施用雞糞對(duì)土壤與黃瓜Fe和Mn積累的影響

關(guān)天霞 萬(wàn)晶晶 馬國(guó)泰 張有富 劉芝妨 張芬琴

（1.河西學(xué)院生命科學(xué)與工程學(xué)院；2.甘肅省河西走廊特色資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生態(tài)工程學(xué)院，甘肅 張掖 734000）

肥料在農(nóng)作物的生長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)揮著重要的、不可替代的作用［1，2］，土壤從有機(jī)肥中吸收的微量元素比化肥高，并且有機(jī)肥中微量元素的生物有效性比土壤中高，因此，有機(jī)肥對(duì)補(bǔ)充農(nóng)田微量元素有很好的作用［3，4］.近年來(lái)，我國(guó)禽畜養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，在禽畜養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)中，養(yǎng)雞場(chǎng)的數(shù)量較多，雞糞作為有機(jī)肥的利用率較高，約為80%左右［5］，在蔬菜種植時(shí)，施用的有機(jī)肥大部分以雞糞源為主，其次是豬糞、牛糞和羊糞等［6］.趙明等［7］研究發(fā)現(xiàn)雞糞中Fe和M n含量高于豬糞和牛糞，施用雞糞源有機(jī)肥可增加土壤（潮棕壤）Fe和Mn含量，是作物Fe和Mn元素的良好供給源，李本銀等［8］研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥后，土壤（水稻土）Fe和Mn含量沒有顯著變化，而同延安等［9］卻發(fā)現(xiàn)土壤（縷土）中Mn含量隨有機(jī)肥用量增加而減少.土壤中的Fe和Mn可以通過(guò)植物根系進(jìn)入到植物體內(nèi)，從而造成植物中元素的積累［10］，這些元素將伴隨著植物的生長(zhǎng)分布于植物的根、莖、葉和果實(shí)中［11］.趙明等［12］研究發(fā)現(xiàn)，施用雞糞有機(jī)肥可以提高土壤有效態(tài)Fe和Mn含量，說(shuō)明Fe和Mn更容易從土壤進(jìn)入到植物體內(nèi)，張娜等［13］研究發(fā)現(xiàn)白三葉和苜蓿根部Mn的含量大于地上部分.

Fe和Mn 是人機(jī)體中必需的微量金屬元素，對(duì)人體的健康十分重要.如果食物中Fe的含量不足，就容易發(fā)生缺Fe，影響機(jī)體的正常發(fā)育生長(zhǎng)［14］.鐵過(guò)量就會(huì)造成鐵中毒，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生休克，乃至死亡［15］.Mn 缺乏不利于人體健康；Mn含量高是會(huì)引起錳中毒，也對(duì)人體有害［16］.黃瓜是張掖地區(qū)重要的蔬菜之一，主要分布在甘州區(qū)和臨澤縣［17］，因此，本研究以黃瓜為研究對(duì)象，通過(guò)大田試驗(yàn)田間隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，研究在張掖兩種主要農(nóng)作物土壤（灌漠土和潮土）中施用不同量的雞糞有機(jī)肥后Fe和Mn在土壤和黃瓜中的積累，為雞糞的合理施用提供理論支持.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

黃瓜，品種為“津優(yōu)35號(hào)”，土壤為灌漠土和潮土.試驗(yàn)雞糞購(gòu)買自當(dāng)?shù)丶s化養(yǎng)殖場(chǎng)的雞糞，經(jīng)堆肥發(fā)酵后使用（雞糞pH為7.32，有機(jī)質(zhì)含量為312.21g/kg，F(xiàn)e含量為2636.96mg/kg，Mn含量為439.31 mg/kg），供試土壤理化性質(zhì)見表1.

表1 供試土壤理化性質(zhì)Table 1 The Physicol and chemical Properties of soils

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用田間隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)5個(gè)雞糞施用量0（CK）；15t/hm2；30t/hm2；45t/hm2；60t/hm2.小區(qū)面積為4.56m2（1.2m×3.8m），每個(gè)處理設(shè)4個(gè)重復(fù).每小區(qū)種植黃瓜24株.

1.3 樣品采集

黃瓜盛果期進(jìn)行“S”形取樣，每小區(qū)取5塊同時(shí)取0-20cm的土樣.采集后，黃瓜植珠先用自來(lái)水沖洗根部附著的土壤，再用蒸餾水沖洗根部、莖部、葉片和果實(shí)，樣品烘干，研磨，過(guò)0.25mm篩保存待測(cè).土樣去除可見的雜質(zhì)，樣品風(fēng)干后過(guò)0.25mm篩保存待測(cè).

