發(fā)酵豬糞對果園土壤pH及有機(jī)質(zhì)含量影響研究

杜忍讓,王一民,王剛弟, 侯曉斌, 翟國威，趙世明,樊曉軍,于太永, 胡建宏, 楊公社, 張?jiān)鰪?qiáng)

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2.延安市畜牧獸醫(yī)局，陜西 延安 716000;3.洛川縣畜牧獸醫(yī)局，陜西 洛川 727400；4.寧夏九昇生物科技產(chǎn)業(yè)開發(fā)有限公司，寧夏 銀川 750000)

隨著畜禽養(yǎng)殖規(guī)?；难该桶l(fā)展，集中排放的畜禽糞便已經(jīng)成為重要的農(nóng)業(yè)面源污染物。特別是養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)，由于集約化程度較高，豬糞污染更為嚴(yán)重。目前，直接還田是處理畜禽糞便的主要方式之一，畜禽糞便所含氮、磷元素在豐富土壤養(yǎng)分的同時(shí)，也面臨著超出農(nóng)田消納容量，造成水體和土壤污染，引發(fā)嚴(yán)重次生環(huán)境問題的危險(xiǎn)。全國畜禽糞每年產(chǎn)生量大約在30×108t左右[1]，是工業(yè)廢棄物年排放量的2.4倍[2]，一方面是畜禽糞便污染嚴(yán)重，另一方面是果園土壤有機(jī)質(zhì)難以滿足生產(chǎn)需要，如世界蘋果單產(chǎn)最高的新西蘭果園土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到57～126 g/kg[3]，國內(nèi)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)果園土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到20 g/kg以上[4-5]，而陜西省蘋果主產(chǎn)區(qū)果園有機(jī)質(zhì)含量一般僅為1.13%～1.53%[6]，果園土壤有機(jī)質(zhì)含量偏低，豬糞有機(jī)肥作為補(bǔ)充果園有機(jī)肥的主要來源之一，近年來在補(bǔ)充果園有機(jī)質(zhì)、提高蘋果質(zhì)量方面起到積極作用，促進(jìn)了蘋果產(chǎn)業(yè)和果畜結(jié)合的發(fā)展，隨著現(xiàn)代化集約化生豬養(yǎng)殖模式的出現(xiàn)，豬糞收集和處理也逐漸趨向規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化，豬糞利用受到果農(nóng)及政府的重視。

為了保證豬糞施入果園既實(shí)現(xiàn)科學(xué)有效地補(bǔ)充有機(jī)質(zhì)，又不致對土壤造成危害，本研究進(jìn)行豬糞施肥試驗(yàn)研究，分析豬糞對果園土壤酸堿度、電導(dǎo)率及有機(jī)質(zhì)的影響，以期為果樹種植者合理利用豬糞提供科學(xué)依據(jù)，促進(jìn)果畜結(jié)合生態(tài)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)基本情況

試驗(yàn)區(qū)位于黃土高原溝壑區(qū)的陜西省洛川縣，是我國蘋果最佳優(yōu)生區(qū)，屬渭北旱原中部，介于E109°13＇14＂～109°45＇47＂，N35°26＇29＂～36°04＇12＂之間，總面積1 793 km2，其中耕地面積62 890 hm2，全縣地勢由東北向西南傾斜，溝壑縱橫交錯(cuò)，地勢起伏不平，是黃土高原面積最大，土層最厚的原區(qū)。黃土厚度80 m以上，質(zhì)地中壤，通透性好；試驗(yàn)塬面平坦，土地寬廣，質(zhì)地優(yōu)良，日照充足，晝夜溫差大。屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，平均海拔 1 072 m；年均氣溫9.2 ℃，年降水量 622 mm，主要集中在6～9月份，無霜期167 d。農(nóng)產(chǎn)品以蘋果、小麥、玉米和油菜為主，素有“陜北糧倉”和“蘋果之鄉(xiāng)”之稱，全縣目前種植蘋果50余萬畝，蘋果種植占80%以上。

