不同比例牛糞與蚓糞對(duì)塿土土壤肥力特性的影響

蘇夢(mèng)園，方穎琳，曾爍星，譚杰明，薛志婧

（1.陜西師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院，陜西 西安 710119；2.陜西師范大學(xué)數(shù)學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院，陜西 西安 710119）

【研究意義】塿土主要分布于我國(guó)秦嶺北麓，是在黃土發(fā)育而成的褐土上經(jīng)長(zhǎng)期的施肥耕作，最終堆積增厚而成的一種土壤，在關(guān)中平原分布廣泛。塿土一般呈堿性，有機(jī)質(zhì)含量較低，僅13 g/kg左右，因此，對(duì)塿土進(jìn)行有效培肥十分必要?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前，關(guān)于塿土施肥的研究已有報(bào)道。趙聰?shù)妊芯苛瞬煌┓史绞綄?duì)于塿土氮素分布的影響，研究結(jié)果表明，施用低量有機(jī)肥或者與低量化肥配施的處理增加了土壤中有效氮素的含量，同時(shí)也不會(huì)引起硝態(tài)氮向下淋溶危害生態(tài)環(huán)境［1］。楊學(xué)云等通過(guò)長(zhǎng)期施肥對(duì)塿土磷素狀況的影響研究發(fā)現(xiàn)，施用化肥可提高土壤全磷、速效磷含量，施用有機(jī)肥可在一定程度上提高土壤有機(jī)磷含量［2］。也有研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥與化肥的合理配合施用，既補(bǔ)充了有機(jī)碳源又改善了土壤物理性狀，長(zhǎng)期施用，可使土壤維持在較高的潛在肥力水平，提高作物增產(chǎn)的幅度［3］。李婕等研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期有機(jī)肥施用和秸稈還田可提升塿土大團(tuán)聚體的含量［4］。

【本研究切入點(diǎn)】提升塿土肥力的方法有秸稈還田和增施有機(jī)肥等，其中秸稈還田對(duì)土壤的養(yǎng)分供應(yīng)相對(duì)有限。牛糞是傳統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥料，可用于提升土壤有機(jī)質(zhì)和土壤養(yǎng)分含量［5］；蚓糞作為一種新型的有機(jī)肥，富含有機(jī)質(zhì)，有利于土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，同時(shí)含有豐富的氮、磷、鉀等多種養(yǎng)分元素，還有利于土壤微生物的生長(zhǎng)和繁殖，促進(jìn)植物根系發(fā)育，提升作物產(chǎn)量［6-9］，已引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】目前關(guān)于蚓糞的研究大多集中在對(duì)南方酸性土壤的改良培肥或者土壤的污染修復(fù)等方面，而關(guān)于蚓糞對(duì)堿性土壤的培肥改良研究報(bào)道較少，同時(shí)關(guān)于蚓糞對(duì)塿土土壤肥力提升的研究甚少。因此，本研究通過(guò)在塿土中分別施加不同比例的蚓糞、牛糞，通過(guò)室內(nèi)物候箱培養(yǎng)試驗(yàn)，分析和對(duì)比培養(yǎng)前后塿土土壤肥力特征的變化，探索和揭示塿土有效的培肥方式，以期為塿土的改良培肥研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤采自陜西省西安市鄠邑區(qū)柿園村（108°36′E，34°1′N(xiāo)），為雜草覆蓋撂荒的土地，為黃土發(fā)育而成的塿土，供試土壤3年內(nèi)無(wú)施肥等農(nóng)藝措施。采樣深度為0～10 cm，風(fēng)干、分別過(guò)2、0.149 mm篩后備用。供試土壤的基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

供試牛糞：將新鮮牛糞放置于貯糞池內(nèi)，壓實(shí)并用塑料薄膜覆蓋，發(fā)酵1個(gè)月，使牛糞充分腐熟［10］。將上步驟所得的部分物料，進(jìn)行自然風(fēng)干并研磨，過(guò)2 mm篩，備用［11］。

供試蚓糞的制備：按照1 kg牛糞加入100條赤子愛(ài)勝蚓（Eisenia fetida）的添加比例，向堆漚完成的飽和含水量為60%的牛糞中接種健康活潑、大小一致的蚯蚓。然后，將加有蚯蚓的牛糞在室溫條件下培養(yǎng)2個(gè)月，使所有牛糞經(jīng)過(guò)蚯蚓充分消化，然后分離蚯蚓和消化后的蚓糞［6］。將所得的蚓糞自然風(fēng)干、研磨，過(guò)2 mm篩，備用。

