豬糞肥施用量對(duì)紫色象草栽培及土壤重金屬富集的影響

李翔宏,吳志勇

(江西省畜牧技術(shù)推廣站,江西 南昌 330046)

在規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖過(guò)程中,為了防止畜禽疾病、提高飼料利用率和促進(jìn)畜禽生長(zhǎng),一些重金屬元素如Cu、Zn等被添加到畜禽飼料中。由于這些重金屬元素在動(dòng)物體內(nèi)的生物效價(jià)很低,大部分隨畜禽糞便排出體外,故畜禽糞便往往含有高量的重金屬,從而增加了農(nóng)用畜禽糞便污染環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。這幾年在環(huán)保的高壓政策下,養(yǎng)殖戶(hù)對(duì)豬場(chǎng)產(chǎn)生的糞污處理也越來(lái)越重視,在發(fā)酵床、沼氣等處理方法、改造工程建設(shè)方面的資金投入也越來(lái)越多,但取得的效果并不理想。據(jù)許衛(wèi)華(2009)[1]報(bào)道,采用“豬—沼液—牧草(主要為狼尾草)”的治污模式,以6～9頭豬配備1 m3沼氣池,可有效消納豬場(chǎng)產(chǎn)生的糞污。目前,種養(yǎng)結(jié)合、循環(huán)利用才是治理畜禽糞便污染環(huán)境的有效途徑。隨著草食畜牧業(yè)的發(fā)展及國(guó)家南方現(xiàn)代草地畜牧業(yè)推進(jìn)行動(dòng)項(xiàng)目的實(shí)施,優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)飼草的種植得到了很好的推廣利用。紫色象草作為一種適應(yīng)性強(qiáng)、草產(chǎn)量高的優(yōu)質(zhì)牧草品種,其對(duì)水肥和礦物質(zhì)需求量大,目前鮮見(jiàn)其在消納豬糞肥方面的研究報(bào)道。為此,我們?cè)诜N植的多年生紫色象草中施用不同水平的豬糞肥,觀測(cè)了其生產(chǎn)性能及對(duì)豬糞中重金屬吸附、土壤重金屬殘留等的影響,旨在為建立豬-草種養(yǎng)一體化生態(tài)循環(huán)模式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

試驗(yàn)在南昌縣黃馬鄉(xiāng)江西現(xiàn)代牧業(yè)示范園區(qū)內(nèi)進(jìn)行。該地屬亞熱帶季風(fēng)氣候,年均氣溫17.5 ℃,≥10.0 ℃年積溫為5579.4 ℃·d,夏季8月平均氣溫28.0 ℃,極端最高氣溫40.2 ℃；冬季1月平均氣溫6.3 ℃,極端最低氣溫-9.3 ℃,其中2016年1月最低溫度-5.0 ℃,平均最高溫度8.8 ℃,平均最低溫度3.2 ℃;年均降雨量1598 mm,50%集中在4～6月,7、8、9月高溫少雨,常常伏旱連秋旱;無(wú)霜期270～290 d。試驗(yàn)地為低丘紅壤新開(kāi)墾生地,土壤貧瘠[2],其土壤養(yǎng)分及重金屬含量見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)點(diǎn)土壤養(yǎng)分及重金屬含量

1.2 供試材料

紫色象草,學(xué)名PennisetumpurpureumSchumab cv.purple,原產(chǎn)于巴西,2003年引進(jìn)種植,2009年審定登記為廣西農(nóng)作物品種。紫色象草是多年生禾本科草本植物,耐寒，抗逆性強(qiáng)，分蘗多，再生性強(qiáng)，鮮干草產(chǎn)量高、營(yíng)養(yǎng)豐富，其干物質(zhì)中木質(zhì)纖維素含量高、燃燒后熱值高,是優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的能源用草本植物。同時(shí)其鮮草品質(zhì)優(yōu)、適口性好,是草食動(dòng)物的優(yōu)質(zhì)飼草,并被廣泛用于水土保持、土壤改良、荒坡綠化等[3]。供試紫色象草為從廣西引進(jìn)品種,經(jīng)由前1年貯藏的種莖育苗后,選擇植株優(yōu)良的種苗用于試驗(yàn)。

