連續(xù)多季施用豬糞有機(jī)肥對(duì)設(shè)施大棚中土壤及作物中Cu、Zn含量的影響

郭德杰 劉新紅 徐麗萍 馬艷 嚴(yán)少華 羅佳

摘要：在設(shè)施大棚內(nèi)連續(xù)種植青椒、大白菜、白蘿卜，研究豬糞有機(jī)肥施用對(duì)銅、鋅在土壤、植株體內(nèi)遷移和累積的影響。結(jié)果表明，等氮量施用條件下，不同施肥處理表層土壤（0～20 cm）中的銅、鋅含量存在明顯差異。與試驗(yàn)前相比，連續(xù)3茬化肥（CF）處理銅含量降低了16.41%，豬糞有機(jī)肥和化肥各施用50%（HOF）處理銅含量增加了9.33%，全量有機(jī)肥（OF）處理銅含量增加了23.76%，為51.20 mg/kg;而CF處理鋅含量降低了40.58%，HOF處理增加了1135%，OF處理增加了34.12%，達(dá)到164.30 mg/kg。在深層土壤（20～40 cm）中所有處理的銅、鋅含量均無(wú)明顯增加，說(shuō)明銅、鋅并未向下層土壤遷移;同時(shí)在作物果實(shí)中銅、鋅含量與CK相比無(wú)明顯差異，且未超過(guò)國(guó)家食品安全標(biāo)準(zhǔn)。因此，連續(xù)施用豬糞有機(jī)肥易造成表層土壤中銅、鋅的少量積累，豬糞有機(jī)肥施用量越多則銅、鋅積累量越大，而通過(guò)有機(jī)無(wú)機(jī)配施或者化肥與有機(jī)肥輪換施用既能減緩?fù)寥乐秀~、鋅的過(guò)多積累，又能維持土壤中銅、鋅的營(yíng)養(yǎng)平衡，有利于保持土壤健康和食品安全。

關(guān)鍵詞：豬糞有機(jī)肥;設(shè)施栽培;銅;鋅;重金屬積累

中圖分類號(hào)：S141;X713?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2020）18-0283-03

收稿日期：2019-12-01

基金項(xiàng)目：蘇北科技專項(xiàng)（編號(hào)：SZ-YC2017028）。

作者簡(jiǎn)介：郭德杰（1978—），女，山東曲阜人，碩士，助理研究員，主要從事畜禽廢棄物資源化利用研究。E-mai：guodejie99@163.com。

通信作者：羅?佳，博士，副研究員，主要從事農(nóng)林剩余物肥料化和基質(zhì)化利用技術(shù)研究。E-mail：luo_jia_428@163.com。

隨著生態(tài)農(nóng)業(yè)的興起，越來(lái)越多的農(nóng)戶和農(nóng)業(yè)企業(yè)開(kāi)始重視有機(jī)肥的使用[1]，以畜禽糞便為主要原料制成的動(dòng)物源有機(jī)肥及以農(nóng)林廢棄物為主要原料制成的植物源有機(jī)肥被大量施入到土壤中。有機(jī)肥可以改善土壤環(huán)境，提高作物品質(zhì)，近年來(lái)隨著有機(jī)肥的逐漸投入施用，生態(tài)農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)等高附加值農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)取得了較大發(fā)展;但不同來(lái)源物料制成的有機(jī)肥，對(duì)土壤及作物產(chǎn)生的影響不同，特別是以畜禽糞便為主要原料制成的動(dòng)物源有機(jī)肥，若施用不當(dāng)，可能會(huì)在改善土壤質(zhì)地同時(shí)，對(duì)土壤又產(chǎn)生了新的危害，其中重金屬對(duì)土壤產(chǎn)生的危害受到普遍關(guān)注[2-4]。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，人民日益增長(zhǎng)的物質(zhì)文化生活需求不斷提高，集約化、規(guī)?；B(yǎng)殖成為必然趨勢(shì)。為保證畜禽產(chǎn)量及減少病害的發(fā)生，大量含有銅（Cu）、鋅（Zn）等重金屬元素的飼料添加劑在畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)被施用，由此產(chǎn)生含有大量Cu、Zn等重金屬元素的畜禽糞便[5-8]，這些畜禽糞便被制成動(dòng)物源的有機(jī)肥施入土壤后，對(duì)土壤、作物的影響已有較多學(xué)者作了研究[9-10]，但是關(guān)于長(zhǎng)期施用豬糞有機(jī)肥對(duì)設(shè)施大棚土壤中Cu、Zn積累效應(yīng)的研究較少。