1.4 測(cè)定方法

土壤Fe和Mn含量采用火焰原子吸收分光光度法測(cè)定（GB/T17138-1997）；黃瓜各部位Fe和Mn含量采用干法消解，火焰原子吸收分光光度法測(cè)定（GB 5009.90-2016；GB 5009.242-2017）.

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行計(jì)算，用Origin 2018繪圖，不同處理間Fe和Mn的差異顯著性通過(guò)SPSS 21.0進(jìn)行單因素方差分析（Ducan檢驗(yàn)），P＜0.05條件下認(rèn)為存在顯著性差異.

各器官Fe和Mn的富集系數(shù)（EC）利用下面的公式進(jìn)行計(jì)算：

根富集系數(shù)ECFe=Fe根/Fe土壤ECMn=Mn根/Mn土壤

莖富集系數(shù)ECFe=Fe莖/Fe土壤ECMn=Mn莖/Mn土壤

葉富集系數(shù)ECFe=Fe葉/Fe土壤ECMn=Mn葉/Mn土壤

果實(shí)富集系數(shù)ECFe=Fe果實(shí)/Fe土壤ECMn=Mn果實(shí)/Mn土壤

2 結(jié)果與分析

2.1 雞糞施用對(duì)土壤Fe和Mn含量的影響

由圖1可以看出，施用雞糞后，灌漠土和鹽堿潮土中Fe含量均有所增高，但差異不明顯；45t/hm2雞糞施用顯著提高灌漠土Fe含量（P＜0.05），比對(duì)照增加了5.57%，而潮土全Fe含量受雞糞施用影響不大.施用雞糞后兩種土壤Mn含量有所增加，但雞糞對(duì)土壤Mn含量的增加影響不顯著.

圖1 雞糞施用對(duì)土壤Fe和Mn含量的影響Fig.1 The effect of chicken manure application on the content of Fe and Mn in soils

2.2 不同雞糞施用量對(duì)黃瓜各器官Fe和Mn含量的影響

圖2反映了施用雞糞對(duì)黃瓜各器官（根、莖、葉和果實(shí)）Fe含量的影響，可以看出，施用雞糞對(duì)灌漠土黃瓜根部影響不顯著，60t/hm2雞糞施用顯著降低了潮土黃瓜根部Fe含量（P＜0.05），比對(duì)照降低了16.51%，但中高用量（30、45和60t/hm2）雞糞處理間黃瓜根部Fe含量差異不顯著.灌漠土黃瓜莖中Fe含量隨著雞糞施用量的增加呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)，在30t/hm2雞糞施用時(shí)最低，比對(duì)照降低了24.06%（P＜0.05）.黃瓜葉片F(xiàn)e 含量在兩種土壤中均呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)，30 和45t/hm2雞糞施用顯著增加了灌漠土黃瓜葉片F(xiàn)e含量（P＜0.05），分別比對(duì)照增加了22.40%和25.78%，30t/hm2雞糞施用顯著增加了潮土黃瓜葉片F(xiàn)e含量（P＜0.05），比對(duì)照增加了31.76%.施用雞糞對(duì)黃瓜果實(shí)Fe含量影響不顯著，果實(shí)Fe 含量變幅為78.57mg/kg～87.07mg/kg.無(wú)論是否施用雞糞，兩種土壤黃瓜各器官Fe 含量的分布順序均為：根＞莖＞葉＞果實(shí).

圖2 雞糞施用對(duì)黃瓜各器官Fe含量的影響Fig.2 The effect of chicken manure application on the content of Fe in cucumber tissues

圖3 雞糞施用對(duì)黃瓜各器官M(fèi)n含量的影響Fig.3 The effect of chicken manure application on the content of Mn in cucumber tissues

圖3反映了施用雞糞對(duì)黃瓜各器官（根、莖、葉和果實(shí)）Mn含量的影響，可以看出，高用量（45和60t/hm2）雞糞顯著增加了灌漠土黃瓜根部Mn含量（P＜0.05），分別比對(duì)照增加了22.40%和25.78%，54.68%和48.74%.60t/hm2雞糞顯著增加了潮土黃瓜根部Mn含量（P＜0.05），比對(duì)照增加了28.71%.施用雞糞降低了灌漠土黃瓜莖Mn 含量，卻增加了潮土黃瓜莖Mn 含量.15t/hm2雞糞施用顯著降低了灌漠土黃瓜葉片Mn含量（P＜0.05），45t/hm2雞糞施用則顯著提高了潮土黃瓜葉片Mn含量（P＜0.05）.施用雞糞對(duì)黃瓜果實(shí)Mn含量影響不顯著，果實(shí)Mn含量變幅為9.16mg/kg～12.54mg/kg.無(wú)論是否施用雞糞，兩種土壤匯中黃瓜各器官M(fèi)n含量的分布順序均為：葉＞莖＞根＞果實(shí).