牛糞與蚓糞的基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，牛糞、蚓糞施用水平分別為5%、10%、20%、25%，共設(shè) 9個(gè)處理，分別為：LT（100%土壤）為不施肥的對(duì)照，YF1（5%蚓糞+95%土壤）、YF2（10%蚓糞+90%土壤）、YF3（20%蚓糞+80%土壤）、YF4（25%蚓糞+75%土壤）為蚓糞處理，NF1（5%牛糞+95%土壤）、NF2（10%牛糞+90%土壤）、NF3（20%牛糞+80%土壤）、NF4（25%牛糞+75%土壤）為牛糞處理，每個(gè)處理3次重復(fù)。按照設(shè)計(jì)用量，分別將蚓糞和牛糞作為基肥，與土壤按比例混勻裝入500 mL底部無(wú)孔的廣口瓶中，將扎有小孔的透明薄膜覆于廣口瓶口。試驗(yàn)于2018年10月8日至12月7日（共60 d）在陜西師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)期間不進(jìn)行追肥，但需保持瓶?jī)?nèi)土壤飽和含水量為60%～80%。試驗(yàn)完成后，將廣口瓶?jī)?nèi)土壤自然風(fēng)干并研磨，其中一部分土壤過(guò)2 mm篩，另一部分過(guò)0.149 mm篩，備用。

表1 供試牛糞、蚓糞和土壤的基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physicochemical properties of cattle manure, earthworm cast and soil

1.3 土壤樣品測(cè)定方法

采用電位法按水土質(zhì)量比2.5∶1，測(cè)定土壤pH值，采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量，采用凱式定氮法測(cè)定全氮含量，采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法測(cè)定全磷含量，采用NaOH熔融-火焰光度法測(cè)定全鉀含量，采用NH4F-HCl鉬銻抗比色法測(cè)定有效磷含量，采用連續(xù)流動(dòng)分析儀AA3檢測(cè)法測(cè)定銨態(tài)氮含量［12］。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用SPSS Statistics 21分析軟件進(jìn)行方差分析和多重比較（Duncan’s），通過(guò)SPSS Statistics 21和R軟件（3.0.2）對(duì)土壤肥力特性各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析和判別分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同比例牛糞對(duì)塿土土壤肥力特性的影響

從表2可以看出，牛糞各處理塿土土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、銨態(tài)氮及有效磷含量均隨著牛糞施入量的增加而顯著升高，全鉀含量則隨著牛糞施入量的增加而顯著減少。與對(duì)照（LT）相比，牛糞NF1、NF2、NF3、NF4處理土壤有機(jī)質(zhì)含量分別提高129%、286%、635%和659%（P＜0.001），全氮含量分別提高79%、112%、370%和393%（P＜0.01），全磷含量分別提高174%、432%、846%和1134%（P＜0.01），銨態(tài)氮含量分別提高63%、82%、120%和254%（P＜0.05），有效磷含量分別提高669%、992%、1293%和1568%（P＜0.05）。NF1～NF4處理土壤pH值均低于LT對(duì)照，隨著牛糞施入量的增加呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，但處理間無(wú)顯著差異。

表2 塿土中各牛糞處理的土壤肥力特征Table 2 Fertility characteristics of cattle manure treatments in Lou soi

2.2 不同比例蚓糞對(duì)塿土土壤肥力特性的影響

從表3可以看出，蚓糞各處理土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、銨態(tài)氮及有效磷含量均隨著蚓糞施入量的增加而顯著升高。與對(duì)照（LT）相比，蚓糞YF1、YF2、YF3、YF4處理土壤有機(jī)質(zhì)含量分別提高136%、264%、507%和646%（P＜0.01），全氮含量分別提高52%、123%、249%和335%（P＜0.01），全磷含量分別提高79%、263%、656%和905%（P＜0.01），銨態(tài)氮含量分別提高30%、41%、187%和239%（P＜0.01），有效磷含量分別提高554%、870%、1145%和1343%（P＜0.05）。YF1～YF4處理土壤pH值均低于LT對(duì)照，但處理間無(wú)顯著差異。

表3 塿土中各蚓糞處理的土壤肥力特征Table 3 Fertility characteristics of earthworm cast treatments in Lou soil

2.3 試驗(yàn)土壤的理化性質(zhì)多元數(shù)據(jù)分析

2.3.1 牛糞各處理土壤理化性質(zhì)主成分分析如圖1所示，牛糞各處理主成分分析第一主成分（AX1）與第二主成分（AX2）的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)93.3%，可以反映牛糞不同處理土壤理化指標(biāo)的大部分信息。由主成分載荷圖（圖1A）可知：第一主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為72.6%，分別與全鉀、有效磷、有機(jī)質(zhì)、全氮和銨態(tài)氮相關(guān)，且各變量之間關(guān)系密切；第二主成分的方差貢獻(xiàn)率為20.7%，主要與pH值和全磷有關(guān)。由主成分得分圖（圖1B）可知：牛糞各處理之間的差異達(dá)到極顯著水平（P＜0.001），且處理間的差異主要來(lái)源于第一主成分。處理LT、NF1和NF2較明顯地偏向pH值和全磷較高的方向，而處理NF3和NF4則偏向有效磷、有機(jī)質(zhì)、全氮和銨態(tài)氮較高的方向。在主成分得分圖（圖1B）中，牛糞各處理按5%、10%、20%和25%的添加比例排序，且隨著添加比例的升高，對(duì)應(yīng)處理的土壤肥力隨之升高，添加25%的牛糞有利于塿土中有效磷、有機(jī)質(zhì)、全氮和銨態(tài)氮含量的提升。