施用豬糞采用平地自然堆置發(fā)酵法，堆放約50 d至腐熟,含水量為70%～80%。表2為2016～2017年共5次施用的豬糞肥抽樣養(yǎng)分及Cu、Zn、Cd、Pb、As含量檢測(cè)結(jié)果。

表2 各次施用豬糞肥養(yǎng)分及有關(guān)重金屬含量

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及田間管理

試驗(yàn)地為生地,栽植前1周對(duì)土地進(jìn)行深翻,除去地里雜草,避免苗期雜草侵占和與牧草幼苗爭(zhēng)水肥及空間。試驗(yàn)小區(qū)按肥力梯度順序依次排列,每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù),小區(qū)面積為5 m×6 m,每小區(qū)種植密度為60株,株距60,行距80。2016年4月26日進(jìn)行移栽。

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)不同施肥量處理，處理1、處理2和處理3分別施用45000、90000、135000 kg/hm2豬糞(已堆漚發(fā)酵，濕度60%～80%)。2016年共施肥3次,即于移栽前(2月2日)施底肥(占總量的3/5)1次,第1次刈割后(7月23日)追肥(占總量的1/5)1次,第3次刈割后(12月3日)施越冬肥(占總量的1/5)1次。2017年共施肥3次,即第1次刈割后(6月23日)追肥(占總量的1/3)1次,第2次刈割后(9月2日)追肥(占總量的1/3)1次,第3次刈割后(11月30日)施越冬肥(占總量的1/3)1次。

待牧草移栽成活后,定期或不定期地觀測(cè)象草的生長(zhǎng)情況,在幼苗期注意田間雜草的侵害情況,適時(shí)除雜,防止雜草在田間的進(jìn)一步生長(zhǎng)。次年返青后若有栽植蔸死亡,則及時(shí)補(bǔ)種新苗。每次刈割測(cè)產(chǎn)后進(jìn)行中耕除雜、施肥。

1.4 觀測(cè)方法及內(nèi)容

1.4.1 越冬率 越冬前最后1次測(cè)產(chǎn)后,中耕并施豬糞肥以利越冬,第2年返青時(shí)測(cè)定死亡植株數(shù)目,計(jì)算越冬率:越冬率(%)=(小區(qū)植株總數(shù)-死亡株數(shù))×100/小區(qū)植株總數(shù)。

1.4.2 分蘗數(shù) 刈割時(shí),每小區(qū)隨機(jī)選取10蔸,每次測(cè)產(chǎn)時(shí)計(jì)算其分蘗數(shù),每個(gè)處理3個(gè)小區(qū)的分蘗數(shù)平均值即為該處理的分蘗數(shù)。

1.4.3 產(chǎn)草量 在草群平均植株高150～210 cm(絕對(duì)高度)時(shí)進(jìn)行刈割,留茬高度10～12 cm,測(cè)定每個(gè)處理3個(gè)小區(qū)的鮮草產(chǎn)量,取平均值。

1.4.4 草品質(zhì)及微量元素含量 每次刈割測(cè)產(chǎn)時(shí),對(duì)每個(gè)處理3個(gè)小區(qū)隨機(jī)各取樣約3.3 kg,共計(jì)10.0 kg,用刀具將鮮草樣鍘碎混勻,然后從其中取1.0 kg草樣晾曬風(fēng)干,送樣檢測(cè)草品質(zhì)(粗蛋白、粗脂肪、粗纖維含量)及微量元素(Cu、Zn、Cd、Pb、As)含量[4]。測(cè)定方法: GB/T 17138─1997土壤質(zhì)量:銅、鋅的測(cè)定和GB/T 17141─1997土壤質(zhì)量:鉛、鎘的測(cè)定(火焰原子吸收分光光度法)； GB/T 22105.2─2008土壤質(zhì)量：總汞、總砷、總鉛的測(cè)定(原子熒光法)。

