肉鴨糞肥替代化肥對(duì)小白菜及土壤環(huán)境的影響

關(guān)鍵詞：肉鴨糞肥；小白菜品質(zhì)；土壤環(huán)境；重金屬；抗生素

畜禽糞污合理的資源化利用是發(fā)展綠色循環(huán)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)模式、確保我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要策略。肉鴨糞便的成分十分復(fù)雜，含有多種污染物，包括有機(jī)物、重金屬和抗生素，且具有較高的含水率，如果肉鴨糞肥沒有被及時(shí)有效地處理，將對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生惡劣的影響，同時(shí)資源也會(huì)被大量浪費(fèi)。目前，鴨糞的處理方式主要有異位發(fā)酵床處理、好氧堆肥處理、黑膜厭氧塘處理等，通過(guò)處理達(dá)到還田標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)利用。

國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了很多畜禽糞肥同化肥混合施加對(duì)蔬菜質(zhì)量影響的相關(guān)探究，大多研究人員認(rèn)為在適量施氮的條件下，有機(jī)肥部分替代化肥施用到菜地，不僅可以使蔬菜中硝酸鹽的含量明顯降低，還能夠使蔬菜的品質(zhì)在一定程度上得到改善。鴨糞經(jīng)過(guò)無(wú)害化處理變成可施用到土壤的有機(jī)糞肥，除了保留有大量植物生長(zhǎng)所必需的N、P、K等養(yǎng)分元素外，還含有很多可以被土壤中微生物利用的有機(jī)質(zhì)。肉鴨糞肥合理替代化肥施用到土壤中，也可以很好地增加土壤中對(duì)作物有利的微生物的種類，豐富土壤構(gòu)成并提升土壤肥力，從而使蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)得到提升。高杰云等探究了沼肥和化肥不同配比處理對(duì)設(shè)施土壤氮磷養(yǎng)分和重金屬累積及蔬菜產(chǎn)量的影響，研究結(jié)果顯示相較其他糞肥替代比例，沼肥全部替代較其他替代方式污染更嚴(yán)重。但不同研究者在研究有機(jī)氮替代比例對(duì)作物產(chǎn)量的影響時(shí)其結(jié)果有些不同，這可能與糞肥原料種類、蔬菜品種、土壤肥力、氣候環(huán)境甚至試驗(yàn)設(shè)計(jì)等有較大的關(guān)系。同時(shí)，通過(guò)糞肥施加到土壤中的重金屬和抗生素等有害物質(zhì)會(huì)通過(guò)食物鏈進(jìn)入蔬菜，并通過(guò)水平轉(zhuǎn)移向人體組織內(nèi)擴(kuò)散，相較其他作物，蔬菜受到的影響更大，因此施用糞肥具有潛在的健康威脅。

合理的畜禽糞肥替代化肥的施用方式對(duì)提高蔬菜產(chǎn)量、改善蔬菜品質(zhì)，以及減少環(huán)境污染具有十分重要的意義。而目前，探究肉鴨糞肥腐熟處理還田利用對(duì)蔬菜影響的研究還相對(duì)較少。本試驗(yàn)通過(guò)施加肉鴨糞肥種植小白菜，探究肉鴨糞污經(jīng)不同方式處理腐熟后按不同比例替代化肥施用，對(duì)小白菜產(chǎn)量和品質(zhì)及土壤環(huán)境的影響，以期為肉鴨糞污高質(zhì)量還田利用提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

