究結果表明，養(yǎng)雞后土壤pH值呈降低趨勢，這可能是因為雞的尿液呈酸性，而雞糞進入土壤被微生物分解產生磷酸等有機酸，致使土壤pH值下降。這與王介平等［9］研究桑園種草養(yǎng)雞的土壤pH有下降趨勢的結果相似。周乃富等［18］研究表明，林下養(yǎng)雞和種草顯著提高了油茶林地土壤中全磷含量。而本研究中辣木園種草養(yǎng)雞對全磷含量無顯著影響，這可能是由于放養(yǎng)雞只數(shù)量較少，林下活動面積較大，且采用種牧草輪放的方式放養(yǎng)，牧草吸收土壤中的磷而使土壤保持了磷含量平衡。有效磷是反映土壤磷素供應水平的重要指標,放養(yǎng)批次對土壤中的有效磷含量影響沒有明顯規(guī)律性，而放養(yǎng)密度對土壤有效磷含量有顯著影響。本研究養(yǎng)雞后土壤堿解氮含量有顯著增加，放養(yǎng)3批的土壤堿解氮含量又恢復到放養(yǎng)前水平，說明養(yǎng)雞可以增加土壤中可利用的氮含量，同時種牧草輪放方式能使土壤保持平衡。

林下養(yǎng)雞對土壤有一定影響，影響程度取決于養(yǎng)雞的密度，維持一個合適的密度可以兼顧生態(tài)和經濟性。張海明［19］研究表明，林下養(yǎng)雞超過一定密度對林地環(huán)境質量有明顯影響。養(yǎng)雞密度越大則影響越大，密度超過450只/hm2對植被、土壤及地表水均造成損害。郭嬌等［20］研究證明，高密度養(yǎng)殖會造成林地植被和土壤退化，進而影響到林地整個生態(tài)系統(tǒng)，建議根據生態(tài)承載力確定養(yǎng)殖密度,實行輪養(yǎng)、補飼，科學養(yǎng)殖，保持生態(tài)和經濟的均衡發(fā)展。本研究實行輪放+補飼放養(yǎng)，放養(yǎng)120只/667 m2時，土壤Zn、Cd含量有增加但在標準范圍內，說明密度均合適。通過單因素污染指數(shù)分析和內梅羅污染指數(shù)評價，養(yǎng)雞未對土壤造成污染，屬于安全級別，土壤清潔。

輪牧放養(yǎng)能夠提高土地綜合收益，本研究中未對植被進行監(jiān)測，為進一步探索可持續(xù)循環(huán)生態(tài)養(yǎng)雞模式，可選取120只/667 m2放養(yǎng)密度再深入研究，按每年一次的頻率監(jiān)測土壤、植被狀況，以更深入地研究辣木園種草養(yǎng)雞對環(huán)境的影響。