豬糞肥施用年限對耕地質量的影響

曾慶慶， 何騰兵,3*， 黃會前， 鄒習文， 滕 浪， 石振情

(1.貴州大學 農學院，貴州 貴陽 550025； 2.貴州省山地畜禽養殖污染控制與資源化技術工程實驗室，貴州 貴陽 550025； 3.貴州大學 新農村發展研究院，貴州 貴陽 550025)

自20世紀80年代以來，我國規?；B殖業得以迅速的發展，2016年貴州省生豬出欄數為1 759.35萬頭，豬肉154.96萬t[1]。這種大規模、集中經營的養豬模式雖然滿足了人們對于豬肉的需求量，但卻存在如何處理大量糞便的問題。由于豬糞中含有大量的養分，如果處理不當便會污染環境，將其當作肥料施入土壤中是當前的主要處理途徑[2-6]。豬糞中含有大量植物生長發育所需的必需營養元素，經過處理后施入土壤中不僅能讓作物增產，還能有效地改善土壤質量[7-9]。土壤中施用豬糞肥與化肥相比，其可改變土壤酸堿度[10-11]、減少氮素流失[7,12]和提高作物種植體系的生產率[13]。如果把所有畜禽糞便進行充分利用，可最大程度地減少化肥的施用量，進而改善農業化肥對土壤的污染[14]。關于豬糞肥施用對土壤養分影響已有較多的研究報道，但對貴州喀斯特生態脆弱地區的研究較少。為此，選擇位于貴州省貴陽市某種養殖有限公司規?；B豬場種植基地，研究豬糞肥施用年限對土壤養分的影響，以期為種養一體化循環農業的發展提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 肥料 豬糞、沼渣和沼液(表1)，由貴陽某種養殖有限公司提供。

表1 豬糞、沼渣及沼液的養分含量

1.1.2 土樣 在研究區域分別采集施用豬糞肥不同年限的玉米地和蔬菜地土壤樣品共計30個(表2)，地形為丘陵，土壤類型為黃壤，成土母質為第四紀黏土母質。

表2豬糞肥不同施用年限的土壤樣品數量

Table 2 Sample number of soil continuously applied with pig manure for different years 個

1.2 研究區概況

研究區域地處黔中高原區，地勢較高、起伏不平，屬于北亞熱帶季風濕潤氣候，年平均氣溫 12℃，年降雨量1 419 mm，海拔1 000～1 400 m，相對高差1 195.5 m。由于風化強烈，流水侵蝕、溶蝕嚴重，巖溶較為發育，形成復雜多樣的地貌類型，屬于典型的喀斯特地形區域，生態環境脆弱。

1.3 方法

1.3.1 樣品的采集 采用GPS定位，在研究區域選取地形條件、成土母質、土壤類型和耕作模式基本一致的具有代表性的不同施肥年限(0 a、1 a、3 a、5 a及8 a)地塊，采用5點采樣法采集各地塊的表層土壤(0～20 cm)，平均海拔1 273 m，最高海拔1 430 m，最低海拔1 150 m，相對高差280 m。2種作物類型地塊的糞肥施用量均為2 500 kg/667m2，采取干豬糞、沼渣作基肥，沼液用于后期追肥。

1.3.2 樣品的制備 將采集的土壤樣品分別裝入不含重金屬的布袋，帶回在實驗室風干，剔除植物殘體及大礫石等非土壤物質，同時避免酸、堿等污染。取風干土樣按四分法充分混合后，用木棍輾壓、過尼龍篩，而后進一步研磨，過孔徑2 mm篩后用于測定土壤速效養分；取少量混合的2 mm土樣研磨，過0.25 mm篩后測定土壤全量養分，將過篩樣品置于密封袋中貼好標簽，保存備用[15]。

1.3.3 指標測定 pH采用電位法(水土比為1∶2.5)測定，有機質采用重鉻酸鉀容量-外加熱法測定，全氮采用凱氏法測定，堿解氮采用堿解擴散法測定，全磷采用高氯酸-濃硫酸消煮法測定，有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定，緩效鉀采用熱硝酸-火焰光度法測定，有效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定，土壤陽離子交換量采用乙酸銨交換法測定。

