不同處理下人糞肥對(duì)土壤肥效及小白菜影響

宋洪鋒，潘玉欣*，李彤，羅鳳彬，胡錦華，郭績(jī)寧

(1.華北理工大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，河北 唐山 063210； 2.唐山市土壤肥料站，河北 唐山 063000)

現(xiàn)今，人們?cè)絹碓街匾晫?duì)生活品質(zhì)的要求，綠色無污染蔬菜的需求也越來越多。而蔬菜栽培中減少化肥，提高有機(jī)肥的施用是重要環(huán)節(jié)。人糞尿包含了農(nóng)作物必需的氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)等資源，其含量均可達(dá)到畜禽糞便水平，且重金屬含量較低[1]，因而合理開發(fā)人糞便高效有機(jī)肥，可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[2]。但我國(guó)農(nóng)村的糞便收集存在發(fā)酵程度不足，對(duì)人類排泄物資源利用率不足等問題[3]。

鑒于以上原因，本研究通過收集農(nóng)村雙甕式廁所糞便，將其于玻璃鋼化糞池中發(fā)酵，以及添加木醋液發(fā)酵等不同形式處理后施用于土壤，分析和研究土壤養(yǎng)分以及小白菜可溶性糖、維生素C以及硝酸鹽含量的變化，以期為人糞便不同發(fā)酵方式以及木醋液應(yīng)用于土壤修復(fù)，提高人糞便的利用率，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

盆栽試驗(yàn)，供試土壤取自唐山市樂亭縣閻各莊鎮(zhèn)勝利村。取0～20 cm土壤耕作層土壤用于盆栽試驗(yàn)。

試驗(yàn)所用人糞便來源于唐山市樂亭縣閻各莊鎮(zhèn)勝利村，包括直接收集的農(nóng)戶雙甕式衛(wèi)生廁所糞便(SW，發(fā)酵不完全)、SW糞便于玻璃鋼化糞池中再次充分發(fā)酵糞便(BL)、BL糞便與木醋酸混合充分發(fā)酵糞便(JB)。

供試白菜為四季小白菜。

1.2 處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次。每盆裝7 kg土，施入底肥4 g，各處理具體設(shè)計(jì)為CK(底肥4 g)，SW(CK+300 g·m-2SW糞便)，BL(CK+300 g·m-2BL糞便)，JB(CK+300 g·m-2JB糞便)。每盆定量播種小白菜，出苗后每盆定植8棵。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 土壤pH采用電位法測(cè)定

稱取風(fēng)干土壤10 g于50 mL燒杯中，加25 mL去離子水。用玻璃棒攪拌1 min，使土粒充分分散，放置30 min后使用酸度計(jì)進(jìn)行測(cè)量。

1.3.2 土壤氮、磷、鉀含量測(cè)定

土壤全氮含量使用凱氏蒸餾法測(cè)定[4]。使用紫外分光法、火焰光度法測(cè)定土壤有效磷和速效鉀含量[5]。

1.3.3 土壤酶活性測(cè)定

分別在小白菜播種期、發(fā)芽期以及成熟期，采集小白菜近根處土壤，風(fēng)干后測(cè)量土壤脲酶和蔗糖酶活性。土壤脲酶活性測(cè)定使用靛酚藍(lán)比色法[6]，脲酶活性以24 h后1 g樣品中生成的NH3-N的毫克數(shù)表示。蔗糖酶活性測(cè)定使用3,5-二硝基水楊酸比色法[7]，以24 h后1 g樣品生成的葡萄糖毫克數(shù)表示。

1.3.4 小白菜維生素C、可溶性糖和硝酸鹽含量測(cè)定

小白菜收獲后，剪取莖葉測(cè)量維生素C、可溶性糖和硝酸鹽含量。維生素C在紫外245 nm處有最大吸收特性[8]。糖類與蒽酮反應(yīng)生成有色物質(zhì)，可使用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖含量[9]。硝酸根離子在紫外區(qū)219 nm處具有等吸收波長(zhǎng)的特性[10]，使用紫外分光光度法對(duì)小白菜維生素C含量和硝酸鹽含量進(jìn)行測(cè)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPSS 19軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用最小顯著性差異檢驗(yàn)法(LSD)對(duì)數(shù)據(jù)的差異顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同糞便處理對(duì)土壤pH值的影響

pH是影響土壤微生物生長(zhǎng)的重要因素之一。由表1可看出，對(duì)比CK，SW處理的pH值略有升高，偏堿性，與對(duì)照無明顯差異；BL和JB處理的pH值顯著下降，土壤偏中酸性；而JB處理的土壤pH值下降最多，偏酸性。綜上，BL處理最有利于土壤pH值的環(huán)境調(diào)整。木醋液的添加導(dǎo)致土壤pH值過酸。