1.4.5 豬糞肥、土壤中養(yǎng)分和重金屬元素含量 每次施用豬糞肥時(shí)均對(duì)其進(jìn)行抽樣檢測(cè)(具體抽樣日期見(jiàn)表2)。取試驗(yàn)地土壤表層0～20深進(jìn)行抽樣檢測(cè),種植前檢測(cè)1次,施肥處理后各處理每年度測(cè)定1次[5-6](具體抽樣日期見(jiàn)表7和表8)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理,采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行方差分析,組間顯著性差異檢驗(yàn)采用LSD、Duncan法,試驗(yàn)數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 越冬率

2016年,紫色象草種植當(dāng)年共施豬糞肥3次,其中11月28日第3次為越冬肥(圍繞植株蔸部進(jìn)行),待次年植株返青后,觀測(cè)整個(gè)小區(qū)死亡植株蔸數(shù)。由表3可知,處理1、處理2、處理3的越冬率分別為92.8%、92.8%、94.5%,處理間無(wú)顯著差異,說(shuō)明不同豬糞肥施用量處理對(duì)紫色象草抗寒性能、越冬率的影響不明顯。

2.2 分蘗數(shù)

在紫色象草種植當(dāng)年(2016年),各處理第2茬刈割后測(cè)定的植株蔸分蘗數(shù)均大于第1茬刈割后的,第3茬刈割后的植株蔸分蘗數(shù)均大于第2茬刈割后的；3次刈割時(shí)植株蔸平均分蘗數(shù)隨施肥水平的增加有增加趨勢(shì),其中第1、2次刈割各處理之間無(wú)顯著差異,第3次刈割處理1與處理2、處理3之間差異顯著(P<0.05)。2017年,各處理第2茬刈割后測(cè)定的植株蔸分蘗數(shù)均大于第1茬刈割后的,第3茬刈割后的分蘗數(shù)均大于第2茬刈割后的;3次刈割各處理間植株蔸平均分蘗數(shù)無(wú)顯著差異(表4)。兩年的測(cè)定結(jié)果表明,紫色象草植株蔸分蘗數(shù)總體上隨著生長(zhǎng)年限及刈割次數(shù)的增加而增加,不同施用豬糞肥水平對(duì)其影響不明顯。

表3 各試驗(yàn)小區(qū)越冬后紫色象草的死亡植株數(shù)

表4 各處理小區(qū)紫色象草分蘗數(shù)測(cè)定結(jié)果

注:同行數(shù)據(jù)后附不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

2.3 生物產(chǎn)量

2016年和2017年均刈割3次。從表5可以看出：在2016年,處理1在3次刈割中的總生物產(chǎn)量顯著低于處理2(P<0.05)，極顯著低于處理3(P<0.01),但處理2與處理3間無(wú)顯著差異,說(shuō)明紫色象草在種植的第1年,其生物產(chǎn)量受豬糞肥施用量的影響較大,且隨著施豬糞肥水平的增加而明顯增加;在2017年,處理1在3次刈割中的總生物產(chǎn)量極顯著低于處理2和處理3(P<0.01),但處理2與處理3間無(wú)顯著差異,說(shuō)明在施用豬糞肥1年后,隨著土壤肥力的增加,施豬糞肥水平對(duì)紫色象草生物產(chǎn)量的影響減弱。

2.4 草品質(zhì)及微量元素含量

2016～2017年共6次刈割測(cè)產(chǎn)后取樣檢測(cè)結(jié)果(表6)顯示：各處理紫色象草干物質(zhì)的含量范圍為75.0%～89.0%，粗脂肪0.9%～1.4%，粗蛋白7.04%～15.80%，粗纖維22.4%～33.1%，銅1.32～13.11 mg/kg，鋅10.56～47.15 mg/kg(2017年6月22日處理1為71.11 mg/kg、處理3為122.82 mg/kg除外)，鎘0.027～0.240 mg/kg，鉛0.47～5.19 mg/kg，砷0～1.04 mg/kg。因此，草樣中5種重金屬含量均未超過(guò)最大允許值(一般牧草中上述5種重金屬含量的最大允許值為:銅35 mg/kg，鋅250 mg/kg，鎘1 mg/kg，鉛7 mg/kg，砷0.8 mg/kg),且各次測(cè)定的指標(biāo)值在處理1、處理2、處理3之間無(wú)明顯的變化規(guī)律。