盆栽土壤從中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院南口中試試驗(yàn)基地收集，為表面的耕層褐土。將土壤放在通風(fēng)陰涼處風(fēng)干，用2 mm篩網(wǎng)將土壤中體積較大的殘留物去除后備用。試驗(yàn)土壤的性質(zhì)見表1。試驗(yàn)所用的經(jīng)異位發(fā)酵床、好氧堆肥和黑膜厭氧塘3種方式腐熟處理的肉鴨糞肥均來(lái)自山東某大型肉鴨養(yǎng)殖企業(yè)，其基本性質(zhì)見表2。無(wú)機(jī)復(fù)合肥料的N：P20s： K20為16：16：16，其中氮養(yǎng)分含量為16%。供試小白菜品種為四季小白菜。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用盆栽試驗(yàn)，使用3種腐熟處理方式的肉鴨糞肥：異位發(fā)酵床鴨糞處理、好氧堆肥鴨糞處理、黑膜厭氧塘鴨糞處理。調(diào)節(jié)肉鴨糞肥和化肥的比例，按照各自氮含量的攝人占比確定肉鴨糞肥和化肥的施加量，在等氮平衡條件下（各處理每千克土壤施氮量為0.24g），共設(shè)5類處理，分別為CK處理（不施肥）、CF處理（100%化肥氮施用）、M30F70處理（30%肉鴨糞肥+70%化肥氮配施）、M50F50處理（50%肉鴨糞肥+50%化肥氮配施）、M70F30處理（70%肉鴨糞肥+30%化肥氮配施），換算后的施肥量詳見表3。各處理重復(fù)3次，每盆裝土2kg，采用完全隨機(jī)區(qū)組排列方式。加水調(diào)節(jié)土壤含水量為70%，每盆播種20顆小白菜種子，出苗1周后間苗，每盆保留2株小白菜苗。通過(guò)質(zhì)量平衡的方法補(bǔ)給水分，使盆內(nèi)土壤持水量維持在60%-70%。小白菜生長(zhǎng)過(guò)程中每日觀測(cè)并拍照記錄其生長(zhǎng)情況，直至生長(zhǎng)期達(dá)到38d，收獲小白菜并隨機(jī)采集土壤樣品進(jìn)行檢測(cè)分析。

1.3指標(biāo)測(cè)定

1.3.1小白菜理化性質(zhì)

同時(shí)收獲不同處理的小白菜，并隨機(jī)摘取各處理的小白菜同一葉層的4片葉子，葉子用液氮迅速冷凍后放置到-80℃的超低溫冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

小白菜鮮質(zhì)量：每個(gè)處理取3棵長(zhǎng)勢(shì)較為一致的小白菜，將根部的泥土清理干凈后，用電子天平（0.01g）稱質(zhì)量后取均值并記錄。

小白菜重金屬含量：Cu、Zn、Pb、Cd、Cr采用HN03-HCl04消解一原子吸收分光光度法測(cè)定，As采用原子熒光光度法測(cè)定。

小白菜品質(zhì)：可溶性糖含量采用苯酚一硫酸法測(cè)定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定；硝酸鹽含量采用Cataldo改進(jìn)的方法測(cè)定。

1.3.2土壤理化性質(zhì)

在各盆中按五點(diǎn)取樣法取樣，每盆土樣多點(diǎn)混合后共300g左右，用于土壤相關(guān)指標(biāo)分析。

土壤pH值采用酸度計(jì)（水土比為5：1）測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀法測(cè)定；土樣經(jīng)0.5mol·L-1NaHC03浸提后，用UV-2500紫外分光光度計(jì)測(cè)定有效磷含量；全氮采用半微量開氏法測(cè)定；速效鉀采用1mol·L-1NH40Ac浸提，火焰光度計(jì)測(cè)定；土壤中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr的測(cè)定方法同1.3.1；抗生素采用液相色譜一串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定。

1.4土壤重金屬評(píng)價(jià)方法

本研究以《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618-2018）的風(fēng)險(xiǎn)篩選值為標(biāo)準(zhǔn)，采用內(nèi)梅羅指數(shù)法評(píng)價(jià)肉鴨糞肥中的重金屬污染物對(duì)土壤環(huán)境的影響。

1.5數(shù)據(jù)處理

本研究使用Origin 2022軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并作圖，試驗(yàn)結(jié)果采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示。采用SPSS Statistics 19.0分析不同比例下鴨糞肥替代化肥施用后的土壤pH、養(yǎng)分、重金屬、抗生素以及小白菜品質(zhì)等試驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的顯著性和相關(guān)性。