表1 不同糞便處理對(duì)土壤pH值的影響

注：不同小寫字母表示同一發(fā)育時(shí)期不同處理間差異顯著(P<0.05)，表2～4同。

2.2 不同糞便處理對(duì)土壤氮磷鉀含量的影響

由表2可以看出，土壤全氮含量從小白菜播種期到發(fā)芽期逐漸降低，發(fā)芽期到成熟期再升高。4種處理的土壤中全氮含量表現(xiàn)為JB>BL>SW>CK。與CK相比，施用SW糞肥，土壤含氮量無明顯差異。與CK相比，施用BL、JB糞肥，可以明顯提高土壤含氮量，播種期分別比CK高出18.4%、23.5%；發(fā)芽期比CK分別高10.6%、34.1%；成熟期比CK分別高8.6%、32.3%。而添加木醋液的JB效果更為明顯。

土壤有效磷含量隨著小白菜發(fā)育時(shí)間的推進(jìn)，從播種期到發(fā)芽期逐漸降低，發(fā)芽期到成熟期逐漸升高，4種處理的土壤中有效磷含量BL>JB>SW>CK。與CK相比，SW、BL、JB的有效磷含量均顯著提高。播種期比CK高84.3%～250.5%，發(fā)芽期較CK高135.5%～191.5%，成熟期較CK增幅為108.7%～191.4%。與SW處理相比，JB和BL的有效磷含量明顯提高，但小白菜生長(zhǎng)后期JB和BL間無明顯差異。

表2 不同糞便處理對(duì)土壤氮磷鉀含量的影響

土壤速效鉀含量從小白菜播種期到成熟期逐漸降低。4種處理中，JB速效鉀含量最高，JB>BL>SW>CK。與CK相比，BL和JB顯著高于CK。播種期分別比CK高159.3%、243.5%；發(fā)芽期分別比CK高60.0%、212.0%；成熟期分別比CK高85.1%、242.8%。

結(jié)果表明，增施BL，以及木醋液發(fā)酵處理的JB人糞便更有利于土壤氮磷鉀含量的提高。木醋酸的添加更有利于提高速效鉀含量。

2.3 不同糞便處理對(duì)土壤酶活性的影響

由表3可看出,小白菜生長(zhǎng)期土壤脲酶活性逐漸升高，成熟期達(dá)最大值。SW和BL人糞便處理施用于土壤顯著提高了土壤脲酶活性，尤以BL更明顯，小白菜成熟期較CK高122.0%。JB對(duì)比CK，脲酶活性不顯著。說明木醋液對(duì)脲酶活性無明顯作用。

隨著小白菜生育時(shí)間的推進(jìn)，CK、SW、BL處理的土壤蔗糖酶活性逐漸升高，到成熟期達(dá)到最

表3 不同糞便處理對(duì)土壤酶活性的影響

大值，均顯著高于CK。其中BL土壤脲酶活性最高，三個(gè)階段分別比CK高出76.0%、109.1%、177.9%。JB與CK相比，土壤蔗糖酶活性變化微小，小白菜生長(zhǎng)后期有所下降。

綜上說明，人糞便發(fā)酵施用土壤，有利于土壤脲酶和蔗糖酶活性提高，BL提高土壤蔗糖酶活性效果最好，木醋液不利于脲酶活性的提高。

2.4 不同糞便處理對(duì)小白菜硝酸鹽含量的影響

由表4可知，小白菜硝酸鹽含量各處理間差異顯著，JB>CK>SW>BL。與CK相比，SW、BL處理的小白菜硝酸鹽含量分別降低了23.1%、42.4%，JB比CK高出159.3%。4種小白菜硝酸鹽含量大致范圍為1.124～5.056 mg·kg-1，均未超過限量標(biāo)準(zhǔn)，屬正常值[11]，BL處理下小白菜硝酸鹽含量最低。