1.2 試驗(yàn)材料

根據(jù)洛川果農(nóng)對豬糞利用習(xí)慣，采用果園自然發(fā)酵豬糞的方法，將豬糞運(yùn)到果園，堆積并覆蓋一層土，自然發(fā)酵20～60 d(根據(jù)溫度高低確定發(fā)酵時(shí)間)，或添加豬糞發(fā)酵劑發(fā)酵較短時(shí)間，待腐熟無害化后將其施入果園。施肥時(shí)間為每年春季，采樣時(shí)間為果樹生長一年后的第二年春季，采樣地塊為連續(xù)三年施用豬糞的果園和連續(xù)三年未施用豬糞果園(主要施用化肥)，發(fā)酵豬糞施肥量每畝1 500 kg左右。

1.3 樣品采集與測定

1.3.1 采樣地點(diǎn) 洛川縣土基、朱牛、石頭、老廟、槐北、交口河、黃章、舊縣、菩提、鳳棲等農(nóng)戶果園，每個(gè)采樣點(diǎn)分別采樣2個(gè)，施用自然發(fā)酵豬糞的果園和未施發(fā)酵豬糞(對照組)的果園，采樣總數(shù)24份。

1.3.2 采樣方法 按照NY/T 395-2012農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范，根據(jù)地形地貌，生產(chǎn)情況，以能代表整個(gè)土地為目標(biāo)，一個(gè)果園為一個(gè)采樣單元，依據(jù)果園形狀和面積大小選擇采樣方式，長方形地塊采用蛇形法采樣，正方形地塊采用對角線法采樣，每個(gè)地塊采樣9～12個(gè)，采樣深度為0～60 cm，采樣器為不銹鋼土鉆，取樣方法是先將所有樣品進(jìn)行混合，然后用四分法去掉多余的，最終留取1 kg樣品，用于分析。

1.3.3 樣品處理 采集的樣品在室內(nèi)通風(fēng)處風(fēng)干，揀去碎石及植物殘留體等，用玻璃研磨缽研碎，通過2 mm、1 mm、0.15 mm尼龍篩過篩，再按對角線法去除多余土樣，留200 g土樣待測。

1.4 樣品的測定方法

對所采樣品進(jìn)行pH、Eh(mV)、電導(dǎo)率，有機(jī)質(zhì)、全氮、有效氮、全磷、速效磷、全鉀、速效鉀分析測定，委托西北農(nóng)林科技大學(xué)資環(huán)學(xué)院測定，采用方法及標(biāo)準(zhǔn)：pH采用玻璃電極法(NY/T 1377-2007)，電導(dǎo)率采用ISO 11265-1994(E)，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容重法——外加熱法(NY/T 1121.6-2006)，全氮采用半微量凱氏法(NY/T 53-1987)，有效氮采用雙波長比色法，KCl浸提—靛酚藍(lán)比色法，全磷采用土壤全磷測定法(NY/T 88-1988)，速效磷采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法，全鉀采用土壤全鉀測定法(GB 9836-1998)，速效鉀采用NH4OAc浸提-火焰光度法。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件對土壤樣品進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，P<0.05為差異顯著，P<0.01為差異極顯著，所有數(shù)據(jù)均采用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(Mean±SE)表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵豬糞對土壤pH的影響

從表1可見，所測定的地塊，土壤的pH在8.3～8.89，略高于當(dāng)?shù)赝寥纏H。

表1 施用和未施用豬糞果園土壤成分分析表Table 1 Analysison soil component in orchard applying and not applying pig manure

注：同行不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，同列不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)相同字母表示差異不顯著(P>0.05)。

Note:Values with different small letter superscripts in the same row indicate significant difference between the treatments(P<0.05), difference capital letters mean extreme difference(P<0.01),while same letter superscripts insignificant difference(P>0.05).

