奶牛養(yǎng)殖糞水還田對苜蓿產(chǎn)量及土壤理化性質(zhì)的影響

劉青松，賈艷麗，肖宇，岳明強(qiáng)，王秀領(lǐng)，紀(jì)明妹，劉振敏，滕霄，盧相義，徐玉鵬，閻旭東

(滄州市農(nóng)林科學(xué)院，河北 滄州 061001)

我國畜牧業(yè)發(fā)達(dá)，畜禽養(yǎng)殖量大，每年因畜禽產(chǎn)生的糞便超過38 億t[1]。據(jù)全國污染源普查公報(bào)顯示，畜牧養(yǎng)殖業(yè)廢水排放占農(nóng)業(yè)污染源的93.76%，是農(nóng)業(yè)污染源之首[2]。隨著我國奶牛養(yǎng)殖規(guī)模、集約化程度升高，糞便排放量大且集中，奶牛場糞污處理及資源化利用問題越來越嚴(yán)重。大量研究表明，還田處理是規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖場糞污無害化和資源化利用的最有效的方式之一[3-5]。糞污還田不僅可減少化肥的使用，還可改良土壤性狀，提升作物品質(zhì)，是農(nóng)業(yè)循環(huán)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)[6-9]。當(dāng)前奶牛場糞污處理的方式主要有厭氧發(fā)酵、兼氧貯存、好氧堆肥和污水處理等[10-11]，其中以固液分離后固體糞便填床、堆肥，液體糞水經(jīng)發(fā)酵儲存后還田方式較為普遍[12]。目前，中國奶牛養(yǎng)殖場普遍采用了固液分離工藝，研究表明，糞污經(jīng)固液分離后貯存還田能顯著減少氮損失率[13]、促進(jìn)養(yǎng)殖場的種養(yǎng)一體化發(fā)展。然而，奶牛養(yǎng)殖糞水還田雖能實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖場廢棄物資源化利用，但糞水還田對土壤有何影響則研究較少。本試驗(yàn)通過探究規(guī)?；B(yǎng)殖場奶牛廢棄物經(jīng)固液分離后液體糞水還田對土壤理化性質(zhì)的影響，旨在為奶牛場糞污資源化利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)于2019—2020 年進(jìn)行。試驗(yàn)地點(diǎn)位于河北中捷友誼農(nóng)場(38°19′～29′N，117°23′～39′E)，季風(fēng)型大陸性氣候，年均降水量600 mm，無霜期206 d，年均氣溫12.1 ℃，1 月氣溫最冷，平均-4.6 ℃，7 月氣溫最高，平均26.8 ℃。平均凍土層深47.8 cm，最大凍土層深64 cm。土壤多為潮土類型(黏質(zhì)、輕質(zhì)鹽化)，含鹽量0.6～1.8 g/kg，有機(jī)質(zhì)含量8～20 g/kg，地下淡水層320～600 m，礦化度1.5 g/L，地層允許承載力70～140 Kpa。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共設(shè)置3 個處理:

(1)CK:播種前施磷酸二銨600 kg/hm2，2019、2020 年于春季返青前追施苜蓿專用配方肥(N ∶P2O5∶K2O＝4 ∶13 ∶40)225 kg/hm2；

(2)ZF+ZY:播種前施磷酸二銨600 kg/hm2，2019、2020 年春季返青前追施112.5 kg/hm2苜蓿專用配方肥(N ∶P2O5∶K2O ＝4 ∶13 ∶40)，同時結(jié)合追肥澆灌1 次經(jīng)固液分離發(fā)酵后的奶牛養(yǎng)殖場沼液糞水360 m3/hm2；

(3)ZY:播種前施磷酸二銨600 kg/hm2，不追肥，春季返青前澆灌1 次經(jīng)固液分離發(fā)酵后的奶牛養(yǎng)殖場沼液糞水360 m3/hm2。