2結(jié)果與分析

2.1不同處理對(duì)小白菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

如圖1a所示，與CK處理相比，T1-T9配施鴨糞肥處理的白菜單株鮮質(zhì)量增加了9.2%-232.6%。其中，對(duì)于配施異位發(fā)酵床和好氧堆肥腐熟鴨糞肥的處理，均在糞肥替代量為30%時(shí)，小白菜單株鮮質(zhì)量達(dá)到最大值且優(yōu)于CF處理，之后隨替代量的增加單株鮮質(zhì)量呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)；配施黑膜厭氧塘腐熟肉鴨糞肥處理比其他處理的小白菜單株鮮質(zhì)量增加更明顯，且在糞肥替代量為50%時(shí)，小白菜單株鮮質(zhì)量達(dá)到最大值。相較CK處理和CF處理，肉鴨糞肥部分替代化肥施用可顯著提高小白菜葉片中可溶性糖、可溶性蛋白的含量。其中，配施黑膜厭氧塘處理后的糞肥在30%替代化肥時(shí)菜葉中可溶性糖和可溶性蛋白含量最高，分別為1.8mg·kg-1和11.2mg·kg-1（圖1b和圖1c）。相較CF處理，肉鴨糞肥部分替代化肥施用還可顯著降低小白菜葉片中31.4%-41.1%的硝酸鹽含量（圖1d）。綜合比較小白菜的產(chǎn)量和品質(zhì)，配施肉鴨糞肥替代比例為30%-50%較優(yōu)，且施用黑膜厭氧塘腐熟處理的肉鴨糞肥效果最好。

2.2不同處理對(duì)小白菜重金屬含量的影響

各處理小白菜地上部重金屬含量如表4所示，隨著肉鴨糞肥配施量增加，小白菜地上部重金屬Zn、Pb、Cd、As的含量也增加，且均高于CK處理。相較CK處理，T1-T9處理的小白菜中Zn的含量提高了61.2%-179.6%，且好氧堆肥處理（T1-T3）的小白菜對(duì)Zn的吸收較其他處理方式高。除了施加50%好氧堆肥鴨糞肥外其余處理均未檢測(cè)出重金屬Cu。施加鴨糞肥處理的小白菜中As的含量較CK處理提高了2.9%-13.4%，且好氧堆肥處理較其他處理方式高。小白菜的地上部中Cd、Cr、As的含量均未超過(guò)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》（GB 2762-2017）的限值（Cd 0.1mg·kg-1、Cr1.0mg·kg-1、As0.5mg·kg-1）；而在好氧堆肥處理T1和T2中Pb含量分別為0.254、0.268mg·kg-1，超出了污染物限值（0.2mg．kg-1）。結(jié)果表明，在本試驗(yàn)條件下不同方式腐熟的肉鴨糞肥部分替代化肥，小白菜的地上部中As、Cr、Cd的含量均在食品安全限值以內(nèi)，但施加好氧堆肥腐熟的肉鴨糞肥對(duì)小白菜重金屬的吸收影響較大，尤其是當(dāng)好氧堆肥處理后的肉鴨糞肥替代比例為50%和70%時(shí)，小白菜Pb含量存在超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3不同處理對(duì)土壤重金屬含量的影響

從表5可以看出，各處理土壤中重金屬成分主要以Zn和Cr為主，施加好氧堆肥腐熟肉鴨糞肥的土壤中重金屬Zn、Cr增幅最為明顯，最高分別達(dá)到16%和5%。各處理土壤中重金屬含量最低的是Cd。Cd污染指數(shù)較其他重金屬高（圖2），污染指數(shù)較低的是Pb，各處理土壤中各重金屬含量均未超出土壤環(huán)境質(zhì)量安全限值，處于無(wú)污染等級(jí)（Pt≤1）。相比于其他腐熟處理，施加黑膜厭氧塘腐熟肉鴨糞肥的土壤重金屬綜合污染指數(shù)較低，且在施加肉鴨糞肥各處理中配施比例均在50%時(shí)達(dá)到最低。由此可見，在本試驗(yàn)設(shè)置下各處理腐熟肉鴨糞肥替代化肥施用均未增加土壤重金屬的污染等級(jí)，施加腐熟肉鴨糞肥的各處理中以50%的比例替代化肥對(duì)土壤重金屬的影響較小，且黑膜厭氧塘處理最優(yōu)。