表4 不同糞便處理對(duì)小白菜硝酸鹽、可溶性糖和維生素C含量的影響

2.5 不同糞便處理對(duì)小白菜可溶性糖含量的影響

可溶性糖為動(dòng)植物提供養(yǎng)分和能量，是植物體內(nèi)重要指標(biāo)[12]。4種小白菜可溶性糖含量大致范圍為0.775%～1.031%，表現(xiàn)為BL>JB>SW>CK。SW、BL、JB均顯著高于CK(表4)，分別比CK值高7.7%、33.0%、4.6%。可看出人糞便處理施用于土壤有利于提高小白菜可溶性糖含量，其中BL處理的小白菜可溶性糖含量最高。

2.6 不同糞便處理對(duì)小白菜維生素C含量的影響

維生素C作為一種電子供體，對(duì)于植物自身的抗氧化、光合保護(hù)以及調(diào)節(jié)生長(zhǎng)發(fā)育等都具有非常重要的作用[13]。4種小白菜維生素C含量范圍為14.33～26.73 mg·100 g-1。維生素C含量BL>JB>SW>CK。BL、JB均顯著高于CK(表4)，分別比CK高86.5%、45.9%，因此，人糞便處理施用于土壤有利于提高小白菜維生素含量，其中BL土壤處理的小白菜可溶性糖含量最高。

3 小結(jié)與討論

人糞便既是污染源又是優(yōu)良的肥料資源，合理發(fā)酵施用于土壤，有利于改良土壤性質(zhì)。pH是土壤肥力的重要因素，土壤養(yǎng)分的有效性在pH值為6.5～7.5時(shí)最高[14]。本研究表明，BL處理的土壤pH值接近6.5～7.5。本研究中土壤有效磷的含量在4種土壤中最高，全氮和速效鉀含量也較高。在小白菜發(fā)育過程中，對(duì)比CK，施加人糞便的3種處理方式均提高了土壤全氮、有效磷和速效鉀的含量。SW和BL處理的土壤酶活性提高。說明，人糞便發(fā)酵后施用土壤，與禽畜糞便結(jié)果類似，人糞便也有利于提高土壤速效養(yǎng)分含量和土壤酶活性[15]，增施生物有機(jī)肥能夠顯著提高土壤供應(yīng)養(yǎng)分的能力[16]。但雙甕收集的糞便(SW)經(jīng)進(jìn)一步收集完全發(fā)酵處理(BL)對(duì)土壤的綜合性質(zhì)的提高更為有利。

土壤成分及施肥情況對(duì)獲得高維生素C含量果蔬具有生產(chǎn)指導(dǎo)意義[17]。有研究表明，維生素C與土壤有機(jī)質(zhì)呈正相關(guān)[18]。本研究在小白菜中有類似結(jié)果。施用人糞便的處理(BL、JB)，小白菜維生素C均明顯高于CK，尤以施用BL的土壤最為明顯。BL處理的小白菜維生素C、可溶性糖含量也最高，硝酸鹽含量最低。人糞便處理的施用，改良了土壤養(yǎng)分，有利于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的提高[19]。

木醋液影響土壤養(yǎng)分。使用雞糞與木醋液配施土壤，提高了土壤養(yǎng)分和酶活性[20]，木醋液與有機(jī)肥混合可以提高肥料利用率，對(duì)鹽堿地也能起到改良作用[21]。適宜濃度木醋液可促進(jìn)土壤酶活性[22]，降低硝酸鹽含量[19]，對(duì)土壤pH影響不大[23]，但木醋液用于人糞便的發(fā)酵處理研究較少。本研究中，人糞便BL發(fā)酵處理后，土壤氮磷鉀含量較高，脲酶和蔗糖酶活性最高，小白菜硝酸鹽含量最低。而與BL僅有木醋液處理差異的JB土壤，土壤氮和鉀含量更高，脲酶和蔗糖酶活性較低，pH偏酸性，小白菜硝酸鹽含量較高。說明木醋液的添加影響了人糞便的發(fā)酵效果，提高了土壤的氮磷鉀含量，但降低了土壤酶活，提高了小白菜硝酸鹽含量[24-25]。

綜上所述，人糞便發(fā)酵處理后施用土壤，有利于提高土壤綜合性質(zhì)和小白菜的品質(zhì)，尤其是雙甕式廁所進(jìn)一步發(fā)酵后的糞便(BL)效果更為明顯，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了基礎(chǔ)。