每個處理3 次重復(fù)，共9 個小區(qū)，小區(qū)面積為5 m×6 m＝30 m2，各小區(qū)隨機(jī)排列。試驗(yàn)地作物為紫花苜蓿(Medicago sativaL.)，品種為中苜3 號。沼液糞水取自中捷犇放奶牛養(yǎng)殖場，糞水主要指標(biāo)為pH8.29，堿解氮1.38 mg/L，有效磷3.25 mg/L，速效鉀5.72 mg/L。

1.3 測定指標(biāo)

產(chǎn)量:每小區(qū)取1 m2測定苜蓿鮮質(zhì)量，取500 g烘干后稱重，計(jì)算含水率，根據(jù)含水率計(jì)算苜蓿干草產(chǎn)量。干草產(chǎn)量(kg/hm2)＝1 m2苜蓿鮮質(zhì)量×10 000×(1-含水率)。

于試驗(yàn)前測定試驗(yàn)地塊基礎(chǔ)土壤成分，同時于2019 年和2020 年第4 茬苜蓿收獲后0～40 cm 土壤取樣，測定各指標(biāo)變化情況。

土壤pH:采用1 ∶5 水土比浸提—酸度計(jì)測定[14]；

有機(jī)質(zhì):高溫重鉻酸鉀氧化容量法[14]；

銨態(tài)氮:氯化鉀浸提元素分析儀法[14]；

有效磷:鉬銻抗比色法[14]；

速效鉀:火焰光度計(jì)法[14]；

鉛、鎘:采用GB/T 17141—1997 土壤質(zhì)量 鉛、鎘的測定 石墨爐原子吸收分光光度法[15]；

銅、鋅:采用GB/T 17138—1997 土壤質(zhì)量 銅、鋅的測定 火焰原子吸收分光光度法[15]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，采用DPS 7.05 軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量

由表1 可看出，兩年試驗(yàn)中各處理苜蓿產(chǎn)量表現(xiàn)趨勢一致，不同處理對4 茬苜蓿產(chǎn)量及全年總產(chǎn)量影響差異顯著(P＜0.05)。澆灌糞水和追肥+澆灌糞水兩處理間在苜蓿第1、2 茬產(chǎn)量間無顯著差異，但均顯著高于CK 的產(chǎn)量。而第3、4 茬的苜蓿產(chǎn)量則為CK 的表現(xiàn)最好，產(chǎn)量顯著優(yōu)于只追施糞水和追肥+澆灌糞水處理。綜合全年結(jié)果，2019、2020 年試驗(yàn)中追肥+澆灌糞水處理全年苜蓿產(chǎn)量最高，顯著優(yōu)于只澆灌糞水和只做追肥處理的產(chǎn)量(P＜0.05)。

表1 2019、2020 年各處理苜蓿干草產(chǎn)量比較Table 1 Effect of annual alfalfa hay yield under different treatments in 2019 and 2020 kg·hm-2

2.2 土壤pH、含鹽量和有機(jī)質(zhì)變化

由表2 可以看出，對比CK 處理，追施糞水顯著提高了土壤的pH 值(P＜0.05)，0～40 cm 的土壤含鹽量則表現(xiàn)為顯著降低。糞水還田能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，2019 和2020 年試驗(yàn)結(jié)果表明，只做追肥處理(CK)的苜蓿土壤有機(jī)質(zhì)含量下降，而糞水還田的苜蓿地則土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提高。

表2 不同處理下土壤pH、含鹽量和有機(jī)質(zhì)變化Table 2 Changes on soil pH，salinity and organic matters under different treatments

2.3 土壤銨態(tài)氮、有效磷和速效鉀含量變化

由表3 可看出，對照試驗(yàn)前土壤各指標(biāo)，糞水澆灌處理的苜蓿土壤銨態(tài)氮含量顯著降低，表明僅靠土壤中的氮素不能滿足苜蓿生長需要。而只追肥處理(CK)的苜蓿土壤銨態(tài)氮含量顯著高于試驗(yàn)前的土壤含氮量，追肥112.5 kg/hm2+澆灌糞水360 m3/hm2的處理除土壤銨態(tài)氮含量有小幅降低外，有效磷和速效鉀的含量與試驗(yàn)前基本一致，說明僅靠澆灌糞水不能滿足苜蓿對氮、磷、鉀素的需求，但結(jié)合澆灌糞水能降低肥料施用量，提高肥料利用效率。