2.2 發(fā)酵豬糞對土壤電導(dǎo)率的影響

果園施入發(fā)酵豬糞，發(fā)酵豬糞組與對照組比較，電導(dǎo)率降低50.08 μS/cm，降低了64.69%(P<0.05)，表明發(fā)酵豬糞可以顯著降低果園土壤的導(dǎo)電率，從而降低土壤的含鹽量。

2.3 發(fā)酵豬糞對土壤有機(jī)質(zhì)的影響

施用發(fā)酵豬糞組果園有機(jī)質(zhì)達(dá)到11.34 g/kg(1.134%)，比對照組提高0.52 g/kg，提高4.81%，表明豬糞可以有效的提高果園土壤有機(jī)質(zhì)，改進(jìn)土壤環(huán)境，提高蘋果產(chǎn)量。

2.4 發(fā)酵豬糞對土壤全氮、有效氮的影響

施用發(fā)酵豬糞組，果園土壤中全氮0.7 g/kg，較對照組高0.7 g/kg，但差異不顯著(P>0.05)，果園土壤中的有效氮，施用發(fā)酵豬糞組39.19 mg/kg，與對照組(20.15 mg/kg)相比，發(fā)酵豬糞組平均數(shù)比對照組提高48.58%(P<0.05)，表明發(fā)酵豬糞施入果園具有顯著提高果園有效氮含量。

2.5 發(fā)酵豬糞對土壤中的全磷、速效磷

由表1可見，施用發(fā)酵豬糞組與對照組相比，全磷含量平均提高0.24 g/kg，高出32.88%(P<0.05)；施用豬糞組果園土壤中速效磷含量90.05 mg/kg，較對照組(24.27 mg/kg)提高65.78(P<0.01)，表明發(fā)酵豬糞施入果園能顯著增加果園土壤全磷含量，極顯著增加果園土壤速效磷含量。

2.6 發(fā)酵豬糞對土壤中的全鉀、速效鉀

由表1可見，施用發(fā)酵豬糞組果園土壤中全鉀含量19.99 g/kg，較對照組(20.19 g/kg)降低1%(P>0.05)；速效鉀，施用發(fā)酵豬糞組果園土壤中速效鉀含量305.02 mg/kg，較對照組(182.4 mg/kg)高出67.23%(P<0.01)，表明發(fā)酵豬糞施入果園能極顯著增加果園土壤速效鉀含量。

3 討 論

3.1 改善土壤理化特性

土壤有機(jī)質(zhì)含量低和pH偏高是影響陜西渭北果園肥料利用率和果實(shí)品質(zhì)的重要因素，渭北地區(qū)蘋果有機(jī)質(zhì)含量在1%以下，土壤pH多在8以上，很少有果園在7～7.5之間，加之我國化肥使用量不斷增加，有機(jī)肥使用量明顯減少。導(dǎo)致渤海灣地區(qū)土壤不斷酸化，黃土高原地區(qū)土壤卻不斷堿化[7]。據(jù)報(bào)道國內(nèi)外良好果園土壤pH為6.50～7.50[8-9]。當(dāng)土壤pH小于6.00時(shí)，蘋果樹對許多必需的大量元素(N、P、K、Ca、Mg)的吸收利用效率會降低；pH大于7.50時(shí)，蘋果樹對許多微量元素(Fe、Zn、B)的吸收利用效率會降低。因此，采取有效措施，降低果園的土壤pH是提高該地區(qū)土壤微量元素吸收利用的關(guān)鍵[10]。本次測定土壤pH偏高，與測定方法有關(guān)，但采用同一測定方法，施用發(fā)酵豬糞組與對照組比較，施發(fā)酵豬糞組土壤pH平均為8.66，對照組為8.76，降低0.1，下降率1.14%，其結(jié)果與李丙智等報(bào)道趨勢一致[7]，說明豬糞能在一定程度上降低土壤的pH。