表5各處理小區(qū)紫色象草生物產(chǎn)量測(cè)定結(jié)果kg/hm2

刈割日期(年/月/日)處理1處理2處理3第1茬(2016/7/23)31516.5±3529.5 B54304.5±5184.0 aA63921.0±7284.0 aA第2茬(2016/9/22)41743.5±8770.5 a46189.5±7269.0 a49468.5±3969.0 a第3茬(2016/11/28)27625.5±1896.0 aB30459.0±948.0 aB37129.5±1798.5 A2016年總計(jì)100885.5±13128.0 bB130953.0±12183.0 aAB150519.0±11598.0 aA第1茬(2017/6/22)71146.5±5763.0 B91267.5±5853.0 aA94435.5±6478.5 aA第2茬(2017/8/23)55027.5±2082.0 B59029.5±2404.5 aAB61920.0±2220.0 aA第3茬(2017/11/6)18064.5±625.5 aB20010.0±1065.0 aB23151.0±1171.5 aA2017年總計(jì)144240.0±8217.0 B170307.0±8964.0 aA164685.0±17392.5 aA

注:同行數(shù)據(jù)后不同大寫(xiě)字母表示差異極顯著(P<0.01),不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。

表6 各處理試驗(yàn)小區(qū)紫色象草抽樣測(cè)定結(jié)果

經(jīng)兩年6次取樣測(cè)定,不同豬糞施用量處理對(duì)草品質(zhì)和微量元素富集的影響分別見(jiàn)圖1和圖2。紫色象草干物質(zhì)中粗脂肪、粗蛋白、粗纖維含量檢測(cè)均值分別為1.13%、9.97%、28.17%,各處理間無(wú)顯著性差異,且變化規(guī)律不明顯。紫色象草干物質(zhì)中重金屬元素銅、鋅、鎘、鉛、砷含量的兩年檢測(cè)均值分別為5.80、32.71、0.10、2.01、0.32 mg/kg,其中鋅含量最高,其次是銅元素,其它3種重金屬元素的含量較低,且在各處理間無(wú)顯著性差異,變化規(guī)律不明顯。

2.5 豬糞肥、土壤中養(yǎng)分和重金屬元素含量

畜禽糞便中重金屬主要直接來(lái)自動(dòng)物飼料,或者間接來(lái)自動(dòng)物攝入的污染土壤和糞便的堆積處理過(guò)程。而當(dāng)畜禽糞便被施入耕作土壤時(shí),就會(huì)再次對(duì)土壤造成污染,因此加強(qiáng)對(duì)畜禽糞便重金屬污染的監(jiān)測(cè)十分重要。施用豬糞肥養(yǎng)分及Cu、Zn、Cd、Pb、As含量抽樣檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2,對(duì)比土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值(于1995年1月頒布,1996年3月實(shí)施,目前正在修訂)可知：2016年第1次(2月2日)檢測(cè)的Cu、Zn含量值均在自然背景條件下1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),第2、3次檢測(cè)的Cu含量值在2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),而第2次檢測(cè)的Zn含量值超過(guò)了土壤環(huán)境質(zhì)量3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)范圍,Cd、Pb、As含量值都在土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)1級(jí)范圍內(nèi);在2017年2次檢測(cè)中,Cu、Zn的含量值均超過(guò)了土壤環(huán)境質(zhì)量3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)范圍,而Cd、Pb、As的含量值都在土壤環(huán)境質(zhì)量1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。在各次施用的豬糞肥中氮、磷、鉀含量分別為2.01%～2.79%、0.26%～1.04%、0.20%～0.36%。

圖1 不同豬糞施用量對(duì)紫色象草品質(zhì)的影響

圖2 不同豬糞施用量對(duì)紫色象草重金屬元素富集的影響

對(duì)各處理小區(qū)進(jìn)行土樣檢測(cè)，結(jié)果(表7)表明:各豬糞肥施用量處理土壤中pH值、全氮、全磷、全鉀含量分別為4.48～4.70、0.151%～0.217%、0.0429%～0.0591%、1.20%～1.34%。在各處理土壤中,pH值相差不大,但均小于對(duì)照值,全氮、全磷含量高于對(duì)照值,全鉀含量小于對(duì)照值,各處理間指標(biāo)值變化規(guī)律不明顯。