2.4不同處理對(duì)土壤中抗生素的影響

在本試驗(yàn)中共檢測(cè)了肉鴨糞肥部分替代化肥不同處理中土壤四環(huán)素類、磺胺類、氟喹諾酮類、大環(huán)內(nèi)酯類共4大類23種抗生素，其中有5種抗生素被檢測(cè)出：環(huán)丙沙星、磺胺二甲嘧啶、氟甲砜霉素、磺胺嘧啶、恩諾沙星。觀測(cè)結(jié)果見表6，試驗(yàn)土壤中主要以氟甲砜霉素為主，施加鴨糞肥后，土壤中抗生素的種類增加。黑膜厭氧塘處理后的鴨糞替代化肥施用未導(dǎo)致土壤中磺胺嘧啶含量的增多。各處理土壤中環(huán)丙沙星的含量會(huì)隨著鴨糞替代比例的增大而升高。恩諾沙星的含量在好氧堆肥鴨糞處理（T1-T3）和黑膜厭氧塘鴨糞處理（T7-T9）的試驗(yàn)土壤中呈現(xiàn)隨替代比例增大而升高的規(guī)律，表明在本試驗(yàn)條件下腐熟肉鴨糞肥替代化肥施用會(huì)使土壤中抗生素的多樣性增加，黑膜厭氧塘處理后的肉鴨糞替代化肥不會(huì)給土壤帶來(lái)磺胺嘧啶含量增加的風(fēng)險(xiǎn)，但隨著肉鴨糞肥替代比例的增加會(huì)給土壤帶來(lái)環(huán)丙沙星和恩諾沙星含量增加的風(fēng)險(xiǎn)。

3討論

3.1肉鴨糞肥替代化肥對(duì)小白菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

肉鴨糞肥作為優(yōu)質(zhì)肥料部分替代化肥施加到農(nóng)田可提升作物品質(zhì)。評(píng)價(jià)蔬菜品質(zhì)的重要指標(biāo)有可食用部分維生素C、可溶性蛋白以及可溶性糖含量等。本試驗(yàn)結(jié)果表明，肉鴨糞肥部分替代化肥能明顯增加小白菜的可溶性糖含量以及可溶性蛋白含量，相較其他處理，配施30%黑膜厭氧塘處理的肉鴨糞肥效果最優(yōu)。此外，配施肉鴨糞肥相較純化肥處理使得小白菜硝酸鹽含量減少。劉玉學(xué)等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)40t·hm-2竹炭和秸稈炭與肥料混合施加到小青菜設(shè)施時(shí)，小青菜中硝酸鹽的含量會(huì)降低。這可能是因?yàn)樵囼?yàn)中施加了具有吸附作用的外源添加物，土壤中生物炭的含量提高使土壤中氮素的含量減少，從而使小青菜的硝酸鹽含量減少。

3.2肉鴨糞肥替代化肥對(duì)土壤和小白菜中重金屬含量的影響

配施畜禽糞肥能使長(zhǎng)期施用化肥造成的土壤板結(jié)、肥力下降、土壤面源污染、作物產(chǎn)量下降、作物品質(zhì)降低等問(wèn)題得到很好的改善。但是相較化肥，畜禽糞污中重金屬的含量較高，故人們十分重視施用畜禽糞肥是否會(huì)造成土壤中重金屬污染和富集等問(wèn)題。土壤中重金屬的遷移轉(zhuǎn)化與施肥特別是施用糞肥密切相關(guān)，畜禽糞便、污泥、沼液以及堆肥產(chǎn)物等有機(jī)肥作為一種外源物部分替代化肥施用到土壤中時(shí)，由于其重金屬含量顯著高于化肥，故會(huì)直接影響土壤中重金屬的含量。前人研究表明，若畜禽糞肥被長(zhǎng)期施加到土壤中，土壤中重金屬的含量會(huì)受到明顯的影響，然而不同研究結(jié)果有一定的差異。本試驗(yàn)將3種不同處理的肉鴨糞肥施用在小白菜種植土壤中，除了施加50%好氧堆肥鴨糞肥外，其余處理的小白菜均未檢測(cè)出重金屬Cu，說(shuō)明在本試驗(yàn)條件下施加肉鴨糞肥未明顯促進(jìn)Cu向小白菜中遷移。相較于CK組，本試驗(yàn)設(shè)置的處理中小白菜重金屬Zn、As、Pb、Cd和Cr的含量雖都有所增加，但As、Cd和Cr的含量均低于食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)安全限值。喬靖華的研究表明，環(huán)境中的重金屬等有害物質(zhì)會(huì)被作物根部器官吸收并富集到植株的各個(gè)部位中，故本試驗(yàn)中配施腐熟鴨糞肥的小白菜中重金屬的含量也隨肉鴨糞肥施加比例的增大而增大。魏益華等以江西省的設(shè)施菜地為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)施入有機(jī)肥會(huì)提高土壤中Zn、Cu和Cd的含量。而本試驗(yàn)中，可能源于重金屬大多遷移至小白菜中，處理組與CK組相比土壤中重金屬未見明顯增加，且均未超出土壤環(huán)境質(zhì)量安全限值。