圖1 牛糞各處理土壤理化性質(zhì)主成分分析Fig.1 Principle component analysis of soil physicochemical properties of different cattle manure treatments

2.3.2 蚓糞各處理土壤理化性質(zhì)主成分分析如圖2所示，蚓糞各處理主成分分析第一主成分和第二主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到99.4%，可以反映蚓糞不同處理土壤理化指標(biāo)的大部分信息。其中第一主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為94.7%，分別與有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、有效磷、全磷和銨態(tài)氮有關(guān)，且各變量間關(guān)系密切；第二主成分的方差貢獻(xiàn)率為4.7%，主要是與pH值有關(guān)。由主成分得分圖（圖2B）可知：蚓糞各處理之間的差異達(dá)到極顯著水平，各處理之間的差異主要來(lái)源于第一主成分。處理LT、YF1和YF2明顯偏向pH值較高的方向，而處理YF3和YF4則偏向有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、全磷和銨態(tài)氮較高的方向。蚓糞各處理按5%、10%、25%和20%的添加比例排序，且隨著添加比例的升高，對(duì)應(yīng)處理土壤中的肥力隨之升高，YF3則在各處理中最高。在塿土中施用20%蚓糞有助于提高土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、全磷和銨態(tài)氮含量。

圖2 蚓糞各處理土壤理化性質(zhì)主成分分析Fig.2 Principle component analysis of soil physico chemical properties of different earthworm cast treatments

3 討論

3.1 施用牛糞對(duì)塿土土壤肥力的影響

作為一種豐富的有機(jī)肥資源，牛糞富含有機(jī)質(zhì)、氮、磷和鉀等養(yǎng)分元素。本研究中，向塿土施入牛糞，塿土的養(yǎng)分含量能得到顯著提高，其全磷含量達(dá)到施用前的4倍，有效磷含量則達(dá)到6倍及以上?？梢?jiàn)，施用牛糞能有效提升塿土的土壤肥力，對(duì)塿土次生鹽漬化、板結(jié)及肥力下降等問(wèn)題具有一定的改善作用。有研究表明，一次性施入不同比例的牛糞不僅能有效減輕果農(nóng)的勞動(dòng)強(qiáng)度，還能有效提升土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀含量［5］。有研究指出，添加牛糞后，土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于30.0 g/kg；土壤速效磷含量在10～15 mg/kg之間，速效鉀含量均在150 mg/kg以上，堿解氮含量在141～263 mg/kg之間［13］。本研究施入牛糞后塿土中有機(jī)質(zhì)含量為37～125 g/kg，全氮含量為1.9～5.25 g/kg，均達(dá)到較豐富的水平，同時(shí)明顯降低了塿土的pH值。綜上，施入牛糞能顯著提升土壤中有效磷、有機(jī)質(zhì)、全氮和銨態(tài)氮含量，其中以25%牛糞的提升效果最好。

3.2 施用蚓糞對(duì)塿土土壤肥力的影響

有研究表明，蚓糞不僅富含養(yǎng)分，還含有大量有益微生物和植物激素，可作為園林花卉等植物的生物有機(jī)肥料，能明顯提高和改善作物的產(chǎn)量和品質(zhì)［6］。本研究中蚓糞的有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和有效磷含量較高，將蚓糞作為有機(jī)肥施入塿土后，各處理有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮和有效磷含量都隨著蚓糞施加量的增加而顯著提升，說(shuō)明蚓糞的施入可顯著提高塿土的養(yǎng)分含量，同時(shí)降低其pH值，改善塿土的肥力狀況和酸堿性［14-23］。此外，本研究結(jié)果表明，對(duì)于同一混合比例的蚓糞和牛糞，蚓糞處理土壤養(yǎng)分含量如有效磷、銨態(tài)氮均高于牛糞處理，且隨著有機(jī)物料比例的提升，蚓糞和牛糞處理土壤養(yǎng)分含量差異更大，因此相比于牛糞處理，施入蚓糞對(duì)塿土養(yǎng)分含量的提升效果更好，尤其是20%的蚓糞。另外，蚓糞對(duì)堿性土壤的酸堿性也有一定的調(diào)節(jié)作用。在當(dāng)前畜禽養(yǎng)殖總量和畜禽養(yǎng)殖廢棄物不斷擴(kuò)大的形勢(shì)下，利用蚯蚓處理養(yǎng)殖業(yè)廢棄物，經(jīng)過(guò)蚯蚓的消化作用將其轉(zhuǎn)化為具有優(yōu)良物理、化學(xué)和生物特性的蚓糞，并將其作為一種環(huán)境友好有機(jī)肥料用于培肥土壤，提高土壤肥力，對(duì)推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用和加強(qiáng)農(nóng)業(yè)面源污染防治、改善生態(tài)環(huán)境、發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)具有重要意義。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，蚓糞和牛糞均能顯著提升塿土的土壤肥力，尤其是20%蚓糞和25%牛糞的提升效果較好。蚓糞在提升土壤肥力方面具有很大應(yīng)用推廣價(jià)值。