在檢測(cè)的土壤重金屬中,Cu、Zn、Cd、Pb、As含量均不超標(biāo)(對(duì)照土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值范圍),但變化情況各有不同。其中,2016年3個(gè)處理小區(qū)土壤抽樣檢測(cè)的Cu含量值均大于對(duì)照,2017年3個(gè)處理小區(qū)土壤抽樣的Cu含量檢測(cè)值均小于對(duì)照；2016年、2017年各處理小區(qū)土壤抽樣檢測(cè)的Zn含量值均大于對(duì)照；除2016年處理2、3小區(qū)土壤抽樣檢測(cè)的Cd含量值大于對(duì)照外,其他均小于對(duì)照；2016年、2017年各處理小區(qū)土壤抽樣檢測(cè)的Pb含量值均小于對(duì)照；2016年、2017年各處理小區(qū)土壤抽樣檢測(cè)的As含量值均大于對(duì)照(表8)。

表8施肥量處理對(duì)土壤重金屬含量的影響mg/kg

測(cè)定日期/(年/月/日)處理銅鋅鎘鉛砷2017/1/16CK28.383.430.06028.8713.59136.4160.700.03322.0017.70234.7156.100.30211.2019.80334.9203.400.11824.4023.402018/1/10123.0126.100.03226.0028.10226.9138.600.03026.3021.90322.5130.700.03727.9022.40

3 討論

紫色象草對(duì)水、肥及礦物質(zhì)元素需求量大,因此,種植紫色象草會(huì)消耗土壤中大量的水、肥及一定量的其他礦物質(zhì)元素。對(duì)豬糞肥的檢測(cè)結(jié)果表明,豬糞中含有豐富的磷、鉀、氮、微量元素、有機(jī)物質(zhì)等,是一種極有利用價(jià)值的資源[7-9]。向紫色象草種植地高水平施用豬糞有機(jī)肥,不僅可以很好地滿(mǎn)足其生長(zhǎng)的需要,提高其生物產(chǎn)量,還可以為規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)消納大量的豬糞肥,構(gòu)建從養(yǎng)殖到種植的生態(tài)高效循環(huán)物質(zhì)和能量流通體系[4-5]。本研究發(fā)現(xiàn)，豬糞肥施用量對(duì)紫色象草草品質(zhì)及重金屬富集影響的規(guī)律不明顯。豬糞肥作為越冬肥還可對(duì)紫色象草蔸起到一定的保溫作用,有利于提高紫色象草的抗寒性和越冬率,使其能安全越冬,但需要注意施肥的方式方法,應(yīng)在越冬前最后1次刈割后圍繞植株蔸施肥。越冬肥還可促進(jìn)紫色象草次年的早日返青,提高植株蔸的分蘗數(shù)和生物產(chǎn)量。

紫色象草分蘗多，再生性強(qiáng)，鮮草產(chǎn)量高。據(jù)易顯鳳等[3]報(bào)道,紫色象草每年可刈割5次,鮮草產(chǎn)量達(dá)225000 kg/hm2。本研究結(jié)果表明：在種植紫色象草當(dāng)年，刈割3次的鮮草產(chǎn)量達(dá)到150519.0 kg/hm2；第2年刈割3次的鮮草產(chǎn)量達(dá)到164685.0 kg/hm2,兩年間鮮草產(chǎn)量差異較大,可能與種植地南昌夏季高溫的氣候條件有很大關(guān)系。但紫色象草對(duì)豬糞肥的消納能力強(qiáng),年可消納豬糞肥135000 kg/hm2以上,且此時(shí)具有最高分蘗能力,各指標(biāo)性能表現(xiàn)也最好,說(shuō)明在生地上第1年種植紫色象草時(shí),不僅可達(dá)到高水平消納豬糞肥的目的,還可提高紫色象草種植當(dāng)年的生物產(chǎn)量。同時(shí),通過(guò)多次刈割收獲紫色象草營(yíng)養(yǎng)生物體,少量多次帶走施入土壤中的Cu、Zn等重金屬元素,減輕豬糞對(duì)環(huán)境的污染,促進(jìn)物質(zhì)和能量的循環(huán)[10-13],實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益雙贏。