1.4 土壤肥力的主成分分析

為了綜合評價施用豬糞肥后土壤的肥力，對影響土壤性質的有機質、全氮、全磷、堿解氮、速效磷、緩效鉀、速效鉀、pH和土壤陽離子交換量9個養分指標進行主成分分析，選取累積貢獻率>85%的主成分個數，用不同主成分載荷向量除以其特征值的算術平方根得到主成分系數，得出不同主成分與9個養分指標的線性組合，通過每個主成分所占權重得到綜合模型(綜合得分)，再根據主成分的線性組合及綜合模型計算出各施肥年份樣本的平均得分。

1.5 數據處理

采用Excel 2016進行數據統計，SPSS 22.0對土壤養分含量進行主成分分析。

2 結果與分析

2.1 豬糞肥施用年限對耕層土壤pH的影響

不同作物對土壤的酸堿度要求不同，土壤酸堿度不僅影響植物根系對養分的吸收，還對土壤養分的有效性產生很大的影響。從圖1可知，土壤pH在未施用豬糞肥之前較為離散，隨著施用年限的增加呈先升后降的變化過程，可能是為防止豬糞發酵過程中產生大量氣泡添加生石灰所致。當施用年限達8 a時，pH穩定在5.00～6.00，但并未出現土壤酸化現象。

圖1 豬糞肥各施用年限土壤pH的變化

Fig.1 pH value of soil continuously applied with pig manure for different years

2.2 豬糞肥施用年限對耕層土壤有機質含量的影響

從圖2看出，隨著豬糞肥施用年限的增加，有機質含量呈緩慢累積的過程，但玉米地的有機質含量不同施肥年限差異不顯著。蔬菜地的有機質含量在施用1 a和 8 a時差異顯著；玉米地和蔬菜地的有機質含量分別在施用3 a和 5 a時略有下降，可能是由于黃壤中的粘粒成分含量較高，使豬糞中有機碳的分解較慢；也可能是受自然因素影響以及作物類型的不同引起的，其具體原因有待進一步探討。在施用豬糞肥8 a后，玉米地和蔬菜地的有機質含量比未施用豬糞肥地塊分別提高14%和21%。

2.3 豬糞肥施用年限對耕層土壤氮磷鉀含量的影響

從表3可知，隨著豬糞肥施用年限的增加，玉米地和蔬菜地的養分含量均有所提高。2種類型樣地土壤連續施用豬糞肥8 a，全氮含量較未施用豬糞肥土壤分別提高1%和26%，堿解氮含量較未施用豬糞肥土壤分別提高25%和51%，全磷含量較未施用豬糞肥土壤分別提高165%和32%，有效磷含量較未施用豬糞肥土壤分別提高99%和271%，緩效鉀含量較未施用豬糞肥土壤分別提高24%和45%，速效鉀含量則分別提高74%和91%。說明，連續施用豬糞肥可顯著提高土壤的全磷含量，尤其是有效磷含量；且長期施用豬糞肥還可有效地提高土壤鉀素的供給能力，有利于作物的生長。

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

Note: Different lowercase letters indicate significance of difference atP<0.05 level. The same below.

圖2豬糞肥各施用年限土壤有機質的含量

Fig.2 Organic matter content of soil continuously applied with pig manure for different years

表3 豬糞肥各施用年限耕層土壤氮磷鉀的含量

注：各類型地塊同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters in the same column indicate significance of difference atP<0.05 level.

2.4 豬糞肥施用年限對耕層土壤陽離子交換量(CEC )的影響

土壤陽離子交換量(CEC)是指土壤所能吸附和交換的陽離子的容量，其受土壤的膠體類型、膠體數量和pH的影響。從圖3可知，蔬菜地和玉米地土壤陽離子交換量(CEC)分別在豬糞肥連續施用1 a和5 a時有所下降，但其繼續施用至8 a時，其CEC較未施用豬糞肥土壤分別提高12%和18%。說明，連續施用豬糞肥能有效地提高土壤的CEC，在一定程度上增加土壤膠體表面陽離子交換性能，提高了土壤的緩沖性及保肥性。

圖3豬糞肥各施用年限土壤陽離子交換量(CEC)的變化趨勢

Fig.3 Variation trend of cation exchange capacity of soil continuously applied with pig manure for different years