本試驗(yàn)以設(shè)施大棚中土壤及連續(xù)種植的青椒、大白菜、白蘿卜3種蔬菜為研究對(duì)象，研究長(zhǎng)期施用豬糞有機(jī)肥后，銅、鋅在土壤、植株體內(nèi)遷移和累積情況，以期為動(dòng)物源有機(jī)肥在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的科學(xué)施用提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

1?材料與方法

1.1?有機(jī)肥來(lái)源和制備

試驗(yàn)所用豬糞有機(jī)肥來(lái)自于江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院六合動(dòng)物科學(xué)基地（以下簡(jiǎn)稱六合基地）堆肥場(chǎng)，堆肥所用豬糞來(lái)源于六合基地養(yǎng)豬場(chǎng)，養(yǎng)豬場(chǎng)豬糞清出后被運(yùn)至堆肥場(chǎng)進(jìn)行堆肥發(fā)酵，經(jīng)過(guò)發(fā)酵腐熟和無(wú)害化處理后形成的豬糞有機(jī)肥即為本試驗(yàn)所用豬糞有機(jī)肥。如表1所示，試驗(yàn)所使用豬糞有機(jī)肥各養(yǎng)分指標(biāo)基本符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[11]，重金屬含量和病原菌數(shù)量等也均未超標(biāo)。

1.2?大棚試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院六合動(dòng)物基地設(shè)施大棚內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，分別為對(duì)照，不施肥（CK）;施用化肥（CF）;施用50%化肥和50%豬糞有機(jī)肥（HOF）;施用豬糞有機(jī)肥（OF）。每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，各處理小區(qū)隨機(jī)排列。各處理施肥原則為等氮施用，施用量為112.44 kg/hm2。試驗(yàn)共種植3茬蔬菜，第1茬種植青椒，第2茬種植大白菜，第3茬種植白蘿卜;每茬施肥量相同，均依照試驗(yàn)設(shè)計(jì)的施肥量施用，所有肥料均在蔬菜苗移栽前作基肥一次性施入。

供試土壤基本理化性狀如下：全氮含量 5.80 g/kg、全磷含量2.42 g/kg、全鉀含量 9.86 g/kg、速效磷含量0.65 g/kg、速效鉀含量 0.66 g/kg、有機(jī)質(zhì)含量50.97 g/kg、pH值6.7。供試豬糞有機(jī)肥養(yǎng)分含量見(jiàn)表1，供試化肥是氮、磷、鉀含量均為15%的復(fù)合肥。

1.3?樣品采集與測(cè)定方法

試驗(yàn)時(shí)間為2017年8月至2018年6月，期間每天進(jìn)行日常管理和環(huán)境條件監(jiān)測(cè)，蔬菜成熟時(shí)及時(shí)采摘并進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測(cè)定，試驗(yàn)期間每間隔30 d采集土樣進(jìn)行相關(guān)測(cè)試，土壤化學(xué)指標(biāo)測(cè)定方法參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析法》[12]，每茬種植結(jié)束后測(cè)定土壤和植株中全Cu、全Zn含量，按照景麗潔等的方法[13]對(duì)樣品進(jìn)行前處理，利用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀（ICP）進(jìn)行測(cè)定。

1.4?數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003和SPSS 18.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。

2?結(jié)果與分析

2.1?連續(xù)3茬施用不同配比豬糞有機(jī)肥對(duì)土壤理化性狀的影響

由表2可以看出，在氮肥等量施用的基礎(chǔ)上，與CK相比，施用化肥（CF）處理土壤pH值有所下降，土壤酸化趨勢(shì)明顯;施用豬糞有機(jī)肥能夠緩解土壤酸化趨勢(shì)，其中OF處理效果最好。連續(xù)3茬施用豬糞有機(jī)肥能夠明顯提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，其中以O(shè)F處理效果最好，與其他處理相比有機(jī)質(zhì)含量明顯提高。連續(xù)3茬施用豬糞有機(jī)肥能夠提高土壤中養(yǎng)分含量，其中有機(jī)肥施用量越高土壤中養(yǎng)分含量越高，OF處理的總養(yǎng)分[氮（N）、磷（P）、鉀（K）]含量比CK提高了47%，而CF處理總養(yǎng)分含量比CK提高了27%。

2.2?連續(xù)3茬施用不同配比豬糞有機(jī)肥對(duì)土壤全Cu含量的影響

由表3可知，在表層土壤中CK、CF處理的全Cu含量隨著種植茬數(shù)的增加逐漸降低，其中CF處理降低幅度較大;HOF、OF處理的全Cu含量隨著種植茬數(shù)的增加而逐漸增加，其中OF處理增加幅度較大，連續(xù)3茬種植后與種植前相比全Cu含量增加2376%。連續(xù)3茬施用不同肥料處理對(duì)深層土壤中全Cu含量影響有限，未在深層土壤中造成Cu累積。