表3 2019、2020 年不同處理下土壤銨態(tài)氮、有效磷和速效鉀的變化Table 2 Changes of ammonium nitrogen，available phosphorus and available potassium in soil under different treatments in 2019 and 2020 mg·kg-1

2.4 土壤重金屬含量變化

由表4 可看出，不同處理對土壤不同重金屬含量影響效果不同，對比試驗(yàn)前各土壤重金屬含量，可看出澆灌糞水能加快土壤銅和鋅含量的積累，鎘和鉛的含量則變化不大。澆灌糞水處理的銅和鋅含量顯著高于只追肥處理(P＜0.05)，而土壤鎘和鉛含量無顯著差異(P＜0.05)。

表4 2019、2020 年不同處理下土壤銅、鎘、鉛和鋅含量的變化Table 2 Changes of Cu，Cd，Pb and Zn of soil under different treatments in 2019 and 2020 mg·kg-1

3 討論

經(jīng)過固液分離發(fā)酵后的奶牛糞水含有一定量的氮、磷、鉀，灌溉農(nóng)田既可增加土壤營養(yǎng)元素含量，同時也可能增加農(nóng)田養(yǎng)分的流失。前人研究[15]表明，連續(xù)多年養(yǎng)殖糞水灌溉后的土壤表層堿解氮、有效磷和速效鉀的含量明顯增加，養(yǎng)殖場糞水灌溉10～20 年后可顯著增加土壤表層銨態(tài)氮、硝酸鹽、有效磷、速效鉀、全氮、全磷和有機(jī)碳的含量，但對土壤全鉀含量的影響不明顯。本試驗(yàn)研究中澆灌奶牛糞水可顯著提高河北東部苜蓿第1、2 茬的產(chǎn)量，可能是由于河北東部春季干旱嚴(yán)重，苜蓿返青前灌溉糞水有利于解決苜蓿春季干旱問題，同時糞水中含有一定量的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，因此可提高苜蓿產(chǎn)量。到第3、4 茬苜蓿生長期，河北東部降雨增多，追施的苜蓿專用肥已發(fā)揮作用，追肥處理的第3、4 茬苜蓿產(chǎn)量較高。畜禽飼料中添加的銅、鋅90%以上以糞尿形式排到體外[16]，根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T15618—2018)中不同pH 值的土壤重金屬標(biāo)準(zhǔn)限值，對照和沼液還田后的土壤中銅、鋅、鎘和鉛含量均未超過農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值，但沼液長期還田對土壤中各重金屬含量的影響及積累效應(yīng)則需要連續(xù)多年的監(jiān)測。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，苜蓿地春季追肥結(jié)合澆灌糞水能顯著提高苜蓿產(chǎn)量，同時能降低肥料施用量。2019、2020 年春季追肥112.5 kg/hm2結(jié)合澆灌糞水360 m3/hm2的處理全年苜蓿干草產(chǎn)量分別達(dá)到15 506.5 kg/hm2和15 548.0 kg/hm2，顯著高于其他處理。同時澆灌糞水能降低0～40 cm 耕層土壤的含鹽量，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。但僅靠澆灌糞水并不能滿足苜蓿對氮、磷、鉀等的需要，而追肥結(jié)合澆灌糞水不僅能提高肥料利用率，還能降低肥料使用量。苜蓿地塊短期澆灌糞水可能會造成土壤銅、鋅等重金屬含量的積累，但不會造成鎘和鉛含量的提高，但長期施用沼液對土壤重金屬含量的影響則需要進(jìn)一步探究。