2.3 不同雞糞施用量對(duì)黃瓜各部位Fe和Mn富集系數(shù)的影響

富集系數(shù)是指植物某一部位的元素含量與土壤中相應(yīng)元素含量之比，它在一定程度上反映著元素在植物系統(tǒng)中元素遷移的難易程度，說(shuō)明元素在植物體內(nèi)的富集情況.富集系數(shù)值越小，表明蔬菜吸收元素的能力越弱［18］.

從表2和表3可以看出，在兩種土壤中，無(wú)論雞糞施用量的高低，黃瓜各器官Fe的富集系數(shù)均表現(xiàn)為根部最大，果實(shí)最小，F(xiàn)e 的富集系數(shù)在根部的變幅為0.0457～0.0496（灌漠土）和0.0458～0.0550（潮土），在果實(shí)的變幅為0.0151～0.0163（灌漠土）和0.0170～0.0177（潮土）；Mn的富集系數(shù)則表現(xiàn)為葉片最大，果實(shí)最小，Mn的富集系數(shù)在葉片的變幅為0.0371～0.0494（灌漠土）和0.0546～0.0700（潮土），在果實(shí)的變幅為0.0159～0.0184（灌漠土）和0.0175～0.0217（潮土）.

表2 不同雞糞施用量對(duì)黃瓜各部位Fe富集系數(shù)的影響Table 2 Effects of different Application rates of Chicken manure on Fe enrichment coefficient in different tissues of Cucumber

表3 不同雞糞施用量對(duì)黃瓜各部位Mn富集系數(shù)的影響Table 3 Effects of different Application rates of Chicken manure on Mn enrichment coefficient in different tissues of Cucumber

3 討論與結(jié)論

本研究結(jié)果表明，45t/hm2雞糞施用顯著提高灌漠土Fe含量，但雞糞施用對(duì)潮土Fe含量和兩種土壤Mn含量影響不顯著，兩種土壤中，無(wú)論雞糞施用量的高低，黃瓜各器官Fe的含量表現(xiàn)為根＞莖＞葉＞果實(shí).陳瑛等［19］的研究也發(fā)現(xiàn)水葫蘆中各部位所測(cè)金屬元素的含量變化為根＞葉、莖，王玉梅［20］發(fā)現(xiàn)，水稻各部位元素分布順序是根＞莖葉＞谷殼＞糙米.本研究中黃瓜各器官M(fèi)n的分布特征為：葉＞莖＞根＞果實(shí)，這與白三葉和苜蓿根部錳的含量大于地上部分的結(jié)果有差異［13］.無(wú)論雞糞施用量如何，黃瓜各器官Fe的富集系數(shù)均表現(xiàn)為根部最大，果實(shí)最小；Mn的富集系數(shù)表現(xiàn)為葉片最大，果實(shí)最小，這表明在黃瓜植株中根部對(duì)Fe，葉片對(duì)Mn有更強(qiáng)的富集能力；黃瓜各部位Fe和Mn的富集系數(shù)均表現(xiàn)為灌漠土＜潮土，說(shuō)明Fe和Mn更容易從潮土中進(jìn)入黃瓜體內(nèi).

本研究結(jié)果中，黃瓜果實(shí)Fe 含量變幅為78.57mg/kg～87.07mg/kg，Mn 含量變幅為9.16mg/kg～12.54 mg/kg.研究發(fā)現(xiàn)中國(guó)居民蔬菜Fe和Mn攝入量約占食物Fe、Mn總攝入量的20%［21］.因此，食用本試驗(yàn)中黃瓜果實(shí)可吸收Fe 的含量約為15.71mg/kg～17.41mg/kg，可吸收Mn 的含量約為1.83mg/kg～2.51mg/kg.有研究顯示我國(guó)居民每天適宜的Fe 的攝入量是：男子為15～20mg，女子為20～25mg.國(guó)際上推薦成人每天Mn需要量為2.5～7mg，我國(guó)暫定成人每天Mn攝入量為5～10mg［16］，因此，每天食用本研究中1kg以上黃瓜才能滿足人體對(duì)于Fe和Mn的需要量，說(shuō)明施用雞糞不會(huì)造成黃瓜果實(shí)中Fe和Mn的積累，更不會(huì)危害人體健康.