2.3?連續(xù)3茬施用豬糞有機(jī)肥對(duì)土壤中全Zn含量的影響

如表4所示，在表層土壤中CK、CF處理全Zn含量與全Cu含量相似，隨著種植茬數(shù)的增加逐漸降低，其中CF處理降低幅度較大，連續(xù)3茬種植后全Zn含量降低40.58%;HOF、OF處理土壤全Zn含量隨著種植茬數(shù)的增加逐漸增加，其中OF處理增加幅度較大，連續(xù)3茬種植后全Zn含量增加3412%，而HOF處理僅增加了1135%。連續(xù)3茬施用不同肥料處理對(duì)深層土壤中全Zn含量影響有限，未在深層土壤中造成Zn累積。

2.4?連續(xù)3茬施用不同配比豬糞有機(jī)肥對(duì)不同蔬菜作物中Cu、Zn含量的影響

銅、鋅是人體必需微量元素，作物果實(shí)體內(nèi)富含銅、 鋅對(duì)提高作物的品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)成分含量具有重要影響，然而銅、鋅含量過(guò)量會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生負(fù)面影響。如表5所示，多茬施用并未造成作物果實(shí)體內(nèi)Cu、Zn大量累計(jì)，與對(duì)照相比作物中Cu、Zn含量無(wú)明顯提高，沒(méi)有超過(guò)國(guó)家限定的標(biāo)準(zhǔn)。葉菜類作物相對(duì)于茄果類和根莖類作物Cu、Zn含量更高。

3?討論與結(jié)論

農(nóng)田土壤中重金屬的生物毒性是影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和土壤生態(tài)安全的重要因素。目前，隨著集約化養(yǎng)殖場(chǎng)的發(fā)展、微量元素飼料添加劑的規(guī)?；褂茫笄菁S便有機(jī)肥的施用成為土壤重金屬污染的重要來(lái)源。本試驗(yàn)結(jié)果表明，連續(xù)3茬施用不同配比豬糞有機(jī)肥對(duì)土壤理化性狀影響存在差異，施用化肥的土壤酸化趨勢(shì)明顯，施用有機(jī)肥能夠緩解土壤酸化趨勢(shì)，且效果隨著有機(jī)肥施用量的增加而增加。這與商和平等的研究結(jié)果類似，在酸性土壤條件下，施用畜禽養(yǎng)殖廢棄物有機(jī)肥能夠提高土壤的pH值[4]。有機(jī)肥的施用能夠有效改善土壤環(huán)境，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，因此施用有機(jī)肥逐漸被農(nóng)民所接受，然而畜禽養(yǎng)殖廢棄物制成有機(jī)肥中重金屬等在土壤中累積現(xiàn)象不能忽視[14-16]。

重金屬的毒性和遷移能力在很大程度上取決于它們?cè)谕寥乐懈鞣N形態(tài)存在的數(shù)量比例，不同形態(tài)的重金屬在土壤系統(tǒng)中的循環(huán)過(guò)程存在顯著差異[16]。有機(jī)肥中含有大量的有機(jī)質(zhì)，能夠吸附、絡(luò)合重金屬，施入土壤后會(huì)影響外源重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化的過(guò)程[17]。本試驗(yàn)僅對(duì)土壤不同層次的銅、鋅含量進(jìn)行了測(cè)定，并未測(cè)定有效態(tài)銅、鋅含量，這在后續(xù)研究中有待進(jìn)一步分析。同時(shí)，本試驗(yàn)僅種植了3茬作物，銅、鋅累積多久后在土壤、作物中會(huì)存在含量超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，有待進(jìn)一步的研究。

連續(xù)施用豬糞有機(jī)肥在表層土壤中易造成銅和鋅的少量積累，豬糞有機(jī)肥施用量越多則銅和鋅積累量越大，這與孫國(guó)峰等研究得到的稻麥兩熟農(nóng)田耕層土壤Zn含量隨著豬糞有機(jī)肥施用量增加呈線性增強(qiáng)結(jié)果[3]一致;而通過(guò)有機(jī)無(wú)機(jī)配施或者化肥與有機(jī)肥輪換施用既能夠減緩?fù)寥乐秀~、鋅的過(guò)多積累，又能維持土壤中銅和鋅的營(yíng)養(yǎng)平衡，有利于保持土壤的健康和食品的安全。

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