2.5 主成分分析

從表4可知，在有機質、全氮、全磷、堿解氮、速效磷、緩效鉀、速效鉀、pH及土壤陽離子交換量9個成分中，前5個主成分的貢獻率>85%，為91.273%，即前5個主成分已足夠體現土壤的肥力狀況。其中，第1主成分的方差所占全部主成分方差的44.735%，接近50%。由表5看出，第1主成分由有機質、全氮、全磷、有效磷、土壤陽離子交換量、速效鉀和緩效鉀構成；第2主成分由速效鉀、pH、全磷和有效磷構成；第3主成分由pH、堿解氮和土壤陽離子交換量構成；第4主成分由堿解氮和緩效鉀構成；第5主成分由pH和緩效鉀構成。從表6可知，在連續施肥的條件下，綜合得分呈現先降后升趨勢，這與有機質、氮、磷及鉀養分的含量變化趨于一致，表明主成分分析結果可靠。在連續施肥8 a時，5個主成分的得分均為正值，且綜合得分大于其他幾個施肥年限土壤，說明土壤肥力得到了較好的改善。但是其得分并沒有隨著施肥年限的增加而呈現規律性的變化。

表4 不同成分的特征值、貢獻率及累積貢獻率

表5 5個主成分的載荷向量

表6 不同主成分的綜合得分

3 結論與討論

不同作物對土壤的酸堿度要求不同，土壤酸堿度不僅影響植物根系對養分的吸收，還對土壤養分的有效性產生很大的影響。研究結果表明，當施用年限達8 a時，pH穩定在5.00～6.00，未出現土壤酸化現象。與倪亮等[10-11]的研究結果一致。單施化肥使土壤pH降低，長期施用易導致土壤酸化板結，施用沼液后，土壤pH接近中性，可有效地防止土壤的酸化板結[10]。在保護地蔬菜栽培土壤中施用沼渣也有利于防止土壤pH降低[11]。

有機質是土壤肥力供給的基礎物質，土壤有機質是指土壤中各種含有碳的有機物質的總和。有機質能夠提供給植物氮、磷等各種所需的養分，能夠影響土壤團粒結構、孔隙度、酸堿度、微生物活性和養分的供給，進而影響到土壤養分含量。在一定范圍內土壤的有機質含量范圍常常能反映土壤肥力的高低，故將其作為評價土壤肥力指標之一。因此，要了解土壤的肥力狀況，制定施肥方案和定向培肥土壤的措施，都必須測定土壤有機質的含量[16]。研究結果表明，隨著豬糞肥施用年限的增加，有機質含量呈緩慢累積的過程，但玉米地的有機質含量不同施肥年限差異不顯著。蔬菜地的有機質含量在施用1 a和 8 a時差異顯著；玉米地和蔬菜地的有機質含量分別在施用3 a和 5 a時略有下降。與李祥云等[17-18]的研究結果相近。

豬糞尿中含有豐富的氮磷鉀及微量元素，易腐熟，肥效快。施用豬糞肥，土壤C/N相對較小，土壤礦化作用強于微生物的同化作用，植物可從有機物質礦化過程中獲得有效氮的供應。研究結果表明，隨著豬糞肥施用年限的增加，玉米地和蔬菜地的全氮和堿解氮含量均有所提高，全磷、有效磷、緩效鉀和速效鉀含量顯著提高。與陳永杏等[18]的研究結果相近。連續施用豬糞肥可顯著提高土壤的全磷含量、有效磷含及鉀素的含量，有利于作物的生長。

陽離子交換量(CEC)能直接反應土壤的保肥、供肥性能和緩沖能力，還是土壤分類的重要指標[16]。研究結果表明，蔬菜地和玉米地土壤CEC分別在豬糞肥連續施用1 a和5 a時有所下降，但其繼續施用至8 a時，CEC較未施用豬糞肥土壤分別提高12%和18%。9個土壤營養成分中前5個主成分的累積貢獻率>85%，為91.273%，即前5個主成分已足夠體現土壤的肥力狀況。

長期連續施用豬糞肥，玉米地和蔬菜地耕層土壤pH呈不同變化趨勢，在施肥5～8 a時，玉米地和蔬菜地土壤pH穩定在5.00～6.00，可防止土壤酸化。連續施用豬糞肥，玉米地和蔬菜地耕層土壤有機質、全氮、堿解氮、全磷、速效磷、速效鉀和緩效鉀含量提高，CEC增加，土壤保肥供肥能力和緩沖能力提高。長期連續施用豬糞肥能有效的改善土壤環境質量，提高土壤養分的含量，增強耕層土壤的保肥供肥能力。但是耕層土壤養分隨施肥年限的變化規律并不明顯，還有待進一步深入研究。