3.3肉鴨糞肥替代化肥對(duì)土壤中抗生素含量的影響

規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化的肉鴨養(yǎng)殖業(yè)中，為促進(jìn)肉鴨生長(zhǎng)發(fā)育、預(yù)防疾病，普遍存在使用抗生素的問(wèn)題，這使得肉鴨糞肥資源化利用帶來(lái)的抗生素風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題成為肉鴨糞肥部分替代化肥農(nóng)用過(guò)程中重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。人們十分關(guān)注肉鴨糞肥部分替代化肥施用到土壤后是否會(huì)產(chǎn)生土壤抗生素殘留，是否會(huì)在農(nóng)作物植株體內(nèi)累積富集，是否會(huì)通過(guò)食物鏈等途徑威脅人類的生命健康等問(wèn)題。段然等對(duì)5個(gè)省份的調(diào)查取樣研究顯示，長(zhǎng)期施用沼液肥會(huì)增加土壤中抗生素的檢出率。而在本試驗(yàn)中，相較CK和CF處理，在施加鴨糞肥后的土壤樣品中檢出了恩諾沙星、磺胺二甲嘧啶、磺胺嘧啶和環(huán)丙沙星，盆栽小白菜是不完全開放的狀態(tài)，不具備農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的開放式特點(diǎn)，土壤中抗生素的含量和種類受工業(yè)大氣的影響較小，因此施肥是影響土壤抗生素累積的主要因素。耕種之前的初始土壤樣品中含有很少或不含抗生素，而肉鴨糞肥中抗生素含量高，從而使土壤中抗生素種類和含量明顯增加。肉鴨糞肥中抗生素的含量可能會(huì)因不同飼料、不同季節(jié)、不同鴨糞腐熟處理方式而有較大差異。在本試驗(yàn)中，由于抗生素含量基礎(chǔ)值以及外源添加值均低，且小白菜種植周期時(shí)間較短，故土壤中抗生素的積累量較小。長(zhǎng)期施加肉鴨糞肥部分替代化肥與土壤中抗生素含量的關(guān)系還需要進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。

4結(jié)論

（1）好氧堆肥處理和異位發(fā)酵床處理后的肉鴨糞肥施加量增加會(huì)使小白菜鮮質(zhì)量降低；配施肉鴨糞肥均可提高小白菜可溶性糖和可溶性蛋白的含量；相較純化肥處理，肉鴨糞肥替代化肥處理可使小白菜中的硝酸鹽含量明顯下降，且配施黑膜厭氧塘腐熟的肉鴨糞肥效果最優(yōu)。

（2）3種肉鴨糞肥30%替代化肥施用時(shí)，小白菜地上部重金屬含量不會(huì)超出食品安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的安全限值。

（3）施用不同方式腐熟的肉鴨糞肥部分替代化肥到土壤中，均未增加土壤重金屬污染等級(jí)。

（4）施加肉鴨糞肥會(huì)增加土壤中抗生素的種類，應(yīng)注意長(zhǎng)期施肥后抗生素的累積風(fēng)險(xiǎn)。