土壤電導(dǎo)率是表示土壤含總鹽量的指標(biāo)，是土壤浸出液中各種陽離子的量和各種陰離子的量之和。近年來，土壤總鹽量逐年升高，產(chǎn)生土壤酸化和次生鹽漬化現(xiàn)象，其原因一是土壤常年覆蓋或季節(jié)性覆蓋改變了自然狀態(tài)下的水熱平衡(高溫、缺少雨水淋洗、蒸發(fā)強(qiáng)烈)，土壤得不到雨水充分淋洗，致使鹽分在土壤表層上聚集；二是不合理施肥所致。發(fā)酵豬糞施入果園，測定土壤pH和電導(dǎo)率，pH降低0.1，導(dǎo)電率降低64.69%，土壤的導(dǎo)電率降低顯著，在降低土壤的含鹽量的同時(shí)，促進(jìn)果樹對土壤營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。

3.2 發(fā)酵豬糞對果園土壤有機(jī)質(zhì)及氮磷鉀的影響

有機(jī)質(zhì)是蘋果生產(chǎn)的重要保障，果業(yè)生產(chǎn)要想強(qiáng)健樹勢，豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，果園土壤有機(jī)質(zhì)含量應(yīng)達(dá)到一定的水平，世界蘋果單產(chǎn)最高的新西蘭果園土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到57～126 g/kg，國內(nèi)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)果園土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到20 g/kg(2%)以上，目前大部分果園有機(jī)質(zhì)含量一般在1%左右，果園土壤有機(jī)質(zhì)含量偏低，不但對土壤保水性、養(yǎng)分利用率和通氣性嚴(yán)重影響，而且還導(dǎo)致化學(xué)肥料使用成本逐年增加，果品質(zhì)量持續(xù)下降，經(jīng)濟(jì)效益受到嚴(yán)重影響。因此，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量對蘋果生產(chǎn)特別重要。研究表明[11-14]，土壤有機(jī)質(zhì)含量的多少，直接影響土壤氮磷及微量元素含量，也對果園產(chǎn)量起著重要作用，王海云等對果園土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別與產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)性回歸分析，結(jié)果為在測定范圍內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)含量與產(chǎn)量呈正相關(guān)，增加有機(jī)質(zhì)含量可增加產(chǎn)量[15]。據(jù)監(jiān)測果園有機(jī)質(zhì)含量，1983年為9.2 g/kg，2002年為9.1 g/kg，2009年為10.1 g/kg， 2011年為9.7 g/kg，相對穩(wěn)定于9～10 g/kg[8,16-17]，30多年變化不大。通過發(fā)酵豬糞施入可以有效提高有機(jī)質(zhì)含量，試驗(yàn)檢測結(jié)果為施肥三年有機(jī)質(zhì)平均達(dá)到11.34 g/kg，與對照組相比提高0.52 g/kg，提高4.81%，其有機(jī)質(zhì)含量與劉雙安等[18]測定的洛川縣果園有機(jī)質(zhì)含量平均0.905%比較增加0.229%,增長25.3%，而對照組，土壤中有機(jī)質(zhì)提高0.177%，提高率19.56%。在氮磷鉀變化方面：土壤全氮、全磷、全鉀和有效氮、速效磷、速效鉀含量，施入發(fā)酵豬糞組含量分別為0.7 g/kg、0.97 g/kg、19.99 g/kg和39.19 g/kg、90.05 g/kg、305.02 g/kg。除全鉀略低外，其他均高于對照組，特別是速效磷和速效鉀，顯著高于對照。根據(jù)測定結(jié)果，全氮低于其他蘋果產(chǎn)區(qū)，全磷全鉀相近，有效氮、速效磷低于國內(nèi)其他產(chǎn)區(qū)的現(xiàn)狀[19-21]，科學(xué)施用發(fā)酵豬糞將是解決蘋果產(chǎn)量低有效途徑。

4 結(jié) 論

發(fā)酵豬糞施入果園以后，土壤pH降低1.14%，土壤導(dǎo)電率下降64.69%；土壤中有效氮含量增加94.49%，全磷、速效磷和速效鉀含量分別增加率32.88%、271.03%和67.23%。通過施入發(fā)酵豬糞有機(jī)肥將有利于改善果園土壤，提高蘋果產(chǎn)量和質(zhì)量。